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设计计算
柴油机气缸盖的设计
茅继庆(上海柴油机厂)’
〔提要〕本文通过时 13 5 型等柴油机气缸盖所发生过的问题的分析, 时气缸盖
、
的设计改进进行了探讨。提出了在气缸盖设计中应注意的一些问题。
、
气缸盖是柴油机结构设计中难度较大成熟周期较长的重要零件之一。其结构和受力复
杂, 发生的问题也较多。气缸盖的设计所涉及的面较广, 除了结构上的问题以外, 还必须考
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虑温度刚度材料的热膨胀、气道内的气流运动和阻力冷却腐蚀穴蚀附件的磨损
、、、、、。
型芯的造型和清砂三漏(漏气油水) 裂纹电化作用及残余应力变形等问题因此,
对柴油机气缸盖设计改进的探讨, 不仅有利于产品的提高, 而且也有助于新柴油机的设计。
一、我厂历年气缸盖设计概况
近三十年来, 我厂曾设计和试制十种型号的柴油机, 其中几乎有70 % 机型的气缸盖发生
过不同程度的设计问题, 为此, 曾做了大量的试验改进工作。现以 1 35 型柴油机为主, 概述
于后:
1 . 气缸益翔故 1 3 6 型柴油机投产后的十年和产品发展阶段, 气缸盖使用几百至几千
小时后, 有的出现裂纹。裂纹位于底平面进(排)气门座与喷油咀孔口之间的鼻梁处居多, 亦
有发生在进气道壁上或进气道与气缸盖侧面连接处。后从毛坯热处理工艺和设计结构分别进
行研究改进, 现已基本解决。
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19 54 年试制 G M 6 一71 型柴油机时因气缸盖设计紧凑水夹层狭窄泥芯薄弱浇铸
。
时易变形, 难以保证壁厚据反映, 国外大盈生产的同类型产品气缸盖使用数千小时后产生
裂纹。
、
19 57 年 180 型柴油机试验初期, 因六气门缸盖型芯复杂空间不足, 难以保证铸造质
。
t , 多数气缸盖发生裂纹
1 96 8 年设计的 19 5 型柴油机在样机试验中, 由于气缸盖底面设计不当, 在交变载荷下引
起疲劳源, 大量气门座坑出现裂纹。
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2 气门. 抓随着 1 35 型柴油机转速和增压度的提高, 出现气门磨损问题, 特别是气
门座的磨损较为严重。过去曾将气门座倒角改为 30 ’, 材料采用高铜铬钥合金铸铁而基本解
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决了气门座磨损间题。但近几年来, 增压机型在运转 10 0 小时后, 有时进气门下陷 0 4 m m
以上。所以还需作进一步研究。
、。
18 0 型高增压柴油机及 F M l lo 型柴油机在试制中也曾分别出现进排气门座的磨损
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3 峨油咀外套上部翻水 1 35 型柴油机喷油咀外套上部橡胶封水圈由于材质不稳定,
注: 本文涉及到的 135 产品气缸盖的改进工作, 许多是上柴厂科技人员和技术工人集体智慧和劳动的成果。
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往往使用日久老化, 遂出现密封不良漏水现象。现在拟采用耐高温耐油抗老化的橡胶
材料(如硅橡胶)制造封水圈, 可提高寿命。
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4 喷油咀工作通度离随着强化程度提高, 当 135 型柴油机转速提高到 2 0 0 r/ m in 时
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或 61 35 G 型柴油机增压功率增至 20 0 P S( 150 0r / m 恤) 时喷油咀温度相应升到 24 0o C 以上
。
后采取一系列加强冷却措施后, 喷油咀温度明显降低
. 、
5 气门密封不良燃气方翻 1 9 54 年仿制 3 及6 型柴油机时, 进排气门座镶入气缸盖
后, 由于结构设计紧凑, 使防止座圈松动的工艺措施受到限制, 仅能在座圈周围滚压约 2 20
度, 造成压紧力不均匀, 热变形较大, 导致气门密封不良, 嫩气窜漏, 由于是先天性的弱点,
后来无法妥善解决。
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6 气门导, . 摄, 翻机油 13 5 型柴油机气门导管采用铁基粉末合金烧结而成由于
合金密度难以控制, 导管内外圆同心度和内孔中心线直度不稳定等主要因素而造成导管磨损
。。
和漏机油目前拟从压铸和烧结工艺着手改进
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7 喷油公固肠姆性断裂在 13 5 型增压柴油机数次耐久试车中, 曾发生为数甚多的喷
油器固紧螺栓断裂, 后将其杆部设计为弹性体, 此问题迅速解决。
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8 位趁翻气 1 9 57 年设计 1 3 5 型柴油机时, 气缸盖为块式, 共用六只固紧螺栓, 造成
。
气缸垫漏气等问题
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9 铁皮闷头烂穿 1 35 型柴油机在台架上进行 3 0 ~ 6 0 小时运转后, 出现气缸盖清砂
。、。
孔的镀锌铁皮闷头烂穿后将材料改为铜铁双层金属, 经长期考核颇见成效
纵观上述间题, 大多数都涉及到气缸盖本身的结构设计, 它为设计改进提供了反面的经
验。
二、气缸盖设计