环保型四气门气缸盖产品研发项目可研报告Word格式.docx

1、目前正在实施建设中国内燃机缸盖产品基地项目，以进一步提高专业水准，更好地为主机厂的进展当好助手。公司踊跃采用信息技术嫁接传统产业，实现结构优化和产业升级。增强了企业新产品开发能力，提高设计工作质量和效率。在工序标准化和工艺设计规范化的基础上成立了CAPP子系统，缩短了产品工艺预备周期。普及三维CAD，做好运算机辅助工艺管理（CAPP）的集成，为新产品的开发研究创造良好的环境。保证企业管理的全面性、系统性。工厂成立了完善的CAD/CAM网络系统，设计人员都掌握了计算机二维、三维CAD设计技术，实现了新品零部件及模具的CAD/CAM制造。公司具有精巧的生产进程检测设备和理化检测设备及计量检测手腕，

2、拥有各类机械性能检测设备、化学分析和型砂检测等先进设备，为产品质量控制提供了保证。1989、1997、2001年等多次取得安徽省质量管理奖（现正在申请2009年复评），在全国气缸盖统一检查中勇拔头筹在A类查验项目的质量采标上独家采用并达到了一等品标准。公司2000年通过了ISO9002质量体系认证，2003年取得QS9000和ISO9001：2000的认证，2007年通过了ISO16949的认证。按照国内外市场对四气门气缸盖等高端缸盖产品的强劲需求，本公司紧抓机缘，组织实施了“环保型四气门气缸盖产品研发项目”，用多气门技术替代了目前的两气门技术，不仅提升了主机性能，增进了环保排放达到欧标准，并

3、具有欧潜力，而且该高端产品替代了入口，振兴了民族工业。本项目研发经费总投资为2200万元，项目产品研发成功投入市场产业化生产，具有良好的经济效益和社会效益。4、项目概述：（说明研发项目的技术（工艺）主要内容，及达到的技术指标及参数） 环保型四气门柴油机气缸盖的重要质量指标，就是要使所配套的柴油机排放必需达到“欧、欧”标准的指标。 气缸盖作为内燃机中将燃料能量转换为作动力的重要零部件之一，它支承配气机构，喷油系统，进行新鲜空气（或燃油混合）与废气的改换。零件本身受高变热负荷的冲击，某些部位还受到较高的热应力作用，若在这些部位存在丝毫制造缺点就易造成缸裂，因此要求该零件有适当的硬度，抗热应力能力；

4、进排气道形状要准确，表面要滑腻，机加工部位应有较高的加工精度和位置精度等，从运行效果上，要求将无端障行程从3万千米提高到18万千米。 该企业研制的工艺创新功效能确保达到这些指标要求，该功效主要包括以下几个方面：快速原型制造技术工艺快速原型技术是基于三维曲面设计，采用离散堆积成形的原理，其进程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的运算机三维曲面或实体样子（亦称电子样子），然后按照工艺要求，将其按必然厚度进行分层，把原来的本维电子样子变成二维平面信息（截面信息 ）即离散的进程；再将分层后的数据进行必然的处置，加入加工参数， 产生数据代码：在微机控制下，数据系统以平面加工方式有序地持续加工了每一个

5、薄层并使它们自动粘接而成形。直接应用快速原型技术或是通过一次或多次转换制得的样子为快速铸造技术提供极好的条件。CAD/CAE和RP的结合，使工艺方案优化和铸件试制冲破了传统的二维图纸和木模试制的冗长、不精准、不睬想的模式，使开发周期大大缩短。此项工艺功效，将试制气缸盖的时刻由原来的四个月缩短为一个月，这对缩短整个发动机的开发周期和尽快投放市场意义重大。精准铸造成形技术即在冷芯盒树脂砂基础上进展起来的“精准砂芯组芯造型”技术。用产品的CAD二维和三维数据，采用铸造进程模拟软件和凝固进程的模拟，进行金相组织、成份偏析和材质性能的模拟，进行速度场、浓度场、温度场、相场、应力场、应变场的模拟等，使咱们

6、在正式肯定铸造工艺之前就通过CAE手腕使工艺方案取得优化。能够生产壁厚仅有2.5mm的缸盖的复杂铸件。 在CAE优化的基础上，咱们采用先进的RP快速成形技术，进行新产品铸件的试制。即利用CAD/CAE的一维数据，作为运算机三维造型的控制数据，通过粘结、熔结或烧结将材料逐层堆积出铸件原型或形成铸件所需样子的原型。用粉料激光烧结法（SLS），烧结出砂型，直接浇注出铸件。还可将CAD/CAE三维数据，输入数控机床，用可加工塑料进行CAM加工，而取得铸件试制所需的芯盒、样子，以用来进行小批量铸件的试生产。上述的CAE仿真、模拟也能够用于已投产铸件的工艺优化，缺点避免和质量改良。这对于一直靠经验和技艺用

