机体和汽缸盖设计

目录一、概述二、内燃机概念设计三、曲柄连杆机构设计四、配气机构设计五、机体与气缸盖设计六、润滑系统及冷却系统设计机体与气缸盖设计

内燃机主要固定件分为气缸盖、气缸体、上曲轴箱和下曲轴箱四段。

大多数气缸盖为独立部件。

气缸体与上曲轴箱合成一体

,一般称为机体或气缸体一曲轴箱。

下曲轴箱是一个简单的贮油箱

,称为油底壳。第一节机体设计一、机体的工作条件与设计要求内燃机的机体构成机器的骨架，机体内外安装着内燃机所有主要零部件和附件。在机体设计中，必须对重要表面的尺寸、几何形状、相互位置等提出严格的公差要求。

机体在内燃机运转时承受很复杂的负荷

:

各缸内气体对气缸盖底面和气缸表面的均布气压力

；

经活塞作用于各气缸壁的侧向力；

经曲轴加在各主轴承上的力，支架对内燃机的支承反力和反力矩；

各气缸盖螺栓、主轴承螺栓使被紧固部分受力。

以上各种力和力矩使机体各部分受到交变的拉压弯扭，产生复杂的应力状态。

机体的结构设计必须保证它有足够的强度和刚度，既不能发生裂纹和损坏，也不能出现过大的变形。尤其是机体与气缸盖的结合处、气缸筒或气缸套、主轴承座等处。若刚度不足就会产生气缸密封失效、摩擦副磨损加剧、机体纵向振动加剧、机件产生附加应力等严重后果。机体的质量要占内燃机总质量的

1/4左右，而制造成本约占总成本的

1/10,机体的设计要特别注意减轻其质量和改善铸造和加工工艺性，挖掘降低成本的一切潜力。一般式气缸体

油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。机体结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便，但刚度和强度一般。

(2)龙门式气缸体

油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心，强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但加工困难。(3)隧道式气缸体

曲轴主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。结构紧凑、刚度和强度好，加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

二、机体的结构型式三、机体基本尺寸的确定内燃机机体在曲轴箱部分的基本尺寸决定于连杆曲轴组件旋转运动的需要，使它们能在机体内自由运动，另一方面又要使机体外形尽可能紧凑。为了确保机体与运动件在任何情况下不相碰，曲轴箱内壁与连杆运动轨迹间的最小距离应为5～10mm(根据经验）。机体中一般都安装着凸轮轴，它的位置应尽量靠近曲轴轴线，使正时齿轮机构紧凑。但凸轮轴应在连杆运动轨迹外包络线P以外，以免两种相碰。为了减小配气机构运动件的质量及挺杆的长度，凸轮轴的位置还应当尽可能地使气阀机构传动件的质量减轻，为此，凸轮轴位置常布置在气缸套下支承面附近。多缸内燃机的机体纵向的主要尺寸是气缸轴线距离(简称气缸轴距)L。它的大小主要决定于气缸的布置。常用气缸轴距与气缸直径之比L/D作为发动机紧凑性的评价指标．发动机采用湿缸套时，因为要安排缸套上下端的支承、定位、密封结构，

L/D值将增大到1.2～1.25。采用全支承曲轴的四冲程、六缸发动机，中央主轴承可能受到较大离心力的作用，因而主轴颈较长，使气缸轴距必须相应放大。此外，气缸的布置也会影响气缸轴距。对于气缸双列布置的内燃机，气缸轴距要受曲轴轴向尺寸的很大影响。缸心距L气缸轴距或缸心距)L----多缸内燃机机体在纵向的主要尺寸是气缸轴线间的距离，并用比值

