【文章內(nèi)容簡介】 二、平均有效壓力 mep 8 729 .4m e m m ipp?? ? ? ?=611kPa 三、有效熱效率 et? t m i? ? ?? ? ? ?= 四、有效比油耗 eb mbb ??? =242g/(kW?h) 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 第三章 485 柴油機(jī)主要性能參數(shù)的選擇 柴油機(jī)的主要參數(shù)的選擇必須緊密結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇。它需要設(shè)計(jì)師在整機(jī)尺寸應(yīng)盡可能小、總質(zhì)量盡可能輕和具有較高的動力性、熱可靠性與機(jī)械可靠性這兩個(gè)互相矛盾的開發(fā)目標(biāo)之間找到折中點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)考慮整機(jī)外形美觀。 針對設(shè)計(jì)任務(wù)的要求正確選擇這些參數(shù)，在估計(jì) Pe 值時(shí)，一方面應(yīng)考慮技術(shù)力量的因素，另一方面還應(yīng)該給發(fā)動機(jī)留一定的余 地， 以免影響其壽命。 167。 平均有效壓力meP 柴油機(jī)在額定功率時(shí)的平均 有效壓力是表示柴油機(jī)整個(gè)工作過程完善性和熱力過程強(qiáng)烈程度的重要參數(shù)之一。它決定于混合氣形成的方法、燃料的種類、混合氣形成的過程、燃燒過程與換氣過程的質(zhì)量、機(jī)械效率、進(jìn)氣壓力和溫度以及柴油機(jī)的冷卻方式與沖程數(shù)。 mep 是標(biāo)志柴油機(jī)熱力循環(huán)進(jìn)行的有效性、結(jié)構(gòu)合理性和制造完善性的綜合指標(biāo)。 平均有效壓力： 30 3 0 4 3 0 0 . 6 1 0 6 . 10 . 5 6 7 2 6 0 0 4em e asPP M PV n i? ??? ? ? ?bar 167。 活塞平均速度mC 柴油機(jī) 的額定轉(zhuǎn)速和活塞平均速度指柴油機(jī)在額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速和活塞平均速度?；钊骄俣纫彩菦Q定柴油機(jī)高速性的指標(biāo)。提高柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與活塞平均速度是提高柴油機(jī)單位體積功率的有效措施之一。通常采用短沖程而提高轉(zhuǎn)速，使活塞平均速度在不至于過高的情況下來提高柴油機(jī)的單位體積功率。 一、mC對性能的影響 當(dāng)其他參數(shù)不變化時(shí)，mC與柴油機(jī)功率 eP 成正比。但是當(dāng)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)不車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 變時(shí)，進(jìn)排氣阻力與mC成正比，在柴油機(jī)摩擦磨損中占最大份額的是活塞組的摩擦損失，而活塞組的磨檫損失平均壓力 mmP 與mC成正比。因此，mC的提高導(dǎo)致 meP 的下降。 二、mC對熱負(fù)荷的影響 柴油機(jī)氣缸內(nèi)單位時(shí)間所發(fā)出的熱量與功率 eP 成正比，因而與 MD?2 成正比。所以氣缸的熱負(fù)荷與mC成正比。即熱負(fù)荷隨mC的增大而增大。如果當(dāng)mC過大時(shí)，可能造成熱負(fù)荷過大，甚至造成發(fā)動機(jī)因?yàn)闊嶝?fù)荷超過極限，使發(fā)動機(jī)不能正常工作 [9,10]。 三、mC對磨損和壽命的影響 柴油機(jī)氣缸活塞組由氣壓引起的磨損速率可認(rèn)為與摩擦功率成正比，即隨mC提高，柴油機(jī)的壽命可能急速下降。因此必須合理的選擇活塞速度mC。 mC增大使發(fā)動機(jī)的功率提高，但活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，磨損加劇，壽命下降。同時(shí)由于進(jìn)排氣流量增大，進(jìn)排氣阻力與氣流速度平方成正比例的增加，使沖氣系數(shù) v? 下降。所以隨活塞平均速度提高，必須增大氣門通道面積，選用好材料，提高加工精度。但是，mC選取過低也不 恰當(dāng)。首先是對于給定工作容積的柴油機(jī)來說，所發(fā)出的功率將過小，即每升工作容積所發(fā)出的功率將過低。其次，mC過低將導(dǎo)致活塞環(huán)和氣缸壁在表面間不能建立起有效的潤滑油膜而使摩擦加劇。 活塞平均速度： 2230 4 8. 67 /850. 78 56 0. 78 56 4 6. 110 0 10 0emmePC m sDzP? