3105柴油机设计

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1、目录第章前言31.1柴油机设计及技术的发展31.2我国柴油机技术的发展3第二章3100柴油机的设计总论42.1柴油机设计的总体要求42.1.1内燃机的设计总体要求 42.1.2内燃机设计工作中的“三化” 42.2柴油机的主要设计指标52.2.1动力性指标52.2.2经济性指标52.2.3可靠性和耐久性指标62.2.4重量和外形尺寸指标 62.2.5低公害指标6 2.3 3105柴油机主要参数的选择72.3.1柴油机的设计要求7 2.3.2 3105柴油机主要技术参数72.3.3基本尺寸的确定8第三章3105柴油机气缸盖的设计83.1概述及设计要求83.2结构设计93.2.1气缸盖结构形式选择9

2、3.2.2 结构工艺性 93.2.3气门及气道的布置103.2.4 缸盖螺栓的布置 113.2.5 冷却水道的布置 113.3材料的选择12第四章热力计算124.1热力计算的意义124. 2热力计算的过程 13第五章结论19参考文献20致谢20第一章前言11柴油机设计及技术的发展现代柴油机不仅具有较高的热效率，良好的燃油经济性，较低的故障率，并 且能满足日益严格的排放要求而得到越来越广泛的应用。同时要求柴油机动力性更强、更加安静。受到大环境的影响，作为汽车动力的内 燃机不断进行技术革新，许多新结构、新材料、新的加工方法得到应用，尤其是 内燃机新的设计理论和方法得到广泛推广，促进了内燃机技术的迅

3、速提高。这些 主要表现在：一、新结构、新材料、新技术、新工艺的采用1、 新结构 如新型燃烧室、多气门、可变配气相位（VVT）、可变 进气管长度、可变增压器（VGT、VNT）、顶置凸轮机构（DOHC或 SOHC）等。2、新技术如废气涡轮增压、柴油机高压喷射系统、混合动力等。3、新工艺如以铸造代替锻造、压力铸造、表面处理技术等。4、新材料如活塞环、进气管、齿轮、风扇（高分子材料），活塞 （复合材料），缸套、轴瓦（新配方金属），油底壳（三明治夹层、高分子涂层）等，主要目的是减轻质量，减小阻力，减小磨损，隔 振，降噪降音。二、现代设计与分析方法由于计算机技术和计算方法的飞速发展，现代柴油机得设计方法有

4、了根本 性的改变，主要表现在：1、计算机辅助设计制图（1） 计算机制图提高了绘图的速度和质量，便于保存和修改处理。（2）工程分析计算 缩短了设计周期，降低了设计成本，提高了准确性。2、仿真设计 如三维实体造型设计、气体、液体流动分析，冷却水温 度场分析，配气相位性能优化，喷雾模拟，燃油喷射模拟，燃烧模 拟，震动模拟分析，噪声仿真等。3、优化设计结构形状优化（以质量或应力最小或变形最小或阻力最小等为优化目标），多采用线性规划法、复合性法、函数法等。4、工程数据库用来积累和管理技术数据，摆脱对某个技术人员的依 赖，提高设计技术的继承性，方便技术咨询、数据查询，进行设计 流程管理。5、可靠性设计方法

5、它也成为概率设计，主要是利用应力强度干涉模 型，求出零件的失效概率和可靠度。1.2我国柴油机技术的发展随着世界汽车对汽车发动机动力性、经济性和排放提出了更高要求和计算机 技术的迅速发展柴油机被公认为节能的代表和减少汽车尾气排放污染的有力工 具，汽车柴油化也是汽车发动机发展的一大趋势。近几年，我国车用柴油机行业发展较快，随着科技的进步，特别是当共轨技 术成功运用于柴油发动机上后，柴油发动机燃油经济性的优势立马体现出来，而 冒黑烟之类的弊病也不再存在。越来越多的车辆都开始使用柴油动力。作为柴油发动机的传统优势，低速大扭矩是汽油发动机无法比拟的，而通过 新技术的运用，柴油车功率不足，提速慢的缺点也得

