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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）汽缸盖设计摘 要汽缸盖是汽车发动机的三大件之一，它是发动机上的一个十分重要的部件，它对发动机的性能起着关键性的作用。其上部装有凸轮轴，下部与缸体、火花塞组成燃烧室，两边是进排气道，分别与进气歧管和废气排出的排气管相接。由于燃气在气缸里爆燃时，气体温度瞬间高达1000C以上，这种高温热冲击烦、作用产生高达7MPa，且在发动机工作时汽缸盖长期在这样的条件下工作，所以要求气缸盖内要有冷却水道，且不断流动。凸轮轴和气门在工作时由于长期摩擦，也需要有相应的润滑措施。另外燃烧室的形状、大小对发动机的性能起着至关重要的作用，需要合理的布置才能使发动机达到最佳的效率。此次设计主要对
2、以上要点做了设计，另外根据要求气缸盖的材料采用ZL104合金，以提高发动机的动力性和经济性。关键词：气缸盖，燃烧室，进排气道，冷却 Cylinder head designABSTRACTAutomobile engine cylinder is a very important part，its engine performance plays a key role in。The upper part is equipped with camshaft，lower and the cylinder body, the composition of the combustion chamber
3、 spark plug，Is the inlet and exhaust ports on both sides, respectively, and oil and gas out of the intake manifold and exhaust pipe connecting the exhaust emissions。As the gas in the cylinder exploding, the gas temperature up to 1000 C for more than an instant, that the role of heat shock trouble pr
4、oduce up to 7MPa, and the engine cylinder head work, long work under these conditions, so they requested that there should be a cylinder head cooling water, and the constant flow. Camshaft and valve friction due to the long hours at work, but also the corresponding lubricating measures required. In
5、addition the combustion chamber shape, size, performance engine plays a vital role, needs and reasonable arrangement to achieve the best efficiency of the engine. The design of the main points made above design, the cylinder cover additional material requested by ZL104 alloy, to improve the engines
