陈小强气缸盖说明书.doc

492QD三气门汽油机设计（气缸盖）摘 要 气缸盖是汽油机最复杂，同时也是最重要的零件之一。气缸盖与活塞、气缸构成燃烧室空间。在气缸盖内一般有进、排气道，冷却水腔、润滑油孔道，并装有配气机构和火花塞等零部件。气缸盖设计的好坏，直接影响着汽油机的动力性，经济性和可靠性。本次设计是基于原有的492Q汽油机的基础上进行改进设计，关键问题是将两气门改成三气门，采用两个进气门一个排气门，进排气门的气门面积都有所增大，这样可以增加气体流通面积，减小流动阻力，提高充气效率，提高了动力性和经济性。汽油机采用中置凸轮轴，因此缸盖上有贯穿的推杆孔，另外还有贯穿的螺栓孔，这些在布置气道的时候都应该考虑。对于进气道而言，不仅关系到气缸的充气效率，而且还与混合气的形成及燃烧过程的气流组织等密切相关。对于排气道，应尽可能的减小流动阻力，使排气流畅的排出。同时，在设计三气门的时候，可以将火花塞中心布置，改进了燃烧过程，提高了经济性和排放性。关键词：汽油机，气缸盖，三气门，改进THE IMPRONEMENT OF THE DESIGN OF 492QD GASOLINE ENGINES CYLINDER HEADABSTRACTThe cylinder head of an engine ,is the most complex shape structure and one of the most important components. The cylinder head, piston,and the cylinder compose the combustion chamber together. There are intake and exhaust manifold, water jacket, the road of the oil, air introduction structure and spark etc in the cylinder head. The quality of the cylinder heads design will affect the power performance, fuel economy and reliability directly.This design is carried out on the base of the prior 492 gasoline engine, and the key of this design lie in changing the valves from two to three, that is two intake valves and one exhaust. Both the in and out air flow area were enlarged, which decrease the flow resistance and improve the air inflation efficiency meanwhile, thus improved its power and fuel economy. The improved cylinder head remain the same structure as the prior 2 valves engine ,which control the valves through camshaft mounted in the crankcase and tappets, so the holes of the push rod and bolt still should be arranged in the cylinder head. The arrangement of the intake manifold not only affect the intake efficiency ,but also has something to do with the form of the mixture, the combustion process and the organization of the air flow. As to the exhaust manifold, just decrease the flow