2110型柴油機設(shè)計（渦流室）說明書

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　2110型柴油機設(shè)計（渦流室）</p><p>　　2110 Design Of Diesel Engine (Swirl Chamber)</p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　指 導(dǎo)

2、 教 師： </p><p>　　合 作 指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 熱能與動力工程 </p><p>　　所 在 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 </p><p><b>　　二〇〇

3、七年六月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………I</p><p>　　第一章 前言 ………………………………………………………1</p><p>　　1.1 研究目的和意義 ……………………………………………

4、………1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ……………………………………………………1</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容和方法 ……………………………………………………2</p><p>　　第二章 柴油機的基本工作原理 ……………………………………3</p><p>　　2.1 柴油機概述 ……………………………………

5、……………………3</p><p>　　2.2 柴油機的工作原理 ………………………………………………3</p><p>　　2.3 2110型柴油機（渦流室）的總體構(gòu)造 …………………………4</p><p>　　第三章 2110型柴油機（渦流室）的渦流室設(shè)計 ………………7</p><p>　　3.1 概述 ……………………………

6、…………………………………7</p><p>　　3.2 渦流室燃燒室及混合氣形成的特點 ………………………………7</p><p>　　3.3 渦流室的要點及設(shè)計 ……………………………………………8</p><p>　　第四章 2110型柴油機（渦流室）實際循環(huán)熱計算 ……………11</p><p>　　第五章 2110型柴油機（

7、渦流室）動力計算 ……………………16</p><p>　　第六章 2110型柴油機（渦流室）主要運動件設(shè)計 ……………23</p><p>　　6.1 活塞組 ………………………………………………………………23</p><p>　　6.2 連桿組 ………………………………………………………………27</p><p>　　6.3 曲

8、軸飛輪組 ………………………………………………………28</p><p>　　第七章 2110型柴油機（渦流室）的機體組件 ……………………31</p><p>　　7.1 機體組 ………………………………………………………………31</p><p>　　第八章 2110型柴油機（渦流室）的輔助系統(tǒng) …………………34</p><p>　

9、　8.1 配氣機構(gòu) ……………………………………………………………34</p><p>　　8.2 潤滑系統(tǒng) ……………………………………………………………35</p><p>　　8.3 燃油系統(tǒng) ……………………………………………………………36</p><p>　　8.4 冷卻系統(tǒng) ……………………………………………………………37</p>

10、<p>　　8.5 起動系 ………………………………………………………………37</p><p>　　第九章 結(jié)論與建議 ………………………………………………38</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………39</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………40</p>

11、<p>　　附錄 …………………………………………………………………41</p><p>　　附表3 在不同的λ值時，與α相對應(yīng)的x/r ………………………41</p><p>　　附表4 在不同的λ值時，與a相對應(yīng)的x/ r ……………………41</p><p>　　附表5 在不同的λ值時，與a相對應(yīng)的x/ r2 …………………42<

12、/p><p>　　附表6 在不同的λ值時，α與tgβ的對應(yīng)值 ……………………42</p><p>　　附表7 在不同的λ值時，α與1/cosβ的對應(yīng)值 …………………43</p><p>　　附表8 在不同的λ值時，α與cos(a+β)/cosβ的對應(yīng)值 …………43</p><p>　　附表9 在不同的λ值時，α與sin(a+

13、β)/cosβ的對應(yīng)值 …………44</p><p>　　附圖1. 活塞的位移（勃留克斯法）…………………………………45</p><p>　　附圖2. 活塞的速度（簡諧曲線合成法）……………………………45</p><p>　　附圖3. 活塞的加速度（簡諧曲線合成法）…………………………46</p><p>　　附圖4. 發(fā)動機中作

14、用力PG，Pj和P=PG+Pj的變化曲線 …………46</p><p>　　附圖5. 發(fā)動機PT和PN的變化曲線 ………………………………47</p><p>　　附圖6. 發(fā)動機T和Z的變化曲線 …………………………………47</p><p>　　附圖7. 發(fā)動機總轉(zhuǎn)距圖 ……………………………………………48</p><p>　　附