L/D表征结构紧凑性。气缸直列布置的内燃机,L主要决定于气缸的布置。汽车用液冷四冲程汽油机,为使结构简单,通常直接在机体中加工出气缸孔

(图11-24)。根据铸造的可能性,缸间水套最小厚度为4mm,气缸壁的最小厚度为

5mm。这样,气缸轴距

L=D+14mm,当

D=80mm时，L/D=1.17(图11-29a)。为进一步缩小L,有些机型把厚度5mm的气缸在缸间局部减薄至

4mm(图

11-29b),有些机型采用变厚度气缸

,即在纵向厚

4mm,在横向厚

6mm(图11-29c)。这种在缸间局部减薄的气缸

,对气缸总的刚度影响不大。极限情况是取消缸间水套

,可得最小气缸轴距

Lmin≈D+8mm,对应一般汽油机

(L/D)min=1.1(图11-29d)。内燃机采用湿缸套时（图11-26）,因为要安排气缸套上下端的支承、定位、密封结构

,另外机体在相邻两缸之间应有隔板以弥补此时刚度的不足

,缸距要加大。一般

L=D+(25-35)mm,当

D=120mm时

,对应。风冷内燃机为了在气缸四周安排散热片

,L/D还要更大些。四、机体结构细节设计内燃机机体是一个复杂的空间结构，必须细致地进行结构细节设计，常用三维有限元结构分析和试验应力分析技术。一个重要的设计原则是主要载荷尽可能直线传递