resistance without considering the turbulence. In addition the spark could be mounted in the cylinder center vertically, so that the spark could be distributed more equality. Which can improve the quality of the mixture and the combustion, and raised the performance of the fuel consumption and emission.KEY WORDS: gasoline engine,cylinder head,three valves,improvement目 录前言1第一章 汽油机技术的发展2§1.1 汽油机技术概况及发展趋势2§1.1.1 概述2§1.1.2 汽油机技术的发展趋势2§1.2 我国汽油机技术的发展6第二章 492Q汽油机的整体设计10 §2.1 设计要求和技术指标10 §2.2 内燃机主要尺寸的确定10§2.2.1 曲柄半径的确定10§2.2.2 计算排量10§2.2.3 计算活塞平均速度10§2.2.4 计算平均有效压力11§2.2.5 计算气缸中心距11第三章 492Q三气门汽油机气缸盖设计12§3.1 气缸盖设计基本要求12§3.1.1 概述12§3.2 气缸盖结构设计13§3.2.1 气缸盖结构形式选择13§3.3 气缸盖材料的选择19第四章 形位公差的确定21§4.1汽油机铸铁气缸盖技术条件21§4.2 492Q的技术条件22§4.2.1公差带22§4.2.2 形状和位置公差22§4.2.3 粗糙度22§4.3尺寸公差、形状公差及粗糙度的分析23 §4.3.1 尺寸公差的分析23第五章 结论25参考文献26致 谢27前 言当代世界，环境污染和能源危机越来越严重，如何节约资源，保护环境越来越受到人们的重视，因此各个国家相继推出了自己的排放法规。现代的汽油机因为其自身的优点，正被广泛的应用于汽车领域。现代汽油机车无论是在动力性、环保性还是在舒适性、可靠性方面都已经有了长足的进步，甚至已经超过了很多柴油机车。人们越来越发现汽油机的无穷魅力：高功率、高寿命、低油耗、低排放。尤其是在能源危机的今天，汽油机已成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段之一，现在100%的摩托车和近30%的乘用车都在使用。大量研究成果表明，汽油机具有升功率大，比质量小，扭矩特性好，加速性好、起动方便、工作噪声小，速率响应快、操作灵敏、制造和维修费用低等优点。现在，为了改善性能，各种新技术正在应用于汽油机上，并且效果明显。多气门技术的应用，改善了进、排气，增加了进气量，改善了动力性和经济性。高压共轨技术，利用高压改善了喷油雾化，利于混合气的形成。电控喷射技术，则可以精确的控制喷油规律，使更多的燃油在上止点附近燃烧，提高热效率，改善经济性。Downsizing（小型轻量化）设计技术，通过减小排量，提高汽油机的负荷率，使汽油机在接近最佳燃油经济性工况区域运行，从而提高燃油经济性。增压技术,使汽油机吸入更多的高密度空气，提高充气效率，增加进气量，从而使汽油机的功率和扭矩得到提高。可变进气技术,让整个转速范围内汽油机都能达到最佳工作状态，从而有效提高汽油机的功率和扭矩。汽油缸内直喷（GDI）技术，使汽油机获得更好的动力性。后处理技术，三效催化转化装置，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量降低80%以上。本次设计是在492Q汽油机的基础上，来改进设计。主要有（1）、提高汽油机转速，由3400转/分提高到4000转/分。（2）、改进设计进气系统，由传统的二气门改为三气门。通过上述改进设计，来提高汽油机的动力性，改善经济性和排放指标。第一章 汽油机技术的发展§1.1 汽油机技术概况及发展趋势§1.1.1 概述1883年德国Daimler创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200转/分，它却一跃而达到800转/分，特别适应交通动输机械的要求。