15、圖8. 2110型柴油機（渦流室）連桿軸頸負(fù)荷圖 ………………48</p><p>　　附圖9. 2110型柴油機（渦流室）軸頸磨損圖 ……………………49</p><p>　　附圖10. 2110型柴油機（渦流室）連桿軸承負(fù)荷圖 ………………49</p><p>　　附圖11. 2110型柴油機（渦流室）第0主軸頸負(fù)荷圖 ……………50</p>

16、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課題為6135K-5型柴油機的設(shè)計。此機型為四沖程直噴式ω型燃燒室強制水冷高速柴油機。起動性能好，扭矩大，燃油和機油耗率均低，經(jīng)濟性能好。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的組成部分主要有曲柄連桿機構(gòu)、機體和氣缸蓋、配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動裝置等。其中內(nèi)燃機傳遞動力的主要部分由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機構(gòu)。本

17、設(shè)計主要研究了柴油機熱力過程與動力學(xué)特性，利用內(nèi)燃機知識和對內(nèi)燃機各熱力參數(shù)，指示參數(shù)，有效參數(shù)進行計算與分析，通過改進提高柴油機的動力性能、經(jīng)濟性能和運轉(zhuǎn)性能，為今后內(nèi)燃機的開發(fā)、設(shè)計奠定基礎(chǔ)。并用CAD繪制柴油機的活塞、連桿零件圖和6135K-5柴油機的橫剖面圖和縱剖面圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 熱計算，動力學(xué)計算，設(shè)計，柴油機，CAD</p><p><b>　　A

18、bstract</b></p><p>　　This design is 6135K-5 diesel engines design. This type for four stroke straight spraying type of omega combustion chamber the water cooling in high speed Diesel Engine. the starti

19、ng performance is good, the torque is big, the torque safety factor is big, the economical performance is good. The reciprocation internal-combustion reciprocating engine constituent is consist of the crank link motion g

20、ear, the organism friendly cylinder cover, the carburetor construction, the oil supply system, the l</p><p>　　Key word: Heat Calculation, Dynamics Calculation, Design, Diesel Engine, CAD</p><p>

21、;<b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1 研究目的和意義</p><p>　　1.1.1 研究目的：</p><p>　?。?） 初步了解內(nèi)燃機產(chǎn)品研制的全過程，熟悉方案設(shè)計的步驟和方法。</p><p>　?。?） 深入進行與專業(yè)有關(guān)的基本工程訓(xùn)練。</p><p>

22、　　（3） 綜合和深化技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課知識，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。</p><p>　?。?） 培養(yǎng)協(xié)作精神，樹立高度的工作責(zé)任感。</p><p>　　1.1.2 研究意義：</p><p>　　柴油機的發(fā)展，已有八十多年的歷史。通過這一長時期的不斷改進和提高，已經(jīng)發(fā)展到了比較完善的程度。本課題為2110型柴油機（渦流室）的研究設(shè)計。此機型為水冷、四

23、沖程、直列式、渦流室燃燒室，起動性能好，扭矩大，扭矩儲備系數(shù)大，經(jīng)濟性能好。本設(shè)計主要研究了柴油機熱力過程與動力學(xué)特性，利用內(nèi)燃機知識和對內(nèi)燃機各熱力參數(shù)，指示參數(shù)，有效參數(shù)進行計算與分析，通過改進提高柴油機的動力性能、經(jīng)濟性能和運轉(zhuǎn)性能，為今后內(nèi)燃機的開發(fā)、設(shè)計奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　內(nèi)燃機是世界上用途最廣的動力機械之一，主要配套對象有

24、艦船、機車、汽車、拖拉機、工程機械、軍用車輛、聯(lián)合收割機、排灌機械、內(nèi)燃機發(fā)電機組、小型農(nóng)機具等。</p><p>　　近百年來，我國內(nèi)燃機工業(yè)取得了長足的進步，品種、數(shù)量與質(zhì)量可滿足國民經(jīng)濟日益增長的需求。但與國際先進水平相比，在性能、質(zhì)量與可靠性以及自主開發(fā)能力方面還有一定差距。隨著汽車保有量的增加，為控制汽車排氣對環(huán)境的污染，我國從2000年起實施歐洲I排放標(biāo)準(zhǔn)，從而有力推動了我國裝有三效催化轉(zhuǎn)化器的電控噴