6、以改善。近年来，我国政府相继出台了各种燃油法规，其目的之一就在于鼓励我国柴 油轿车的发展。随着国家“费改税”政策的推行和汽油价格可能存在的进一步上 涨，消费者也将进一步接受柴油车。因此，柴油轿车将有一个很灿烂的发展前景。第二章3100柴油机的设计总论2.1柴油机设计的总体要求2.1.1内燃机的总体设计要求内燃机的总体设计是整个产品开发工作的第一个阶段，按照工作次序可分 为：产品开发的战略决策;产品主要技术经济指标与设计结构参数的论证和选择； 方案计算和总体设计图的绘制等几个阶段。总体设计的水平和决策的正确与否，对产品的水平和市场竞争力将产生决 定性的影响，如有失误，在大多数的情况下，不易通过投

7、产后的改进加以挽回。 因此，总体设计者责任重大，要有高度的负责精神和使命感。产品决策阶段首先要进行市场调研，对开发机型的配套对象和各种用途的 市场容量发展前景，类似机型的技术水平，生产成本，生产规模作出定量的分析， 其次，就企业对所开发产品的投资能力，生产规模提出可行性分析报告。编制产 品设计技术任务书，具体规定产品的各项技术经济指标和配套要求。产品总体设计时要选择和确定内燃机的主要参数，完成各主要工作系统如 供油系统、燃烧系统、进排气系统的构思，绘制机体、气缸盖、活塞、连杆、曲 轴的方案图和整机纵横剖面图，不同缸数及典型配套机型的外形布置图，编制总 体设计说明书。内燃机种类多样，使用条件各异

8、，对总体设计也提出不同的要求。2.1.2内燃机设计工作中的“三化”“三化”可以提高产品的质量，减少设计成本，组织专业化生产，提高劳动 生产率，便于使用、维修和配件供应。一、产品系列化 它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸数、 增压度，以满足不同需求。二、零部件通用化它是指同一系列的主要零件能够通用，以 减少开发成本。三、零件设计标准化它是指按照国家标准、行业标准或企业 标准设计，提高设计图样和资料的可读性和交流性，便于 技术交流，同时也起到减少生产和采购成本的作用。总之，柴油机的设计与开发是一个相当复杂的过程。一个型号产品往往要经 过几年的设计与开发周期才能得以完善。 2.2柴油机的主要设计指标

9、2.2.1动力性指标动力性指标包括有效功率（Pe）、转速（n）、最大扭矩Memax和最大转矩 转速。1、有效功率 Pe=Pme*Vh*Z*n/ （30T）Pme为平均有效压力（Mpa）； Vm为活塞的平均速度（m/s）； Vh为气缸的 工作容积（L）； Z为气缸数；n为转速（r/min）； T为冲程数。可见，有效功率受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数基本确定 下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。2、转速（n）柴油机由于其混合气形成速度和燃烧速度比较慢的原因，转速不会太高。 转速在1000r/min以上为高速，6001000r/min为中速，600r/min以下为低速。提高

10、内燃机的转速可以使功率提高，因而使单位功率的体积减小、重量轻。 但是转速提高会导致一系列的问题，比如惯性力增加，导致机械负荷增加，平衡、 振动问题突出，噪声增加；工作频率增加，导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门 等零件的热负荷增加；摩擦损失增加，机械效率下降，燃油消耗率增加，磨损寿 命变短；进排气系统阻力增加，充气效率下降等。表1-1各种用途的内燃机转速范围【单位：（r/min）】（内燃机设计袁兆成主编）用途柴油机汽油机汽车1500500025006500工程机械与拖拉机1500280020003600内燃机车、发电机组900150028003600摩托车、摩托艇500010000中小型农用机械

11、1200300030006000船舶（高速）1000200015002500船舶（低速）3008503、最大扭矩Memax和最大转矩转速实际上内燃机给出的转矩指标都是最大扭矩。最大扭矩对应的发动机转速 就是最大转矩转速。2.2.2经济性指标柴油机的经济性指标主要指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料的消耗 重量。对于固定工况使用的柴油机是指标定功率时上网燃油消耗率。对变工况的 柴油机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。比如，某内燃机的最低油耗率, 则是指万有特性上的最低油耗率。当然，万有特性上低油耗区越宽广，则变工况 使用的经济性就越好。1、燃油消耗率ge【（g/ （kw*h）】降低ge的措施

12、主要有指示效率和机械效率。一般车用柴油机的燃油消 耗率为250380 g/ （kw*h）。柴油机的经济性是内燃机设计师和使用者 永远追求的目标。2、机油消耗率gm【（g/ （kw*h）】机油的价格远高于燃料油，希望使用中的消耗量尽量减少，而且要求在 两个保养期之间不要添加机油，一般车用柴油机机油消耗率为1.32.6g/ （kw*h）。2.2.3可靠性和耐久性指标1、可靠性可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为 故障而影响正常运转的能力。对于可靠性的内燃机应在保证期内不发生停车故障 和需要更换主要或非主要零件的故障。2、耐久性耐久性是指从开始使用起到大修期的时间。内燃