一百多年来，汽油机技术得以全面的发展，应用领域越来越广泛。近二十多年来，汽油机朝着提高单机功率，降低油耗、污染和噪声以及提高工作可靠性和延长使用寿命的方面发展。大量研究成果表明，汽油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率较高、能量利用率较好、较节能的机型。装备了最先进技术的汽油机，升功率可达到5070kW/L，扭矩储备系数可达到0.35以上，最低燃油耗可达到198g/kW·h，标定功率油耗可达到204g/kW·h；汽油机被广泛应用于小型船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域，尤其在车用动力方面的优势最为明显。如美国15马力以下的小型汽油机占总产量的95%以上,在各种用途中, 草坪机的数量居首位。在生产规模方面, 最大的企业首推美国的Briggs & St rat ton公司, 年产量已超过1000万台; 日本的本田公司以生产汽车和摩托车( 包括配套的汽油机) 著称, 但在小型通用汽油 机方面也名列世界前茅, 年产量达300 万台左右。我国小型通用汽油机的年产量一般在40至60万台之 间, 在世界的产量中份额仅占1% 左右, 这主要是由于小型通用汽油机在世界上已成为广泛进入家庭的量大面广之产品, 而其中的一些主要用途如草坪修剪机、扫雪机、舷外机等在我国尚未进入广泛使用阶段。§1.1.2汽油机技术的发展趋势现代高性能汽油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油汽油机，而且轿车采用汽油机的比例也相当大。最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发的新一代经济型轿车同样将汽油机作为动力配置。经过多年的研究、大量新技术的应用，汽油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平。 现在，科技的发展日新月异，汽油机新技术的开发和应用所需要的时间也越来越短，下面是一些汽油机方面的新技术2。 一.Downsizing（小型轻量化）设计技术 Downsizing技术是当前汽油机的主流设计方向之一。汽油机效率高的工作区域通常都在平均有效压力较高的区域，通过减小排量，使汽油机在接近最佳燃油经济性工况区域运行，从而提高燃油经济性。 为实现小型轻量化设计目标，需要在汽油机零部件优化设计、材质等方面进行研究和突破。通过计算机辅助工程（CAE）技术和零件功能试验实现汽油机设计的进一步优化，例如可在保证强度和刚度的前提下减小机体、缸盖的壁厚，减小曲轴主轴颈及连杆轴颈的直径，采用涨断连杆减小连杆大头并同时减小机体裙部的尺寸等；通过集成化设计技术，将多种功能集成设计到同一个零部件上，从而减少零件数量和重量；在轻质材料应用方面，铝合金缸盖已经在乘用车汽油机上占有绝对的主导地位，近年来铝合金机体也逐渐取代传统的铸铁机体占有越来越大的比例，并有进一步向镁合金方向发展的趋势。树脂材料的缸盖护罩、进气歧管甚至油底壳都已逐渐被广泛使用。通过小型化、轻量化和集成化设计，可以减轻汽油机的自身重量，降低燃油消耗。 在汽油机Downsizing设计的同时，必须保证汽油机具有足够的动力性，这就是Downsizing设计与增压技术同时使用的原因。 二.增压技术 汽油机涡轮增压系统是由涡轮增压器和中冷器两部分组成，通过涡轮增压器压缩空气，由中冷器对压缩后的空气进行冷却。通过涡轮增压技术有效的利用汽油机排出的废气能量，使汽油机吸入更多的高密度空气，提高充气效率，增加进气量，从而使汽油机的功率和扭矩得到提高。采用增压技术可以在总质量增加不大的情况下，提高汽油机的升功率，降低比质量，降低单位功率的造价，提高材料的利用率。随着中小排量汽车逐渐被国内的消费者接受，中小排量汽油机的市场将有很大的发展，但同时对中小排量车的动力性和排放特性要求越来越高，对中小排量汽油机的性能提出更高的挑战。采用增压技术对中小排量汽油机进行强化是提高其各项指标的一个十分重要而有效的技术手段。 近年来增压技术的发展趋势是采用双涡轮增压。双涡轮增压是采用两个涡轮增压器对汽油机进行增压进气，以进一步提高功率。它主要有两种形式，串联式和并联式。