内燃机零部件结构设计及应用

张彦龙 陈毅 刘传金

摘要：人类社会伴随着瓦特发明蒸汽机进入了工业社会，经过第二次工业革命后，内燃机进入了人们的生活与生产之中。内燃机主要使用在机械、汽车、轮船等工业产品中，对于机械制造、物流等等产业有着重要的影响，随着当前我国经济的快速发展，我们需要改变传统只追求经济效益，而不顾生态环境的发展模式。推动内燃机的技术发展更加的高效率，同时降低内燃机的排放。本文针对从内燃机的结构设计出发，对其零部件的设计加以分析和研究，并提出相应的优化设计思路。

关键词：内燃机;技术设计;零部件

引言

在第二次工业革命中，内燃机的诞生推动了人类社会进入电气化时代，显著的提升了社会生产力。在不同的社会发展阶段，人们对于动力的要求往往有所不同，伴随着社会生活生产力的提升以及人们生活水平的提升，人们的生活越来越离不开内燃机。经过长期的发展与改进，内燃机的热效率越来越高，在经济性与性能上产生了显著的提升，另外人们也对内燃机提出了更高的技术要求，所以必须要对内燃机展开优化和设计，以此满足人们对内燃机高性能、低排放的要求。

一、内燃机的相关概述

优化内燃机的结构设计必须要从内燃机的基本构成出发，内燃机有两机构、五个系统共同组成。第一是内燃机的启动系统，内燃机在工作的过程中，是由静止转向运行的过程，启动系统的作用就是发动内燃机，让内燃机顺利的达到工作负荷状态。第二是燃料系统，燃料系统需要配置合适的可燃气体，将油气加以混合，在气缸內部燃烧以后，将废气从气缸中排除。第三是润滑系统，润滑系统需要负责为机械内部结构进行润滑，起到散热、情节以及润滑的作用。第四是配气结构，配气结构控制气门，负责气体的流入流出。第五是曲轴连杆，曲轴连杆是将内燃机能量转化为机械能，并传输出去的核心部件。第六是点火系统，点火系统主要是点火线圈在气缸内部油气混合之后，负责点燃可燃气体，柴油机着主要是气缸压力进行压燃。第七是冷却系统，冷却系统负责将内燃机在运行过程中的热量予以排除，防止内燃机过热。

内燃机在运行过程中，要将油气混合物导入到气缸中，利用点火系统点燃油气混合物，并将燃料释放的能量转化到活塞上，利用曲轴连杆将这些动力传送到外部。根据内燃机所使用的燃料，将内燃机分为柴油机和汽油机，本文主要分析和研究的是柴油机。

内燃机在各类机械设备上有着非常广泛的应用。提升内燃机的热效率，降低内燃机的排放，对于国家的发展和社会生产而言，有着重要的意义。内燃机的设计就是人们为了应对更高的动力需求。内燃机由于工作方式，必然会大量消耗能源，并对周围的环境产生污染，所以当前对于内燃机的设计研究，基本上都是围绕着内燃机的热效率提升，以及降低内燃机的排放为研发方向。

二、内燃机的零部件设计优化

内燃机在长期发展历程中，其设计优化的目标和方向随着时代的变化而改变。内燃机的优化围绕着机械结构、提升热效率、降低噪音等等，在当前的形势下，研究主要围绕着对内燃机零部件的优化，以及降低内燃机的排放等。

首先是对重要零部件的优化。由于内燃机较为复杂的内部构成，所以其零件的形状和零件的大小等，都是优化结构的重要研究方向，设计优化主要针对活塞、连杆以及曲轴等零部件。由于内燃机较为复杂的内部结构，可以使用有限元的计算方法，对内燃机在运行中的形态进行计算，分析内燃机零部件的运行效率。但是在实际的计算机模型构建中，使用这种计算方法往往不能真正有效的计算出零部件的约束和受力情况。零部件结构的设计优化需要解决两个问题，一方面是设计出重要零件的参数，另一方面是明确内部零件离散化的具体界线点。基于对这些问题的分析，内燃机在零部件设计与优化中已经获得了一些成果。技术人员以质量作为函数，对整体的内燃机零部件参数进行调整和优化，从而有效的降低连杆的质量，另外还有一些技术人员通过重新设计活塞构造的方式，对机械应力的结构予以调整，提升了活塞可以承受的最高温度，在提升其适应能力的同时，降低了活塞的重量。

其次是对内燃机在实际运行中机械流程的优化。对于优化内燃机的工作流程，当前属于较为前沿的技术研究之一。当前内燃机已经经过了上百年的验证，已经非常的稳定，所以对这一过程进行优化和调整，从原理上就属于较为困难的一种改进方式。当前优化运行流程的工作多数情况下从燃烧程序、热力流程以及流体的流动出发，对热量传送等多种因素进行优化和调整。这一过程中的核心在于往往缺乏相应的解析方式表述有待优化的目标函数以及约束条件。其次是在内燃机内部运行流程的模拟中，由于其牵涉到非常多的系统内容，所以整个计算的过程繁杂，各类信息数据非常多。另外对内燃机的运行流程予以优化，需要从多个方面共同着手，基于内燃机内部的不同部件和系统同时优化，这些问题都导致了内燃机流程的优化具有非常大的难度，解决这些问题往往需要应用大量的计算能力，对于系统的优化而言，提出了较高的要求。

总结

伴随着当前我国社会的快速发展，对于内燃机的需求逐渐扩大，设计和制造适合我们国家生产建设的内燃机，有着非常重要的作用和价值。本文从内燃机的零部件设计着手展开研究，并对内燃机的零部件优化进行分析，针对其中存在的问题提出与之相应的改进方法，对内燃机的技术发展进行了展望。伴随着对内燃机技术的优化与调整，可以更加高效的推动我国社会生产，帮助各个产业得到获得更加理想的发展。所以内燃机的结构优化设计不仅仅作用在这一机器自身的运行品质上，还会带动整个产业经济获得进一步发展。

参考文献

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