研  究  计  划

  题目：CY4100ZLQ柴油机气缸盖设计计算

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  日期：2015   年   3  月  25  日

1、研究背景

  过去，发动机组件的优化，例如气缸盖，是基于建立一系列物理样机，并进行一系列实验和测试的基础之上。传统的设计研发过程很耗时，并且很难在早期的设计步骤期间建立物理样机。

  许多样机的构建和测试需要满足严格的设计要求。这可能转变为一个代价昂贵的过程并拖延整个的设计研发周期。虽然发动机构件的建立和测试会生成一个精确地设计，但是得不到详细的信息，无法验证具体设计背后的逻辑。结果，工程师几乎得不到每项测试中的一般信息。因此，有限元分析的方法被引入并成为早期发动机设计步骤中的系统化的方法论用来节省生产过程中的时间和成本。有限元分析的方法通过计算每一个组件的温度应力分布来协助工程师在建立第一个样机之前预测最佳的散热方式。因此，有限元分析被认为是工程师的最有力的计算机辅助工具之一。在工程分析的过程中，一个理论化数字化的模型是研究员开发或设计工程系统的出发点。这项技术已经被接受用来以较低的成本在短时间内设计研发出复杂的几何体。

2、国内外研究现状

  目前,柴油机技术发展的重点是加快开发与配套主机更加适应的节能、节材和高可靠性的新一代机型；现有产品提高可靠性和改善噪声、烟度等强制性指标是当务之急；直喷化、轻量化、适当强化和多缸化都是未来的发展方向。但只能根据经济形势发展逐步实现，还必须与主机的匹配性能提高、匹配合理化相结合，与配套主机的改进、提高及更新换代同步发展。

  对于缸盖的气道的研究。从充气效率分析，发动机动力性与充气效率成正比，进气排气对充气效率的影响是不同的，进气的影响更大。对于柴油机本身，要求进气要带有涡流，以保证正常的燃烧效果，但是在缸盖气道方面，充气效率和涡流比是相反的，提高涡流比就会使充气效率降低。在设计时，自然吸气式发动机进排气门直径合适比例为1.2:1，并对低流阻的进气道和低流阻的排气道的结构进行了分析。

  气缸盖燃烧室侧直接受到高温、高压燃气的作用。其结构复杂工况严酷，为了保证可靠性，对缸盖的承载机理做了研究。主要集中在：燃气爆发压力作用在气缸盖底板上时，机械载荷在气缸盖整体结构中的分布；气缸盖的底板作为气缸中直接承受燃气压力的机构区域，气缸内的爆发压力传递到气缸盖其他各结构部分的方式。主要研究部位为气道、气门导管座孔、中隔板和加强筋等。

  气门座圈和导管压入气缸盖后的精加工作为气缸盖机械加工的关键,其加工质量将直接影响气门的密封性,对整机性能及排放起着至关重要的作用。对气门座圈加工的定位、精加工工艺、刀具的结构形式、加工工艺对精度的影响做了分析。针对不相同的结构，用不同刀具加工，及对加工精度的分析。针对不同的产品前景，对加工机床有这不同选择。提出了随刀具材料、结构形式的发展，对工艺的改进，精度提升，效率提高的展望。

  缸盖燃烧室侧工况严酷，要求缸盖材料应导热性好、机械强度高、热强度高、铸造性能好。一般采用优质灰铸铁或合金铸铁。铝合金材料也有应用，它具有导热性比铸铁好、质量轻的特点，但刚度低。故要对铝缸盖进行优化保证可靠性，主要通过对结构改进和应力的分析保证。结构上有三个方案，气缸盖中隔板平行于火力岸，中隔板进排气道间各有一条较宽的加强筋、气门导管与两缸间隔墙设一加强筋；气缸盖中隔板成“V”形结构， 在中隔板与气门导管连接处设置高位筋, 去掉中隔板进排气道间加强筋。应力分析上，界定载荷边界条件和接触边界条件，进行有限元计算分析，对比结果。得出了第三方案最优的结论。

3、所要解决的问题和注意事项

  在缸盖的设计与改进中，目前最主要的目标是优化冷却水的流动和提高结构的疲劳强度。

  缸盖不同位置处的冷却强度应根据不同位置处的温度和热流密度来确定，冷却不足则局部热负荷过高，由于过热容易产生裂纹等。冷却过度则不利于发动机效率的提高和对有害气体排放物的控制。同时，冷却水腔的体积应在满足冷却要求的前提下尽可能地减小，以利于尽可能缩短暖机时间。通过优化冷却水腔结构，可控制关键部位的温度，以获得较均匀的温度分布，降低损失功率及散热量，从而提高零部件的可靠性及发动机的性能。