25、射汽油機以及采用多氣門、增壓、排氣再循環(huán)、高壓噴射與排氣后處理技術(shù)的柴油機的發(fā)展。中國加入WTO后，汽車與內(nèi)燃機產(chǎn)品面臨著國際市場的競爭。這些都將持續(xù)有力地推動我國內(nèi)燃機工業(yè)的技術(shù)進步[1]。</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容和方法</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容：</p><p><b>　?。?） 總體設(shè)計</b><

26、/p><p>　　（2） 進行2110型柴油機（渦流室）的熱力計算與動力計算。</p><p>　　（3） 總體方案設(shè)計，進行總體布置分析，確定機型的主要性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，畫出總體布置的縱橫剖面圖。</p><p>　?。?） 燃燒系統(tǒng)和供油系統(tǒng)設(shè)計，考慮燃燒系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)的匹配，選擇合適的噴油泵、噴油嘴和調(diào)速器，確定供油系統(tǒng)的主要參數(shù)，設(shè)計燃燒室，畫

27、出活塞零件圖。</p><p>　　（5） 排氣系統(tǒng)設(shè)計，確定排氣系統(tǒng)的布置方案和主要參數(shù)。</p><p>　?。?） 配氣系統(tǒng)設(shè)計，定出傳動系統(tǒng)布置方案。</p><p>　?。?） 曲軸和連桿設(shè)計，確定曲軸、連桿材料、結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，畫連桿圖。</p><p>　?。?） 氣缸蓋和機體設(shè)計，確定氣缸蓋、機體的結(jié)構(gòu)型式和主要參數(shù)，

28、畫氣缸蓋、機體圖（包含在縱橫剖面圖內(nèi)）。</p><p>　　1.3.2 研究方法[2]：</p><p>　?。?） 根據(jù)市場調(diào)研確定排量，基本性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后全面考慮各種用途的配套要求，找出其共性和個性，一次完成基本型和各種變型設(shè)計，這樣可使零部件具有最大的通用性，有利于實現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低成本，變型迅速的目的。</p><p>　?。?） 采用集成化的設(shè)

29、計從柴油機總體出發(fā)，打破按部件分割的概念將功能有關(guān)的零部件盡可能串聯(lián)起來綜合考慮，簡化結(jié)構(gòu)，減少零件，降低成本。</p><p>　?。?） 總體圖是柴油機總體布置的具體反映。</p><p>　　柴油機總體布置的原則是在滿足產(chǎn)品技術(shù)任務(wù)書的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)緊湊合理，外形美觀，簡單可靠，主要零件工藝性好，便于裝拆和維修。</p><p>　?。?） 柴油機縱橫

30、剖面圖的畫法一般是由內(nèi)到外，由粗到細(xì)，先畫零件的輪廓，再畫細(xì)節(jié)?？v橫剖面圖同時畫，表明零部件在縱橫剖面圖上的對應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　第二章 柴油機的基本工作原理</p><p><b>　　柴油機概述</b></p><p>　　柴油機是內(nèi)燃機的一種，是將燃料的化學(xué)能經(jīng)過燃燒釋放的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的機器。</p>&l

31、t;p>　　柴油機中，燃料的燃燒和工質(zhì)的膨脹做功均在汽缸內(nèi)進行，因而內(nèi)燃機的能量損失較小，具有較高的熱效率。柴油機的基本工作過程是完成兩次能量轉(zhuǎn)換，即燃料在汽缸中燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)庾鳛楣べ|(zhì)在汽缸內(nèi)膨脹，推動活塞運動，將熱能轉(zhuǎn)化為機械功?；钊耐鶑?fù)運動通過曲柄連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動機械工作。</p><p>　　柴油機具有以下突出優(yōu)點[3]：</p>&

32、lt;p>　　經(jīng)濟性好，熱效率在熱機中最高，一般為30%?—50%。</p><p>　　尺寸小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝布置。</p><p>　　功率范圍廣。單機功率在（0.6—6.8）×104KW，適用范圍廣。</p><p>　?。?） 機動性好。起動方便、迅速，加速性能好，正常起動只需幾秒鐘，并能很快達(dá)到全負(fù)荷工況。</p>

33、<p>　　柴油機也存在如下一些缺點[3]：</p><p>　?。?） 運轉(zhuǎn)時噪聲大。</p><p>　　（2） 廢氣中有害成分對大氣污染嚴(yán)重。</p><p>　　柴油機未來的發(fā)展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發(fā)和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環(huán)境的污染；采用

