內燃機零部件結構設計及應用

張彥龍 陳毅 劉傳金

摘要：人類(lèi)社會(huì )伴隨著(zhù)瓦特發(fā)明蒸汽機進(jìn)入了工業(yè)社會(huì )，經(jīng)過(guò)第二次工業(yè)革命后，內燃機進(jìn)入了人們的生活與生產(chǎn)之中。內燃機主要使用在機械、汽車(chē)、輪船等工業(yè)產(chǎn)品中，對于機械制造、物流等等產(chǎn)業(yè)有著(zhù)重要的影響，隨著(zhù)當前我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我們需要改變傳統只追求經(jīng)濟效益，而不顧生態(tài)環(huán)境的發(fā)展模式。推動(dòng)內燃機的技術(shù)發(fā)展更加的高效率，同時(shí)降低內燃機的排放。本文針對從內燃機的結構設計出發(fā)，對其零部件的設計加以分析和研究，并提出相應的優(yōu)化設計思路。

關(guān)鍵詞：內燃機;技術(shù)設計;零部件

引言

在第二次工業(yè)革命中，內燃機的誕生推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入電氣化時(shí)代，顯著(zhù)的提升了社會(huì )生產(chǎn)力。在不同的社會(huì )發(fā)展階段，人們對于動(dòng)力的要求往往有所不同，伴隨著(zhù)社會(huì )生活生產(chǎn)力的提升以及人們生活水平的提升，人們的生活越來(lái)越離不開(kāi)內燃機。經(jīng)過(guò)長(cháng)期的發(fā)展與改進(jìn)，內燃機的熱效率越來(lái)越高，在經(jīng)濟性與性能上產(chǎn)生了顯著(zhù)的提升，另外人們也對內燃機提出了更高的技術(shù)要求，所以必須要對內燃機展開(kāi)優(yōu)化和設計，以此滿(mǎn)足人們對內燃機高性能、低排放的要求。

一、內燃機的相關(guān)概述

優(yōu)化內燃機的結構設計必須要從內燃機的基本構成出發(fā)，內燃機有兩機構、五個(gè)系統共同組成。第一是內燃機的啟動(dòng)系統，內燃機在工作的過(guò)程中，是由靜止轉向運行的過(guò)程，啟動(dòng)系統的作用就是發(fā)動(dòng)內燃機，讓內燃機順利的達到工作負荷狀態(tài)。第二是燃料系統，燃料系統需要配置合適的可燃氣體，將油氣加以混合，在氣缸內部燃燒以后，將廢氣從氣缸中排除。第三是潤滑系統，潤滑系統需要負責為機械內部結構進(jìn)行潤滑，起到散熱、情節以及潤滑的作用。第四是配氣結構，配氣結構控制氣門(mén)，負責氣體的流入流出。第五是曲軸連桿，曲軸連桿是將內燃機能量轉化為機械能，并傳輸出去的核心部件。第六是點(diǎn)火系統，點(diǎn)火系統主要是點(diǎn)火線(xiàn)圈在氣缸內部油氣混合之后，負責點(diǎn)燃可燃氣體，柴油機著(zhù)主要是氣缸壓力進(jìn)行壓燃。第七是冷卻系統，冷卻系統負責將內燃機在運行過(guò)程中的熱量予以排除，防止內燃機過(guò)熱。

內燃機在運行過(guò)程中，要將油氣混合物導入到氣缸中，利用點(diǎn)火系統點(diǎn)燃油氣混合物，并將燃料釋放的能量轉化到活塞上，利用曲軸連桿將這些動(dòng)力傳送到外部。根據內燃機所使用的燃料，將內燃機分為柴油機和汽油機，本文主要分析和研究的是柴油機。

內燃機在各類(lèi)機械設備上有著(zhù)非常廣泛的應用。提升內燃機的熱效率，降低內燃機的排放，對于國家的發(fā)展和社會(huì )生產(chǎn)而言，有著(zhù)重要的意義。內燃機的設計就是人們?yōu)榱藨獙Ω叩膭?dòng)力需求。內燃機由于工作方式，必然會(huì )大量消耗能源，并對周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生污染，所以當前對于內燃機的設計研究，基本上都是圍繞著(zhù)內燃機的熱效率提升，以及降低內燃機的排放為研發(fā)方向。

二、內燃機的零部件設計優(yōu)化

內燃機在長(cháng)期發(fā)展歷程中，其設計優(yōu)化的目標和方向隨著(zhù)時(shí)代的變化而改變。內燃機的優(yōu)化圍繞著(zhù)機械結構、提升熱效率、降低噪音等等，在當前的形勢下，研究主要圍繞著(zhù)對內燃機零部件的優(yōu)化，以及降低內燃機的排放等。