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 167。 行程缸徑比 DS/ DS/ 對柴油機(jī)的影響是多方面的。 DS/ 小則氣缸余隙容積比減小，影響混合氣形成和燃 燒。在具體選擇 DS/ 值時(shí)，應(yīng)注意三個(gè)問題：盡量使氣缸的散熱面積與氣缸的容積之比為最小，有利于燃燒室設(shè)計(jì)且使整臺柴油機(jī)的尺寸最為緊湊。 當(dāng)每一氣缸工作容積一定時(shí)，應(yīng)采用較小的 DS/ 值。其優(yōu)點(diǎn)為： 1. 可相應(yīng)地提高柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速而不至于使活塞平均速度超過許可值，車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 因而可以提高升功率。 2. 可降低直列式柴油機(jī)的高度，因而可以減小外形尺寸并相應(yīng)地減輕重量。 3. 由于柴油機(jī)曲柄半徑減小，曲軸主軸頸和曲柄銷軸頸的重疊度則增大，因而剛度增 加，應(yīng)力狀態(tài)改善。同時(shí)，連桿也可以短一些，這對其強(qiáng)度和剛度都有利。 4. 由于柴油機(jī)氣缸直徑的增大，氣缸蓋上的氣道和配氣機(jī)構(gòu)的安排較容易。 然而，當(dāng)采用較小的 DS/ 值時(shí)，由于氣缸直徑的增大，熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷和噪聲都加大。同時(shí)，由于單列式柴油機(jī)的長度主要決定于氣缸直徑，所以對于一般直列式來說長度將增大。此外，較小的 DS/ 值對燃燒室設(shè)計(jì)不利，而且對直流式換氣的換氣品質(zhì)將變壞。因此，在選定 DS/ 值時(shí)必須適當(dāng)。 [1] 行程： 3 36 0 1 0 6 0 8 .6 7 1 0 1002 2 2 6 0 0mCS m mn? ??? ? ?? 所以 / 1 0 0 / 8 5 1 .1 7SD ?? 167。 曲柄連桿比 LR/ 連桿長度 L（大小頭孔中心距）是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該慎重考慮的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，通常用連桿比 λ= LR/ 來表示，λ值越小，連桿越長，連桿質(zhì)量對慣性力的影響可能更大。因此在現(xiàn)代高速柴油機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，一般都是盡量縮短連桿長度 L ，也就是說采用大的 λ 值。 設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該滿足： 1. 對于四沖程高速柴油機(jī)來說，最合理的連桿長度應(yīng)該是保證連桿及相關(guān)機(jī)件在運(yùn)動中不與其他機(jī)件相碰情況下的最短長度。 2. λ 值越大，連桿越短，則發(fā)動機(jī)總高度或總長度越小。所以使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。而且，柴油機(jī)總高度減小，總重量減小，且連桿越短，重量越輕，往復(fù)直線運(yùn)動部分的質(zhì)量和不平衡回轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量件減小，其運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的慣性力也減小，可以減少發(fā)動機(jī)的振動。 3. λ值越大，連桿縮短會引起活塞側(cè)壓力 np 加大， 可能增加活塞與氣缸的磨檫與磨損。 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 本設(shè)計(jì)中曲柄連桿比： 50 167RL? ? ? ? 167。 氣缸中心距 氣缸中心距是表征柴油機(jī)長度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)。缸心距大小取決于氣缸蓋型式和曲軸的結(jié)構(gòu)型式和尺寸分配。 缸心距的選取要考慮氣缸蓋上的進(jìn)排氣道的布置、冷卻系統(tǒng)的布置以及潤滑系統(tǒng)的布置。若氣缸中心距選取過大，則會降低發(fā)動機(jī)的整體緊湊性，造成材料浪費(fèi)，使制造成本提高，同樣給機(jī)體的冷卻造成困難。但是若氣缸中心距選取過小則會使氣缸蓋的設(shè)計(jì)造成困難。有可能造成進(jìn)、排氣道與氣缸蓋緊固螺栓相打 架，這樣就影響充氣效率，造成燃燒不充分，經(jīng)濟(jì)性降低。同樣會使排氣阻力增大，使氣缸壓力過高而降低充氣效率。 確定氣缸中心距的大小，考慮曲柄臂和主軸徑、曲柄銷長度，使主軸承和連桿軸承有足夠的承壓面積，并保證曲柄有良好的剛度和強(qiáng)度。 