13、机的大修期一般决定于缸套 和曲轴磨损到达极限尺寸的时间（小时数），此时内燃机不能继续正常工作，使 用中的对外表现通常为：内燃机启动困难甚至无法启动、排气冒蓝烟、机油消耗 量明显加大、动力性明显下降、内燃机工作噪声变大等。2.2.4重量和外形尺寸指标质量、外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。不同用途的内 燃机对质量和外形尺寸指标的要求不尽相同。比如汽车发动机要求质量和外形尺 寸都要小，而工程机械和拖拉机则可稍大一些。不管怎么样，设计紧凑、质量轻 总是内燃机设计者追求的目标。衡量内燃机质量的指标是比质量（kg/kw）： m/Pe。柴油机得比质量范围为：表1-3内燃机得比质量范围（内燃机

14、设计袁兆成主编）用途柴油机的比质量（kg/kw）汽车用46小型农用单缸1626多缸5.516工程机械用47机车3.47.5船用13.519衡量柴油机外形尺寸紧凑性的指标是体积功率（千瓦每立方米）：Pv=Pe/V。2.2.5低公害指标1、噪声内燃机的噪声主要来自燃烧噪声、气体流动噪声和机械噪声三个方面。内燃 机的噪声大小用声压级Lp （dB）来表示，一般还要对测量数据进行各种计权处 理，仿照人耳的听力，一般采用A计权。在噪声数据上所见到的噪声单位多为 dBA 或者 dB（A）。燃烧噪声主要取决于缸内气压的压力升高率。一切有利于缩短滞燃期和减 少该期间燃油注入量的措施，都有利于降低燃烧噪声，比如增

15、压、分段喷射、推 迟喷油提前和减少点火提前角等。降低压缩比也是很常见的效的措施，一般与增 压同时采用，否则会降低柴油机的动力性。气体流动噪声主要通过进排气消声器来控制。机械噪声主要是通过合理设计风扇结构参数和合理控制风扇转速来达到控 制目的。2、有害气体的排放汽车的排放，就是内燃机的排放，说到对于环境和空气的污染，实际上是内燃机 的排放污染。目前全世界对汽车的污染问题都十分重视。在设计柴油机时，尤其 是车用柴油机时，一定要根据本地实行的法规制定合适的设计方案。2.3 3105柴油机主要参数的选择2.3.1柴油机的设计要求内燃机首先要求好用，能满足各种性能的要求，同时也要求使用方便（操纵 性好、

16、起动性好），好修和好造。对冷起动而言，要迅速可靠。对于船用、固定式及机车柴油机一般要求在-5C 以上环境温度下能够顺利起动。对于汽车、拖拉机、中小型移动电站及农用柴油 机则要求在-5 C甚至更低的气温条件下，不附加任何辅助装置能够顺利起动。对于汽车、拖拉机、工程机械和农用内燃机，所有的要求可概括为：（1）高的动力性能 功率、转矩、使用转速范围，均适用于工作机 械的需要。（2）高的燃料经济性 汽车发动机还必须注意部分负荷和不稳定 工况下的经济性，还要求燃油经济区尽可能宽，这在混合动力 中尤为重要。（3）高的工作可靠性和足够的使用寿命（4）对于汽车内燃机，还要求尽量低的振动和噪声 2.3.2 31

17、05柴油机主要技术参数一、平均有效压力Pme平均有效压力Pme是标志内燃机整个工作过程的有效性和内燃机制造完善 性的指标之一。平均有效压力Pme与燃料的种类、燃烧和换气的质量、进气温度 和压力以及机械效率等有关。平均有效压力Pme与充气效率，指示热效率和过量 空气系数之比有关、机械效率成正比，当然也与是否增压直接有关。二、活塞的平均速度VmVm是表征发动机强化程度的主要参数。Vm=2*s*n/60二s*n/30式中，s为活塞的行程（mm）； n为发动机得转速（r/min）。在结构参数不变的情况下，Vm提咼，实际上就是发动机转速提咼，可以使 内燃机功率增加，但是Vm会带来许多的副作用，例如，摩擦

