殷滿華

摘 要：在不同的時期下，人類對于動力的需求有著一定的區(qū)別，在全球經(jīng)濟一體化、環(huán)境友好化發(fā)展的當(dāng)前，內(nèi)燃機在使用時要求既減少危害氣體的排放，同時也能夠提高內(nèi)在動力的整體使用效果。我國對內(nèi)燃機性能有著越來越高的要求。既要求經(jīng)濟性、舒適性和美觀性，減少對環(huán)境的影響，滿足各行各業(yè)對內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)本身的需求。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機零部件 結(jié)構(gòu)設(shè)計 應(yīng)用研究

Research on Structural Design and Application of Internal Combustion Engine Parts

Yin Manhua

Abstract：In different periods， human demand for power has certain differences. In the current global economic integration and environment-friendly development， internal combustion engines are required to reduce hazardous gas emissions while also improving internal power. China has higher and higher requirements for the performance of internal combustion engines. It not only requires economy， comfort and aesthetics， reduces the impact on the environment， and meets the needs of various industries for the structure of internal combustion engine parts.

Key words：internal combustion engine parts， structural design， application research

1 引言

在第一次工業(yè)革命中，蒸汽機的發(fā)明促使社會有了非常大的前進。而內(nèi)燃機的存在更讓日常生活中各行各業(yè)得到了發(fā)展，比如說常見的汽車，機械，船舶，航海等都需要使用的內(nèi)燃機，而在物流、國際貨運中也有著重要的影響。內(nèi)燃機與社會經(jīng)濟發(fā)展有著密切的關(guān)系，如果在當(dāng)前使用內(nèi)燃機時一味地破壞環(huán)境而獲取經(jīng)濟效益，就會導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量走向下坡路。研究內(nèi)燃機的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要目的是為了提高熱效率的同時減少危害氣體的排放，做到環(huán)境保護型社會建設(shè)、資源節(jié)約型社會建設(shè)，內(nèi)燃機推動了工業(yè)革命進一步的發(fā)展。本文主要的目的就是分析內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計以及目前對其應(yīng)用研究的效果。

2 內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義

2.1 內(nèi)燃機的組成

為了進一步分析內(nèi)燃機零部件的結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)了解內(nèi)燃機自身的構(gòu)成。內(nèi)燃機是有五個不同的大系統(tǒng)以及兩個機構(gòu)構(gòu)成的，其中包括了以下幾個不同內(nèi)容：第一個機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)。該機構(gòu)存在的意義是為了實現(xiàn)內(nèi)燃機的循環(huán)工作，進而完成能量的傳輸工作。第二個機構(gòu)是配氣機構(gòu)，該機構(gòu)存在的目的是為了定時開啟或者是關(guān)閉氣門，使得空氣進入、空氣排出。而五個系統(tǒng)則是指：第一，潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)存在的目的是為了對內(nèi)燃機內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)起到潤滑：清潔和散熱的作用。第二，燃為了進一步分析內(nèi)燃機零部件的結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)了解內(nèi)燃機自身的構(gòu)成。內(nèi)燃機是有五個不同的大系統(tǒng)以及兩個機構(gòu)構(gòu)成的，其中包括了以下幾個不同內(nèi)容：第一個機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)。該機構(gòu)存在的意義是為了實現(xiàn)內(nèi)燃機的循環(huán)工作，進而完成能量的傳輸工作。第二個機構(gòu)是配氣機構(gòu)，該機構(gòu)存在的目的是為了定時開啟或者是關(guān)閉氣門，使得空氣進入、空氣排出。而五個系統(tǒng)則是指：第一，潤滑系統(tǒng)。第二，燃料供給系統(tǒng)。第三，冷卻系統(tǒng)。第四，點火系統(tǒng)。第五，啟動系統(tǒng)。逐步進入到工作狀態(tài)中，由于這五個系統(tǒng)、兩個機構(gòu)才構(gòu)成了當(dāng)前人們所使用的內(nèi)燃機。