6、driving force and economy.KEY WORDS: Cylinder Head，Combustion chamber，inlet and exhaust ports，cooling10目录前言1第1章 气缸盖的材料31.1气缸盖材料选择标准31.2铝合金ZL104的性能4第2章 气缸盖的结构形式52.1 气缸盖结构选择方法52.2 气缸盖的结构5第3章 气缸盖火力面的布置93.1 喉口尺寸的选择与布置93.2 裂纹产生的机理及措施11第4章 进排几道的布置124.1 进排气道布置方案124.2 气缸进排气道的确定16第5章 气缸盖螺栓的布置195.1 气缸盖螺栓的作用19
7、5.2 气缸盖螺栓布置要求及合理布置195.3 气缸盖螺栓预紧力20第6章 气缸盖的冷却216.1气缸盖需要冷却的原因及要点216.2 冷却方式22第7章 燃烧室247.1燃烧室设计要求247.2 压缩比247.3 火花塞及燃烧室形状25结论28谢辞29参考文献30前言1、 内燃机的发展内燃机的出现是在19世纪60年代，发展到现在已一个半世纪了，随着科技的发展，人们对内燃机的要求不断提高。内燃是和汽车给世界带来了现代物质文明，经过了一个半世纪的发展之后，它的发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性以及排污控制方面还在不断改进。新材料的出现导致内燃机可以进一步减少质量、降低成本和热损失，综合了汽
8、油机和柴油机的优点的缸内直喷式汽油机、均匀混合式压缩燃烧发动机、各种代用清洁燃料发动机等都将会有很好的应用前景。近百年来，我国内燃机工业取得了长足的进步，截止到2001年底，我国内燃机的品种、数量与质量可满足国民经济日益增长的需求。但与国际先进水平相比，在性能、质量与可靠性以及自主开发能力方面还有很大差别。随着汽车保有量的增加，我国对内燃机排放的要求不断提高，采用欧标准，排放标准将与国际接轨。2、 气缸盖的功用及要求气缸盖的作用是密封气缸，并与活塞和汽缸体共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。为了保证气缸盖与垫片之间的密封，缸盖还要受到很大的螺栓预紧力，气缸盖各部分温度很不均匀，如缸盖底
9、面燃烧室部分温度最高，而冷却水套部分温度较低，进气道与排气道温度也不相同，因此，气缸盖的机械应力与热应力很大，因此气缸盖应当满足下列要求：汽缸盖应具有足够的强度和刚度，工作时汽缸盖变形最小并保证与气缸的接合面和气门座的接合面有良好的密封。要根据混合气形成和燃烧方式布置出合理的燃烧室形式，气门和气道布置合理，力求使内燃机性能良好。铸造工艺良好；冷却合适，缸盖温度分布不均匀，尽可能减少热应力，避免气门座之间形成裂纹。3、 本文的主要内容及意义本文主要按着设计要求使用常规的设计方法进行设计。首先气缸盖结构方案分析及确定，选择合适的进排气道形状及位置，选择合适燃烧室形状、大小，冷却水道的确定，气门、火
10、花塞的合理选择等，最后通过装配测试性能。本设计的目的是全面回顾大学所学的知识并加以运用，检验一下自己的学习情况，为接下的毕业工作打下基础。同时，对培养学生的工程意识有很大的意义。这也是一次难得的理论联系实际的实践机会。在该设计工作中，主要考虑的问题是气缸的换气损失和内燃机的经济性、动力性。结合实际气缸盖材料选用XL104。 第1章 气缸盖的材料1.1 气缸盖材料选择标准根据工作条件，气缸盖应该用抗热疲劳性能好的材料铸造。材料的导热性越好，膨胀系数就越小，高温疲劳强度越高，越能承受热负荷的反复作用。气缸盖中的热应力很大，当变形受到限制是时，各种材料中产生热应力的大小可以用热应力特性数（）表示，其
