【正文】 許多問(wèn)題。 柴油機(jī)行業(yè)投入不足，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)工藝水平、規(guī)模發(fā)展和自主開(kāi)發(fā)能力的提高。 我國(guó) 柴油機(jī)技術(shù)的落后、產(chǎn)品質(zhì)量差以及車輛使用中維修保養(yǎng)措施不力，導(dǎo)致低性能、高排放柴油車在使用中對(duì)城市環(huán)境和大氣質(zhì)量造成不良影響，使社會(huì)產(chǎn)生 厭柴 心理。 我國(guó)柴油機(jī)技術(shù)的攻關(guān)重點(diǎn)應(yīng)放在電控技術(shù)、排放后處理技術(shù)、整機(jī)開(kāi)發(fā)和匹配技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究和材料開(kāi)發(fā)上 ，加快開(kāi)發(fā)與配套主機(jī)更加適應(yīng)的節(jié)能、節(jié)材和高可靠性的新一代機(jī)型。 485 柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、制造成本也較低、比較省油，且具有較大的輸出扭矩。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生產(chǎn)的發(fā)展， 485 柴油機(jī)已越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，它為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。特別是其強(qiáng)勁的動(dòng)力，合理的價(jià)格必將深受廣大客戶青瞇。車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第一章 485 柴油機(jī)的設(shè)計(jì)要求 485 柴油機(jī)主要應(yīng)用于 農(nóng)用、輕型載重汽車、工程機(jī)械等 車輛中。其材料盡可能采用一般鋼材，零部件工藝性要好，要適合于大量生產(chǎn)，而且這類柴油機(jī)除了和其他機(jī)械一樣，都要求產(chǎn)品重量輕、體積小、質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便和維修、保養(yǎng)簡(jiǎn)單，對(duì)于這一類柴油機(jī)是具體要求可以概括為： 一、 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)通常都是以燃油消耗率和機(jī) 油消耗率作為柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)。燃油消耗率主要與柴油機(jī)的工作過(guò)程、燃燒室結(jié)構(gòu)以及機(jī)械效率等有密切關(guān)系。 二、動(dòng)力性指標(biāo) 柴油機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)是指柴油機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速及扭矩，這些指標(biāo)是根據(jù)與之配套 的使用要求而確定的?，F(xiàn)代農(nóng)用柴油機(jī)，為了具備良好的動(dòng)力性，其性能、結(jié)構(gòu)和使用情況隨地區(qū)不同而差別懸殊，而且大部分柴油機(jī)的工作環(huán)境惡劣，同時(shí)使用負(fù)荷不均勻，有時(shí)超負(fù)荷，有時(shí)較低負(fù)荷運(yùn)行，而且有時(shí)候可能連續(xù)工作幾十個(gè)小時(shí)，因此這類柴油機(jī)應(yīng)有較好的動(dòng)力性。 可靠性指標(biāo)通常是以在保證期內(nèi)不停車故障次數(shù)、停車故障次數(shù)以及更換主要零件和非主要 零件的數(shù)目來(lái)表示。使用壽命是指柴油機(jī)從開(kāi)始使用到第一次大修前累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的小時(shí)數(shù)，或車輛行駛的公里數(shù)。本次設(shè)計(jì)中的 485 柴油機(jī)主要應(yīng)用在 輕型卡車、農(nóng)用運(yùn)輸車、裝卸車、叉車等各種中小型工程機(jī)械 中，其工作負(fù)荷變化較大，因此要有較高的可靠性與耐久性指標(biāo) [35]。操縱使用方便是指使用人員不需要很特別的專門技能，可方便操作、維護(hù)、保養(yǎng)。起動(dòng)性好即指柴油機(jī)起動(dòng)迅速可靠，一般柴油機(jī)要求在 5℃氣溫下不附加任何輔助裝置就能順利起動(dòng)。噪聲與排放污染是指柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲和排放要在一定的范圍內(nèi)。衡量柴油機(jī)的外形尺寸指標(biāo)是單位體積功率。衡量柴油機(jī)重量的指標(biāo)是比重量。 六、 “ 三化 ” 問(wèn)題 所謂三化問(wèn)題是指產(chǎn)品系列化、零部件通用化和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。柴油機(jī)的用途雖然十分廣泛，但是從生產(chǎn)和管理的角度看，卻希望產(chǎn)品的類型不要過(guò)多。為此目的，國(guó)家擬訂出以缸徑為基本尺寸的系列型譜。同一系列柴油機(jī)應(yīng)該作到多數(shù)零件或總成，尤其是易損件通用。意義如上所述。 3. 零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 但是發(fā)動(dòng)機(jī)要想同時(shí)滿足上述全部要求是相當(dāng)困難的，因?yàn)檫@些要求是相互矛盾的。 對(duì)于農(nóng)用來(lái)說(shuō)主要應(yīng)具有足夠的使用壽命，其他要求都是次要的 [68]。 2) 提供在設(shè)計(jì)階段零部件強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。 167。 