2.2 內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義

為了提高內(nèi)燃機的使用效率，并且讓內(nèi)燃機的資源質(zhì)量使用更高，我國在不斷地研究內(nèi)燃機，推動內(nèi)燃機發(fā)展質(zhì)量得到提升。內(nèi)燃機的出現(xiàn)則是因為蒸汽機已經(jīng)無法滿足目前的工業(yè)生產(chǎn)需求，內(nèi)燃機的工作效率、運行效率都在逐步提升，但是由于其工作方式的原因也會避免不了對環(huán)境造成一系列的污染。為此，當(dāng)前在優(yōu)化內(nèi)燃機、對內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)進行熱效率的分析時，不斷降低對環(huán)境的污染。隨著時代的發(fā)展在逐步前進，使用更高性能、更低能源消耗、更小廢氣排放的內(nèi)燃機滿足社會發(fā)展需求。而優(yōu)化內(nèi)燃機內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)則是為了提高內(nèi)燃機的整體使用效果，讓其不僅僅具有現(xiàn)實意義，還能提高我國未來社會經(jīng)濟的發(fā)展效益。優(yōu)化內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是對于新興技術(shù)的使用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，可以直接提高技術(shù)的運用效果，推動新技術(shù)不斷向前發(fā)展。研究人員將所學(xué)習(xí)到的理論知識轉(zhuǎn)化成為實踐應(yīng)用中的技術(shù)，確保內(nèi)燃機的發(fā)展速度越來越快，也能讓內(nèi)燃機始終滿足我國發(fā)展效率的需求，優(yōu)化內(nèi)燃機的內(nèi)部零構(gòu)件既是為了提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，讓我國從原本的緊緊依靠人口紅利逐步變成工業(yè)發(fā)達國家，實現(xiàn)從勞動密集型，資源密集型的工業(yè)向著技術(shù)密集型的工業(yè)進行轉(zhuǎn)變，增加了國家的綜合實力，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，確保國家的經(jīng)濟發(fā)展速度能夠走向越快越好的方向。

3 內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

分析內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中，首先要了解內(nèi)燃機已經(jīng)經(jīng)過了100多年的發(fā)展歷史，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向也有著一定的區(qū)別。在內(nèi)燃機最初出現(xiàn)時，其主要的首目的是為了提高燃燒效率，并且減小體積、噪音等一系列內(nèi)容。隨著科技的不斷進步，目前有關(guān)內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的研究方向則發(fā)生了一定的改變。其主要應(yīng)用在以下兩個方面：第一，對內(nèi)燃機的重要零件進行重新的構(gòu)造優(yōu)化。第二，對內(nèi)燃機當(dāng)前的運行流程進行優(yōu)化設(shè)計，以這兩個方面作為主要的應(yīng)用探索，取得了階段性的成果。

3.1 內(nèi)燃機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)前內(nèi)燃機的應(yīng)用效果已經(jīng)使用在實際的生產(chǎn)活動中，分析內(nèi)燃機的零件構(gòu)造優(yōu)化時，應(yīng)考慮到內(nèi)燃機自身的結(jié)構(gòu)特點。由于整體的結(jié)構(gòu)相對于復(fù)雜，為了進一步確定內(nèi)燃機內(nèi)所有的零件結(jié)構(gòu)自身的大小、材料和形狀。需要分析內(nèi)燃機在使用時的使用方式以及內(nèi)燃機自身的結(jié)構(gòu)組成。研究過程中包括了研究所涉及到的連桿，曲柄，活塞等重要的零部件。由于整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對于復(fù)雜，優(yōu)化內(nèi)部零件處于一種十分緊迫的狀態(tài)中，需要利用有限元計算方式處理內(nèi)燃機內(nèi)部零件，做到內(nèi)部零件由靜到動的變形計算。在計算力學(xué)模型邊界條件的時候，采用有限元的計算方式，如果不能正確的計算零部件的受力和支撐情況，難以最正確的計算零部件本身所需要承受的力量以及支撐的約束狀態(tài)。重要零部件在優(yōu)化設(shè)計過程中，其主要面對著兩個不同的問題：第一，如何設(shè)計重要零件的參數(shù)構(gòu)造。第二，如何確定離散化界限點的問題。在面對這兩個研究問題時應(yīng)考慮到，首先我國在當(dāng)前有關(guān)內(nèi)燃機主要零部件的設(shè)計優(yōu)化上已經(jīng)取得了相對較好的研究成果，針對于不同型號的內(nèi)燃機，進行不同零件的優(yōu)化。以四缸柴油機連桿優(yōu)化為例，很多研究人員將其質(zhì)量作為研究中最重要的一點，利用目標(biāo)函數(shù)的做法，對其中所涉及到的一系列參數(shù)進行優(yōu)化改造，進而確保整個連桿的使用質(zhì)量在逐步降低，能滿足設(shè)計的相關(guān)需求，為了提高活塞能夠適應(yīng)的最高溫度，對活塞自身的構(gòu)造以及機械熱應(yīng)力和應(yīng)力相關(guān)的構(gòu)造進行設(shè)計，其最終的目的是為了提高活塞本身的適應(yīng)能力，降低活塞重量。