本設(shè)計(jì)中缸心距： 01 2 33 35 2 22 11 2pL L L h? ? ? ? ? ? ? ?mm。 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 第四章 配氣機(jī)構(gòu)總體布置 配氣機(jī)構(gòu)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)換氣過程，即根據(jù)發(fā)動機(jī)工作次序定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，以保證氣缸排除廢氣和吸進(jìn)新鮮空氣。其要求為： 1. 進(jìn)排氣門的時(shí)面值足夠大，泵氣損失小。 2. 振動、噪聲較 小，并且工作可靠和耐磨。 3. 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 [1] 應(yīng)該指出，同時(shí)滿足這三個(gè)要求是比較困難的。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)具體情況綜合考慮，有所側(cè)重，盡可能合理滿足這些要求。 167。 氣門數(shù)目、布置和驅(qū)動 本設(shè)計(jì)采用每缸一進(jìn)一排兩氣門的設(shè)計(jì)方案，氣門的驅(qū)動采用 凸輪軸 —挺柱 — 推桿 — 搖臂 — 氣門機(jī)構(gòu)。 167。 凸輪軸的布置和傳動 目前，除強(qiáng)化強(qiáng)度特別高的發(fā)動機(jī)采用頂置式凸輪軸外，一般都采用下置式凸輪軸和中置凸輪軸的布置。 在凸輪軸布置時(shí)應(yīng)考慮以下原則： 1. 決定凸輪軸橫向尺寸和位置時(shí)，應(yīng)保證不與曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動 軌跡相碰，并盡可能靠近氣缸中心線，以便減小機(jī)體和發(fā)動機(jī)寬度。 2. 在決定凸輪軸高度位置時(shí)，應(yīng)保證曲軸對凸輪軸的傳動，并要求配氣機(jī)構(gòu)驅(qū)動也比較簡便。 3. 當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了減小氣門傳動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量，可將凸輪軸位置移動到氣缸體上部，有凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂而省去推桿。[1] 綜合考慮上述要求，本次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)的凸輪軸采用下置式。 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 第五章 氣門組的設(shè)計(jì) 167。 氣門的設(shè)計(jì) 167。 氣門的工作條件與設(shè)計(jì)要求 一、氣門的工作條件 氣門是發(fā)動機(jī)的重要零件之一。工作時(shí)需要承受較高的機(jī)械 負(fù)荷和熱負(fù)荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常受到高溫燃?xì)獾臎_刷，因而易產(chǎn)生漏氣、腐蝕與燒損現(xiàn)象，工作條件就更為嚴(yán)酷。氣門工作時(shí)承受落座沖擊負(fù)荷及燃?xì)鈮毫λo的靜負(fù)荷，這種靜負(fù)荷一般為 5kgf/mm2 左右，而沖擊負(fù)荷一般為；氣門的工作溫度，進(jìn)氣門約為 200～ 450℃ ，而排氣門則可達(dá) 650～ 850℃ ，甚至更高。盡可能使氣門在較低的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷下進(jìn)行工作是氣門設(shè)計(jì)的重要任務(wù) [1]。 二、氣門設(shè)計(jì)的基本要求 1. 材料方面 氣門的工作溫度是確定氣門材料的主要依據(jù)。在氣門工作溫度的范圍內(nèi)材料應(yīng)具 有足夠的強(qiáng)度、韌性和表面硬度。由于排氣門錐面的磨損常為腐蝕磨損，因此選材時(shí)排氣門必須考慮耐化學(xué)腐蝕（主要是硫和釩）的性能。進(jìn)氣門錐面多屬摩擦磨損，因此排氣門則著重耐磨。 2. 結(jié)構(gòu)方面 要求結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng)，以便減少氣體的流動阻力，增加其進(jìn)氣沖量。在保證足夠的的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的前提下氣門的重量要輕。 3. 