11、中为材料的线性膨胀系数，为弹性模数，为导热系数。为了比较材料的热强度，用材料的拉伸极限强度与（）相比而得到热强度系数。特性书（）越小，热应力就越小， 热强度系数就越大，热强度就越大。如下图11示出了铸铁、铝合金、钢三种材料的热强度系数对温度的变化曲线。图11由图可知，当温度低于250时，铝合金具有相当高的热强度，当温度在300左右时，铸铁和钢的热强度比较好。当温度达到400时，铸铁的热强度也迅速下降。因此铸铁气缸盖的工作温度不应超过400，铝合金汽缸盖的工作温度不应超过220，否则，铸铁气缸盖的“鼻梁区”由于膨胀产生应力而在高温下发生塑性变性，且在冷却时又因冷缩受到拉伸，这样热胀冷缩交变作用，
12、由于热疲劳而发生裂纹。铝合金气缸盖由于高温而使强度迅速下降，所以要采取有效的冷却措施，使鼻梁区温度不要过300。1.2 铝合金的性能查阅相关资料得，铝合金具有高的比强度、铸造性能好及较高的综合力学性能等优点, 广泛应用于各类轻型发动机机体传动箱、泵体等, 在汽车行业中也应用广泛。的化学成分及力学性能：( 1) ZL104 铝合金的主要化学成分为: wSi = 8% 10. 5% , wMg =0. 17% 0. 3% , wMn = 0. 2% 0. 5% , 其余为铝。要求杂质的含量为: 砂0. 6% , wFe 0. 9% ,wCu 0. 3% , wZn 0. 3% , wSn 0. 1
13、% , wTi0. 5% 。( 2) ZL104 铝合金的性能为: 铸态抗拉强度150MPa,时效后抗拉强度200MPa; 铸态硬度50HBS, 时效后硬度70HBS。参照以上，并结合设计要点发动机重量轻、工作状况好等此次设计气缸盖选用材料铝合金。第2章 气缸盖的结构形式2.1 气缸盖结构选择方法水冷内燃机的汽缸盖有整体式、分块式、单体式三种。当缸径D105mm时，一般多采用整体式气缸盖，它的零件少，结构紧凑，制造成本低。如果选择单体式气缸盖在结构上就比较困难，因为各部分壁厚和泥芯截面尺寸受到造型和浇铸条件的限制而不能按缸径比例缩小，这样就不能在保证有适当的壁厚和泥芯尺寸的条件下得到既有足够的
14、起到面积又有先进的气缸中心距。当D140时，一般都用单体式（一缸一盖）气缸盖。这样可以使铸造废品下降，尤其可以提供同一系列而缸数不同的内燃机通用，偏于组织系列化的生产，降低制造成本，且维修方便。当缸径125D145mm时，采用单体式、整体和分块或者兼而有之，视需求而定。D=105mm左右时采用分块式气缸盖的下限值；D=125mm左右时采用单体式气缸盖的下限值。但在产品品种比较单一且产量很大时，由于铸造技术设备比较完善，加工生产线负荷率较高，即使缸径较大，还是以整体式气缸盖比较经济。气缸盖还应有足够的刚度，以保证燃烧室的可靠密封。侧置气门汽油机的气缸盖上没有近排气门，高度较小，一般H=（0.50
15、.6）D；顶置气门内燃机由于有进排气道，高度较大，一般H=（0.91.2）D。因为内燃机向高速高功率放心发展，使气缸盖热负荷不断增加，适当加大气缸盖的高度，使H=（1.41.5）D，对气缸盖设计时加强冷却、提高刚度、合理设计进排气道三者都有利。同时，气缸盖的刚度增大，对防止变形和防止三漏也十分有利。2.2 气缸盖结构根据设计要求，采用如下图21、22所示整体式气缸盖图21图21图22由于发动机功率较小，缸径D=95mm，故选用4缸整体式气缸盖，结构紧凑，加工方便，减低成本。另一方面为了提高充量系数、发动机功率及经济性，降低排放，采用一缸4个气门双进双排，顶置凸轮轴。根据资料气缸盖高度定为135
