高速四气门直喷式车用柴油机是今后的发展方向,我国针对这种技术也进行了大量的探索和试验研究,但作为实际应用在我国尚属起步阶段。本文以具体的四气门柴油机机型为开发研制目标,较全面研究和论述了四气门增压中冷排放达欧2柴油机的结构特点、设计要求,最终完成了样机的试制、组装和试验研究。本文首先介绍了四气门柴油机气缸盖的设计特点,其中重点是进排气道的分析研究。螺旋气道主要是在气道内产生涡流空气运动,因此所获得的涡流与相对气缸中心的气门位置无关,气门升程对涡流比几乎没有影响。螺旋气道通过气门间隙与缸壁的气流相互作用也产生涡流,因此,涡流数取决于相应气缸中心的螺旋线方位。切向气流通过气门间隙到气缸壁外的气流喷嘴撞击产生的,因此所产生的涡流取决于缸壁和气流喷嘴之间的角度,取决于气道定位和气道浇口部分的方向和形状。在四气门缸盖上,螺旋气道与切向气道的气流相互作用,涡流特性在整个气门升程范围内都是平滑的。螺旋线(气道)位于切向气道的上游,以使来自螺旋线外流的恶化减至最小,并获得切向气道气流的最佳支持。缸体设计主要围绕着如何提高强度和刚度展开的,每缸采用4个缸盖螺栓排列紧固,与主轴承螺栓基本位于一个轴线上,水套外壁和裙部采用弧形结构,适当布置加强筋,封闭现产品中存在的挺柱腔开口,从而可以保证良好强度和刚度。连杆小头采用楔形,既提高承载能力又使质量最轻;曲轴采用良好的氮化处理工艺,可以满足欧2排放水平(130 bar的气缸最高爆发压力)的强度需要;喷油泵采用BOSCH公司P7100型,供油压力可达1050 bar,等等。建立了N次谐波凸轮和配气系统动力学计算的数学模型,利用Mathworks公司的MATLAB语言编写了相应的计算程序。计算结果表明,N次谐波凸轮时面值较大,具有较好的充气效率。气门最大速度、最大加速度小,曲线均比较光滑,工作平稳,能够大大减小振动、机械噪声和接触应力,提高了零件的可靠性和使用寿命。本文直接采用13工况排放检测数据,进行样机各种性能的分析和对比。结果发现四气门柴油机的各项性能指标都非常理想,显示了四气门柴油机在未来发展上所独有的优势。同时提取一台规格相同的增压中冷、排放达到欧洲Ⅱ号的两气门柴油机,进行相同配置、相同性能指标下的试验,结果表明:虽然两气门柴油机的进气压力(相当于进气量)高于四气门柴油机,但无论是在烟度、燃油消耗率,还是排放指标上,两气门柴油机均没有四气门柴油机好。