内燃机零部件结构设计及应用

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摘要:不同时期工业行业发展对动力需求具有明显差异。在现阶段全球经济一体化发展的基础上，要充分发挥内燃机的应用优势，在保证其运行效率的同时降低有害气体的排放，从而促进新时期环境友好化发展。本文阐述了内燃机发展过程，并对内燃机结构组成、内燃机零部件结构设计的必要性和重要性进行分析，并从内燃机零部件结构设计、内燃机运行流程设计两个方面展开讨论，最后针对内燃机零部件结构设计做出展望，旨在促进内燃机零部件结构设计的科学和创新。

关键词:内燃机；零部件；结构设计

0引言

内燃机是近代工业文明发展的重要产物，在其应用过程中表现出明显的优越性和高效性，在工业发展和现代机械应用等方面都发挥着不容小觑的推动作用。随着新时期科学技术和信息技术的发展，内燃机原有的零部件结构难以满足工业发展需求和社会发展趋势，因此要借助新时期的技术优势进行内燃机零部件结构设计，在提升内燃机运行效率的同时实现对生态环境的保护。从社会经济效益来说，内燃机的改进和发展直接影响着国民经济的提升；从生态环境状况来说，内燃机的应用排放了大量废气严重污染空气环境。因此，要保证经济效率和生态环境的均衡性，科学设计和应用内燃机零部件结构。本文针对如何结合新时期社会发展设计内燃机零部件结构做出以下探讨，并对其应用设想展开具体分析。

1内燃机发展过程分析

内燃机在不同学者研究和补充的基础上不断完善，最终成为了工业革命中占据重要地位的机械设备。其中，荷兰物理学家惠更斯在研究火药爆炸时最先提出了内燃机理念，希望根据火药爆炸产生的能量实现动力转化，但是由于当时实验条件落后，难以准确控制火药爆炸所产生的能量，因此未能达到预期的动力转化效果。到了1794年，英国的斯特里在荷兰物理学家惠更斯内燃机理念的基础上进行反复实验，最终提出了利用燃料获取机械动力的概念，并且首次提出在燃料和空气混合的基础上产生热量，以此来转化为动力，从而形成了基础的内燃机理念。到了1833年，英国人赖特结合内燃机理念提出了将燃料放置于固定的机械装置中，并利用燃料燃烧时所产生的推动力实现活塞做功，为后期内燃机的形成和完善奠定坚实基础。在19世纪中期，越来越多研究人员在内燃机方面展开深入研究。其中，部分学者利用不同燃料作为热能来实现机械动能的转化，同时形成了科学完善的理论体系，为内燃机的形成和发展提供了理论参考。由于内燃机具有较高的效率和较强的机动性能，所以在形成初期就被应用到多个领域，并在此基础上构建了重要且系统的工业体系，有利于后期社会发展中的工业革命和工业领域经济发展。随着内燃机的改进和完善，被逐步应用在拖拉机、汽车、农业机械、工程机械以及小型移动电站等领域，同时基础工业设备也有所涉及，充分发挥内燃机的积极作用。到了1876年，德国科学家奥托在逐渐完善的内燃机及其理论基础上继续进行优化和设计，并制造了世界上第一台往复活塞式内燃机，从而形成了成熟的内燃机结构和基础理念。往复活塞式内燃机表现出明显的高性能、高效率，因此得到了大范围的推广和应用，在极大程度上提高了汽车行业的发展水平。另外，石油和汽油的出现为内燃机的改进和完善提供了重要依据，促使内燃机更加科学和先进。当前，内燃机已经成为社会经济建设和工业行业发展中的基础动力机械，并且随着新时期信息技术和设计理念的更新不断改进和完善。通过将科学的材料科学、结构设计等理念和技术应用在内燃机设计中，不仅能够充分发挥内燃机的动力特性，还可以促进内燃机的优化和创新。

