Sylinterikannen suunnittelu korkean maksimisylinteripaineen moottorille

The subject of this Master's Thesis is to design a new cylinder head for a single cylinder research engine. The new cylinder head has to withstand maximum cylinder pressure of 330 bars. The instrumentation of the cylinder head is designed to be as extensive as possible so that the data from future tests will be good and diverse. Good instrumentation also helps to recognize possible overload situations and so to prevent engine failures. The work introduces few different basic layouts for the new cylinder head. From these preliminary models the best option was chosen for further development. After the geometry of the new cylinder head was ready, a FE-model was created to examine the stresses caused by high cylinder pressure and high temperature differences. Based on the simulation results the geometry of the cylinder head was improved and the material chosen in the beginning of the design process was changed to a tougher material. The highest stresses in the cylinder head are caused by the high temperature differences between the flame plate and rest of the cylinder head. I3ecause of this careful monitoring of the cylinder head temperature is very important during the tests. Apart from the cylinder head also new inlet valve springs are designed iii this work. The new valve springs will be able to keep the inlet valves closed with pressure difference of 7.5 bars. Because of the high cylinder pressure also the fastening of the fuel injection valve has to he altered. The injector can be equipped with a new clamp with four holes for the fastening bolts or the standard injector can he used with extra clamps that bear a part of the load.Tämän diplomityön aiheena on uuden sylinterikannen suunnittelu yksisylinteriseen tutkimusmoottoriin. Uuden sylinterikannen tulee kestää 330 bar maksimisylinteripaine. Sylinterikannen instrumentointi suunnitellaan mahdollisimman kattavaksi, että myöhemmin ajettavista testeistä saadaan hyviä ja monipuolisia mittaustuloksia ja että testien aikaiset mahdolliset ongelmatilanteet voidaan tunnistaa ajoissa. Sylinterikannen perusrakenteesta on esitetty muutamia eri versioita joiden perusteella paras vaihtoehto valittiin jatkokäsittelyyn. Geometrialtaan valmiista sylinterikannesta tehtiin FEM-malli, jolla tutkittiin kovan sylinteripaineen ja korkeiden lämpötilaerojen aiheuttamia jännityksiä. Lujuuslaskuista saatujen tulosten perusteella sylinterikannen geometriaa muutettiin sekä suunnittelun alkuvaiheessa valittu materiaali vaihdettiin lujempaan materiaaliin. Sylinterikannen suurimmat jännitykset johtuvat suurista lämpötilaeroista liekkipohjan ja muun sylinterikannen välillä. Tästä johtuen erityisesti lämpötilan tarkka seuraaminen testeissä on tärkeää. Sylinterikannen lisäksi työssä suunnitellaan uudet venttiilijouset jotka pitävät imuventtiilin kiinni vielä 7,5 bar paine-erolla. Korkeasta sylinteripaineesta johtuen ruiskutusventtiilin kiinnitystä joudutaan muokkaamaan. Ruiskutusventtiiliin voidaan tehdä joko uusi nelipulttinen kiinnityslaippa tai tavallisen ruiskutusventtiilin kanssa voidaan käyttää lisätukia jotka kantavat osan kuormasta