16、mm，各缸中心线间的距离为102.5mm，进排气门分布两边且与火花塞中心线有910的夹角。 第3章 气缸盖火力里面的布置3.1 喉口尺寸的选择与布置气缸盖地板上的气门座孔通常叫做喉口。从保证有尽可能打的进排气时间截面积和尽可能小的进气阻力出发。但增大喉口直径受到一定限制，首先应使同一气缸的所有气门能在气缸底板这一有限尺寸以内安排得下，同时还须安排预燃室或涡流室的通道，或是喷油器或火花塞。喉口到汽缸壁之间的距离不能太小，否则接近气缸壁面部分的气门通过面积实际流通显著下降，阻力增加，加大喉口所得的效果也受到影响。根据统计，找个距离一般取0.02D为宜。喉口之间的距离不能太小，否则这里型芯强度不够，
17、易造成金属堆积。两气门之间或气门与喷油器之间的冷却水套空间曲面最小半径应取3mm左右，浇铸壁厚一般取5mm，如果在鼻梁区的冷却水流不打通畅，就会在进排气门座间、或气门座与喷油器之间出现裂纹。所以喉口的尺寸如图31图31在非增加内燃机中，因为进气阻力对内燃机性能的影响比排气打，所以进气喉口直径dsi一般比排气门喉口直径dse大。根据内燃机设计表96： dsi=0.400.45D 取dsi=39mm dse=（0.350.40）D 取dse=32.5mm 与气门喉口尺寸相对应，进排气门头部的直径dvi和dve在下列范围内 dvi=（0.420.50）D 取40mm dve=（0.370.42）D
18、取33.5mm为了提高充量系数，提高发动机功率，此次设计气缸盖采用4个气门（双进双排）结构提高了喉口面积，增大了进排气量，而其是气门的冷却得到了改善。3.2 裂纹产生的机理及措施 当内燃机工作时，气缸盖水套壁的温度是6080，但刚改底面的温度达到400480，有点甚至高达500，因为底板火力面温度高于其冷却面的温度，所以热胀冷缩受到限制，火力面发生强烈的压缩应力，冷却面受到很大的拉伸作用。在高温条件下，材料的弹性极限下降，发生了塑性变形。因为发生了塑性变形，高温条件下压缩应力有所下降。当内燃机停车以后，火力面温度下降，但还不到环境温度是，压缩应力已全部消失。当温度继续下降到环境温度时，表面出现
19、拉伸应力，这就是所谓残余拉伸应力。裂纹能否发生，取决于此拉伸应力的大小。如果局部地区温度超过允许值越多，运行时间越长，残余拉伸应力越大，严重时，缸盖在经历了第一次“加热冷却”循环之后就会出现裂纹。但实际上即使残余应力低于材料的拉伸极限，由于经过若干次“加热冷却”的循环之后而发生了啦、压的反复作用以后，也会出现疲劳而造成裂纹。气缸盖底板的厚度对气缸盖的工作可靠性有很大的影响。随着内燃机的不断强化，缸盖所受的机械负荷与热负荷显著的增加，对于爆发压力造成的机械应力，要求气缸盖底板要有足够的厚度。但底板厚了以后，冷热面之间的温差增大，热应力增加，为了减小应力，底板应相对减薄。因此。其杠杆的可靠性就取决
20、于对热负荷与机械负荷二者的协调，要合理的选择气缸盖底板的厚度。“鼻梁区”是气缸盖温度最高且热应力最打的区域。将进排气门加工成R圆弧的小坑，以减薄此处的火力面壁厚，减少热应力以避免惹疲劳裂纹。如下图32所示图32为了避免热疲劳裂纹，应当在保证活力板的必要的刚度和强度条件下，尽可能减薄它的厚度。对于热负荷较低的内燃机，活力板的厚度可以打一些，一般取815mm；对于高负荷的内燃机活力板可以适当的取薄一点，但也不太薄，太薄时在强化内燃机中气体压力作用下可能出现底部变形引起阀漏气和磨损。第4章 进排气道的布置4.1 进排气道布置方案进排气道的设计对内燃机性能有很大的影响，进气道影响进气阻力和充量系数，排