  针对高强化程度的直喷式柴油机的缸盖设计展开研究，主要从降低热负荷减小噪声与震动的角度，通过数值模拟计算来优化其结构。

  本次设计的气缸盖为四缸一体式, 材质为合金铸铁。缸盖水腔经 392kPa(4kgf/cm2 )的水压试验, 历时 3 分钟不得有渗漏现象。缸盖镶有进排气门座圈和气门导管, 上平面有缸盖罩, 缸盖罩带有加油口。气缸垫置于气缸盖底部与机体顶面结合处， 在高强度缸盖螺栓作用下形成气体密封室，使燃烧气体能推动活塞作功而不泄漏，同时还对循环冷却液和通往缸盖润滑摇臂机构的压力油起密封作用。 因此对缸垫的密封性和耐热性要求都较高,本机采用复合板式气缸垫，缸孔进行钢板包边，内有钢丝护圈，油孔采用铜皮包边或经特殊处理，具有很好的密封性和较高的使用寿命。在换新的气缸垫时要测量活塞顶(与气缸盖底面之间)余隙，其值要保证在 0.9～1.1mm 范围内。装缸盖前要往每个气缸内壁表面均匀地涂布约 20 克润滑机油,缸盖与机体用定位套定位, 螺栓连接扭紧力矩为117—127N.m(12—13kgf.m)，开始先拧紧到 59N.m(6kgf.m),全部松开,然后按图示拧紧顺序分三次拧紧到规定值。 第一次为 78N.m(8kgf.m)，第二次为 108N.m(11kgf.m)，第三次即要求达到规定值117—127N.m(12—13kgf.m) 。

  缸盖上有进排气气道，水道等等。缸盖气道的性能影响着柴油机的动力性，根据自然吸气的特点，最大限度多进气，多排气，从结构上考虑，主要是气道的布置及结构能降低流动损失，同时不影响进气涡流的形成及质量。进气涡流的质量影响着燃烧室中可燃混合气的形成质量，进而影响燃烧质量，影响发动机的动力性。而进气涡流的性能会增大进气阻力损失。

  在缸盖上的“鼻梁区”是热负荷比较高的地方，应力比较集中。缸盖中水道的布置不仅仅要考虑水道结构对水的流动性的影响，保证水的正常循环，同时要注意对“鼻梁区”的冷却，避免“鼻梁区”的破裂。水道的布置不仅要利于发动机的正常工作，还要能保证发动机的寿命。

4、研究的方法

  内燃机的设计试制过程是随着机型、生产规模不同而不同的。在设计过程中，要查阅相关书籍资料和各种期刊，了解国内外该机型的一些主要结构参数。在设计过程中与小组成员一起讨论确定主要零部件的结构方案。总体方案确定之后即可开始主要零部件的初步设计，从而保证各个零件能够顺利组装。

  研究过程中采用UG三位绘图软件，并自学相关有限元分析软件，在导师的帮助下确定相关的边界条件和实验参数。

  作用力的细节包括：模型定义、划分网格、模型分析、限元分析模型的校验、应用热应力和位移边界条件。应力分析的结果提供了缸盖底板中的应力场和材料评估。图1是分析过程。

图1：变形场分析过程的流程图

  为了应用外边界条件，拉雷方程以自由对流表面的形式使用。对于热对流系数，我们使用如下的关系式：

              

  其中，

  给出的瑞利数：

               

               

  使用克里斯多方程来计算进排气口的热力学传热系数：

其中：

的评价是从CFD或者试验中获得的。进口处涡轮增压发动机中的空气温度是336.5k，并且在排气门打开时计算的出口处的燃气温度被认为与燃烧室中的燃气温度相同，如下：

  温度分布的预测是通过解决能量，动量和质量守恒取得的。因此，进气压力和水套及/或速度需要CFD模型中的边界条件的应用。为了这个目的，要测量进水流速和温度。

5、预期的结果

  柴油机与汽油机相比热效率高，可降低油耗20%~30%，同时其在低速时扭矩大，动力性、加速性好。柴油机的普遍转速低，故磨损等小，使用寿命长。此外，由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高，因此，柴油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性。

  随着我国经济的发展，能源消耗速度加快，大气污染，环境污染加剧。对于内燃机行业，这两大问题也相当重要。所以需要对提高对能源的利用，同时对排放污染物的成分及含量加以控制。三缸发动机却比较好的结合其他动力系统，达到能源的高效利用。

  CY4100ZLQ型增压中冷柴油机是在CY4100 型自然吸气式柴油机的基础上, 采用空对空中冷技术, 通过对进排气系统、燃油系统、燃烧系统、冷却系统及机油润滑系统的改进设计开发研制而成的经济型柴油机。其排气污染物水平达到欧洲Ⅱ号标准。同时该机具有体积小、重量轻、功率强劲、爬坡能力大、省油、使用寿命长、起动性能好、 排气污染小、 噪声低体积小、重量轻、功率强劲、爬坡能力大、省油、使用寿命长、起动性能好、 排气污染小、 噪声低等优点。 各总成零部件与 4102系列柴油机具有很强的通用性。该机以 1.5—3 吨轻型卡车、经济型载货车和小客车为主要配套对象,通过变型也可为其它动力机械配