7、反复实验的方式来解决一些“难以捉摸”的铸造缺点的传统的方式，是重大的科学冲破。如此，铸件废品率就会控制在5%以下，这在同行业属最好水平。CAM技术加工进气道涡流室缸盖是内燃机的重要部件，它的加工精度直接影响到发动机的工作性能。发动机工作时，由于可燃气体是在缸盖燃烧室紧缩后进行点燃，致使气门阀座经受很高的热负荷和机械负荷。这既要求阀座有很高的耐磨性，还要有专门好的密封性。若是阀杆工作时中心发生偏移除会致使有害的热传导和阀杆及导管孔的专门快磨损外，还会造成耗油量的增加。因此，对气门阀座和导管孔的加工精度提出了很高的要求，专门是对气门阀座工作锥面与导管孔的彼其间的同轴度规定了很严的公差，仅为-0.0

8、15mm。在大量量生产中，要稳固地维持如此的公差，除需要优化加工工艺外，定位基准的选择，专用刀具和精镗头的合理结构及其精度等都是很重要的因素。该工艺功效的关键技术能保证气缸盖的螺旋进气道性能，知足柴油机燃烧后的烟度要求。螺旋进气道的性能参数为涡流比和流量系数，用于“欧”排放标准的进气道涡流比与标准值误差应不大于5%，流量系数不大于2%；用于“欧”标准的应别离不大于3%和%。为保证进气道性能参数合格，采用联体进气道冷芯铸造工艺，且进气门毛孔定位，采用高精度加工中心铰挤导管内孔和密封带一次完成工艺及CAM加工进气道涡流室的机加工工艺，并在生产线上逐缸检测参数，不合格者再进行修试。以上工艺技术均属国

9、内领先，其中逐缸检测和修试进气道参数、CAM加工进气涡流室工艺属国内初创。适应了国际市场上现代客货运车、小缸径轻型货车及工程用柴油机等领域的需求，充分利用了资源，其升功率、燃油耗、质量比均达到国内先进水平，同时在材质控制、制造技术、创新工艺和采用现代CAD/CAM/CAPP技术方面也提高了模具质量，从而确保了产品的制造精度和提高了生产效率。该工艺技术确保了柴油机行业新技术增压中冷技术的顺利实现。主要技术参数 适配发动机型号 6L240-306L260-306L280-30 6L310-30 6L330-30 6L310-20 6L330-20 等型式 立式、直列、水冷、四冲程、直喷 气门数 2

10、4V增机排量 可达（L）进气方式 增压中冷 适配标定功率/转速 （kW/r/min）177/2200191/2200206/2200228/2200 243/2200 适配最大扭矩/转速r/min）915/1400-16001030/1400-16001100/1400-1600 1150/1400 1280/1400 适配整机全负荷最低燃油耗（g/200全负荷最低燃油耗（g/排放（TAS）国、国 适配整机噪声（ISO 3744） dB（A）97可使整机净质量减至（kg） 680适配车型 11-12米客车二、研发项目的技术（工艺）在国内外的进展状况及进展趋势1886年1月29日，德国人卡尔本茨

11、将自己研制的四冲单缸燃油发动机装上了一辆三轮的车子并取得专利权，世界从这一天开始才真正有了汽车。能够说，是发动机创造了汽车。发动机的大体构造是由气缸一、活塞二、连杆3、曲轴4等主要机件组成，每一个气缸至少有两个气门，一个进气门和一个排气门。 气门装置是发动机配气机构的一个组成部份，在发动机工作起超级重要的作用。燃油发动机的工作运转由进气，紧缩，作功和排气四个工作进程组成。要使发动机持续运转就必需使这四个工作进程周而复始，顺序按时地循环工作。 其中的两个工作进程，进气和排气进程，需要依*发动机的配气机构准确地依照各气缸的工作顺序输送可燃混合气（汽油发动机）或新鲜空气（柴油发动机），和排出燃烧后的