,避免产生附加的弯曲和扭转。图11-27表示的铝合金机体因材料本身比较弱

,在气缸盖螺栓和主轴承螺栓的布置和设计上下了功夫。一是拉力完全直线传递

,二是螺孔下沉很深

,使力线很短。图11-30表示力的偏心对应力的影响。可见

,当两力错开一个相当于壁厚的距离时，璧厚要增加到不错开时的

3倍才能保证同样的应力。从力的直线传递的角度看

,每气缸周围布置

4个气缸盖螺栓最好

,因为螺栓再多

,就不可能实现这一原则。因此

,对于高强化内燃机

,缸径不要太大。机体上尺寸比较大的壁面最好设计成不断弯曲的波浪形

,而不是简单的大平面。图11-31表示一直列

4缸内燃机机体的改进情况。平壁改成弯壁

,加大结构刚度

,减小噪声辐射

,同时相邻两缸间的气缸盖螺栓的轴线也靠近刚度较大的侧壁和下面主轴承螺栓的轴线

。

加强肋设置为了加强大壁面的刚度

,可设置加强肋

,且要尽可能布置成不易歪扭变形的三角形（图11-28）。传力路线上更要有加强胁。机体壁面设计

为了加强机体的受力局部的刚度

,在基本壁面根据铸造工艺的可能尽量薄

(一般为

4～6mm)的前提下

,必须加大局部壁厚。

如顶面

10～12mm(汽油机

)和

15～20mm(柴油机)，底面8～12mm。壁厚的变化应圆滑过渡（图11-32）。机体材质内燃机机体一般用高强度的优质灰铸铁铸造

,因为它铸造性能好

,成本低。用整体气缸的机体

(图11-24),为了提高气缸表面的耐磨性

,常在铸铁中加合金元素以改善金相组织。不过

,即使合金的含量不高

,由于机体质量大

,材料成本会提高很多。有些高速轻型汽油机用压铸的铝合金机体

(图11-27),使总质量大为减轻。

第二节气缸和气缸套设计

一、气缸和气缸套的工况和设计要求

内燃机的气缸是气体压缩、燃烧和膨胀的空间，并对活塞起导向作用。

1.它的内壁直接受到高温高压的燃气作用；而它的外壁又受到冷却水的冷却。

2.在内外壁温差及爆发压力作用下，气缸套受到相当大的机械应力和热应力。因此要求气缸套要有足够的强度和刚度，并保证在工作时不致有过大的变形。

3.气缸套还承受活塞的侧压力，而且活塞在它的表面作高速相对运动，使气缸内壁（即气缸镜面）受到强烈的摩擦。

4.在润滑不良、进气脏污、冷车起动以及不正常燃烧的情况下都会造成气缸镜面的强烈磨损。

所以它是内燃机磨损最严重的表面之一，也是决定内燃机大修期的最重要表面。

设计缸套时必须注意：提高刚度和耐磨性；防止拉缸、穴蚀和支承凸肩断袋；减少热变形和安装变形。二、气缸套的材料

气缸套一般都用耐磨性好、铸造方便、成本低的合金铸铁制造。实践证明，铸铁的金相组织对耐磨性影响很大。而向铸铁加入不同的合金可以使铸铁的金相组织得到改变。目前，主要趋向是用高磷铸铁、含硼铸铁和钛钒合金铸铁。

1.高磷铸铁缸套：改善耐腐蚀性，但含磷量超过0.8～1.0%时，铸铁变脆，铸造时易产生缩孔。所以壁厚不宜过薄，否则缸套拆装易断裂。

2.含硼铸铁缸套：韧性和强度均好、铸造性能优越，材料不脆，比高磷铸铁好，所以是很好的新材料。

3.钛钒铸铁缸套：也可以制造气缸套。球墨铸铁的石墨为球形，具有致密强韧的珠光体，强度比普通铸铁约大一倍，也比普通铸铁耐磨，但因球化石墨表面较小，其保油性比片状石墨差，在润滑条件不良时，容易发生拉缸。

4.合金铸铁缸套：铸造和加工工艺复杂，消耗贵重金属量大，成本高。所以这种铸铁逐渐被高磷铸铁和含硼铸铁所代替。三、气缸和气缸套的结构设计

气缸体的刚度在很大程度上取决于缸套的型式及其安装方式。在现代内燃机上，气缸的型式有以下几种：

（1）无缸套气缸(无缸套)

经常在较轻负荷下使用的汽油机，一般采用与机体铸成一体的气缸（铝合金机体除外），称为无缸套气缸。（2）干式气缸套(干缸套)

在气缸内压入一个具有较高耐磨性的薄壁套筒（图9-25）。采用干式气缸套时，气缸体的上壁和下壁之间不仅通过水套外壁而且还通过水套内壁联成一个强有力的结构，所以干缸套的机体比湿缸套的机体刚度大。

同时因为干缸套的壁厚比湿缸套的薄，可以得到较高的耐磨气缸表面而不消耗大量贵重合金材料。

由于干缸套不与冷却水直接接触，活塞组的热量要通过缸套外圆与机体内孔之间的接触面才能传给冷却水。

由于加工误差和缸套、机体在工作中的变形，这个接触面的实际接触面积可能大大小于计算值，使传热恶化，活塞组温度升高，这是干缸套的一个主要缺点。

此外，由于干缸套与机体的缸套孔间要求精密配合，缸套加工要求高，缸套壁又薄，使加工和装配困难，再加上干缸套的机体比湿缸套的铸造困难，所以使干缸套在缸径较大的柴油机中应用受到了限制。

（3）湿式气缸套(湿缸套)

湿缸套的基本结构和主要尺寸关系如图9-27所示。

湿缸套由于冷却较好，更换方便，制造容易，虽然它要求机体应具有更大的刚度，但采用湿缸套以后可以使机体的造型和清砂比较简便，通过合理的布置加强筋的办法可以提高机体的刚度。

1.湿缸套的壁厚

湿缸套的壁厚取决于内燃机的指标和缸套材料。

在设计时一般取δ0=（0.05～0.1）D，其统计数据如图9-28所示。

过去为了内燃机结构紧凑并减轻重量力图减小壁厚，但现在为了防止缸套穴蚀又有加厚趋势。一般认为当壁厚取0.09D时缸套穴蚀就很少发生。在缸径较大而强化的内燃机中，缸套的壁厚应根据机械应力和热应力总复合应力来确定。