并联式双涡轮增压是指每组涡轮负责半数气缸的工作，每组涡轮都是同规格的，如保时捷911 Turbo和BMW新3.0双涡轮增压都是并联涡轮的杰出代表。其优点就是增压反应快，并且减少管道的复杂程度，这类双涡轮增压器多用于V型汽油机。串联式双涡轮增压通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，均装在同一进气管上，低转速时推动反应较快的小涡轮，提高低转速时的扭矩；高转速时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高。这类双涡轮增压多用于低于8缸的直列或者水平对置汽油机。 三.可变进气技术 在双顶置凸轮轴和多气门（尤其是每缸4气门）结构已成为汽油汽油机基本配置的背景下，进气系统的可变技术成为进一步提高汽油机性能的有效手段。 可变气门正时（简称VVT）技术：VVT技术通过改变汽油机在不同转速和负荷下的凸轮轴转角，来改变进、排气门的配气相位，实现不同工况下气门的最优开启和关闭角度。通过VVT技术可以有效的解决汽油机在低中高速情况下对进排气门相位的不同要求，让整个转速范围内汽油机都能达到最佳工作状态，从而有效提高汽油机的功率和扭矩，降低油耗和废气排放。 可变凸轮升程技术一般是通过两套凸轮或摇臂来实现气门升程与持续角的变化，即在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小，有利于同时保证汽油机低负荷时的经济性和高负荷时的动力输出。 气门相位和升程可变技术未来的发展趋势是电子气门技术。全电子控制气门机构，取消了凸轮轴和节气门，进气量大小完全由气门正时和升程决定，使汽油机燃料经济性再提高一步。 可变进气长度技术：采用可变进气长度的进气系统可以使汽油机很好地利用气体波动效应，提高充气效率，在较宽的转速范围内具有更好的动力性能，解决固定参数的进气系统存在的长进气管影响高速性能而短进气管影响低速性能的矛盾，从而改善汽油机的综合性能。 目前可变进气歧管大部分为两段可调,长的进气歧管在低转速时使用，短的进气歧管在高转速时使用。两段调节的进气管成本相对较低，只需要一些简单的电磁阀和进气管形状的设计就能够实现，但显然不能完全满足各个转速下汽油机的进气需求。宝马公司在进气机构中间设计了一个转子来控制进气歧管的长度，通过转子角度的变化，使进气气流进入气缸的长度连续可变，更加满足各个转速下的进气效率需要，动力输出更加线性，但整个机构过于庞大、复杂。 四.汽油缸内直喷（GDI）技术 汽油机缸内直喷是将柴油机的燃烧形式移植到汽油机上的一种创举，即汽油经喷油器直接喷入气缸，减小了节流和泵气损失，大幅度提高汽油机的经济性。采用直喷技术的汽油机一般同时采用涡轮增压技术，使汽油机获得更好的动力性。 汽油缸内直喷技术有两个发展方向，一个方向是均质直喷技术，即将汽油以接近当量空燃比的比例喷入气缸，实现均质混合燃烧，通过辅助涡轮增压、VVT技术，使汽油机从较低转速范围起就开始提供平稳的高扭矩，提高汽油机的动力性；另一个发展方向是采用分层燃烧技术，在中低负荷下通过精确的燃油喷射控制，形成靠近火花塞的浓混合气和其它区域的稀混合气，以实现分层燃烧；在高负荷下形成均匀混合气，保证均质燃烧，在显著提高汽油机最大功率和扭矩的同时，通过稀燃大幅度提高燃油经济性。 五.后处理技术 汽油机最成功的排气后处理装置就是三效催化转化装置，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量降低80%以上，并且随着法规的不断加严，三效催化转化装置变得更加高效和成熟。 六.多气门技术 近些年来，由于世界能源的短缺和环境保护的需要，人们对汽车汽油机的动力性、经济性及排放性能都提出了更高的要求，四气门技术逐步进入了中小缸径的民用汽车汽油机领域。1993年世界上轿车汽油机首次采用四气门技术，目前，欧、美、日等各大汽车公司都相继推出了具有高性能指标的四气门汽油机，并在国际市场上获得了巨大的经济效益。四气门汽油机与两气门汽油机相比，由于进排气门都是两个，单个气门质量较轻，惯性小，而且气体有效流通截面增大，充气效率提高，换气损失减小，这样容积效率也相应得到提高。