21、气道影响排气阻力和废气能量的利用（如废气涡轮增压）。4.1.1 每缸两气门的布置方案为了气门驱动方便，当采用两气门（一进一排）时，一般都将气门中心线的连接线放在平行曲轴线的方向。这样，气道可以一下几种布置方案。图41图41所示方案起到最短，气流阻力最小，但只使用于单缸机。这种方案若用在多缸机 ，气道无法从两缸之间引出。图42图42是单侧式缸盖布置方案，进排气道同侧，采用下冲式螺旋进气道，进气歧管安装在发动机顶部。这种方案由于排气道长，并且大部分都必须与水套接触，增加了冷却水的热损失。 图43图43也是一种单侧式每缸两气门布置方案，与图42不同的是气道在用一侧，排气道比较短，对冷去水的人损失比较
22、小。图44图44是一种横流式气缸盖，它在图43的基础上把进气道延伸到气缸对侧。在这种情况下可以设计中最理想的进气道，同时排气道也不受限制。4.1.2 每缸四气门的布置方案为了保证内燃机有尽可能高的充量系数，进排气道应当有足够大的面积，因此就出现了每缸四个气门的气缸，虽说制造上增加了难度，但从提高发动机效率方面还是起了很大的作用，是以后气缸设计发展的方向。下面介绍几种每缸四气门的气道布置方案。图45图45是一种比较普遍的四气门设计方案，每缸6个缸盖螺栓，两个进气门横跨缸盖布置，进排气门分组组合，以便简化摇臂和十字头气门开启机构，但是从气道分布的观点看，这中气门室是不能令人满意的，到最远的进气门通
23、道、在上游气门和螺栓之间的截面处要受到节流，气道截面在该处的变化也急剧增加，会造成流动损失。另外进气道恨长，这在空气对空气中冷发动机上会引起进气被冷却水加热，同样排气道也较长，也增加不了应有的对冷却水传染损失。图46图46所示的气缸盖的螺栓与推杆位置与图45一样，但气门布置成更有利的菱形。这就有可能将通向两个进气门的支气道独立分开，从而允许一个进气道是螺旋气道，另一个进气道是切向气道，使每个进气道的设计都不收限制，而且从每个气道流出的旋流又互相支持而不矛盾。每缸两个排气道联合成一个气道，但是这样做的前提是，应该不引起任何流动性能的损失。该方案接触排气道的冷却水套较少，有助于降低对冷却水的热损失
24、。图47图47是一种顶置凸轮轴的设计方案，凸轮轴顶置使所有的气道独立分开，一个进气道是高我留的下冲式螺旋气道，另一个是低涡流的切向气道，由安装在缸盖侧面的进气歧管供气。如果用一个电子阀关闭对低涡流的切向供气道的供气歧管的供气通道，则高涡流的下冲式螺旋气道产生的涡流就会明显增强，关闭了一个进气歧管增加了泵气功，这样对油耗有一定的影响。当发动机转速低于1000rmin时，因关闭此阀而使泵气损失增加很小，以致对油耗几乎不影响。另外这种设计方案，排气道夜市独立分开的，这使设计不受限制，能实现最佳设计而使排气节气六最小，接触各排气道的冷却水套最少，使之对冷却水的热损失最小。经以上比较此次设计采用类似此种
25、的设计。4.2 气缸盖进排气道的确定为了保证内燃机有尽可能高的充量系数，除了要有足够大的进排气通道面积外，还要求气道断面要避免突变，最好由气道口起向进气道的进口和排气道的出口通道面积分别均匀增大20%左右，同时铸出的气道表面要尽量光滑。因此。要选取若干进排气道通道截面，绘制图形，计算出通过面积，并按照要求对它们的形状和大小进行修正设计，直到满足要求为止。试验表明，其门口的前面在气流拐弯的中心一侧增加一块圆滑的突起，可以减小进气（如图48A）。这个突起使进气流挤向玩到的外壁，使气流转弯更好，并使进气门环状开口更均匀的为气流所通过，实际上提高了进气门通过断面的利用率。在进气门口加以文氏管型环（图4
