內燃機零部件結構設計及應用

張彥龍 陳毅 劉傳金

摘要：人類社會伴隨著瓦特發明蒸汽機進入了工業社會，經過第二次工業革命后，內燃機進入了人們的生活與生產之中。內燃機主要使用在機械、汽車、輪船等工業產品中，對于機械制造、物流等等產業有著重要的影響，隨著當前我國經濟的快速發展，我們需要改變傳統只追求經濟效益，而不顧生態環境的發展模式。推動內燃機的技術發展更加的高效率，同時降低內燃機的排放。本文針對從內燃機的結構設計出發，對其零部件的設計加以分析和研究，并提出相應的優化設計思路。

關鍵詞：內燃機;技術設計;零部件

引言

在第二次工業革命中，內燃機的誕生推動了人類社會進入電氣化時代，顯著的提升了社會生產力。在不同的社會發展階段，人們對于動力的要求往往有所不同，伴隨著社會生活生產力的提升以及人們生活水平的提升，人們的生活越來越離不開內燃機。經過長期的發展與改進，內燃機的熱效率越來越高，在經濟性與性能上產生了顯著的提升，另外人們也對內燃機提出了更高的技術要求，所以必須要對內燃機展開優化和設計，以此滿足人們對內燃機高性能、低排放的要求。

一、內燃機的相關概述

優化內燃機的結構設計必須要從內燃機的基本構成出發，內燃機有兩機構、五個系統共同組成。第一是內燃機的啟動系統，內燃機在工作的過程中，是由靜止轉向運行的過程，啟動系統的作用就是發動內燃機，讓內燃機順利的達到工作負荷狀態。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，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。第六是點火系統，點火系統主要是點火線圈在氣缸內部油氣混合之后，負責點燃可燃氣體，柴油機著主要是氣缸壓力進行壓燃。第七是冷卻系統，冷卻系統負責將內燃機在運行過程中的熱量予以排除，防止內燃機過熱。

內燃機在運行過程中，要將油氣混合物導入到氣缸中，利用點火系統點燃油氣混合物，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。

內燃機在各類機械設備上有著非常廣泛的應用。提升內燃機的熱效率，降低內燃機的排放，對于國家的發展和社會生產而言，有著重要的意義。內燃機的設計就是人們為了應對更高的動力需求。內燃機由于工作方式，必然會大量消耗能源，并對周圍的環境產生污染，所以當前對于內燃機的設計研究，基本上都是圍繞著內燃機的熱效率提升，以及降低內燃機的排放為研發方向。

二、內燃機的零部件設計優化

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

首先是對重要零部件的優化。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，都是優化結構的重要研究方向，設計優化主要針對活塞、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進行計算，分析內燃機零部件的運行效率。但是在實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化需要解決兩個問題，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點?；趯@些問題的分析，內燃機在零部件設計與優化中已經獲得了一些成果。技術人員以質量作為函數，對整體的內燃機零部件參數進行調整和優化，從而有效的降低連桿的質量，另外還有一些技術人員通過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，降低了活塞的重量。

其次是對內燃機在實際運行中機械流程的優化。對于優化內燃機的工作流程，當前屬于較為前沿的技術研究之一。當前內燃機已經經過了上百年的驗證，已經非常的穩定，所以對這一過程進行優化和調整，從原理上就屬于較為困難的一種改進方式。當前優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出發，對熱量傳送等多種因素進行優化和調整。這一過程中的核心在于往往缺乏相應的解析方式表述有待優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，所以整個計算的過程繁雜，各類信息數據非常多。另外對內燃機的運行流程予以優化，需要從多個方面共同著手，基于內燃機內部的不同部件和系統同時優化，這些問題都導致了內燃機流程的優化具有非常大的難度，解決這些問題往往需要應用大量的計算能力，對于系統的優化而言，提出了較高的要求。

總結

伴隨著當前我國社會的快速發展，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建設的內燃機，有著非常重要的作用和價值。本文從內燃機的零部件設計著手展開研究，并對內燃機的零部件優化進行分析，針對其中存在的問題提出與之相應的改進方法，對內燃機的技術發展進行了展望。伴隨著對內燃機技術的優化與調整，可以更加高效的推動我國社會生產，幫助各個產業得到獲得更加理想的發展。所以內燃機的結構優化設計不僅僅作用在這一機器自身的運行品質上，還會帶動整個產業經濟獲得進一步發展。

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力學的影響[J].內燃機工程，2014（4）：60-65.

[2]朱鵑，黃豪中，鄧偉，等.發動機雙回路朗肯循環的性能分析和參數優化[J].廣西大學學報（自然科學版），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].內燃機學報，2011（4）：348-354

[4]周瑋，廖日東.基于模態疊加法的曲軸動態特性研究與結構優化[J].農業工程學報，2015（3）：129-136.