对直列6缸增压中冷汽油机两气门缸盖和四气门缸盖进行了系统的对比试验研究，研究结果表明，四气门汽油机空气进气充量明显高于两气门汽油机，全负荷时充气量可提高14，部分负荷时充气量可提高20。气门面积的增加可以减小高速时泵吸功，并提高汽油机的燃油经济性，且排气损失也因加大气门面积和有效流量而减小。§1.2 我国汽油机技术的发展我国的汽车工业自1953年长春第一汽车制造厂动工兴建到现在已经整整60个年头。60年来特别是近10年汽车工业取得长足的进步。目前，汽车已经成为人们生产和生活必不可少的工具。我国的汽车用汽油机伴随汽车工业的发展历经风风雨雨，也发生了巨大的变化。车用汽油机老三样（19561984） 1956年一汽投产的“老解放”汽车用汽油机、1965年北京内燃机总厂开始生产的492汽油机和70年代投产的东风6100汽油机，是长期占据我国车用汽油机市场的老三样。 一汽和东风汽车厂生产的两个系列汽油机，主要装在45吨载货汽车和2.53.5吨军用越野车上。北内的492汽油机主要用于2吨载货汽车、北京212轻型越野车和918座客车。产量最高的年代三种汽油机分别可达年产1030万台。三种汽油机装备的汽车主要用于企业生产、行政机关、企事业单位办公和满足部队作战需要，都属于“公”用车。因为60年代我国供应的汽油是66号，70年代供应70号，所以三种汽油机的压缩比很低，只有6.27.2。 那时汽油机的结构也很落后，特别是“老解放”汽油机，是化油器式侧置气门汽油机。这种汽油机的进、排气门都装在气缸体上，每缸两个气门置于气缸的侧面因而得名。空气和汽油从气缸体侧面进入气缸燃烧室，燃烧完毕的废气由燃烧室通过气缸体侧面进入排气管道排出。这种汽油机到1986年一汽解放牌汽车全面换型时才停止生产。 三种汽油机的共同缺点是，单位气缸容积发出的功率低，燃油耗高，故障率高。但是在计划经济年代，大量生产的汽油机只此三家，别无另处，所以汽油机产品长期供不应求。此外，由于驾驶人员都是专职司机，有一定维修保养技能，有了故障可以自己排除，在一定程度上弥补了汽油机使用故障率高的缺陷。车用汽油机多样化（19841998） 1984年北京吉普汽车有限公司成立，开创我国汽车行业引进外资的先例。此后，上海大众、南京依维柯、东风神龙富康、一汽轿车等合资企业相继成立，在引进世界和大公司汽车的同时，各类轿车和客车用汽油机也进入中国市场，打破了老三样的一统天下。 在这一时期，“把汽车制造业作为重要支柱产业”写进我国“七五”计划，1990年确立了轿车产业的三大基地，此后又进一步提出汽车进入家庭，鼓励个人购买汽车。我国的汽车工业如雨后春笋蓬勃发展。 在车用汽油机仅有“老三样“的年代，石油炼制行业和汽车行业一直争论是先提高汽油辛烷值还是先提高汽油机压缩比。石油行业的理由是，车用汽油机压缩比低，没有必要提高汽油标号；汽车行业的理由是，如果石油行业不能普遍供应高辛烷值汽油，高压缩比汽油机燃用低辛烷值汽油，将损坏汽油机并失去用户。大量引进车型进入市场，结束了石油行业和汽车行业的争论。因为引进车用汽油机的压缩比都比较高，促使我国车用汽油的品质和种类都须要大幅度提高。按研究法辛烷值评定的90号汽油，替换了供应多年的按马达法辛烷值评定的70号汽油，同时93号、97号高辛烷值汽油在大中城市开始供应。 随着各种轿车的引进，车用汽油机的品种也实现了多样化。在结构上不但有每缸两气门的汽油机，还有每缸4气门和5气门的汽油机；不但有顶置气门汽油机，还有单顶置凸轮轴和双顶置凸轮轴汽油机。汽油机的压缩比在8.510.5的范围。单位气缸容积发出的功率从过去每升排量25KW（千瓦）提高到每升排量40KW，甚至50KW。故障率下降，燃油耗低。总之，在这个时期我国汽油机的水平向前迈进了一大步。车用汽油机与国际同步发展（1998年至今） 1998年在我国汽车工业的发展历史上是具有里程碑意义的一年。北京市为了申办2008年奥运会，改善北京市的大气环境是重要的环节，而汽车排气污染物过量排放，是造成北京市大气环境质量不良的主要原因，因此，治理汽车排气污染物迫在眉睫。北京市于1998年8月25日发布了“轻型汽车排气污染物排放标准”。该标准要求汽车按照当时欧洲的试验方法检测，并达到“欧I”排放限值的要求。 “欧I”法规与我国原来执行的排放标准相比向前迈了一大步。除了试验方法的变化之外，对汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等三种污染物的排放限值降低了85%以上。