利用CAE 技術(shù)，從提高機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)緊湊性，增加其剛度和強(qiáng)度，改善機(jī)油耗入手，對(duì)機(jī)體、缸蓋、活塞等關(guān)鍵零部件進(jìn)行改進(jìn)研究。
3.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　機(jī)體在柴油機(jī)零部件中占有極其關(guān)鍵的位置，機(jī)體的強(qiáng)度直接關(guān)系到柴油機(jī)的壽命，并牽涉機(jī)體變形導(dǎo)致氣缸孔失圓的問(wèn)題，從而直接關(guān)系到柴油機(jī)的機(jī)油耗性能。
　　樣機(jī)單缸臥式柴油機(jī)機(jī)體的設(shè)計(jì)采用直角大平面框架模式，因而重要部位如在機(jī)體頭部及主軸承孔蓋接合面部位因加強(qiáng)不到位而帶來(lái)局部剛性不夠的問(wèn)題。利用ansys 有限元分析軟件對(duì)機(jī)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，見(jiàn)圖8，機(jī)體頭部及主軸承孔附近應(yīng)力較大，易發(fā)生變形甚至開(kāi)裂，因此對(duì)上述部位進(jìn)行加強(qiáng)。如圖9 所示，機(jī)體頭部的機(jī)體側(cè)壁通過(guò)圓弧曲面與內(nèi)螺栓孔底部加強(qiáng)筋連接，以減少機(jī)體連接處的應(yīng)力來(lái)提高機(jī)體強(qiáng)度，并通過(guò)增加加強(qiáng)筋尺寸，提高機(jī)體頭部的強(qiáng)度和剛度。其次針對(duì)主軸承孔孔徑較大，造成機(jī)體強(qiáng)度較弱的特點(diǎn)，如圖9 所示，增大承孔蓋接合面外側(cè)尺寸，而且主軸承孔蓋接合面與機(jī)體上平面以與圓弧相切加高平板的接合體連接，通過(guò)增加上平衡軸蓋接合面與主軸承孔蓋接合面之間的加強(qiáng)筋的寬度，以及新增主軸承孔蓋接合面與機(jī)體上平面之間的加強(qiáng)筋來(lái)提高主軸承孔蓋接合面的強(qiáng)度，降低機(jī)體中部的應(yīng)力集中，減小機(jī)體變形，從而直接降低機(jī)油消耗。圖8

3.2 缸蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　樣機(jī)為二氣門柴油機(jī)，噴油器在缸蓋上安裝傾斜角度及其在水平面內(nèi)相對(duì)于燃燒室中心的位置，對(duì)柴油機(jī)的燃油霧化與油氣混合均有著較大的影響，從而影響柴油機(jī)的油耗與排放性能。
　　如圖10 所示，將噴油器的安裝傾斜角度由原機(jī)的17°減小為10°，傾斜角度越接近于垂直，各噴孔的出油量差值越?。煌瑫r(shí)改用外徑較小的P 型噴油器，使噴油器位置離燃燒室中心越近，油束在周向分布的間隔更加均勻，噴霧油線包圍的面積趨于相等，由此提高了燃燒室內(nèi)的空氣利用率，使柴油機(jī)的燃燒過(guò)程得到改善。但是，由于噴油器向燃燒室中心靠近，進(jìn)、排氣門與噴油器孔之間的三角地帶縮小，帶來(lái)相應(yīng)的熱負(fù)荷問(wèn)題，因此需對(duì)冷卻水腔進(jìn)行改進(jìn)。如圖10 所示，將冷卻水腔延伸至噴油器孔和排氣道之間的缸壁處，從而保證噴油器及缸蓋高溫部分在工作中能得到良好的冷卻。

3.3 活塞、活塞環(huán)及缸套優(yōu)化
  　柴油機(jī)顆粒排放的降低要求較低的機(jī)油消耗。所以在保證氣缸活塞組良好潤(rùn)滑的條件下，盡量減少竄機(jī)油量。從活塞環(huán)、活塞型線、配合間隙優(yōu)化以及缸套珩磨技術(shù)等方面探討改善機(jī)油消耗性能。
　　活塞形狀與參數(shù)優(yōu)化：如圖11 所示，活塞環(huán)岸區(qū)在縱向設(shè)計(jì)成錐形，同時(shí)適當(dāng)縮短火力岸的高度h（9～13 mm），加大火力岸與氣缸孔的間隙，避免因活塞擠壓頂岸上的積碳而擦傷氣缸壁，也降低了因活塞頂邊緣積碳后刮油致使機(jī)油消耗量增加的可能性。合理地設(shè)計(jì)活塞的橢圓度及裙部型線，并適當(dāng)減小了配缸間隙，適應(yīng)缸套內(nèi)孔的微量失圓度，加寬裙部接觸帶，以確?；钊c缸套間的最小油膜厚度，既有利于潤(rùn)滑，又降低了機(jī)油耗。在活塞第三道環(huán)岸側(cè)推力方向開(kāi)泄油孔，降低了機(jī)油消耗量。
　　活塞環(huán)：第一道氣環(huán)為桶面形狀，有利于形成合適的油膜厚度，使活塞的壓縮和排氣行程不致將大量的潤(rùn)滑油帶入燒燃室。第二道氣環(huán)采用錐面形狀，在反扭曲設(shè)計(jì)中，使環(huán)的下側(cè)面與環(huán)槽下側(cè)面始終保持線接觸狀態(tài)，有效地封鎖潤(rùn)滑油通道,從而使機(jī)油耗的狀況得以改善。另外，設(shè)計(jì)時(shí)，還將第二道氣環(huán)的工作間隙設(shè)計(jì)得比第一道氣環(huán)大，方便卸壓。
　　平頂珩磨缸套：將原機(jī)采用的普通機(jī)械珩磨缸套改用先進(jìn)的平臺(tái)珩磨缸套，可減少發(fā)動(dòng)機(jī)初期磨合時(shí)間、改善缸套內(nèi)表面的油膜分布、減少缸套磨損、延長(zhǎng)缸套的使壽命。