2内燃机零部件结构设计的相关概述

2.1内燃机结构组成

内燃机主要由曲柄连杆机构、配气机构两大机构和冷却系统、润滑系统、起动系统、点火系统以及燃料供给系统等五大系统共同组合而成。其中，曲柄连杆机构是内燃机运行中必不可少的机构，主要是利用曲柄连杆机构传输内燃机内部结构中的能量，以此来提供动力保证机械设备的正常运作；配气机构直接影响着内燃机内部结构中气体的进入和排放，主要是在内燃机运作的过程中根据相关指令展开工作，并履行开启和关闭配气机构气门的职责。冷却系统作为内燃机运行的和型结构，主要是散发内燃机运行过程中多余的热量，促使内燃机内部结构处于平衡稳定的运作状态；润滑系统主要是发挥其具备的润滑、散热作用，还能够清洁内燃机在长期使用下产生的污渍，以此来保证内燃机内部结构的清洁；起动系统直接影响着内燃机的应用质量和应用效果，在起动系统应用的基础上能够促使内燃机快速实现由静到动的转化过程，在短时间内进入安全稳定的工作状态，确保内燃机的正常应用和相关工作的顺利开展；点火系统属于内燃机内部结构中的引燃点，与内燃机的运行状态直接相关，需要注意的是，内燃机类型不同，其内部结构中的点火系统也不同相同，例如柴油机内燃机需要利用内部压力进行工作，而汽油机内燃机需要利用点火线圈进行工作；燃料供给系统主要是根据相关要求燃烧内燃机内部结构中的可燃气体，在其充分燃烧的过程中形成大量热量，进而为内燃机运作提供所需要的机械动力。

2.2优化内燃机零部件结构的必要性

一方面，内燃机作为新时期社会发展的重要推动力，在信息技术更新和设计理念优化的基础上要对内燃机的零部件结构进行优化设计，在应用新技术的同时改进和完善内燃机；另一方面，内燃机作为工业领域发展的先进代表，要保证内燃机的科学性、先进性，所以要根据新时期的社会发展趋势和行业发展需求对内燃机零部件结构进行优化设计，以此来满足社会经济提升和行业稳定发展的标准。相对来说，在内燃机应用和发展中优化其零部件结构设计，能够将先进的理论知识转化为实践经验，在一定程度上实现了技术创新和技术发展，促使内燃机零部件结构设计更加符合新时期的社会发展方向，进而满足社会生产要求和人们生活需求。另外，我国在新时期社会建设和经济发展中强调绿色节能，那么就要在设计内燃机零部件结构时遵循节能环保的基本原则，在优化设计的过程中提升内燃机的运行效率和工作质量，同时降低其对能源的消耗和对环境的影响，以此来满足我国当前在工业领域发展中的绿色化理念。由此可见，在我国绿色发展理念、节能社会建设以及工业稳定发展等多种需求的基础上，要对内燃机的零部件结构设计进行深入研究，在内燃机运行中实现能源节约和环境保护的发展目标，同时促进我国产业转型和工业现代化发展。

2.3优化内燃机零部件结构的重要性

虽然内燃机的出现能够满足工业生产和发展的要求，并且能够提高工业生产的效率和质量，但是在内燃机运行中会对周边环境和空气质量带来不同程度的影响。所以在现阶段要对内燃机的零部件结构进行科学设计，从而提高内燃机在运行过程中对资源的应用效率，同时还能够实现对生态环境的保护。在优化内燃机零部件结构设计的过程中，要对其热效率进行计算和分析，并尽可能降低内燃机对周边环境的影响和污染。一方面，优化内燃机零部件结构设计，能够结合新时期的信息技术和设计理念创新零部件结构，以此来实现内燃机的高性能、低能耗，同时还能够降低内燃机运行中的废气排放量，在提升内燃机应用效果和运行质量的同时，还能够满足新时期社会发展的基本需求，进而促进我国社会效益的提升；另一方面，优化内燃机零部件结构设计还能够实现新兴技术的改进和发展，内燃机零部件结构设计离不开新兴技术的应用，同时还要将科学的理论知识落实到结构设计中，在理论知识和设计实践的过程中提高了内燃机零部件结构的科学性，从而提高了内燃机的应用效果和生产效率。总之，通过优化内燃机零部件结构设计，既能够实现生态环境的保护，又能够推动新兴技术的创新，在此基础上提高了内燃机的应用效果，有利于推动我国工业行业发展和社会经济提升。