根据国外经验，达到“欧I”排放限值的要求，必须采用三元催化器、无铅汽油和电控闭环系统三项技术措施。三元催化器安装在汽油机排气管路上。当汽油机燃烧完毕排出的废气通过排气管路上的三元催化器时，催化器使排气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种有害气体转化为二氧化碳、水和氮气排入大气。三元催化器也因此而得名。 三元催化器对三种有害气体的转化效率的高低，取决于汽油机工作过程进入气缸的空气和汽油的比例。当空气和汽油的比例大约在14.7：1时，催化器对三种有害气体的转化效率才能达到85%以上。也就是说此时85%的有害气体得到转化，变成二氧化碳、水和氮气，从而达到“欧I”排放限值的要求。 能够严格控制汽油机工作过程进入气缸的空气和燃料比例的技术措施，是电控闭环系统，例如电控汽油喷射闭环系统、电控化油器喷射闭环系统和电控补汽系统等。电控汽油喷射闭环系统是目前世界各国应用最广泛的技术路线。 汽油机排气系统安装三元催化器之后必须燃用无铅汽油。因为汽油中的铅化物在通过三元催化器时，能使之中毒并失去催化作用。一般汽车加一箱含铅汽油就可使三元催化器完全报废。 1998年北京市新排放标准发布前后/得到石油行业的大力支持。不但在汽油炼制过程不再加铅，而且在汽油的储运和销售过程也不能受到铅污染。石油行业推出无铅汽油和不再生产和销售含铅汽油，在我国汽车工业的发展历史上具有划时代的意义。 在此之前，世界各汽车公司为了适应中国的含铅汽油状况，进入中国市场的汽油机必须拆掉排气管路上的三元催化器，电控系统也要作相应的更动，有的甚至将电喷系统改回到旧式化油器系统。这样一来，引进的汽油机排气污染物的排放也入乡随俗，不经过转化处理就排入大气，严重污染我国的大气环境。 我国实施汽油无铅化以后，清除了世界各国汽车先进技术在我国推广应用的巨大障碍，为我国汽车工业与国际同步发展创造了有利条件。目前我国已全面执行“欧”排放法规，我国的汽车排放法规已完全和国际接轨。 根据目前我国汽油机的状况，提高我国汽油机技术水平急需解决下列的关键技术：1. 燃油品质：优质低硫的柴油是汽油机满足日益严格的排放法规的前提。2. 电控技术：汽油机电控技术对于汽油机综合性能的优化和提高至关重要。3. 排放后处理关键技术：如废气再循环技术（EGR），微粒捕集技术以及NOx催化转化技术。4. 整机开发及匹配技术：如汽油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术，重型车用及轿车用汽油机技术。5. 汽油机的制造、工艺及材质等技术。第二章 492Q汽油机的整体设计§2.1 设计要求和技术指标表2-1：所设计的汽油机的主要技术指标为项目内容标定转速n4000r/min标定功率64kWD/S92/92压缩比 9:1缸数4汽油机的型式立式、水冷、四冲程、半球形燃烧室§2.2 汽油机主要尺寸的确定§2.2.1 曲柄半径的确定行程数为S=92mm，曲柄半径R为R=S/2=92/2=46mm (2-1)§2.2.2 计算排量缸径为D=92mm，行程为S=92mm，由缸径和行程来计算单缸排量 Vs=兀D2S/4=兀× 0.92×0.92×0.92/4=0.611 L (2-2)§2.2.3 计算活塞平均速度活塞平均速度是表征汽油机高速性和强化程度的一项主要指标，该值不宜过高，否则会带来惯性力过大，机械负荷过大，磨损加剧，热负荷加剧，噪声加大，油耗提高等不良影响，因此所选的值要在经验范围值以内，查小型汽油机手册。活塞平均速度为 (2-3)算出的活塞平均速度为12.27m/s，符合要求。§2.2.4 计算平均有效压力冲程数，有效功率Pe=64kW，工作容积Vs=0.611L ，缸数 (2-4)§2.2.5 计算气缸中心距缸心距是汽油机一个重要参数，它直接影响汽油机结构的紧凑性。影响大小的因素有如下几方面：（1）两气缸间的主轴承宽度；（2）曲柄销的宽度；（3）气缸套的型式（是采用干缸套还是湿缸套，湿缸套上端有定位凸缘，要比干缸套的大）；（4）主轴承是滑动轴承还是滚动轴承；（5）相邻气缸间水套的厚度；（6）内燃机的冷却方式6。