12、废气。另外的两个工作进程，紧缩和作功进程，则必需隔间气缸燃烧室与外界进排气通道，不让气体外泄以保证发动机正常地工作。负责上述工作的机件就是配气机构中的气门。它比如人的呼吸器官，吸进呼出，缺它不可。 随着技术的进展，汽车发动机的转速已经愈来愈高，现代轿车发动机的转速一般可达每分钟5500转以上，完成四个工作进程只需秒时刻，传统的两气门已经不能胜任在这么短促的时刻内完成换气工作，限制了发动机性能的提高。解决那个问题的方式只能是扩大气体出入的空间。换句话就是用空间换取时刻。多气门技术是解决问题的最好方式，直至80年代推行多气门技术才使发动机的整体质量有了一次质的飞跃。 多气门发动机是指每一个气缸的气

13、门数量超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式；两个进气门和两个排气门的四气门式；三个进气门和两个排气门的五气门式。 目前轿车上的多气门发动机多是四气门式的。四缸发动机有16个气门，6气缸发动机有24个气门，8气缸发动机就有32个气门。例如日本凌志LS400型轿车的发动机就是8缸32个气门。增加了气门数量就要增加相应的配气机构装置，构造比较复杂，一般由两支顶置式凸轮轴来控制排列在气缸燃烧室中心线双侧的气门。气门布置在气缸燃烧室中心双侧倾斜的位置上，是为了尽可能扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中央的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧。 有人提出疑问，既然

14、气门多好，为何见不到一缸6气门以上的发动机？热力学有一个叫“帘区”的概念，指气门的园周乘以气门的升程，即气门开启的空间。“帘区”越大说明气门开启的空间越大，进气量也就越大。以奥迪100型轿车的发动机为例，它的四气门“帘区”值比两气门的“帘区”值，在进气状态时要大一半，在排气状态时要大百分之七十。固然，每一个事物都有它的必然适用范围，并非是说气门越多“帘区”值就越大，据专家计算当每一个气缸的气门增加到六个时，“帘区”值反而会下降了，而且气门越多机构越复杂，本钱就越大。因此，目前轿车的多气门燃油发动机的每一个气缸的气门数量都是三至五个，其中又以四个气门最为普遍。 以汽油发动机为例，多气门发动机与传

15、统的两气门发动机比较，前者能吸进更多的空气来混合燃油燃烧作功，节省燃油，更快地排出废气，排放污染少，能提多发动机的功率和降低噪音的长处，符合优化环境和节省能源的进展方向，所以多气门技术能迅速推行开来。 昔时多气门燃油发动机开始兴起的时候，有些人以为它有一个技术上的缺点低速运转不顺畅顺，德国著名的波尔舍汽车公司就持有如此的观点。随着技术上的不断改良，多气门燃气发动机的这种技术缺点也慢慢克服了。近几年波尔舍汽车公司的944S2型轿车装用了四缸四气门发动机，此刻，全世界几乎所有的中高级轿车都装备多气门燃油发动机。目前，我国国排放迫在眉睫 ，按照计划，2010 年 1 月 1 日，我国中重型车将实行国

16、排放标准，目前离这一时点仅有不到 2 个月的时刻。据调研了解到的情形来看，目前国排放标准已经制定，但实施时刻仍未肯定，有关部门以为由于目前国内油品质量不达标阻碍了国排放标准的实施。从企业的预备情形看，由于之前国排放并未如期执行，因此企业对国排放的预备不足，目前仅有一汽、东风、潍柴动力等少数公司在做实验性配套。据分析，2010 年 1 月 1 日在重型车上开始严格执行国排放标准是不现实的，国家很有可能是先推出国排放的标准，可是仍留给企业 1 年的缓冲期，依旧允许企业在此期间销售仅知足国排放的车辆，到 2011 年再严格执行国排放标准，最迟的实施时刻是在 2011 年末。此前，中国汽车工业协会在

17、11 月中旬向环保部递交的一份报告中表示，鉴于国内燃油品质尚无法完全达标，我国还不具有在全国范围推行国机动车排放标准的条件。与其在条件不成熟的情形下仓促推行新的排放标准，不如第一确保国排放标准在全国范围的贯彻实施。从国内重型车和轻型车的国排放标准实施效果看，目前重卡和大客车的切换效果超级明显，但轻卡的国排放标准的实施仍不严格，目前仅能在北京、上海等有限的几个城市展开。目前，国内一汽锡柴、广西玉柴等知名企业已研发出四气门发动机。如锡柴CA6DM2（奥神）柴油机是国内初创顶置凸轮轴四气门技术的重型车用柴油机，符合国际柴油机技术进展趋势，结构紧凑，进气效率高。功率覆盖272-309KW（370-42