首先是對重要零部件的優(yōu)化。由于內燃機較為復雜的內部構成，所以其零件的形狀和零件的大小等，都是優(yōu)化結構的重要研究方向，設計優(yōu)化主要針對活塞、連桿以及曲軸等零部件。由于內燃機較為復雜的內部結構，可以使用有限元的計算方法，對內燃機在運行中的形態(tài)進(jìn)行計算，分析內燃機零部件的運行效率。但是在實(shí)際的計算機模型構建中，使用這種計算方法往往不能真正有效的計算出零部件的約束和受力情況。零部件結構的設計優(yōu)化需要解決兩個(gè)問(wèn)題，一方面是設計出重要零件的參數，另一方面是明確內部零件離散化的具體界線(xiàn)點(diǎn)?；趯@些問(wèn)題的分析，內燃機在零部件設計與優(yōu)化中已經(jīng)獲得了一些成果。技術(shù)人員以質(zhì)量作為函數，對整體的內燃機零部件參數進(jìn)行調整和優(yōu)化，從而有效的降低連桿的質(zhì)量，另外還有一些技術(shù)人員通過(guò)重新設計活塞構造的方式，對機械應力的結構予以調整，提升了活塞可以承受的最高溫度，在提升其適應能力的同時(shí)，降低了活塞的重量。

其次是對內燃機在實(shí)際運行中機械流程的優(yōu)化。對于優(yōu)化內燃機的工作流程，當前屬于較為前沿的技術(shù)研究之一。當前內燃機已經(jīng)經(jīng)過(guò)了上百年的驗證，已經(jīng)非常的穩定，所以對這一過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和調整，從原理上就屬于較為困難的一種改進(jìn)方式。當前優(yōu)化運行流程的工作多數情況下從燃燒程序、熱力流程以及流體的流動(dòng)出發(fā)，對熱量傳送等多種因素進(jìn)行優(yōu)化和調整。這一過(guò)程中的核心在于往往缺乏相應的解析方式表述有待優(yōu)化的目標函數以及約束條件。其次是在內燃機內部運行流程的模擬中，由于其牽涉到非常多的系統內容，所以整個(gè)計算的過(guò)程繁雜，各類(lèi)信息數據非常多。另外對內燃機的運行流程予以?xún)?yōu)化，需要從多個(gè)方面共同著(zhù)手，基于內燃機內部的不同部件和系統同時(shí)優(yōu)化，這些問(wèn)題都導致了內燃機流程的優(yōu)化具有非常大的難度，解決這些問(wèn)題往往需要應用大量的計算能力，對于系統的優(yōu)化而言，提出了較高的要求。

總結

伴隨著(zhù)當前我國社會(huì )的快速發(fā)展，對于內燃機的需求逐漸擴大，設計和制造適合我們國家生產(chǎn)建設的內燃機，有著(zhù)非常重要的作用和價(jià)值。本文從內燃機的零部件設計著(zhù)手展開(kāi)研究，并對內燃機的零部件優(yōu)化進(jìn)行分析，針對其中存在的問(wèn)題提出與之相應的改進(jìn)方法，對內燃機的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望。伴隨著(zhù)對內燃機技術(shù)的優(yōu)化與調整，可以更加高效的推動(dòng)我國社會(huì )生產(chǎn)，幫助各個(gè)產(chǎn)業(yè)得到獲得更加理想的發(fā)展。所以?xún)热紮C的結構優(yōu)化設計不僅僅作用在這一機器自身的運行品質(zhì)上，還會(huì )帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟獲得進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻

[1]邵康，劉昌文，畢鳳榮，等.供油提前角對內燃機曲軸主軸承動(dòng)力學(xué)的影響[J].內燃機工程，2014（4）：60-65.

[2]朱鵑，黃豪中，鄧偉，等.發(fā)動(dòng)機雙回路朗肯循環(huán)的性能分析和參數優(yōu)化[J].廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，41（6）：1815-1823.

[3]趙小勇，孫軍，劉利平，等.不同工況下內燃機曲軸軸承的潤滑性能[J].內燃機學(xué)報，2011（4）：348-354

[4]周瑋，廖日東.基于模態(tài)疊加法的曲軸動(dòng)態(tài)特性研究與結構優(yōu)化[J].農業(yè)工程學(xué)報，2015（3）：129-136.