2.湿缸套的定位及其长度

湿缸套一般用两个定位带支承在气缸体中作为径向定位。

湿缸套的轴向定位采用环形支承凸肩。

当气缸套的支承凸肩在缸套的上部时，加工简单，拆装方便，所以获得了广泛应用。但由于缸套上部需要相当厚的凸缘和更厚的支承台肩，严重地妨碍了缸套上部的冷却散热，同时由于凸缘直径较大，使得缸心距增大，对机体的紧凑性不利。

有些内燃机为了消除这些缺点，将缸套支承凸缘设在缸套下端（图9-29），在气缸体下部设置相应的凸肩，由于缸套上部的凸缘取消，冷却水可以充分冷却缸套的上部，同时缸心距也可缩短，只是它的优点。

气缸套总长度ho由内燃机总布置决定：

1）活塞在下止点时仍应在气缸内得到良好的导向，同时活塞裙部应漏出气缸套5～10mm。

2）气缸套下缘不应与连杆运动轨迹发生干涉（见图9-11），根据统计，一般ho≈2S（S为活塞冲程）。

3.缸套上端凸肩及缸套下部的设计

缸套上端凸肩的结构设计好坏对缸套的工作有很大的影响。如果上端凸肩设计不良，会引起缸套的变形、漏气和影响冷却，严重时会使凸肩断裂。因此，在结构设计上和工艺上应给以足够的重视。

在强化柴油机中，为了避免活塞环咬死和对环槽的撞击，常常将第一道环与活塞顶的距离取得较大，以减小活塞环和环岸的负荷。

为了增强此处的冷却，可采用图9-31的结构，当内燃机用铝合金机体时，为避免水和蒸气对支承面的腐蚀，在定位面上装有耐热硅橡胶环，如图9-32所示。

湿缸套上部靠凸缘的压紧密封，下部一般用1～3个耐热耐油的圆断面O形橡胶密封圈封水。

四、气缸的磨损规律及其耐磨性的提高

为了进一步提高内燃机气缸表面的耐磨性，必须研究气缸的磨损规律，分析引起磨损的原因，以便采取适当措施，延长气缸套的使用寿命。

（一）气缸的磨损机理

如果气缸镜面覆盖一层油膜，气缸与活塞环和活塞裙是全液体润滑，而且机油也很清洁，没有杂质，则气缸不会磨损。

但是实际工况下很难达到这种理想情况，气缸镜面与活塞环和活塞裙的相对运动表面可能直接接触而发生磨损，或者机油中含有机械杂质而引起磨损。

分析磨损情况，一般有下列三种类型：

1）磨料磨损

由于吸入的空气中混有尘埃，机油中有积炭、金属磨屑等外来坚硬杂质，形成磨料，附着于气缸镜面，引起了气缸的磨损，磨料粒子在气缸镜面造成了平行于气缸轴线的拉痕，个别粗大的磨料也会留下粗大的拉伤，俗称“拉缸”。

2）腐蚀磨损

燃烧过程中产生许多酸性物（如CO2、CO、SO2等），当冷却水温度降低起动频繁时，燃烧生成物中的酸性物和水蒸气极易凝结在气缸表面上，如果气缸上的润滑油膜不足，酸性物与气缸镜面金属直接接触，就会对气缸进行腐蚀，在气缸上部形成较疏松的细小的洞穴，它沿着石墨发生而在基体部分则没有腐蚀。在磨损作用下，气缸的金属脱落，形成了腐蚀性磨损。

3）熔着磨损

当气缸与活塞在润滑不良情况下滑动时，两者有极微小部分金属直接接触，摩擦形成局部高热，使之熔触粘着、脱落，逐步扩大即产生熔着磨损。如果油膜得以及时恢复起到清洗和冷却作用，则温度下降，于是这微小熔着部分脱落而不会扩展。如果油膜恢复迟缓，熔着扩展导致很大范围内发生异常磨损，气缸工作面、活塞、活塞环立即遭到严重损伤，在气缸表面呈熔融流动状态，带有不均匀不规则边缘的沟痕和皱褶。与腐蚀磨损和磨料磨损相比，这是一种破坏性更大的磨损。通常把这种磨损也称为“拉缸”。（二）气缸磨损图