26、8B），可使高速时的进气流量显著增加。文氏管型环断面收缩率对空气流量的影响如下图49所示图48图49结合以上各种资料及实际条件设计气缸盖气道形状如下图410所示图41017洛阳理工学院毕业设计（论文）第5章 气缸盖螺栓的布置5.1 气缸盖螺栓的作用气缸盖螺栓是汽缸盖与汽缸体之间的联接件，他的位置和数量对于气缸盖和气缸体的受力情况、气缸盖与机体之间接合面密封的可靠程度、以及气缸套的表形大小都有很大的影响，影响着发动机的工作状况。5.2 气缸盖螺栓布置要求及合理布置螺栓数目要足够，以保证压紧均匀，减小局部变形，密封可靠。增加螺栓数目，每个螺栓直径可以相应减小，相对于气缸盖的柔性变大，故能减小螺栓上
27、载荷的狡辩分量，因而相应地可降低预紧力，同时两螺栓间的距离减小，对气缸垫片达到压紧力更加均匀，减少了冲垫漏气的可能性。但是，螺栓的布置手抖啊气道、推杆孔、水孔和气缸中心距等具体结构的限制，所以螺栓数目也不能随意增多。侧着气门汽油机，虽然气缸内最高压力较小，但因燃烧室轴变长，受其压力作用面积大，气缸噶结构刚度差，气缸盖螺栓数目要多，一般每缸周围68个。顶置气门汽油机，每缸4个螺栓一般就够了，有时也用5个螺栓。螺栓的布置应尽量相对于气缸中心线均匀分布，否则可能由于气缸受力不均匀一起局部变形，各螺栓中心连线最好沿气缸周边切线分布，以增加密封力；各螺栓所分摊的压紧面积要基本相同，以保证压力均匀。当每缸
28、用4个螺栓时，气缸盖螺栓的布置最方便，在设计机体时，可以使气缸盖螺栓的作用力几乎笔直地沿着加强筋传到主轴承螺栓，使机体变形最小。此次设计就采用4个气缸盖螺栓，各螺栓的布置祥见第二章图21、图22。5.3 气缸盖螺栓预紧力气缸盖螺栓的预紧力要足够，以保证必要的密封压力，防止长期工作后发生松弛。但预紧力多大会使机体、气缸盖过度变形，反而损坏密封。根据资料试验证明，当每缸周围所有螺栓的总预紧力等于作用在意缸汽缸盖上最大气压力的3倍已上时，密封的可靠性才能得到较好的保证。气缸盖螺栓受力很大，一般都用优质中碳钢45或合金钢40等制造，并调制处理。螺栓的尺寸对汽油机为M1214，柴油机M1220，对应预紧
29、力钜为80150和120250牛顿*米。此次设计为汽油机，选螺栓直径12mm。在装配发动机拧紧气缸盖螺栓时，为避免气缸盖衬垫和气缸盖局部变形，引起压力不均匀，必须依次由气缸盖的中央向四周对角地逐渐拧紧。如有可能，最好在暖车间运转后再拧紧依次。如已松弛，则再拧紧到规定扭矩值，如未松弛，则不宜再增大扭矩值。几种国产内燃机气缸盖螺栓参数如下表：内燃机型号气缸盖材料缸径（mm）每缸周围螺栓数螺栓规格螺栓预紧力钜（N*M）汽油机CA-7240Cr10054*N12加1*M10100110SH-490Q45904M12809025Y-6100Q40MnB1004M14140160CA-10B40Cr100
30、.66M12100120柴油机49040MnB906M12758529545955M142002204105451057M1275956120Q40Cr12076M1417010412540Cr125M16220250 19 第6章 气缸盖的冷却6.1 气缸盖需要冷却的原因及设计要点当气缸盖火力面的铝合金温度达到220时，铝合金的强度极限就开始下降，如图11所示，其结果就会产生变形，因此就需要对气缸盖进行冷却，防止其达到强度极限的温度。但是内燃机过冷时，对汽油机来说导致混合气形成不良；对柴油机来说导致燃烧粗暴、CO和HC排放增加、热损失和摩擦损失加大，尤其是气缸的磨损会成倍增加。内燃机冷却系的
31、任务是在任何条件下保证内燃机在最适宜的温度条件下工作。为了维持这样的温度状态，冷却系的散热能力必须与内燃机的使用工况和气候条件相适应。但是，在水泵、风扇均由曲轴定速比驱动的传统冷却系统中，散热需求与散热能力之间并不能永远协调。内燃机在气温高的条件下低速、大负荷运转时，散热需要大，但水泵、风扇转速低，供水量和扇风量均很小，气温又高使散热器的散热温差减小，冷却系的散热能力小，内燃机易于过热。相反，在气温低的条件下小负荷高速运转时，内燃机易于过冷。实际上仅按照最不利工况设计冷却系避免过热，将导致其他工况下冷却能力的浪费。于是次啊用可调百叶窗来调节散热器的散热能力，用节温器来调节冷却水的循环量，但调节