18、损失增加、机械效 率下降、热负荷增加，惯性力增加、震动加剧、寿命降低，进排气流速增加、充 气效率下降等。一般情况下，对柴油机 VmW13m/s。三、气缸直径D和气缸数Z车用柴油机的气缸直径D在80160mm之间，机车和船用柴油机的气缸直径 根据需要可以做的很大，但是速度随着气缸的直径的增加要降低，否则会产生很 大的惯性力。气缸数Z与气缸直径D、转速n有着密切的联系，在同样功率要求下，气缸 数越多，气缸直径就可以缩小，转速就可以继续提高。气缸数增加，平均有效压 力线性提高，发动机长度增加，平衡性改善，通过增加气缸数是比较好的提高内 燃机功率的办法。四、行程S行程S增加，可以提高平均有效压力，但是

19、在气缸直径不变的情况下，S的 增加即行程缸径比S/D增加，导致活塞普年均速度Vm增加，有磨损加速、寿命 降低等问题。一般S的变化主要用于：(1) 调节整机排量 Vh* Z=n *D*D*S* Z/4(2) 调节耐久性 减小行程S,即降低S/D，可以减小侧乡力和Vm， 减小磨损。(3) 调节转矩值 MWFt*r=Ft*S/2式中，Ft为切向力。2.3.3基本尺寸的确定气缸盖的基本尺寸一般参考经验数据来确定最后用实验的方法确定。(1) 高度气缸盖的高度影响刚度、强度、和冷却效果以及气垫的密封性，螺栓的 应力和气缸盖的安装应力。H = (0.91.2) D，视燃烧室形式、气道布置、水套布置而定。对于

20、 3105 柴油机：D=105mm，H= (0.91.2) D=94.5126mm 取 H=95mm。(2) 底面厚度气缸盖的底面厚度与缸径和柴油机强化程度密切相关，它影响着柴油机 工作的可靠性。一般底面厚度为10mm15mm，以保证气缸盖有足够的抗弯刚度和强度。 对于3105柴油机：取底面厚度为10mm。第三章3105柴油机气缸盖的设计3.1概述及设计要求气缸盖的作用是密封气体，并与活塞共同形成燃烧空间；气缸盖结构复杂， 通常布置了进，排气道和为了润滑装在汽缸盖上配气机构零件的机油孔道等。在 水冷式发动机中，气缸盖上设有冷却水道，而在风冷式内燃机中，气缸盖设有散 热片。同时，在气缸盖上还装有

21、喷油器，或电火花塞，进排气管和气门及其传动 件等。它承受着螺栓预紧力和燃烧室，内燃烧压力的作用，同时气缸盖燃烧室与 排气门附近，受到高温作用，而水腔又受到强烈冷却，进气道流过冷空气，各个 部位温度很不均匀，容易产生热应力，反复作用往往形成热疲劳裂纹。这些裂纹 通常出现在气门座和火花塞之间，特别是鼻梁区，再加上铸造残余应力也大，因 此气缸盖工作状况的好坏，对汽油机工作性能和可靠性有着重大影响。同时，气 缸盖受热时候引起的变形如果过大，会影响与气缸的接合面和气门座接合面的 密封，加速气门座的磨损，产生气门杆“咬死”甚至造成漏气，漏水和漏油等 现象，使内燃机无法工作。气缸盖的设计对整个柴油机的设计有

22、着至关重要的作用，它关系到整个机器 的高度和长度；同时也关系到部分零件的设计，比如，气门导杆，气缸盖罩、挺 杆的设计。对配气机构、喷油器及螺栓等零部件的布置，要考虑调整与维修的方 便。另外，气缸盖的形状尽可能简单、对称，在拐角处圆角过度要平滑，各处相 连壁厚不宜相差过大。实际上，气缸盖的内部结构形状和结构十分复杂，设计时要优先考虑内部气 道、燃烧室、喷油器或火花塞、气门等功能部件的布置，然后在保证壁厚均匀、 受力均匀、刚度足够的条件下考虑内部冷却水套的布置。气缸盖的设计要求：1）气缸盖应根据混合气形成和燃烧方式布置出合理的燃烧室、气门和性能 良好的气道，力求使发动机性能良好。2）气缸盖各部分温

