一、气缸盖的工况及设计要求
气权益赶朋是罗封气缸，并与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。为了保证缸盖与气缸套之间的密封，缸盖还要受到很大的螺栓预紧力(一般为爆—发压—力的3—4倍)； 气缸盖各部分温度很不均匀，如缸盖底面燃烧室部分(称为火力面)温度最高，而冷却水套部分温度较低，进气道和排气道温度也不相同，因此，气缸盖的机械应力和热应力很大。实践表明， “鼻梁区” (气门座孔和喷油器孔之间的地区)所产生的裂纹，大多数由于热疲劳造成。再加上气缸盖的结构复杂，铸造残余应力也很大。因此，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，：[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；力，避免气门座之间形成裂纹。
二、气缸盖的材料冷却合适，缸盖温度场分布均匀，尽可能减小热应
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。气缸益中热应力很大。当变形受到限制时，各种材料中产生热应力的大小可以用热应力特性数(半)表示，其中。为材料的线膨胀系数，龙为弹性模数，z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(半)相比而得到热强度系数。特性数半愈小，热应力愈小，热强度系数众愈大，热强度也愈大。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。由图可知，当温度低于250。C时，铝合金具有相当高的热强度，当温度在300。C左右时，铸讯、预百五4U别则恐阳反承gL聂小夕。骂砸反问丁6UU L叫，田惋和俐pJ9k阳反比汉件。3温度达到400。C时，铸铁的热强度也迅速下降。里卡图公司认为：铸铁气缸盖的工作温度不应超过375—400。C，铝合金气缸盖的工作温度不应超过220。Co否则，铸铁气缸盖的“鼻梁区”由于热膨胀产生应力而在高温下发生塑性变形，但在冷态时又因冷缩受到拉伸，这样热胀冷缩交变作用，由于热疲劳而发生裂纹。铝 ，n合金气缸盖由于高温
而使强度迅速下降。所以，要采取有效冷却措施，使“鼻梁区”温度不要超过上述数值。柴油机常用机械性能不低于HT20—40的灰铸铁或合金铸铁制造气缸盖(表9—5)，由于孤女链球墨铸铁具有较高的 “强度和耐热性，也得到了日益广泛的应用。只有极少数柴油机才使用铝合金汽缸盖。侧置门汽油机机， 由于燃烧室不紧凑，气缸盖中的燃烧 图9—37 各种气缸盖材料的热强度系数室受热面积很大，因此常甩超合余创造气缸盖，以降低燃烧室壁面的温度，提高充气系数，减轻爆燃倾向，改善汽油机的动力性和经济性。但是顶置气门汽油机，燃烧室较紧凑，而且两个气门顶面益住了相当大的一部分燃烧室面积，采用铝合金气缸盖在性能上的收益相对减小，只有在严格限制结构重量时才采用。钢的热强度最好，但它的流动性差，收缩性大，通用／1尼仕双贝何同间形研lq早gg一冲程凹抓测气叼呆佃机甲万米用。用·丁塌倒旦东喇5B16UU冲程柴油机，由于强度的需要而采用铸钢缸盖时，也往往来用铸钢件和锻钢件组合的焊接结构，以简化铸钢件的形状，但这种结构成本昂贵，目前应用很少。
三、气缸盖结构形式的选择
脱毛机胶棒 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(图9—38，图9—39)，它的零件数少，结构紧凑，制造成本较低。如果选用单体式气缸盖在结构上就比较困难，因为各部分壁厚与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气道面积又有先进的气缸中心距。当D＞140毫米时，一般都用单体式(一缸一益)气缸盖。这样可以使铸造废品下降，尤其可以供给同一系列而缸数不同的内燃机通用，便于组织系列化的批量生产，降低制造成本，且使维修方便。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，视各厂传统习惯和其它条件而定。o＝105毫米左右是采用分块式气缸盖的下限值；o＝125毫米左右是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。例如4125型拖拉机柴油机，虽然缸径D＝125毫米，仍然用整体式气缸盖(图9—40)结构。如果生产2、4、6、8、12；16缸柴油机系列，则采用二缸一盖，以提高缸盖的通用性。如只生产6缸和V—12缸型号的柴油机，而且是大量生产，则采用三缸一盖更为合适。气缸盖长度愈短，与机体之间的密封乎面愈小，加工中对不平度的要求(0．05一o．1毫米)就愈易于保证，气缸盖螺栓的压紧力分布愈容易均匀，气缸盖衬垫的密封就比较可靠。车用汽油机的气缸盖，包括侧置
气门汽油机和顶置气门汽油机的气缸盖，由于缸径较小(很少超过100毫米)， 同时产量很大， 一殷都甩整体式气缸盖。6100六缸汽油机采用三缸一盖，是少数特例之一。
气缸盖应有足够的刚度，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进排气道，高度较小，一般H＝(o．5一o．6)D5顶置气门内燃机由于有进排气道，高度较大，一般H＝(o，9—1．2)D。现代中小型高速柴油机气缸盖的高度，特别是多缸整体气缸盖的高度，有适当加大的趋势。因为内燃机向高速高功率方向发展，使气缸盖热负荷不断增加，适当加大气缸盖的高度，使H＝(1．4—1．5)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。气缸盖高度的适当提高，其内腔高度也相应增大，冷却水阻力减小，流量增大。同时，缸盖的刚度增大，对防止变形和防止三漏十分有利。当然，这样做要增加一些内燃机高度和重量，但综合结果还是利多于弊。逆变电源模块
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、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。火力面布置包括：的选择和布置；⑧喷油器或火花塞的布置。①燃烧室的布置；②喉口尺寸
燃烧室的布置决定于混合气的形成方式。汽油机的燃烧室一般布置在气缸盖的底面，如图9—39为楔形燃烧室；图9—41为盆形燃烧室。柴油机的预燃室或涡流室(图9—40)也布置在气缸盖上。因此，进排气门和燃烧室的布置就决定了气缸盖的主要结构。