18、0马力），B10寿命80万千米，达到国际先进水平。排放达国法规标准，并具有国的潜力。采用BOSCH公司的+燃油系统，其中高压油泵、喷油器总成等均同CA6DN1国（奥霸）柴油机，具有较好的通用性、靠得住性，使燃油经济性更好，全负荷最低燃油耗率小于193g/，处于国内重型车用柴油机领先水平。CA6DM2（奥神）柴油机采用拥有自主知识产权的发动机制动装置，在标定转速下制动功率达到180kW，确保行车安全靠得住。顶置凸轮轴气缸盖，采用专利技术的横流水双层水套设计，气缸盖冷却更均匀，整体刚度更高，能够知足200bar以上的缸内暴发压力，靠得住性更高。多气门技术是此后柴油机进展趋势。多气门柴油机气缸盖进展

19、大有可为。三、该项目技术（工艺）所采取的技术原理、技术线路、技术办法，和实施这些办法的可行性发动机是汽车的心脏，而气缸盖是发动机的头部。其结构和形状复杂，是柴油机上设计和制造难度最大的零件。随着社会的进步，人们愈来愈重视环境保护，而汽车尾气是大气污染的主要来源之一。因此，世界各国制定的汽车排放法规日趋严格，欧洲已于2000年实行了欧排放法规，2005年10月1日实行了欧标准，于2008年10月1日实行欧排放标准；我国原计划在2008年7月1日也将实行欧排放法规，将在201012年实行欧标准，此刻该计划被暂时推延了。摆在咱们眼前的是咱们与发达国家20年的差距。严格排放法规的推出与实施，社会的责任

20、及几乎所有世界著名的内燃机公司打入国内市场等因素，对民族内燃机企业带来重重挑战和考验，更感企业要做大、做强的艰难、创新的必要。与国际强手相较，咱们的资源优势敌不过他们的核心技术，本钱优势敌不过他们的品牌优势，生产能力敌不过他们的供给链的管理能力，惟有创新能力的慢慢提升才能自强，自强才能直立，自立才会有进展的空间。实践证明，要达到欧及以上的排放法规，柴油发动机就必需采用高精度的电子燃油喷射控制系统（简称电控燃油系统），一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂（简称锡柴），通过成立国际化的研发体系，2003年开发出完全具有自主知识产权的，排放达到了欧标推的第一台四气门重型“奥威”电控柴油机，该机通过德国天

21、福公司鉴定，与康明斯，奔驰，沃尔沃等国际同类产品相较，处于先进水平。中国汽车界以为，“奥威”的成功，一步跨越了20年。可是，仔细分析，一汽“奥威”的成功还归功于一汽锡柴成立了全世界化的采购体系，与世界一流的供给商进行了深度合作。“奥威”发动机气缸盖的毛坯还依赖於外国供给商。这种四气门柴油机气缸盖咱们能不能做好，就是摆在天长缸盖有限公司眼前的一个重大课题。大部份欧柴油机和所有欧以上的柴油机，采用的电控燃油系统，都会要求燃油喷油器必需置于气缸的中心，原来常规气缸盖的二气门结构就必需更改设计为四气门结构。气缸盖既要经受把它牢牢压在发动机机身上的压紧力，又要经受发动机暴发作功时发出的高温燃气温度和燃气

22、压力，气缸盖底板在燃气压力作用下必需维持尽可能小的变形；底板上与燃气接触表面温度很高，而内部冷却水套部份温度较低，进排气道温度相差也专门大，因此气缸盖经受的机械应力和热应力都专门大。由于结构形状复杂，铸造残余应力也专门大，因此，气缸盖是设计难度较大的零件。常规两气门结构的气缸盖，在其拥堵的内腔中必需安排与冷却水隔开的一个进气道、一个排气道、和一个喷油器，乃至还有预热塞等，四气门的缸盖就加倍拥堵了，在喷油器的周围，需要布置两个进气道和两个排气道，彼此之间必需考虑必然流向的冷却水通道，许多机型还设计有专门冷却喷油器的定向喷水道，和为了增强刚性而把冷却水腔设计为双层水道。如此的四气门气缸盖结构极为复

23、杂，型芯空间超级狭小，有些地方的水道泥芯厚度5毫米都不到，泥芯强度不足，不仅制芯困难，而且清砂很困难；因为泥芯形状太复杂，造成出气困难，产生气孔；铸件复杂，铁水冷却不均匀形战疏松等等原因造成气缸盖铸件废品率居高不下，这是国产四气门气缸盖在国内尚未成为产品批量投放市场的首要原因。 工艺流程选择按工艺功效肯定的工艺流程如下：铸造工艺流程：造型材料制芯材料熔炼材料机加工环保型气缸盖铸造工艺流程图二、机加工工序流程图环保型气缸盖机加工工序流程图四、该项技术（工艺）的主要创新点一、一种四气门四缸、六缸柴油机气道，包括气缸盖和设置在所述气缸盖上的进气道结构，进气道结构设有进气入口，进气入口设置在气缸盖的侧