23、度应尽可能均匀分布，工作温度应不超过其材料的临界 温度，在整个工作温度范围内均有足够的强度。3）气缸盖散热片表面积的大小应与散出的热量相适应。4）发动机工作时，气缸盖不发生变形。5）气缸盖应有良好的工艺性。3.2结构设计3.2.1气缸盖结构形式选择水冷式内燃机的气缸盖有整体式、分块式和单体式三种。但气缸直径D 140mm时，一般都用单体式（一缸一盖）气缸盖。这样可 以使铸造废品率降低，尤其供给同一系列而缸数不同的内燃机通用，便于组 织系列化的批量生产，降低制造成本，且维修方便。当125mmVDV140mm时， 采用单体式、整体式和分块式（每两缸或三缸一盖）或兼而有之。3.2.2结构工艺性在产品

24、设计时，除了满足产品的使用性能要求之外，还要满足它的结构工 艺性，否则将影响零件的生产率和经济性，甚至无法生产。我们要保证产品在满 足使用要求的前提下，能以高的生产率，最少的劳动量及材料消耗，以最低的成 本制造出来。零件结构要素标准化，是指螺纹等应符合国家标准和行业标准的规定。零 件结构标准化了，不仅简化了设计工作，也减少了工艺装备的规格，还由于不需 要专门的工艺装备而缩短了零件的生产准备周期，降低了制造成本。尽量采用标准件和通用件，比如缸盖上的喷油器。这样可以减少产品中零 件的种类，扩大了零件制造批量等。尽量采用同样的标准件，减少刀具和量具的 种类，简化工艺过程，降低缸盖的制造成本零件的结构

25、要有可靠的定位面和加紧表面，要易于保证零件的加工。尽量 保证缸盖的安装次数和加工次数，尽量减少缸盖的加工表面，要保证刀具能够正 常工作，不能因为结构工艺而损坏刀具。结构工艺性应满足缸盖在装配的过程中零件间的相互位置关系。缸盖的尺 寸应满足总的装配精度要求；应使零件机械加工时便于安装、调整和测量等。3.2.3气门及气道的布置（一）气门的布置方案气门数目是气缸盖设计中的重要因素之一。虽然气缸盖有多种气门结构形 式，但目前多采用2、4气门气缸盖的结构形式。对于DW 135mm的小型或低增压型高速柴油机,宜选用2气门气缸盖的结构； 对于D 135mm对于大中型高速、高增压柴油机一般选用4气门气缸盖形式

26、。3105柴油机采用2气门布置。因为2气门布置结构简单，零件少，气道布置方便。工艺性好，成本低。喷 油器为斜装或侧装与偏离气缸中心线的位置，使取得较大的直径使得多进气。（二）气道的布置方案根据气门数目、直径、气门座外径和柴油机用途及其总体布置，恰当地选 择气道方案，要尽量满足一下要求：1、气门传动机构简单，气道形状和金属分布要合理。2、设计时，要分析进、排气道同侧或异侧的优缺点。3、气道流动阻力要小，气道截面积不应有突变。4、不采用相邻2缸共用一进气道或排气道。排气道要短。3105柴油机采取进、排气道布置为异侧的方案，因为这样可避免进气管受 到排气管预热的影响，使进入缸内的气体的量增多，从而提

27、高发动机的性能。图3-1为3105柴油机气道布置方案这样布置的优点是结构布置均匀，摇臂机构布置较好；喷油泵在进气管一 侧，凸轮轴布置与排气管一侧，维修方便，喷油器为斜装，可增大气门直径。3.2.4缸盖螺栓的布置气缸盖螺栓数量及布置方案，与气缸盖结构形式、气道、水孔、推杆孔位 置及缸心距有关。它影响着柴油机设计的紧凑性和气缸垫的密封性，同时也与柴 油机得性能、可靠性和寿命有关。气缸盖螺栓数量和布置有多种方案。一般柴油机每缸螺栓数量为48个， 单体式气缸盖螺栓较多，整体式气缸盖螺栓较少。小型或强化程度不高的柴油机, 一般采用每缸4个螺栓，多数采用56个，强化程度较高时可取78个。螺栓间距最好均匀分

28、布，但不宜过大，进可能取小些，同时螺栓应尽可能 靠近气缸边。每缸的螺栓总预紧力应大于最高爆发压力。布置螺栓时要留有足够 的套筒扳手活动的余地，螺栓的结构应尽可能采用柔性螺栓，同时螺栓宜采用一 种直径，必要时可采用两种直径。图3-23105柴油机缸盖螺栓的布置3.2.5冷却水道的布置气缸盖的温度分布很不均匀，因此，对高热区应采取适当的方法，优先集 中冷却。对于中小型高速柴油机气缸盖，多采用钻孔、导流板或铸管等对鼻梁区、 喷油器或燃烧室进行喷水冷却。以钻孔方法进行冷却较好。应该合理选择冷却水 孔的布置、水流动方式和进出水孔尺寸。一般进水孔位置，宜靠近高热区。排气道处应有进水孔。对局部高热区（如 气