34、高增壓技術(shù)，進一步強化柴油機，提高單機功率；研制復(fù)合式發(fā)動機、絕熱式渦輪復(fù)合式發(fā)動機等；采用微處理機控制柴油機，使之在最佳工況下運轉(zhuǎn)；加強結(jié)構(gòu)強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新型柴油機。</p><p>　　2.2 柴油機的工作原理</p><p>　　柴油機的運轉(zhuǎn)過程，是氣缸內(nèi)連續(xù)不斷地完成一個個工作循環(huán)的過程。一個工作循環(huán)是指柴油機的氣缸內(nèi)依次通過進氣、壓縮、燃燒、膨脹和

35、排氣五個過程做一次功的全過程。柴油機是利用燃料燃燒后所產(chǎn)生的熱能來做功的。燃料只有在著火燃燒時才能施放出熱能，要實現(xiàn)燃料著火，燃燒，必須要有充足的氧氣和一定的溫度。因此，要實現(xiàn)柴油機能夠連續(xù)地工作，就要不斷地向氣缸內(nèi)輸入新鮮空氣和燃料，并使氣缸內(nèi)獲得燃料著火所必需的溫度。</p><p>　　柴油機把燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的過程是按一定規(guī)律進行的。首先由曲軸帶動活塞由上向下移動?？諝饨?jīng)進氣管、進氣門進入氣缸內(nèi)，使

36、氣缸內(nèi)充滿空氣。接著活塞反向上移，將充入氣缸內(nèi)的氣體進行壓縮，同時通過噴油器將柴油噴入燃燒并能通過連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，而對外輸出扭矩做功。最后，活塞由下向上移動，將膨脹后的廢氣經(jīng)排氣門，排氣管排出氣缸，準(zhǔn)備再次充入空氣。柴油機工作循環(huán)過程周期地重復(fù)進行，便可實現(xiàn)其連續(xù)不斷地工作。</p><p>　　2.3 2110型柴油機（渦流室）的總體構(gòu)造</p><p>　　2.3.1 2110型

37、柴油機（渦流室）的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　D=110mm；S=150mm；n=1500r/min;立式、水冷、四沖程、渦流室式燃燒室。</p><p>　?。?） 缸徑 D，活塞行程S和行程缸徑比S/D:</p><p>　　行程缸徑比S/D將影響整機高度、氣門流通面積與氣缸工作容積之比、曲軸的重疊度、活塞平均速度、摩擦損失和進排氣流動阻力。</p

38、><p>　　根據(jù)已知條件缸徑D=110mm， 活塞行程S=150mm，行程缸徑比S/D≈1.364</p><p>　?。?） 缸心距L:</p><p>　　進、排氣道和冷卻水道的布置密切相關(guān)。并將直接影響柴油機的性能?？煽啃院蛪勖?，對缸徑較小的多缸柴油機可采用整體式氣缸蓋以縮短氣缸中心距。</p><p>　　確定氣缸中心距的大小，首先

39、考慮曲軸的曲柄臂的厚度和主軸頸，曲柄銷的長度，使主軸承和連桿軸承有足夠的承壓面積，并保證曲軸有良好的強度和剛度。</p><p>　　目前高速柴油機缸心距有漸減小的趨勢。直列式小型高速柴油機的L/D，當(dāng)采用濕式氣缸時，因為要安排氣缸套上下端的支承、定位、密封結(jié)構(gòu)，缸距要大些。一般L=D+（25—35）㎜，其對應(yīng)的L/D比值為1.24～1.30。本機取L=144㎜。另外為了對缸套進行定位，凸肩的上平面被氣缸蓋及氣缸

40、墊壓緊，凸肩h值比較重要。h值大些有利于氣缸套上部鋼度，但會使氣缸套上部冷卻條件不好。如果h值過小，也就是凸肩過薄，當(dāng)螺栓擰緊后氣缸套上部會產(chǎn)生變形，以致使缸筒失去正確的幾何形狀，嚴(yán)重時會使凸肩根部產(chǎn)生裂紋。本設(shè)計凸肩高度為h=0.15㎜，公差為Δδh =0.03㎜[4]。</p><p>　　采用濕式氣缸套的柴油機，氣缸中心距應(yīng)保證相鄰二缸套凸緣間具有局部最小寬度，并有足夠的缸臂厚度和水套寬度。根據(jù)鑄造的可能性