各种内燃机的缸心距常处在下列范围内：水冷汽油机：汽车用：拖拉机用：二冲程机用：（因要在气缸上布置扫气道）V型高速大功率机： 风冷汽油机： 492Q汽油机多用于2-3吨载货汽车,小型轿车，所以L0=(1.21.28)×92=110.4117.76，最后选用L0=114mm。第三章 492Q三气门汽油机气缸盖设计§3.1 气缸盖设计基本要求§3.1.1 概述气缸盖与活塞、气缸构成燃烧室空间。在缸盖内一般有进排气道、冷却水腔、润滑油孔道、起动阀、安全阀、压力测量装置或燃烧室，并装有配气机构和火花塞等零部件。对中速大功率汽油机，还考虑气门套等零部件。气缸盖结构复杂。依据其工作条件，它承受着螺栓预紧力、燃烧压力和交变热应力，而且还有相当大的热由缸盖传给冷却液。所以气缸盖设计的好坏直接影响着汽油机的动力性、经济性和可靠性。气缸盖的设计，通常是在汽油机的缸径行程确定以后，配合汽油机总体设计和机体结构布置，进行气缸盖的初步方案设计。设计缸盖时，首先考虑采用何种燃烧室、配气机构等的方案及布置；其次，缸盖螺栓的布置对缸盖垫片的密封效果及集体受力状况也有一定的影响。气缸盖的冷却措施式结构设计中了另一个值得注意的问题。随着汽油机向高速、高增压方向发展，这个问题更加突出。此时，气缸盖的机械负荷和热负荷是相当严重的。当最高爆发压力升高时，产生高的机械应力，这就要求缸盖有较大的高度与壁厚，以增加其刚度和强度。但热负荷的增高，产生高的热应力和温度，又要求缸盖底部为薄壁结构（即气缸盖底面最好设计成中部稍薄，而周围稍厚的结构形式，例如设计成碟子型或双夹层底板结构）。此外，在气缸盖设计中还应注意：1) 整个气缸盖结构，应有一定的刚度与强度，同时要求刚度的分布要均匀。2) “鼻梁区”结构和厚度等尺寸的选择、冷却水流方式和冷却水孔道的布置以及近排水孔尺寸的确定。若出水孔位置布置适合，可减少内部蒸汽阻塞和过热现象。对高速高强度化及中速大功率汽油机气缸盖的冷却方案，还应考虑防止热裂与变形问题。3) 气道型式与布置，要力求空气流动损失最小，并且根据需要保证形成适当的进气涡流。4) 气缸盖形状尽可能简单、对称。在拐弯处圆角过渡要平滑。各处相连壁厚不宜相差过大5) 对配气机构、火花塞及螺栓等零部件的布置，要考虑维修与调整方便。6) 清沙孔及工艺孔要合理布置，使整个气缸盖有良好的加工工艺性。7) 材料的选择应综合考虑铸造性。焊接性和耐磨性，要具有良好的强度及导热性，热膨胀系数宜小。价格低廉。§3.2 气缸盖结构设计§3.2.1 气缸盖结构形式选择气缸盖是密封及形成内燃机燃烧室的主要构件之一，也是点火系统（汽油机的火花塞）及配气系统的安装基础，其内部还要布置进排气道、螺栓孔、润滑油道，以及水冷内燃机中的冷却水套等。气缸盖的结构型式是按照汽油机用途、强化程度及缸径来选取的。一般小型高速汽油机常采用分开式燃烧室气缸盖，部分采用直接喷射式燃烧室气缸盖。中等功率汽油机一般采用直接喷射式燃烧室气缸盖，部分采用分开式燃烧室气缸盖。 一、燃烧室的选择(1) 半球形燃烧室半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车汽油机上被广泛地应用。(2) 楔形燃烧室楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些。(3) 盆形燃烧室盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。我们在考虑到将二气门改成三气门后，气门布局发生变化，且气门大小也要作相应的变动，所以这里我们要采用半球形燃烧室。 二、火花塞安装方案的选择火花塞的位置直接影响火焰传播距离的长短，从而影响抗爆性，也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率。此外，火花塞应靠近排气门处，使受炽热表面加热的混合气能及早的燃烧，不致发展为爆燃。另外，不希望有过强的气流在点火瞬间直接吹向火花塞间隙，吹散火核，增加燃烧室的循环变动率，甚至导致失火。三、气缸盖缸数的选择气缸盖设计之前首先要明确要几缸共用一盖，这样就有整体式、分块式和单体式三种方案的选择。这三种方案各有优缺点：整体式气缸盖一般为4缸或6缸一盖，一般用于的汽车、拖拉机用的中小型高速汽油机。 优点是气缸盖内部空间较大，水腔易布置。缸心距可取得较小，零件数量少。汽油机刚度有所改善。气缸盖上的油、水管路布置简单。