3内燃机运行优化现状

3.1优化内燃机零部件结构设计

由于内燃机在不断完善和改进过程中的构成结构相对来说比较复杂，所以要想提升内燃机的运行效率需要对其零部件结构设计进行优化，以此来提高内燃机零部件结构的科学性和系统性。在优化内燃机零部件结构设计的过程中，要根据内燃机类型和运行要求明确零部件的材质、大小以及形状，其中要严格挑选活塞、曲柄以及连杆等基础零部件。在当前的内燃机零部件结构设计中，通常采用有限元计算方法对零部件结构进行变形计算和由静到动的计算。但是由于当计算力学模型具体明确的边界条件时，有限元计算方法无法得出准确的零部件结构支承约束结果和受力结果，从而影响内燃机零部件结构的设计效率。目前，优化内燃机零部件结构设计存在以下两个方面的问题：一方面是如何根据内燃机运行设计零部件的构造参数；另一方面是如何明确内燃机计算力学模型的界限点问题。只有解决上诉两个方面的问题，才能够提高内燃机零部件结构设计的针对性和应用的有效性。

3.2优化内燃机运行流程

内燃机的运行流程影响着零部件结构设计的应用效果，同时也影响着内燃机的整体应用质量，那么就要在加强对内燃机运行流程的重视和优化。虽然内燃机具有一百多年的发展历史，但是在其运行流程方面始终存在研究难度。目前，如何明确内燃机运行流程的研究方向、如何提升内燃机运行流程的科学性都是目前的重要研究内容。这些研究内容都是围绕内燃机的热力流程模拟技术、热量传送模拟技术、燃烧程序模拟技术以及流体流动模拟技术等因素构建完整的流程体系进行优化。但是从当前的内燃机运行流程状况来看，还存在以下三个方面的问题：第一，缺乏正确的解析式来表述内燃机运行流程优化中的目标函数和约束条件；第二，由于模拟计算内燃机运行流程中涉及到的系统较多，并且具有明显的复杂性和繁琐性，所以在计算过程中消耗了大量时间；第三，内燃机运行流程的优化并不是仅对零部件结构设计的优化，而是要对两大机构和五大系统进行综合优化。因此，现阶段优化内燃机运行流程时具有较高的难度，同时需要先进的计算机设备作为辅助和支持。

4内燃机零部件结构设计及具体应用

4.1内燃机零部件结构设计

内燃机的零部件结构设计需要相关工作人员具备较强的理论能力和设计经验，科学设计零部件结构的基本参数，进而提高内燃机零部件结构设计的科学性和系统性。大多数工作人员都是凭借自身的设计经验设计内燃机零部件结构的基本参数，这就对工作人员的综合素养和设计能力提出了更加严格的要求，避免零部件结构基本参数出现随意性的问题。为了在内燃机零部件结构设计中达到预期目标，一方面，工作人员可以根据内燃机的应用要求调整零部件结构的构建参数，以此来提升内燃机零部件结构设计的科学性和合理性。同时，工作人员还要根据内燃机的运行状况关注其中存在的界限点离散化问题，充分利用新时期社会的信息技术优势来构建质量系数模型，并且引入应力聚集系数对内燃机零部件结构进行模拟。例如，在四缸柴油机连杆的结构设计过程中，工作人员要对四缸柴油机的性质特点进行分析和研究，并将四缸柴油机连杆质量作为结构设计的目标函数，在此基础上计算四缸柴油机连杆的参数，最后利用大数据技术对内燃机零部件结构在不同参数影响下的变化进行技术，以此来实现四缸柴油机连杆结构优化的目标。另一方面，工作人员可以根据内燃机运行中的应力和机械热应力进行零部件结构设计，主要是提升内燃机零部件结构在运行中对温度的承受能力，从而增强内燃机内部结构中能量的传导性，在极大程度上提升了内燃机零部件结构优化后的可持续运转能力。总之，在内燃机零部件结构设计过程中，要提升工作人员的专业能力和设计经验，并且确保将科学系统的理论知识作为基础，通过调整内燃机零部件结构设计的参数和解决界限点离散化问题来提高零部件结构的合理性，同时还能够增强内燃机零部结构设计过程中的针对性和规范性，进而利用内燃机零部件结构设计提升工作效率和经济效益。