41、，缸間水套最小厚度為4㎜，氣缸壁的最小厚度為5㎜[4]。本設(shè)計氣剛壁厚度為7㎜，水套寬度為6㎜。</p><p>　?。?） 主軸頸、曲柄銷與曲柄臂</p><p>　　軸徑應(yīng)短而粗，以增強曲軸剛性，提高自振頻率，縮短缸心距，但軸頸長度也不能過短，否則會使軸承的承載力變壞，滑動軸承的寬度以不小于0.3d(d為軸頸)為宜.</p><p>　　主軸頸 D1/D =

42、0.65～0.8 ；L1/D = 0.35～0.50</p><p>　　D1---主軸頸直徑；L1---主軸頸長度；D---氣缸直徑 </p><p>　　本設(shè)計取 D1 = 85㎜； L1 = 50㎜。</p><p>　　曲柄銷 D2/D = 0.55～0.70 ；L2/D = 0.35～0.45</p><p>　　D2---曲柄銷

43、直徑；L2---曲柄銷長度；D---氣缸直徑</p><p>　　且曲柄銷直徑D2總是小于主軸頸直徑D1的。</p><p>　　本設(shè)計取D2 = 75 ㎜； L2 = 48㎜。</p><p>　　本設(shè)計曲軸采用橢圓形斷面的曲柄臂。在軸頸與曲柄臂的交界處，設(shè)計一個厚0.8㎜的臺階，以便精磨軸頸和圓角時，砂輪不與曲柄臂相碰。在曲柄臂與軸頸的連接處，為了減小應(yīng)力集

44、中，提高疲勞強度，常采用圓角過渡，取曲柄臂厚度b=23㎜，圓角半徑R = 5.6㎜ 。</p><p>　?。?） 曲柄半徑與連桿長度:</p><p>　　曲柄半徑R與連桿長度L的比值λ在1/3～1/5之間，從理論上講，最大往復(fù)慣性力和活塞側(cè)向壓力隨著λ增加而增大，但λ值小時，連桿長度就增加，直接影響發(fā)動機的高度和重量[4]。</p><p>　　本機曲柄半徑R

45、=75㎜ 、連桿長度L=285㎜ 、λ=R/L=0.263。</p><p>　　2.3.2 2110型柴油機（渦流室）的總體構(gòu)造</p><p>　　柴油機主要由缸體與氣缸蓋組件、曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給機構(gòu)、潤滑系、冷卻系及起動系等組成，這些機構(gòu)和系統(tǒng)保證了柴油機連續(xù)不斷地正常工作。</p><p>　　（1） 缸體與氣缸蓋組件：</p>

46、<p>　　缸體是由機體、氣缸套、油底殼、和氣缸蓋等零部件組成的固定件。該機構(gòu)的功用是構(gòu)成柴油機的骨架，連接和固定所有運動件和輔助系統(tǒng)。</p><p>　?。?） 曲柄連桿機構(gòu)：</p><p>　　曲柄連桿機構(gòu)的功用是組成燃?xì)夤ぷ鞯目臻g（氣缸），并將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成曲軸的回轉(zhuǎn)運動。其組成主要有活塞組件、連桿組件、曲軸飛輪組件、連接器組件和扭矩減振器組件等部分組成。&l

47、t;/p><p>　?。?） 配氣機構(gòu)：</p><p>　　配氣機構(gòu)的功用是按工作循環(huán)的要求，定時地啟閉進、排氣門，排出氣缸內(nèi)的廢氣，吸入新鮮氣體。其組成主要有氣門組件、氣門傳動組件、凸輪軸和凸輪軸傳動機構(gòu)等。</p><p>　?。?） 燃料供給機構(gòu)：</p><p>　　柴油機燃料供給系的功用是將柴油以一定的壓力，定時、定量地噴入氣缸，

48、與缸內(nèi)的空氣形成可然混合氣。它由燃油箱、輸油泵、燃油濾清器、噴油泵、噴油器等部件組成。 </p><p><b>　?。?） 潤滑系：</b></p><p>　　潤滑系的功用是在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，連續(xù)不斷地將機油輸送到各摩擦表面，以減小零件的磨損和摩擦阻力。其組成主要有機油泵、機油濾清器、機油冷卻器和壓力調(diào)節(jié)與安全裝置等部件。 </p><p