气缸镜面沿轴线方向的磨损情况多种多样，但综合多台样机试验，其磨损大致有以下几种基本形式，如图9-36所示。

（三）提高气缸耐磨性的措施

为了提高气缸的耐磨性，一般从引起磨损的因素出发，在气缸套的材料上、结构设计上、气缸镜面的加工工艺上以及使用条件等方面采取对应的措施。例如：

提高气缸镜面的耐磨性、耐腐蚀性、储油性；

防止有害磨料杂质进入气缸；

防止酸性气体在气缸壁上的凝结都是有效的方法。

1.缸套加工必须精确

为了保证气缸表面工作耐久，必须加工精确，气缸精度必须在2级以上，当气缸直径D=75～150mm时，其不圆柱度一般不应超过0.012～0.035mm，缸径小时取下限值，否则气缸与活塞、活塞环接触不良，漏气增加，磨损加剧。

2.合理选用材料

(1)经常在低温起动、冷却水低于80℃以及经常在低负荷、中低速运转的车用内燃机，气缸套以腐蚀性磨损为主，宜用奥氏体铸铁制造。

(2)在尘埃较多的野外重负荷下工作的汽车拖拉机用的高速柴油机，气缸套以磨料磨损为主，气缸套可以采用薄钢套制造（干缸套），内表面渡铬、或氮化。

(3)船用大中型柴油机，多用含硫量较高的低值燃料，气缸套以酸性腐蚀为主，可采用磷钒铸铁制造缸套，内表面进行镀铬或氮化。

总之，按照内燃机的使用条件合理地选用缸套材料，再对气缸内表面作相应的处理——镀铬、氮化或表面淬火，就可显著地提高寿命。

3.缸套表面处理

缸套的表面处理主要有镀铬、高频淬火、磷化处理和氮化等。

(1)镀铬缸套硬度高，耐磨性好；熔点高，熔着磨损少；磨擦系数小；并增加了抗腐蚀性能力。

缸套镜面镀铬后，能提高50%的耐磨性。但因它的成本高，限制了它的广泛采用。

(2)高频淬火对球墨铸铁和合金铸铁特别有效，可以提高抗磨损性能1～2倍，但淬火时缸套容易变形和淬裂。

(3)磷化处理能改善磨合过程，防止拉缸，能提高耐磨性，抗腐蚀性能。

(4)氮化有气体氮化和软氮化。

气体氮化的缺点是生产周期长和必须采用适合氮化的氮化铸铁或氮化钢。另外还容易产生硬而脆的氮化铁层，所以气缸套上不用这种氮化。

软氮化可以克服上述缺点，是近年来提出的新工艺，将缸套放入盐浴炉中，在460～580℃温度下处理。

缸套表面产生两层硬化层：

第一层由氮化铁和炭化物组成，厚度约为10～14微米。这层硬度只有HRC46左右，但它的耐磨性较高。

第二层是扩散层，主要由氮本身构成，它有很高的抗疲劳能力。软氮化的优点是耐磨性、耐腐蚀性和抗穴蚀能力可提高一倍，并且生产成本低，只有镀铬费用的1/5。所以它在大、中、小柴油机缸套中都可应用。4.制定合理的磨合规范