表 21 485 柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 有效功率 eP (kW) 30 壓縮比 c? 18 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 n(r/min) 2600 最高燃燒壓力 maxp (MPa) 8 氣缸數(shù) i 4 過(guò)量空氣系數(shù) a? 氣缸直徑 (mm) 85 充量系數(shù) c? 活塞行程 S(mm) 100 167。 167。 進(jìn)排氣過(guò)程計(jì)算 一、排氣壓力 rp (kPa) ? =110kpa 二、缸內(nèi)排溫 800rT? K 三、進(jìn)氣終點(diǎn)壓力 dep (kPa) 91de app??kPa 四、進(jìn)氣終點(diǎn)溫度 drT (K) 2 9 3 0 . 0 5 8 0 0 3 3 6 . 21 1 0 . 0 5d r rdrrT T TT ??? ? ? ??? ? ???K 五、沖量系數(shù) ? ? 六、柴油機(jī)總空氣流量 aA (kg/h) 0 . 8 5 0 . 9 8 1 0 1 0 . 5 6 7 4 2 6 0 03 0 3 0 4 0 . 2 8 7 2 9 3a b sa a cddp V i nA RT?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?=車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 167。 燃燒過(guò)程的計(jì)算 一、壓力升高比 p? m a x 8000 1 .7 84504apcopp? ? ? ? 二、最高燃燒溫度 maxT (K) m a x 0( ) [ ( ) 8 . 3 1 3 ( 1 ) ]( 1 )zup z m p c m p c oarHC T C TL?? ? ? ???? ? ? ? ?? 式中 z? — 燃燒終點(diǎn)時(shí)的熱量利用系數(shù)； uH — 燃料低熱值 (kJ/kg)；()pz mC? ,()pe mC? — 燃燒產(chǎn)物和新鮮空氣的平均等壓摩爾比熱容 (kJ/kg?mol?K) m a x 0 . 7 5 4 4 1 0 08 . 3 [ 8 8 . 3 1 3 ( 1 . 7 8 1 ) ] 9 2 4 . 61 . 7 1 4 . 3 ( 1 0 . 0 5 )T ?? ? ? ? ? ?? ? ?= maxT ≈ 1770K 三、初期膨脹比 ? m a x 1 .0 0 1 1 7 7 0 1 .1 2 71 .7 8 9 2 4 .6p c oTT?? ? ?? ? ? ?? 四、燃燒終點(diǎn)氣缸容積 zV 2zcVV?? ? ? ? ?L 167。 指示參數(shù)的計(jì)算 一、平均指示壓力 mip 12111211 1 1[ ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ]1 1 1n pd e cm i n p nnccpp nn???? ? ?? ? ?????? ? ? ? ? ? ?? ? ? 1 . 3 51 . 2 5 1 1 . 2 5 19 1 1 8 1 . 7 8 1 . 1 6 3 1 1 10 . 9 3 [ 1 . 7 8 ( 1 . 1 6 3 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ]1 8 1 1 . 2 5 1 1 5 . 9 7 1 . 3 5 1 1 8mip ????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? mip = 二、指示功率 iP 0 . 7 2 9 0 . 5 6 7 2 6 0 0 4 3 5 . 83 0 3 0 4m i si p V n iP ?? ? ? ? ? ?? ? ??kW 三、指示熱效率 i? 0 1 . 7 0 . 4 9 5 2 9 3 7 2 9 . 48 . 3 1 3 8 . 3 1 3 4 4 1 0 0 9 9 0 . 8 5a d m iiu a b cL T pHp?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?=% 四、指示油耗 ib 333 6 0 0 1 0 3 6 0 0 1 00 . 4 0 3 4 4 1 0 0i iub H? ??????=(kW?h) 167。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(dòng)力性、熱可靠性與機(jī)械可靠性這兩個(gè)互相矛盾的開(kāi)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。 167。它決定于混合氣形成的方法、燃料的種類、混合氣形成的過(guò)程、燃燒過(guò)程與換氣過(guò)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)。 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。活塞平均速度也是決定柴油機(jī)高速性的指標(biāo)。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(guò)高的情況下來(lái)提高柴油機(jī)的單位體積功率。但是當(dāng)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)不車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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。 二、mC對(duì)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。即熱負(fù)荷隨mC的增大而增大。 三、mC對(duì)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。 mC增大使發(fā)動(dòng)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。