49、><b>　?。?） 冷卻系：</b></p><p>　　冷卻系的主要功用是將柴油機受熱機件的熱量散發(fā)出去，以保證柴油機正常的工作溫度。它由水泵、風(fēng)扇、散熱器、中冷器和節(jié)溫裝置部件組成。</p><p><b>　　起動系：</b></p><p>　　起動系統(tǒng)的功用是使靜止的發(fā)動機起動運轉(zhuǎn)。它主要由起動電機等組

50、成。</p><p>　　2.3.3 2110型柴油機（渦流室）的主要性能參數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速n：</b></p><p>　　根據(jù)已知條件，本機標(biāo)定功率轉(zhuǎn)速取為n=1500r/min。</p><p>　　活塞的平均速度Cm：</p><p>　　本機：Cm=Sn/30=7.5

51、m/s。、</p><p><b>　　平均有效速度Pe：</b></p><p>　　平均有效壓力Pe是標(biāo)志內(nèi)燃機整個循環(huán)過程的有效性及內(nèi)燃機制造完善性的指標(biāo)之一。Pe是量特征性參數(shù)，是柴油機每循環(huán)單位氣缸容積所發(fā)出的有效功大小的標(biāo)志。</p><p>　　本機：Pe=5.27 kg/cm2 Vs=1.425升</p>

52、<p>　　活塞總排量V=Vs*2=2.85升</p><p><b>　　壓縮比：</b></p><p>　　壓縮比直接影響柴油機的性能，機械負(fù)荷，起動性能，以及主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸。在一定范圍內(nèi)，柴油機的熱效率隨壓縮比的增加而提高，增大壓縮比也可以使柴油機的起動性能獲得改善。但壓縮比的提高將使氣缸最高爆發(fā)壓力相應(yīng)上升，機械負(fù)荷增加，對柴油機的使用壽命有影

53、響。</p><p>　　本機取壓縮比ε=17。柴油機壓縮比的一般取值范圍為：非增壓柴油機，直接噴射式燃燒室ε=15—18[5]。</p><p>　　配氣正時(以曲軸轉(zhuǎn)角計)：</p><p>　　進氣門開啟 上止點前15°30′</p><p>　　進氣門關(guān)閉　 下止點后42°3

54、0′</p><p>　　排氣門開啟 下止點前44°30′</p><p>　　排氣門關(guān)閉 上止點后15°30′</p><p>　　供油提前角 上止點前18°30′</p><p><b>　　氣門間隙</b></p&

55、gt;<p>　　進氣門0.30㎜ 排氣門 0.35㎜</p><p><b>　　進排氣門凹入度</b></p><p>　　進氣門0.9～1.2㎜ 排氣門1.2～1.5㎜</p><p>　　壓縮余量（上止點時活塞頂與缸蓋底面距離）：1.5㎜</p><p>　　機油壓力：

56、工作油壓196～491Kpa</p><p>　　冷卻水溫度：85～90℃ </p><p>　　主要螺栓螺母扭矩：（NM）</p><p>　　缸蓋螺栓M14 186±10</p><p>　　連桿螺栓M13*1.25 157±10</p><p>　　主軸承螺栓M1

57、6 235±10</p><p>　　缸蓋螺栓M10*30 34±5</p><p>　　曲軸大螺母M36*2 588±1</p><p>　　第三章 2110型柴油機（渦流室）的渦流室設(shè)計</p><p><b>　　3.1 概述</b><

58、/p><p>　　渦流室燃燒室的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示?；钊斉c氣缸蓋之間的空間為主燃燒室，而在氣缸蓋中的容積稱為渦流室，即副燃燒室，他的容積約占整個燃燒室的 50%～70%。主副渦流室之間用一個通道連接，通道的截面積為活塞截面積的1%～3.5%，通道方向與活塞頂成一定角度并與渦流室相切。噴油器安裝在渦流室里，燃料順空氣渦流方向噴射。</p><p>　　在壓縮過程中，氣缸中的空氣被活塞推擠，經(jīng)過

