3105柴油机设计气缸盖.docx
- 文档编号:558686
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:280.91KB
3105柴油机设计气缸盖.docx
《3105柴油机设计气缸盖.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3105柴油机设计气缸盖.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
3105柴油机设计气缸盖
第一章前言
§1.1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,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
§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,600~1000r/min为中速,600r/min以下为低速。
提高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
1500~5000
2500~6500
工程机械与拖拉机
1500~2800
2000~3600
内燃机车、发电机组
900~1500
2800~3600
摩托车、摩托艇
5000~10000
中小型农用机械
1200~3000
3000~6000
船舶(高速)
1000~2000
1500~2500
船舶(低速)
300~850
3、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250~380g/(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1.3~2.6g/(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(《内燃机设计》袁兆成主编)
用途
柴油机的比质量(kg/kw)
汽车用
4~6
小型农用
单缸16~26多缸5.5~16
工程机械用
4~7
机车
3.4~7.5
船用
13.5~19
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。
§2.33105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、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-5℃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℃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
§2.3.23105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Vm
Vm是表征发动机强化程度的主要参数。
Vm=2*s*n/60=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提高,实际上就是发动机转速提高,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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 3105 柴油机 设计 气缸