内燃机的磨合好坏对它的磨损有很大的影响，若内燃机的磨合不良，就会发生拉缸。因此，必须在磨合阶段使摩擦表面达到良好的贴合。

在磨合时期在空负荷下长期运转，不但拖长了磨合时间，很不经济，而且由于燃油稀释缸壁润滑油，可能出现拉缸。

但若过急地进行高负荷磨合运转，更容易发生拉缸。

所以磨合规范必须综合考虑磨合运转时间和负荷的合理分配，以便在磨合时期摩擦表面得到充分的磨合磨损，并较快地达到良好的贴合。

因此，在进行长时期高负荷磨合运转时，考虑到润滑油油膜容易破坏，为了使局部金属接触部位及时得到冷却，防止拉缸现象发生，在中间要加入几段低负荷运转。一个良好的磨合规范要通过磨合实践总结出来，不同型号的内燃机有不同的磨合规范。

5.使用条件

使用因素对气缸磨损影响很大。

当环境空气中尘土很多时，对空气滤清器和机油滤清器的选用、使用和保养必须给予重视，否则气缸会遭受强烈的磨料磨损。

润滑油应选用热稳定性好、油膜强度高、不易胶结的；

燃油应选用硫分和水分少的。

要尽可能避免频繁的冷起动或低温运转。因为当冷却水温低于80℃时，废气中的酸性物质（SO2等）在缸壁上凝结，使气缸腐蚀性磨损增加，尤其在用挥发性差或含硫量多的燃料时，低温运转危害性更大。

在机油中添加抗腐添加剂可减轻腐蚀性磨损，选用粘温性能好的机油可以减小气缸的冷起动磨损。

6.改善缸套的设计

为了延长气缸镜面的使用寿命，气缸和活塞的间隙要适当：过小则拉缸；过大则缩短使用寿命。

为了增加活塞裙部与缸套的贴合面积而又不会拉缸，活塞裙部要采用合理的椭圆形和桶形结构。

为了避免缸套在安装和运转时变形和引起过大的磨损，缸套上部的凸肩形状要合理，尺寸要适当，缸套支承面和水封的支承凸肩配合间隙要合适。

总之，只有在结构设计合理的条件下，才能提高缸套的使用寿命。

五、湿缸套的穴蚀和防止缸套穴蚀的措施

（一）穴蚀的现象及其机理

随着内燃机平均有效压力及转速不断提高，结构日益紧凑，内燃机机体及湿缸套愈来愈多地出现了穴蚀破坏。这时气缸套外表面在连杆摆动平面内的活塞主推力面一侧或在进水口及水流转弯处，有很多针状孔洞发生，孔洞表面清洁，没有腐蚀生成物的沉积，这些孔洞逐渐扩大、深化，最后使缸套穿透，显著地降低了柴油机的寿命及可靠性。在机体上与此对应的一侧也同样有孔洞出现。

引起穴蚀破坏的本质原因目前还不十分清楚，但大多数认为：

（1）缸套的振动所引起的冷却水中的交变压力和水流的冲击是产生穴蚀破坏的主要外因；

（2）缸套材料本身存在着微观的小孔、裂纹、沟槽是产生穴蚀破坏的主要内因。

（二）穴蚀的部位

在发生穴蚀的柴油机中，尽管它的机型、缸套结构、缸壁厚度、活塞与缸套的配合间隙不同，但穴蚀的部位都聚集在连杆摆动平面以内，且在下述三个区域内最易产生穴蚀：

1.连杆摆动平面的两侧，缸套中上部及下部聚集如带状的深孔群，而且在活塞主推力面一侧穴蚀较为严重。

2.在进水口处及水流转弯处孔洞聚集，是振动和水力共同作用下产生的穴蚀。

3.在支承及上下配合密封凸肩出产生细小穴蚀，呈蠕虫形、条沟状凹坑，或者不规则的环形凹坑，严重时会形成裂纹。

1.减小缸套的振动

减小缸套的振动是防止缸套穴蚀的主要措施。缸套振动的加速度愈大，穴蚀愈大。为了减小穴蚀，必须减小振动，其主要措施有：

1）减小活塞和气缸间的配合间隙。间隙大时，活塞对缸套的冲击力也大，缸套的振动也大。为了减小缸套的振动，必须尽可能地减小活塞间隙，但活塞间隙的减小始终受到可能咬缸的限制，因此，要采用膨胀系数小的活塞材料、桶面（椭圆）活塞裙结构（可减小间隙）、提高活塞队工精度、对活塞进行有效的冷却等措施，才能在避免咬缸的条件下，减小了活塞的间隙，达到减小缸套振动因而减小穴蚀的目的。