盡可能降低熱負(fù)荷 盡可能降低熱負(fù)荷是氣門設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。排氣門是氣門組中的高溫零件，氣門頭部有 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(dǎo)出， 25%左右的熱量經(jīng)氣門導(dǎo)管傳出，因此，氣門的設(shè)計(jì)應(yīng) 與汽缸蓋密切配合，氣門座周圍必須加強(qiáng)冷卻，并使溫度盡量均勻。因此，若結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)盡量增加導(dǎo)管長度，適當(dāng)減小氣門桿與導(dǎo)管的配合間隙，以降低氣門溫度 [12]。 另外，氣門的運(yùn)動受到凸輪、挺柱、搖臂、氣門彈簧等零件特性的制約，車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 因此氣門設(shè)計(jì)還必須從整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)來分析考慮，要避免氣門在落座時(shí)承受過大的沖擊和振動，因?yàn)檫@些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門與氣門座磨損的原因之一 [1]。 167。 氣門的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 氣門主要由桿部和頭部兩部分組成。圖 51 所示為氣門的基本結(jié)構(gòu)及名稱。 圖 51 氣門的基本結(jié)構(gòu)及名 稱 1— 氣門頭部 2— 氣門桿部 3— 氣門徑部 4— 鎖夾槽 5— 氣門桿端面 6— 氣門錐面 7— 氣門頭部端面 Dv— 氣門頭部直徑 d0— 氣門桿直徑 1t — 氣門頭厚度 R— 氣門頸部圓弧半徑 ? — 氣門錐面斜角 一、氣門頭部的設(shè)計(jì) 1. 氣門頭部形狀 氣門頭部形狀除影響氣體流通特性外，還影響氣門的剛度、重量、導(dǎo)熱性能以及制造成本等，同時(shí)以關(guān)系到氣門的使用期限。氣門頭部形狀基本上有三種形式：平底型、凸底型、凹底型。其中平底型氣門的優(yōu)點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、受熱面小，具有一定的剛度，基本上能滿足進(jìn)、排氣門的工作要求，因此在多種類型的柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)采用平底型氣門 [2]。 2. 氣門頭部直徑 增大進(jìn)、排氣的流通斷面是減少進(jìn)排氣阻力，提高充量的途徑，同時(shí)氣門頭部直徑的選擇還應(yīng)考慮到燃燒室的型式，汽缸蓋進(jìn)、排氣門的布置，氣道之間冷卻水套的設(shè)計(jì)以及氣門受熱和冷卻的均勻性等因素。氣門頭部直徑θ車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 尺寸的確定，依據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊中冊 [1]中參考公式： ( ~ )viDD? ( ~ )veDD? ( ~ )v e v iDD? 根據(jù)缸徑 D=85mm，代入上式得： ~ ? mm D 31. 2 34. 85ve ? mm 考慮燃燒室、噴油器和缸蓋螺栓等多方面因素，本設(shè)計(jì)取 38viD mm? 32veD mm? 3. 氣門錐面斜角 氣門錐面斜度一般為 30176。和 45176。兩種。在設(shè)計(jì)中考慮到排氣門中氣門與氣門座之間的 單位壓力較大，則錐面上的積炭就容易被壓扁或擦掉，因此我們采用 45176。斜角。對于進(jìn)氣門的斜角，考慮到制造和維修的方便，一般在非增壓柴油機(jī)中也取 45176。因此，在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)、排氣門錐面斜角 ? 均取 45176。 頸部圓弧半徑 R 為一般取氣口直徑的 ～ 倍，多數(shù)情況下進(jìn)氣門的頸部圓弧半徑 R 可取進(jìn)氣口直徑的 倍，排氣門的頸部圓弧半徑 R 可取排氣口直徑的 倍，考慮到加工方便的原則我們統(tǒng)一取頸部圓弧半徑為[1]。 4. 氣門頭部厚度 及錐面寬度的確定 （ 1） 氣門頭部厚度 1t 設(shè)計(jì)原則：氣門頭部厚度的設(shè)計(jì)主要是從氣門的剛度來考慮的，氣門在燃燒壓力的作用下會引起變形，變形過大會引起氣門的密封性下降，錐面磨損增加。 參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊中冊 [1]，氣門頭部厚度 1t 的公式為： 1t =（ ～ ） vD 因此，對于進(jìn)氣門， 1t =(～ )? 38=～ ，取 1t =； 對于排氣門， 1t =(～ )