32、范围有限，最总结果是内燃机机械效率下降，燃料经济性恶化。现在越来越多的变工况内燃机开始采用各种结构的可调风扇，采用由水温自动控制的电动冷却风扇，自动控制使风扇工作更灵活，适应性更好。气缸盖结构复杂，各点间的温差很大，热应力比机械应力还大。因此，必须重视冷却水套的设计，合理地布置水道和组织冷却水流，排除水的流动死区。如果水套设计不良，在高负荷运转时，气缸盖的冷却表面局部地区可能出现过度沸腾，即冷却表面开始产生蒸汽泡，这意味着这个地区的局部温度已超过120150。如果热负荷继续增加，以致局部地区由过渡沸腾转变为膜状沸腾，这是沸腾的气泡已形成整片的蒸汽膜，它破坏了壁面与冷却水之间的热交换，造成零件温
33、度进一步上升，如此恶性循环，足以使受热面的温度达到危险的流速。因此在冷却水道中，往往需要对局部地区组织定向冷却。例如，“鼻梁区”的温度较高，经常采用喷管冷却此处。气缸是铸造最困难的内燃机零件，在结构设计时要特别注意铸造工艺性。特别要注意泥芯应有足够的强度（尤其是“鼻梁区”部位更应注意泥芯的强度），有可靠的支撑。防止在铸造生产过程中产生飘芯、变形、错位。对清砂孔要也别重视。大量时间证明，气缸盖开裂的重要原因之一是清砂不净，造成局部冷却不良、过热而引起过大的热应力，一次，新设计汽缸盖时要设置砂孔，出砂后加闷头堵死。例如日本五十铃公司的6BB1型车用柴油机，其整体式气缸盖上、下、左、右、前、后、六个
34、面均有出砂孔，总数达20个。清砂清洁与否，不仅对汽缸盖是否断裂有很大的作用，而且对内燃机性能的好坏及稳定性有很大的管辖。缸盖顶板应略有倾斜，出水口应布置在水套中的最高点，以便使冷却水中的气泡顺利排出，避免形成“蒸汽囊”。同时将摇臂轴机构的润滑油回油管布置在最低点。在V型内燃机上，顶板没有必要倾斜，这时将出水孔布置在V型夹角的内侧最高点，回油管布置在外侧的最低点。6.2 冷却方式 冷却水流动的方式取决于内燃机的热负荷和汽缸盖的据以结构。对于采用整体式的小功率内燃机，冷却水多采用纵向流动方式：冷却水从集体前端进入，向后依次流经各缸直至最后一缸，然后再从各缸向上流入汽缸盖，然后再流向该缸盖前端，流回
35、水箱；对于强化程度较高的柴油机或单体式气缸盖柴油机一般采用横流式方式：在机体长度方向有总布水道，反别流向各缸，然后再由各缸向上流入汽缸盖。汽缸盖分布若干几个水孔，排气道下应布置一个，冷却水在排气管侧上方引出。这种类缺水流动方式能加强对气缸盖高温区的冷却，特别对组织“鼻梁区”的冷却较为方便。并使个部委冷却较为均匀，从而有利于降低热应力，故在柴油机上应用较为广泛。气缸盖的进水孔原则上应均布于气缸盖的周围，每缸48个，以免形成死区。但对高温区应当优先布置水孔冷却，而且水孔的面积也要相对大些。对于“鼻梁区”更需要专门做强制冷却。当采用钻孔喷水强制冷却时，可以控制孔径大小，保证孔内所需的流速。因为孔径经
36、过加工，传热性能较好。流速不能太小，约3米每秒左右，孔径一般取0.1D左右（D为缸径）。孔径太小时，会被水垢堵塞。 气缸盖结构和受热情况比较复杂，各部分能否得到相应的冷却，只有通过样机试验时测量有代表性的各点的温度后才能断定。也可以通过专门水流试验，进行各种结构方案的对比试验。这时一般讲缸盖顶面去掉，用有机玻璃等透明材料密封，观察冷却水在水腔中的流动情况，或用毕托管测量各点的水流速度，据以改进结构，改善气缸盖的冷却。22第7章 燃烧室7.1 燃烧室设计要求 燃烧室设计直接影响到发动机的充量系数、火焰传播率、放热率、传热损失及爆燃倾向，从而影响到发动机的性能。燃烧室设计应满足以下要求：燃烧经济性