（三）减轻气缸套穴蚀的措施

因为穴蚀是由振动和水流冲击引起的，所以，防止穴蚀主要应从减小振动、吸收振动和控制空气泡的形成着手。

2）采用偏置活塞销。为了改善活塞运转的平顺性，减小活塞在改变侧向力方向时对气缸的冲击力，将销座位置相对于活塞销主推力面偏移1.5～4毫米（相当于气缸直径的3%），因此，减小了活塞对缸套的冲击，也减小了缸套的振动。

3）提高缸套的刚度。适当地增加缸套的壁厚，把缸套下支承适当地向上移动，增加缸套的支承刚度，可以减小缸套的振动。

4）适当减小缸套与气缸体间的配合间隙。缸套上下定位带与气缸体的配合间隙，往往引起缸套的振动，产生严重的穴蚀。因此，适当地减小缸套与气缸体的配合间隙，也有利于减小缸套的振动，减小缸套缝隙穴蚀。

2.控制气泡的形成

冷却水在水套中流动的情况，对气泡的形成有很大的影响，不应当使水流的方向正对着气缸套，而应沿气缸套壁切线方向进入水套，以减小水流对气缸套的冲击。然后水流再绕气缸套外壁成螺旋上升，以便减少空气泡的产生，即使有气泡出现，也因切线流动能使它离开强烈振动区域，以减小对缸套的穴蚀。此外，进水口在水平方向的宽度不要大于水套空间的径向宽度。冷却水套也不宜太狭，其宽度不应小于10毫米，缸套与机体间的水腔愈小，愈易加速缸套的穴蚀。冷却水套不应有局部狭窄，以防止流速及压力突然变化，要尽量使流速均匀，水流畅通，不宜存在死区及涡流区。所有这些措施，都可以减少气泡的产生，减少对缸套的穴蚀作用。

3.提高缸套的抗穴蚀能力

（1）合理选择缸套材料

选择合理的缸套材料和对缸套进行表面处理，可以增加缸套表面的抗穴蚀能力。

（2）合理选择热处理工艺

缸套的热处理温度对穴蚀也有影响，铸铁缸套在600℃以下低温退火，只要不出现金相组织变化，就不会使耐穴蚀性能降低。高温退火可以导致铁素体形成，析出石墨，并使耐穴蚀性好的片状渗碳体变为穴蚀性差的球状渗碳体。而且，淬硬状态比铸态更易受穴蚀。所以在制定热处理规范时，应当特别注意。

（3）缸套外表面处理

对缸套外表镀铬、镀镉和喷镀陶瓷可以对表面起保护作用。

（4）改善冷却水的性质

在冷却水加入抗穴蚀物质可以改善缸套的抗穴蚀能力。第三节气缸盖设计及燃烧室的密封一、气缸盖的工况及设计要求气缸盖是铸造最困难的零件,在结构设计时要特别注意铸造工艺性。气缸盖应当满足下列要求：1）气缸盖应具有足够的强度和刚度，工作时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。缸盖变形过大会加速气门座磨损、气门杆咬死和气缸密封遭到破坏，造成严重漏气、漏水和漏油，使内燃机无法工作。2）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。3）结构力求简单、铸造工艺良好；冷却合适，缸盖温度场分布均匀，尽可能减小热应力，避免气门座之间形成裂纹。二、气缸盖的材料根据工作条件，气缸盖应该用抗热疲劳性能好的材料铸造。材料的导热性愈好，膨胀系数愈小，高温疲劳强度愈高，愈能承受热负荷的反复作用。图9-37示出了铸铁、铝合金和钢三种材料的热强度系数对温度的变化曲线。有图可知：当温度低于250℃时，铝合金具有相当高的热强度；当温度在300℃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。里卡多公司认为：铸铁气缸盖的工作温度不应超过375～400℃，铝合金气缸盖的工作温度不应超过220℃。三、气缸盖结构型式的选择水冷内燃机的气缸盖有整体式、分块式和单体式三种。当缸径D＜105毫米时，一般多用整体式气缸盖，它的零件数少，结构紧凑，制造成本较低。当缸径D≥140毫米时，一般都用单体式（一缸一盖）气缸盖。当125＜D＜140毫米时，采用单体、整体和分块（每两缸或三缸一盖）或者兼而有之。