24、面，进气道结构包括设置在气缸盖上设置的两个进气门，和一切向进气道和一螺旋进气道，两个进气门别离连接着切向进气道和螺旋进气道，螺旋进气道中设置有一进气调节装置，该进气调节装置与一电控系统连接，该电控系统与设置在柴油机气缸内温度传感器连接。该种设计能够提高柴油机功率、实现进气量和涡流强度的自动控制、降低油耗、降低排放烟度。可普遍应用于多缸多气门柴油机气缸盖的制造工业中。二、另外，低排放柴油机一般都要求进入各气缸的进气流具有必然强度的进气涡流，各缸的均匀性还有严格的要求，所以四气门缸盖的二个进气道的形状都是通过特殊设计的，这是一项专门技术，目前在国内气缸盖行业里能熟练掌握的还不多，成为四气门气缸盖的

25、另一个技术难点。3、四缸、六缸四气门结构；气缸盖设计为四气门对于优化柴油机性能有专门大潜力，特别对于改善柴油机高转速时的燃油经济性相对其他优化方式有专门大优势；它在性能优化的同时，柴油机的机械负荷、工作粗鲁性增加很少。4、一个螺旋和一个切向进气道，涡流比为，流量系数，气道性能一致性10%，知足整机欧、欧排放要求。五、进气管、节温器壳与气缸盖为一体，整机结构简化，减少加工量、密封件、连接件和装配工作量，降低本钱。六、5mm薄壁铸造，高强度合金铸铁，抗拉强度高达280MPa。7、水腔和油道密封性：在气压下，历时2min不得渗漏八、长油孔贯穿缸盖长度方向。九、喷油嘴安装孔垂直立于汽缸中心。喷油器中置

26、，雾化更均匀，燃烧更充分 10、气门密封带跳动0.05mm。1一、大幅度增加进、排气流通面积，进、排气效率更高，保证空气吸入量更大，更省油、更环保。1二、低排放 ，采用四气门技术使得进气量更大，燃烧更充分 ，采用四气门技术使燃烧组织更方便，排放一致性更高。低噪音 ，采用四气门技术，有效降低发动机进、排气噪声 。五、说明研发进程中主要技术依托力量，和各自分工和工作任务一、协助技术依托单位概况上海内燃机研究所是内燃机专业综合性研究所，是本次研发项目的技术支持单位，与我公司有着长期的产学研合作关系和基础。其在中小功率内燃机整机、零部件开发研究及共性基础技术研究领域有雄厚的基础，连年来开发了一大量适销

27、对路、市场占有率较高的内燃机机型产品。此刻我国每一年生产的二亿多千瓦发动机动力，其中相当数量机型是我所研制开发的；同时解决了行业技术进步中的许多重大课题，取得了可观的社会、经济效益。 最近几年来，上海内燃机研究所不断扩大服务领域，已在非标装备、工程设计、成套测试设备、内燃机发电机组、工程承包等领域中形成了自己的优势。该所在做好为国内企业技术服务同时，增强与国外公司的技术合作，前后承接了美国OMC公司、日本雅马哈公司等国外大公司委托的汽油机、柴油机、LPG、CNG发动机和双燃料发动机等产品开发合同业务。实现了内燃机行业首例技术输出。增强了与日本ZEXEL的合作，扩大对外技术服务。 国家有关部门及上海市的内燃机质量监督查验机构，汽车产品认证中心产品（发动机及零部件）认证查验实验室均设在上内所。二、主要研究人员简况（1）、法人代表管宏庆，大专学历、高级经济师，以其卓越的管理才能和丰硕的学识及特有的人格魅力，吸引着一大量能人志士，把握着企业进展航向。（2）、黄本义：安徽省金佩气缸盖研究所所长，技术中心副主任，毕业于天津大学内燃机专业，教授级高工，其主持天发的多种低排放、低噪声、直喷式燃烧室和增压型中小功率柴油机产品，目前配套于解放、东风、跃进、金杯、蓝箭、黄河等重型、中型、轻型货车、客车及家用运输车。（3）、李桂柱，副总工程师，毕业于安徽大学电子技术专