37、高。燃烧过等容度高。生成污染物少。不出现爆燃与表面点火等不正常燃烧。燃烧循环变动小。动力性高。工作柔和，燃烧噪音小。燃烧快速。稀冉能力强。起动性好。 7.2 压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，压缩比表示活塞下止点运动到上止点时汽缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内气体的压抑和温度越高，提高压缩比可以提高汽油机的功率与经济性，尤其对经济性起着特别显著的作用，在常用的=711范围内，每增加一个单位，提高35%。但是提高压缩比受爆燃的限制，因此提高抗爆性就成为提高压缩比的关键。为提高压缩比又不产生爆燃，燃烧室设计应从以下几方面考虑：缩短火焰传播路程，除设计紧凑的燃烧室外，也
38、与火花塞的位置有关。利用适当强度的湍流，加快火焰传播速度。在离火花塞较远地区与设计适当的冷却面积，降低终燃混合气温度。燃烧室内没有易受高温影响而产生的热点和表面沉积物。汽油机过去采用侧置气门L形燃烧室，虽经各方面改进，压缩比可提高到6.27之间。现代汽油机广泛采用顶置气门燃烧室，使燃烧室更为紧凑，压缩比可提高到811。从提高功率和经济性考虑，提高压缩比是有利的，但过高的压缩比将使压力升高率倍增，发动机的噪声与振动增大，此外提高压缩比对大气污染也是不利的，因为压缩比增加，燃烧室表面积与体积之比即面容比增加，相对增加了激冷面积，增加HC排放量，在发动机冷起动、怠速和暖机时影响较大。压缩比增加，燃烧
39、室的狭窄、润滑油膜和沉淀物处生成的未燃的HC增加。另外，压缩比高，膨胀比也大，膨胀后期燃气温度下降，HC氧化速率下降，使更多的燃料以未燃HC的形式排出；压缩比高，排气温度低，使壁面温度降低，使粘附在壁面上的液态燃料难以汽化，增加HC排放：压缩比高，使最高燃烧温度增加，NOX增加。7.3 火花塞及燃烧室形状火花塞的作用是将点火线圈产生的点火高压引入发动机的燃烧室，在其电极间隙中形成电火花，点燃混合器。火花塞的工作条件十分恶劣，它承受很大的机械、化学及电的负荷，因此必须能够承受冲击性高压作用，能承受温度强烈变化，应有良好的热特性和足够的机械强度，火花塞的电极采用难熔、耐蚀的材料制成。火花塞的热特性
40、是指火花塞发货部位吸收热量并向发动机冷却系统散热的能力。要使火花塞能正常工作，其绝缘体裙部的温度应保持在500600，能是落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积碳，该温度为火花塞的“自净温度”。如果绝缘体裙部的温度低于紫荆温度，金辉引起火花塞积碳；若该温度过高，则混合气与炽热的绝缘体接触时，会引起炽热点火而产生早燃、爆燃等现象。因此，火花塞的热特性必须与发动机相适应，以保证火花塞在发动机内良好工作。火花塞的热特性主要决定于绝缘体裙部的长度，绝缘体裙部长的火花塞，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为“热型”火花塞；反之，裙部断的火花塞，吸热面积小，传热距离短，散热容易，称为“冷型”火花塞。热型火花塞用于低压缩比、低转速、小功率的发动机中；冷型火花塞适用于功率大、转速高和压缩比打的发动机。火花塞的位置直接影响火焰传播距离的长短，从而影响抗爆性能，也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率。燃烧弹的实验结果表明，圆锥形底部点火时，开始燃烧速率大，后期缓慢；圆