D=105毫米左右是采用分块式气缸盖的下限值；

D=125毫米左右是采用单体式气缸盖的下限值。

气缸盖应具有足够的刚度,以保证燃烧室的可靠密封。气缸盖的基本壁厚决定于铸造可能性，最小为

4mm左右。但有气门座的气缸盖底面或燃烧室壁面

,其厚度要加大到

10～15mm,以减小翘曲

,保证气门的密封性。

中、小功率高速内燃机

,一般都采用各缸气缸盖联成一体的整体气缸盖。这时结构紧凑

,加工方便

,但增加了铸造的复杂性。缸径较大的柴油机常采用两缸一盖或三缸一盖的整体结构

,甚至每缸一个气缸盖。分体式气缸盖制造废品率降低

,与机体之间密封易于保证

,但结构不紧凑。

D=105毫米左右是采用分块式气缸盖的下限值；D=125毫米左右是采用单体式气缸盖的下限值气缸盖的进排气门座之间、排气门座之间

(对每缸四气门内燃机

)、火花塞与喷油器周围、喷油器与气门座之间以及火花塞与气门座之间均温度很高

,因而是热应力很高的“热点”,应加强这些热点的冷却。这对强化柴油机来说尤其严重。四、气缸盖火力面的布置气缸盖的设计应从火力面的布置开始。火力面的布置包括：燃烧室的布置；喉口尺寸的选择和布置；喷油器或火花塞的布置。汽油机燃烧室常见的三种形式气缸盖底板上的气口座孔通常叫做喉口。从保证有尽可能大的进排气时间-截面积和尽可能小的气流阻力出发，总是力求加大喉口直径，高速和大缸径内燃机中采用多气门的目的之一也在于此。

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（统一燃烧室）或火花塞。喉口到气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效率显著下降，阻力增加，加大喉口所得的效果也受到影响。根据统计，这个距离一般取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，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。

引自日齐藤孟汽车柴油机发动机一书图6-1引自日齐藤孟汽车柴油机发动机一书图6-2五、进排气道的布置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气效率，排气道影响排气阻力和废气能量的利用。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轴线的方向。这时，气道可以有四种布置方案，如图9-45所示。 方案a气道最短，气流阻力最小，但只适用于单缸。 方案b也只能用于单缸或双缸。

在汽油机中，为了利用废气对进气管预热，直列式汽油机多用进排气通道布置在一侧的第三（c）方案（图9-41），只有在V型汽油机中，由于总布置的需要将进气管布置在气缸两侧的第四（d）方案，但这时也要从排气通道中引出一部分废气预热进气管。在柴油机中，为了减少排气通道对进气的加热，以提高充气系数，一般采用将进排气通道布置在气缸两侧的第四(d)方案。六、气缸盖螺栓的布置气缸盖螺栓是气缸盖与气缸体之间的联接件，它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、以及气缸套的变形大小都有很大的影响。螺栓数目要足够，以保证压紧均匀，减小局部变形，密封可靠。螺栓的布置又受到气道、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。一般每缸周围6～8个。螺栓的布置应尽量相对于气缸中心线均匀分布，当每缸用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。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。七、