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。首先是對(duì)于給定工作容積的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，所發(fā)出的功率將過(guò)小，即每升工作容積所發(fā)出的功率將過(guò)低。 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。 DS/ 小則氣缸余隙容積比減小，影響混合氣形成和燃燒 。 當(dāng)每一氣缸工作容積一定時(shí)，應(yīng)采用較小的 DS/ 值。 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。同時(shí)，連桿也可以短一些，這對(duì)其強(qiáng)度和剛度都有利。 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。此外，較小的 DS/ 值對(duì)燃燒室設(shè)計(jì)不利，而且對(duì)直流式換氣的換氣品質(zhì)將變壞。 [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 / 100 / 85 ?? 167。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(zhǎng)度 L ，也就是說(shuō)采用大的 λ 值。 2. λ 值越大，連桿越短，則發(fā)動(dòng)機(jī)總高度或總長(zhǎng)度越小。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(dòng)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(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力也減小，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 本設(shè)計(jì)中曲柄連桿比： 50 167RL? ? ? ? 167。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。若氣缸中心距選取過(guò)大，則會(huì)降低發(fā)動(dòng)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。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。 確定氣缸中心距的大小，考慮曲柄臂和主軸徑、曲柄銷長(zhǎng)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。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(guò)程，即根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作次序定時(shí)開(kāi)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。 2. 振動(dòng)、噪聲較小 ，并且工作可靠和耐磨。 [1] 應(yīng)該指出，同時(shí)滿足這三個(gè)要求是比較困難的。 167。 167。 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(dòng)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(dòng)機(jī)寬度。 3. 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了減小氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，可將凸輪軸位置移動(dòng)到氣缸體上部，有凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂而省去推桿。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 第五章 氣門組的設(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(dòng)機(jī)的重要零件之一。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。 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)。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。 2. 結(jié)構(gòu)方面 要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng)，以便減少氣體的流動(dòng)阻力，增加其進(jìn)氣沖量。 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。因此，若結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)盡量增加導(dǎo)管長(zhǎng)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]。 167。圖 51 所示為氣門的基本結(jié)構(gòu)及名稱。氣門頭部形狀基本上有三種形式：平底型、凸底型、凹底型。本次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)采用平底型氣門 [2]。氣門頭部直徑θ車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 尺寸的確定，依據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè) [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。兩種。斜角。因此，在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)、排氣門錐