29、门座、喷油器或燃烧室三角地带）以喷水管或隔板引水冷却；对于整体式气缸 盖水孔的布置可以设置倒流挡板，已保证冷却水的分布和集中冷却，力求避免短 路流出；设置挡板时，为避免形成蒸汽阻滞而产生局部过热现象，在挡板死角处 一般应设有排蒸汽小孔；水孔布置时，要配合冷却系统型式和布置方案，气缸盖 到蒸发箱之间，水孔宜大，以便于冷却水的对流和蒸汽的排出。出水孔布置的原则；（1） 一般直列式柴油机气缸盖出水孔在排气道一侧；（2）V型柴油机气缸盖出水孔应布置在最高点上。冷却水流动方式取决于气缸盖结构与柴油机负荷的大小。进出水孔的尺寸、数目和位置，要以经验作为参考。进入气缸盖的冷却水 应分布于其四周，燃烧室（或喷

30、油器）、排气道下部的进水孔应大一些。一般进 水孔为每缸48个，多的超过10个。其顶面出水孔一般每缸12个。整体式气 缸盖出水孔多在前后两端。出水孔与进水孔总截面积比，中小型柴油机一般为0.81.2。3.3材料的选择气缸盖的材料应具有良好的导热性和耐热性，在高温时能保持必要的强度。 气缸盖材料的选择，通常要满足以下要求：1、取材容易，价格低廉，适合大浪生产，有良好的耐热强度、铸造 性以及导热和耐磨性。热膨胀小，变形小，能承受交变热应力。2、普通铸铁价格低廉，浇注性好，延伸率小。片状石墨灰铸铁为气 缸盖的理想材料。缺点是导热性差，热强度稍差。目前各种类型 柴油机广泛采用铸铁气缸盖。3、目前高速、大

31、功率、机车和增压柴油机气缸盖，多采用片状石墨 灰铸铁，并添加Mo、Cr、Cu、Ni等合金元素，以增加材料耐高 温强度和耐磨性。4、铸钢的热强度较高，焊接性较好。缺点是浇注流动性差，成本高， 不宜用于形状复杂的中小型柴油机气缸盖，适用于大功率中速柴 油机气缸盖。铸锻焊接气缸盖。成本高，有时用于高负荷中速柴 油机气缸盖。5、铝合金有良好的导热性和浇注性，重量比钢和铸铁气缸盖轻一 半。其缺点为热强度低，变形大，成本稍贵，多用于轻型高速柴 油机气缸盖。综上所述，3105柴油机气缸盖的材料采用灰铸铁。第四章热力计算 4.1热力计算的意义气缸盖形状复杂，受力也复杂，产生弯曲应力、拉应力、压应力和热应力,

32、要进行精确的强度计算和分析较为困难，通常用简单的估算和核算。对气缸盖进 行热力计算，然后判断这个结果是否满足以往的经验数值，如果不满足可以进行 修改，直到满足为止。这样即节省了大量的时间和资金，避免了劳动力的大量浪 费，同时提咼了生产效率。进行热力计算后，保证了发动机的足够的刚度和强度，使工作变形小、密 封性好，同时也使它的工艺性良好，温度场也比较均匀进而使热应力尽可能地减 小，尽量地避免热裂现象，从而保证了发动机的工作性能。4. 2热力计算的过程1热力计算用参数参考：转速： n =2600 r/min气缸直径：D =105 mm活塞行程：S =110 mm工作容积：Vh=0.952L余隙容积

33、 Vc=Vh/ ( 8-1) =0.056L压缩比：8 =18大气压力：P0=0.1MPa大气温度：T=300K燃料低热值：Hu=43995 kJ/kg燃料重量成份：C=0.86H=0.130=0.01过量空气系数：0 =1.4a进气终点压力：p =0.088MPaa排气终点压力：p =0.108MPay排气终点温度：T =800 Ky新鲜充量温升：AT =20C最咼燃烧压力：p = 8MPaz热量利用系数：g =0.70z示功图丰满系数：申n=0.94机械效率：耳=0.80m平均压缩多变指数：n =1.381平均膨胀多变指数：n =1.212残余废气系数：0 =0.0231y2.燃料热化学计