缺点是气缸盖局部损坏时，整个气缸盖易报废。受力不均匀，热应力较高，易翘曲，变形大，密封性差。通用化程度低，铸造复杂，铸造废品率高，加工精度要求高。若采用四气门气缸盖是，“鼻梁区”不能钻冷却水孔。块状气缸盖一般为2缸或3缸共用一盖，适用于的中小型或强化程度较高的高速汽油机。优点是较易保证气缸盖底面不平整，铸造与加工工艺简单。系列的通用化好。比起单体式气缸盖有较大的内部空间，水腔和壁厚易于布置，油、水管路连接较少。缺点是缸心距要适当增大，采用四气门时，“鼻梁区”难于钻冷却水孔。单体式气缸盖一般在,强化程度较高，高速或中速大功率汽油机上使用。优点是密封性较好，结合面小，不易产生翘曲，变形小，气缸盖底面产生的应力亦较小。外形尺寸较小，结构简单，制造方便，成品率较高。系列通用化较高，减少备件品种。采用四气门气缸盖，“鼻梁区”易于钻冷却水孔，冷却效果好。缺点是要求的缸心距较大，增加了汽油机的长度和质量。铸造上受壁厚与泥芯尺寸的限制。油、水管路连接多，布置复杂9。所设计的气缸盖缸径D=92mm，而且492Q系列汽油机多应用于2-3吨的载货汽车，小型轿车等，所以综合考虑应采用整体式气缸盖。 四、气道布置的选择气缸盖进、排气道的结构布置对内燃机的性能有着显著影响。对于进气道而言，不仅关系到气缸的充气效率，而且还与混合气的形成及燃烧过程的气流组织等密切相关。对于排气道而言，则直接关系到排气阻力和排气损失。尤其是在废气涡轮增压内燃机中，排气道的结构布置还关系到废气能量的利用效率。降低气道流动阻力可以提高流量系数，减少流动损失，从这一角度来讲，短而平直的气道布置与造型是有利的。但是，在要求进气涡流的内燃机中，进气道的布置与造型不再只追求流量系数，而必须兼顾涡流强度，因而采用螺旋进气道、切向进气道等。在布置气道时，除了考虑上述性能因素外，还必须协调好一些主要的结构关系，包括配气机构中有关气门排列与驱动的方案，以及与气缸盖螺栓、冷却水套等结果之间的空间分配等。综合了进气阻力和混合气形成所需要的进气涡流，本次设计准备采用螺旋进气道。螺旋进气道大致可分为尾部、螺旋部和头部（靠近喉口部分）三部分。螺旋部分的形状和位置是气缸盖结构布置是优先安排的，他对涡流强度和流量系数的影响最大。头部形状主要取决于进气门的结构和布置方式，它对涡流强度的影响臂螺旋部分小。螺旋进气道的最佳方案一般都要通过细致的试验才能确定。图3-1：选用的两气门方案排气道没有涡流的要求，所以应该尽力将排气道做的流场和简洁，力求降低流动阻力，涡轮增压汽油机排气道的截面积变化必须从气门口逐渐扩大至排气支管，切忌反复扩大与收缩，以免到会排气脉冲能量损失过多和气道阻力过大。本次设计是三气门汽油机气缸盖，三气门需要综合考虑两气门和四气门的气道的布置方案。 此种布置的特点：（1） 结构布置较均匀，摇臂机构布置亦好。（2） 当有一个气门发生故障时，会导致汽油机工作异常。（3） 广泛用于中小型汽油机。图3-2：选用的四气门方案 此种方案的特点：（1） 布置较对称，有利于铸造工艺。（2） 气门传动机构的布置较为方便。（3） 同名气门受进排气干涉大。图3-3：本次设计所用的气道方案 结合了两气门和四气门的方案设计的三气门方案如图3-3所示采用这种方案，进排气道的布置较为对称，有利于铸造。气门传动机构的布置较为方便，可以用一根凸轮轴来驱动。五、气缸盖螺栓的布置 图3-4：螺栓孔布置图气缸盖的螺栓数目及布置方案，与气缸盖结构型式、气道、水孔、推杆孔位置及缸心距有关。它影响着汽油机设计的紧凑性和气缸垫片的密封性。同时也与汽油机的性能、可靠性和寿命有关。气缸盖螺栓的数量与布置有各种方案。一般汽油机的每缸螺栓数量为4-8个，本次设计采用每缸4个螺栓，布置采用近正四角形，必须位于气缸横向轴线上，而这样的四边形布置对汽油机气缸盖是有利的。 本次改进的492QD汽油机螺栓孔的布置如上图。六、气缸盖的冷却措施气缸盖的温度分布很不均匀，因此，对高热区应采取适当的方法，优先集中冷却。排气道和鼻梁区就是温度较高的局部区域，因此应该采用合适的结构措施来冷却这些地方。 图3-5：冷却水孔布置图 七、冷却水流动方式的选择 冷却水流动方式选择的原则：1、冷却水的流动方式的选择主要取决于气缸盖的结构与汽油机的热负荷大小。2、对于小功率的汽油机或整体式气缸盖，宜采用纵向流动方式，即冷却水从机体前端进入，向后依次流经各缸到机