3.2 內(nèi)燃機當(dāng)前的運行流程進行優(yōu)化設(shè)計

從內(nèi)燃機出現(xiàn)至今，內(nèi)燃機的運行流程優(yōu)化一直以來都處于一種萌芽的階段，內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)流程在當(dāng)前已經(jīng)經(jīng)過了100多年的檢驗，其優(yōu)化流程也在逐步提升。在研究的最初始階段，內(nèi)燃機在運行過程中的研究處于一種相對較為困難的境地，而如何確定研究的方向，改變內(nèi)燃機的運行流程等等都處于一種相對空白的狀態(tài)中。這一工作的研究重點在于燃燒程序、熱力流程以及熱量傳送等不同的模擬技術(shù)。由于諸多的因素相連接，其整體的連接體系有待優(yōu)化和改造。開展內(nèi)燃機運行流程優(yōu)化過程中，其工作重點在于以下幾點：第一，是否有辦法通過一般的解析對所有需要優(yōu)化的各項約束條件和目標(biāo)函數(shù)進行表述。第二，在對針對內(nèi)燃機運行流程進行計算優(yōu)化模擬時，所涉及到的系統(tǒng)是相對于繁多并且復(fù)雜的，整體的計算所消耗的時間非常長。第三，在優(yōu)化和運行在優(yōu)化內(nèi)燃機運行流程時，對其整體進行優(yōu)化，這些問題的出現(xiàn)都導(dǎo)致內(nèi)燃機運行流程的優(yōu)化難度在逐步提升，其計算的過程也需要選擇更加先進的計算機硬件以及軟件。內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項不斷發(fā)展的工作。當(dāng)前我國針對這一問題還在不斷努力，根據(jù)研究人員的經(jīng)驗以及對于內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的分析，對內(nèi)燃機的整體運行進行優(yōu)化，找到相關(guān)的參數(shù)。但是大量的實踐表明，內(nèi)燃機運行優(yōu)化過程中還存在著較大的偶然性和隨機性。為此，需要在后期研究過程中，明確對各項參數(shù)的優(yōu)化，使得可視化內(nèi)燃機成為一個發(fā)展的趨勢，為更多的相關(guān)人員在日常工作中帶來積極影響。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，當(dāng)前內(nèi)燃機的使用不僅僅在工業(yè)中得到了一定的發(fā)展優(yōu)化，農(nóng)業(yè)發(fā)展也同樣得到了提高。對內(nèi)燃機零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析本身具有非常重要的現(xiàn)實意義，確保我國所設(shè)定的遠大產(chǎn)業(yè)規(guī)劃能真正的得以實現(xiàn)。本文簡要分析了內(nèi)燃機零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及相關(guān)的應(yīng)用內(nèi)容，點明內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中所面臨的一系列問題和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方式，保障內(nèi)燃機的發(fā)展速度越來越快，同時對內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)進行不斷優(yōu)化，幫助我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量得到提升，做好遠洋運輸、國防安全等眾多行業(yè)的發(fā)展前進。同時，內(nèi)燃機技術(shù)的前進也帶動了我國社會經(jīng)濟以及科學(xué)探索質(zhì)量的前進。

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