34、算(1)理论所需空气量L01 疋 H O、= ( + )00.21 124321 .0.860.130.01.=(+) = 0.495 kgmol / kg燃料0.2112232(2)新鲜空气量 M * L 二 1.4 x 0.495 二 0.693 kgmol/ kg燃料(3)理论上完全燃烧(申=1 )时的燃烧产分量M a0C h=+ + 0.79L 二 0.5 2 7 kgmol/kg燃料 1220(4)当申二1.4时的多余空气量为a(P -1)L 二(1.4 -1) x 0.495 二 0.198kgmol / kg燃料 a0(5)燃烧产物总量M2M = M + (P -1)L 二 0.

35、7258kgmol / kg燃料20a0(6)理论分子变更系数卩0M 0.72581 c卩= 缶=1.0470 M 0.6931(7)实际分子变更系数卩=L。47 + 0.231 = 1.0461+Y1 + 0.02313. 换气过程参数的计算(1)取P =0.88P0，则进气终点压力为P=0.088MPa(2 )取进气加热温升AT = 20 C ,则进气终点温度T为aT + AT +yT0% =1 + y300 + 20 + 0.0231 x 8001 + 0.0231=330.84 K(3)充气效率申cPT 1Q =. a c 1PT1+ Y0a=0.8 25 8 3180.0883001

36、18 10.1330.84 1 + 0.02314. 压缩过程的计算(1) 选取平均多变压缩指数nl=1.38；(2) 压缩过程中任意点x的压力PcxVVP = P (a)n11 = 0.088( )1.38 MPacx a VVcxcx式中 V x点的气缸容积，它等于cxVcx(1 - cosp )-xR4L(1 - cos2p )xV = h 其中p为X点从上止点算起的曲线转角；c e - 1。x可以取数个X点，求出P和V，在绘制示功图时用以画出压缩线。cxcx(3) 压缩终点压力P和温度TCCP = P n1 = 0.088x 181.38 = 4.75MP acaT = T n厂1 =

37、 330.84x 181.38-1 = 992.52Kcat = 992.52 - 300 = 692.52Cc(4) 压力升高比九九=P/p = 8/4.75 = 1.68c5. 燃烧过程的计算(1 )压缩终点的空气平均等容比热C ,在t = 600 C时,vcC = 1.114kJ /(kg K);在 t = 700 C 时,C = 1.135kJ /(kg K);则在 t = 692.52 Cpcpc时，利用插值法得C = 1.133J/(kg K)，于是pc = C - Rgu p=1.133 - 0.287 = 0.846KJ /(kg K)(2)压缩终点的残余废气平均等容比热C ，

38、在p=1.4，t = 692.52 C 时c的 C = 1.182KJ/(kg K)，所以pC = C -Rg = 1.182 - 0.287 = 0.895KJ/(Kg K)Up(3) 压缩终点的混合气平均等容比热CvC C +YC C = =1+ Y0.846 + 0.04 x 0.8951 + 0.04=0.848KJ /(Kg K)(4) 燃烧终点的温度T，根据式z芒H-A_ + C t + 8.314九t + 2 2 7( 卩)=pC t (1 + y )aLv ccp z0将已知数值代入C t 二 9906.54J / kgp z先估计一t值，查出C 。并算出C t，视其数值与99

39、06.54是否相符，然zpp z后按其差值再选另一t，如此逐步试算，直至求得一t值和其相应的C 乘积等zzp于9906.54为止。照此方法求得燃烧终点温度。tz =1988 CT = t + 2 7 = 2 2 6K1z z(5)初期膨胀比P期6 X 2261 = 1.4181.68 x 992.526. 膨胀过程的计算(1) 后期膨胀比58 =- = -1 = 12.694p 1.418(2) 选取平均多变膨胀指数n2=1.21(3) 膨胀过程任意点x的压力PbxV1.547VP = P) n2 = 8()1-25bxz VVbxbx式中Vbxx点的气缸容积，求法与前述V同。cx在求得数个X

40、点的P和V值后，即可画出示功图的膨胀线。如图1。cxbx02-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20020406080100 120 140 160 180曲轴转角 /4 2O86 4aM/ 压体气图4-1 P-图用Execl计算的结果如下:曲轴转角余隙容积工作容积缸内容积压缩压力膨胀压力X/Vc/LVs/LVcx/LPcx/MpaPbx/Mpa-1800.0560.9520091.0080090.678429-1700.0560.9427120.9987120.759764-1600.0560.915290.971290.853778-1500.056