套。

  本机经发动机台架性能试验和可靠性试验、 整车道路性能试验和用户实际使用表明,该机结构设计合理,性能指标先进,机体、曲轴、活塞、连杆等关键零件通过采用新结构、新工艺增加了强度和刚度，具有较高的使用可靠性。 因此选购本机或选购以本机为动力的车辆和各种机械将会使用户获得良好的经济效益。

  本次设计的是立式直列水冷四行程废气涡轮增压中冷柴油机。该柴油机为四缸、直喷式四角形燃烧室，标定功率为70（92.5）kw。与直喷式燃烧室对应的是分隔式燃烧室。由于相对于分隔式燃烧室，直喷式具有结构简单，燃烧迅速，对转速变化比较敏感，排放中微粒含量低。所以采用直喷式能够提高经济性、降低燃油消耗率，其较小的表面积与体积比使得散热损失小，冷启动性能好，没有分隔式中的流动损失。

6、关于此课题的展望

  针对发动机缸盖所开展的现代设计的方法的应用研究，其意义与价值绝不仅局限于这一个零部件，完全可能从缸盖这一典型零部件扩展应用于其他零部件的设计和改进中。这对于提高我国发动机零部件自主开发能力与设计水平有重要的理论意义和实用价值。

  从整体与系统的观点出发，实现综合性的模拟数值计算以反映多种因素的相互影响与相互作用，得到的发动机缸盖的温度场、应力与应变分布等，才能真正为缸盖的设计改进，提高发动机性能提供有效的实用工具。而其中的关键技术主要在于如何实现较高精度的流动与传热数值模拟，精确描述复杂的几何形状与准确确定复杂的边界条件等方面还需进一步努力。

第二篇：论文计划书

论文计划书

1/标题

价值链与国际市场营销策略

2/论文中心论点

每一项经营管理活动就是这一价值链条上的一个环节。企业的价值链及其进行单个活动的方式，反映了该企业的历史、战略、实施战略的方式以及活动自身的主要经济状况。

3/文献综述：要求最少写3个与论文主要论点相关的理论

4/研究方法

调查法

观察法

文献研究法

信息研究方法

5/论点主要观点，与文献综述一致的3个论点，进行简单论述

1、价值链的概念和构成

2、价值链与企业的竞争优势

3、价值链与国际市场营销策略的选择

6/解决方法和建议，对3个观点进行简单的说明

1.价值链的各环节之间相互关联，相互影响。一个环节经营管理的好坏可以影响到其他环节的成本和效益。

2．“价值链”理论的基本观点是，在一个企业众多的“价值活动”中，并不是每一个环节都创造价值。企业所创造的价值，实际上来自企业价值链上的某些特定的价值活动；这些真正创造价值的经营活动，就是企业价值链的“战略环节”。

3．企业跨国经营如果主要靠的上游环节的优势，则可以采取“全球性”的营销策略，而国际市场的某些消费需求的同质化趋势也支持这一策略。

7/结论

虽然各国市场的文化背景有很大的差异，但各国市场以产品和服务的要求却表现出趋同性。各国消费者都在从其他社会汲取他们人为是好的东西，从精神的到物质的产品，一种新的消费现象——跨越文化界定的消费趋势——正在形成。这种情况，很大程度来源于教育，来源于知识的传递，教育导致更高水平的技术成就，同时也会消除在生活方式上的差别。另外，传媒，特别是电视的推广和普及，

以及国际互联网的发展，也加速了这一趋势的发展。因为这些现代传媒手段的发展，使人们能够立即分车到世界上现代生活中的各种信息。政治、经济、文化交流壁垒的大大降低，各种层次的国际交流愈来愈多，愈来愈密切，世界正在变小。丹麦、德国、日本、美国的年轻人都是吃汉堡包、穿牛仔裤、弹吉他长大的，他们的生活方式、抱负和愿望都十分相似。

对那些在国际上享有盛名的大公司来说，这样一种消费趋势是求之不得的机会，也是他们日日夜夜在努力促进的。需求的同质化，可以使厂商的库存、采购及生产成本都大为减少，而更增加他们的竞争力。开创名牌，并促使全球不同文化背景的消费者去追逐名牌，这些企业就可以得到巨额的销售收入和可观的利润。

8/参考文献，列出文献综述的3个文献

《企业价值链管理研究》 赵春雨编著 20xx年10月 中国物资出版社

《国际市场分析与营销策略》 王英辉，李文陆编著 20xx年8月 中国物价出版社 《国际市场营销学》 甘碧群 编著 20xx年11月 高等教育出版社