一、设计意义及国内外研究现状

内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世界。经过一百多年的不断改进和提高，已经发展到了比较完善的程度，是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的产品。相对汽油机，柴油机构造比较简单，可靠性较高，能源效率高。随着柴油机技术的发展，特别是在柴油机震动与噪声及控制污染物排放领域的发展，使柴油机越来越多的应用于乘用车市场，柴油机地位不断提高。对柴油机的开发有利于能源的高效利用，缓解能源危机。多年来，发动机研发人员始终在探索一条道路，即在设计领域里以折中路线为主导的思维方式来满足市场或用户对发动机近于苛刻、完美的要求。目前，内燃机技术水平日新月异，小型化、闭缸技术、轻量化，可变气门等，其目的都是为了降低油耗，减少污染。这些技术确实是提高了内燃机的热效率，但也对内燃机零部件带来了更高的热负荷和机械负荷，对内燃机零部件的设计也提出了更高的要求。

缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。作为发动机的核心部件，不仅影响转矩和功率，还影响可靠性寿命、声学特性以及发动机的重量和成本。缸体必须要有足够的强度和刚度。同时由于缸体中的有些部位工作环境较为恶劣，如气缸受到高温气体的影响，故还须兼具有防腐蚀散热快等特性。缸体中还开有冷却液水道和油道故其结构复杂。本次发动机机体的设计，是站在已有发动机的基础上的一次自主研发的尝试，通过运用先进的材料和合理的结构设计出一台自主开发的发动机缸体，并使发动机得到优化，减轻发动机的质量，从机体这一方面使整车具有更好的动力性和经济性。同时，对我国汽车发动机自主研发，改变大量引进国外发动机缺少自主创新的局面有着重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

二、论文主要内容

本次毕业设计课题的主要目的是设计出一款发动机，并对缸体进行优化设计。可将本次设计内容分为以下几个部分：

1、 总体设计：根据初始参数(Pe=37kW,n=3300r/min,VL=2.164L,ge≤265g/kW·h)进行发动机总体设计。总体参数设计完成后应用MATLAB完成实际P-V图、运动学和动力学图形绘制，通过热力学，动力学和运动学分析来验证发动机总体设计参数是否合理。

2、 专题设计：缸体设计，气缸体的工作条件十分恶劣。它要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦。因此，它应具有以下性能：①有足够的强度和刚度，变形小，保证各运动零件位置正确，运转正常，振动噪声小。
②有良好的冷却性能，在缸筒的四周有冷却水套，以便让冷却水带走热量。
③耐磨，以保证气缸体有足够的使用寿命。

因此缸体的设计要求可概括为:合理选择缸体的结构型式和使用材料;合理设计受力部位的结构及形状;组织好缸体的冷却和润滑;缸体的外廓尺寸紧凑，质量轻;结构简单，便于制造，以有利于“三化”，便于拆装和维修。缸体设计完成后，根据设计参数应用CATIA软件进行建模，用ANSYS对实体模型进行校核和优化设计。

3、 拟解决的问题：发动机缸体重量占到发动机重量的25％以上，结构复杂，壁厚差悬殊，易出现应力集中现象，在发动机缸体设计阶段做好缸体结构优化设计有着重要意义。本次设计拟通过ANSYS有限元分析改变气缸结构来改善应力集中问题，并进行气缸轻量化设计。

4、 可能遇到的困难及解决措施：对于专业理论知识的掌握有限，对于缸体细节了解不多，对问题的分析可能比较肤浅，需要多向老师和同学请教，多上图书馆搜查资料，尽可能多的了解缸体的结构细节，油道布置等问题；关于缸体资料收集困难，很难找到缸体的剖面图和零件图，需要尽可能全面的上网和去图书馆搜集所需的参考文献；ANSYS有限元分析软件了解太浅，无法达到完成任务的要求，需要多花时间练习建模和有限元分析软件。