41、0.8711140.9271140.962586-1400.0560.8123470.8683471.088585-1300.0560.7417830.7977831.234421-1200.0560.6626390.7186391.402905-1100.0560.5783290.6343291.596835-1000.0560.4922370.5482371.818674-900.0560.4075150.4635152.070034-800.0560.3269220.3829222.350903-700.0560.2527230.3087232.658603-600.0560.18663

42、50.2426352.986528-500.0560.1298430.1858433.322928-400.0560.0830660.1390663.650196-300.0560.046650.102653.945365-200.0560.0206950.0766954.182455-100.0560.0051660.0611664.33679400.05600.0564.390438100.0560.0051660.06116612.36082200.0560.0206950.0766959.316024300.0560.046650.102656.471263400.0560.08306

43、60.1390664.427551500.0560.1298430.1858433.081446600.0560.1866350.2426352.207987700.0560.2527230.3087231.633903800.0560.3269220.3829221.248244900.0560.4075150.4635150.9831251000.0560.4922370.5482370.7970351100.0560.5783290.6343290.6641931200.0560.6626390.7186390.5682631300.0560.7417830.7977830.498692

44、1400.0560.8123470.8683470.4485611500.0560.8711140.9271140.4133061600.0560.915290.971290.3899431700.0560.9427120.9987120.3766061800.0560.9520091.0080090.37227(4)膨胀终点的压力Pb和温度TbZn212.694i.2i二 0.3073MPa22615 n2 -112.694o.21=1185K1185 - 273 = 913C7. 平均指示压力p的计算。mi根据式P )/1、九p /11 1/11 P -y 九(p -1) (1 - )(1

45、)mi & 1n 15 n2-1n 18 n厂 11-2 1 将已知值代入，得p二 0.985MPamip = p - p二 0.94x0.985=0.9259 MPamii mi8 指示热效率i，p L t P0 6932931 41耳二 8.314 J 二 8.314 x 293 1 二 0.4302 iH P 申439950.10.8236u 0 c9.指示比油耗gi3.6 x二 i9og / Kw. h10有效热效率e和比油耗gene =叩m 二 0.4302 x 0.8 二 0.34423.6 x 106_ 3.6 x 106eH“e43995x0.34423g Kwh242g.：K

46、w-h满足设计要求。11 平均有效压力p和有效功率Pe的校核mep = p xq 二 0.9259 x 0.8 = 0.74072 MPa memi miV p nPe = hme=1203 x O.952 x 2600 x 0.74072= 44 Kw120第五章结论通过此次毕业设计，我们对柴油机的构造有了更加深刻的认识，在设计的过 程中各个部分联系紧密，可谓是一环扣一环，环环相扣呀!令我更加深刻的是我 自己设计的气缸盖，在设计的过程中，我仔细研究琢磨气缸盖的构成，使我更加 的认识到气缸盖的设计在整个柴油机的设计的过程中所起的作用，比如，它关系 到整个机器的高度和长度；同时也关系到部分零件的

47、设计。在毕业设计的同时，我们了解了内燃机设计的一般流程、内燃机设计的主 要设计指标、内燃机的选型以及内燃机主要参数的选择。并且了解了国内外内燃 机的发展状况以及未来的发展方向。通过此次毕业设计是我更加清楚地知道：内燃机是一个非常复杂的技术系 统，涉及到水、油、气的流动与密封，工质的燃烧、做功与传热等。因此必须经 过严密的设计和严格的生产工艺调整，才能最终的确定。我们现在所采用的设计方法一般是经验设计结合理论计算的模式，即先广 泛地利用以前统计或者经验数据，参考比较成功的同类的样机来具体地选择并确 定我们自己设计机型的结构、尺寸、材料等，再经过必要的理论计算等，最后确 定性能指标和结构参数。总之，内燃机的设计时一个相当复杂的过程，在设计的过程中，我们要保 证一丝不苟的态度，尽可能参考足够多的机型来优化自己的设计。参考文献内燃机设计 内燃机设计 内燃机设计 内燃机学传热学工程热力学袁兆成主编 吴兆汉主编 杨连生主编周龙保主编 杨世铭陶文铨主编 沈维道童钧耕主编 机械工业出版社 北京理工大学出版社 中国农业机械出版社 机械工业出版社 高等教育出版社 高等教育出版社