4.2内燃机运行流程设计

虽然内燃机在发展的过程中不断优化和完善，但是在其运行流程设计方面所取得的成效并不明显，因此要在设计内燃机零部件结构的过程中关注内燃机运行流程的设计，以此来提高内燃机的运行效率。随着现代科学技术的发展和创新，内燃机运行流程也得到了优化和改善。在内燃机应用初期，其运行流程设计始终处于不完善阶段，主要是因为难以明确运行流程设计的研究方向，同时也无法有效优化内燃机的运行流程设计，这就意味着内燃机运行流程设计具有较高的难度。在内燃机零部件结构设计的基础上，工作人员能够对内燃机内部结构的互动性、系统性以及连接性进行考虑和分析，从而优化内燃机运行流程设计内容和设计方向，在一定程度上节省了内燃机运行过程中的计算模拟时间，并且提高了计算模拟的准确性和科学性。通过对内燃机运行流程进行针对性设计，能够保证整个内燃机零部件结构设计的规范性和合理性，并在参数对比的基础上解决内燃机运行流程设计中的随机性问题，有利于提高内燃机运行流程的完整和规范，为内燃机的正常运行和高效应用奠定了坚实基础。

5内燃机零部件结构设计展望

内燃机在现代化科学技术的推动下始终处于不断优化、不断完善的状态，所以在其零部件结构设计中也要结合时代变化和行业需求进行改进和创新，以此来满足社会发展要求和经济提升需要。在现阶段的内燃机零部件结构设计过程中，相对依赖相关人员的工作经验和主观意识，虽然涉及到部分零部件结构计算数据，但是仍旧表现出明显的不确定性，影响内燃机零部件结构设计的科学性和合理性。因此，在后期优化内燃机零部件结构设计时，要重视内燃机在运行中的整体性能，并根据内燃机零部件结构构建完善体系，在此基础上优化内燃机零部件结构的各项参数，从而提高内燃机零部件结构设计的针对性和有效性。另外，现阶段的内燃机零部件结构处于封闭状态，所以在未来内燃机零部件结构设计中要逐步朝向可视化的方向发展，采用开放式的设计理念和结构模式设计内燃机零部件结构，帮助工作人员更加直观、更加全面地分析内燃机零部件结构状况，在一定程度上节约了内燃机零部件结构设计流程。同时，开放式的内燃机零部件结构还能够优化内燃机运行中的工作流程，降低了内燃机运行流程和零部件结构的繁琐性和复杂性，有利于提升内燃机的运行效率和工作效果。

6结束语

综上所述，随着我国现代化科学技术发展和社会经济提升，内燃机零部件结构设计也在不断优化和改进，同时还能够拓展内燃机的应用范围和提升内燃机的应用效果，进而满足新时期的工业行业发展要求和社会发展趋势。通过分析了内燃机零部件结构设计现状，从内燃机零部件结构设计、内燃机运行流程设计两个方面探讨了如何设计和应用内燃机零部件结构，同时对内燃机零部件结构设计未来发展方向进行研究，不仅为解决内燃机零部件结构设计问题提供理论参考，还有利于实现我国现代化工业发展，实现绿色节能的社会发展目标。

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作者:张巍 杨慧明 刘晓庆 程聪费 吴凯 张文波 单位:浙江派尼尔科技股份有限公司 哈尔滨工程大学