气缸盖底板上的气门座孔通常叫做喉口。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o．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座之间的冷却水套空间曲面最小半径应取3毫米左右，浇铸壁厚一般取5毫米。如果在“鼻梁区”的冷却水流不大通畅，就会在进排气门座间、或气门座与喷油器座之间出现裂纹。有关喉口的尺寸如图9—42所示。
在非增压内燃机中，因为进气阻力对内燃机性能的影响比排气的大，所以进气门喉口直径JIz一般比排气门喉口直径墨。e大。根据统计(表9—6)：
—‘ 出s s＝(0．40一o．45)D ．
矗。c＝(0．35—0．40)0
与气门喉口尺寸相对应，进排气门头部的直径dv5和4n在下列范围内：
d。i＝(0，42—0．50)D
对于D＞140毫米的柴油机，为了提高充气量，常采用4个气门(两进两排)结构，如图9*43所示。这时，气门的相对直径为4v／D＝0．32，每一气门的直径虽然小了，但总的喉曰面积却增加了20％，喷油器可以布置在气缸中心线上，或作很小的偏移。由于气门的直径减小，气门的冷却条件得到改善，所以中高速大功率柴油机中常用这种布置方案。
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，缸益所受的机械负荷与热负荷显著地增加，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．厚留。但底板厚了以后，冷热面之间的温差增大，热应力增加，为了减小热应力。底板应当减韶。因此，气缸盖的可靠性就取决于对热负荷与机械负荷二者的协调。大量缸盖破坏实例表明，大部分缸盖的损坏是缸盖底板表面发生裂纹，这说明发生裂纹的主
要原因是热负荷。
裂纹形成的机理如下： 当内燃机工作时，气缸盖水套壁的温度是60—80。C，但缸盖底面温度达到400一480。C，有的甚至高达500。C，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，但还不到环境温度时，压缩应力已全部消失。当温度继续下降到环境温度时，表面出现拉伸应力，达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愈多，运行时间愈长，残余拉伸应力愈大，严重时，缸盖在经历了第一次“加热一冷却”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“加热一冷却”的循环而发生了拉、压的反复作用以后，也会由于疲劳而造成裂纹。所以称为“热疲劳”裂纹。
“鼻梁区”是气缸盖温度最高而热应力最大的区域。将进排气门座之间加工成尺图弧的小坑，以减薄此处的火力面壁厚，减少热应力而避免热疲劳裂纹，如图9—44所示
’为了避免热疲劳裂纹，应当在保证火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，例如汽车拖拉机发动机，火力板的厚度可以大一些，一般取6＝(0，09—0．11)0＝8—15毫米，(柴油机及铝合金缸盖取上限值)，对于高负荷内燃机(增压二冲程、高速柴油机)火力板厚度可以取得较薄，6＝(0．05—0．07)D。但火力板厚度不能太薄，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气阀漏气和磨损。对于侧置气门汽油机，因为燃烧室受气压力的面积较大，刚度较差，火力板厚度应当适当增大(8—12毫米)，同时在火力板的水套一侧布置加强筋。用铝气缸盖时更应当加强。在汽车拖拉机发动机中，气缸盖的其它部分的基本壁厚主要决定于铸造工艺条件，征铸造工艺许可的条件下尽可能减薄，一股为5—6毫米。但在热负荷较高的大功率柴油机中， 由于火力板取得相对较薄，适当地增加侧壁厚度和顶板厚度，能够降低火力板的机械应力和热应力。所以它的侧板和顶板一般较厚。
有些大功率柴油机中为了减少火力板的厚度又保证缸盖有足够的刚度而采用双层底板结构：与高温燃气相接触的火力板厚度设计得较薄，以便使它得到有效的冷却并降低热应力；而在火力板上面加一层中间支承板，并增设纵向加强筋以承受燃气压力的机械应力。这种双层底板结构还能对冷却水起导向作用，使冷却水沿火力板高速流动，以降低火力板
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的温度。双层底板间的水套高度对火力板的冷却有较大的影响，一般取(0．1—0．2)o，缸径较大时宜取较小的值，以便迫使冷却水向火力板冲刷提高冷却作用。
五、进徘气运的布置
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，徘气道影响排气阻力和废气能量的利用(如废气涡轮增压)。 为了气门驱动方便， 当采用两气门(一进一排)时，一船都将气门中心线的连接线放在乎行曲铀轴线的方向。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。这种方案若用在多缸机上时，气道无法从两缸之间引出。方案b也只能用于单缸或双缸。在两缸以上的内燃机中，方案c、d应用最广。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g—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V型夹角以内，诽气管布置在v型机的两侧(图9—39)，才采用将进排气道布置在气缸两侧的第四(d)方案，但这时也要从徘气通道中引出一部分废气预热进气管。在紫油机中，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、(图9—38，图9—40，图9—43，图9。46)，而且在总布置上经常将凸轮轴布置在排气道一例，将喷油泵和喷油器布置在进气道一边。
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为了保证内燃机有尽可能高的充气系数，进排气通道应当有足够大的面积，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，要选取若干进徘气通道截面，绘制图形，计算通过面积，如图4—47和图4—48所示，并按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。
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