59、通道流入渦流室（渦流室與主燃燒室的壓差最大約1～2Kg/cm²）,形成強烈的有組織的壓縮渦流運 </p><p>　　圖3-1 渦流室 動，最高流速達(dá)100～145m/s。當(dāng)渦流室著火燃燒后，渦流室中的氣體壓力和溫度迅速升高，渦流室內(nèi)未燃的燃料，空氣及燃?xì)庖黄鸾?jīng)通道高速流到主燃燒室中（首先從渦流室噴出的是壁面附近的過濃混合氣）既形成二次渦流，與主燃燒室中的空氣進

60、一步混合燃燒。</p><p>　　(a) 球形 (b) 球錐形 (c) 球柱形 </p><p>　　圖 3-2 渦流室結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖3-2所示。渦流室燃燒室的典型結(jié)構(gòu)有球形、球錐形（彗星—V型）、球拄形等，一般渦流室上部為半球形，下部則通

61、過鋃塊的變化而獲得各種變形。不同形狀的渦流室所產(chǎn)生的壓縮渦流強度也不一樣。平底渦流室對改善高速性能有利，近代渦流 </p><p>　　室應(yīng)用較多的是類似彗星—V型及球柱型等?？勺兺ǖ澜孛鏈u流室的特點是，渦流室位于氣缸體里，能在混合氣形成的關(guān)鍵時刻獲得較高的流速，而又不顯著增加流動損失，但其活塞受到不均勻加熱，工作條件差?？勺?nèi)莘e渦流室，采用液壓調(diào)節(jié)裝置，能自動地隨

62、發(fā)動機工況改變渦流室容積，使壓縮比從起動時的 = 20變化到全負(fù)荷時的 = 14，能改善變工況的性能，具有多種燃燒性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜[6]。</p><p>　　3.2 渦流室燃燒室及混合氣形成的特點</p><p>　　與直噴射式柴油機比較，渦流室柴油機主要有下列特點[7]：</p><p>　?。?） 混合氣形成和燃燒主要是利用有組織的強烈的壓縮渦流，因此對噴霧

63、質(zhì)量要求不高，一般采用軸針式噴油嘴，噴油壓力較低，為100～140 Kg/cm²，這可降低對燃油系統(tǒng)的要求，減小噴油孔堵塞等故障。</p><p>　?。?） 由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強，所以在轉(zhuǎn)速較高時仍能保證較好的混合質(zhì)量，混合氣形成質(zhì)量對轉(zhuǎn)速變化不敏感；又由于渦流室是偏離氣缸中心線布置，而噴油嘴也隨渦流室偏置，使氣門布置的位置充足，進氣門直徑可以做得較大，即使轉(zhuǎn)速較高，仍可獲得較高的充氣效率，

64、因此渦流室適用于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機中，目前轉(zhuǎn)速可以高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分。</p><p>　?。?） 由于利用強烈的壓縮渦流和二次渦流，保證了較好的混合氣質(zhì)量，使渦流室發(fā)動機中空氣得到較充分利用，因此過量空氣系數(shù)較小，平均有效壓力較高，一般фa=1.3～1.6，Pe=6～8 Kg/cm²。而且初期燃燒是在渦流室里進行，不是直接作用在活塞上，主燃燒室中的壓力升高率較小，工作較為平穩(wěn)，燃燒噪聲小。</p&

65、gt;<p>　?。?） 渦流室的相對散熱面積較大，而且又直接與冷卻水接觸，使散熱損失較大；在渦流室發(fā)動機中，氣體經(jīng)過通道流動，氣流損失也較大，因此使冷機起動困難，比油耗較高，一般gi=190～210g/PSh。比直噴式柴油機通常要高出10%～15%。</p><p>　?。?） 由于主燃燒室最高溫度相對較低，因此可減小NOX排放量；此外，HC和微粒排放量均比直噴式柴油機低，高負(fù)荷的煙度一般小于

66、3BSU。</p><p>　　3.3 渦流室的要點及設(shè)計 </p><p>　　（1） 渦流室的形狀</p><p>　　渦流室形狀比較統(tǒng)一，基本形狀是球形或近似球形。一般渦流室由兩部分組成，其上部是在氣缸蓋上，而下部是由帶有通道的保溫鋃塊組成。</p><p>　　本設(shè)計渦流室形狀為純球形，半徑為R=26mm。因為球形渦流室中渦流強度

67、最高，活塞接近上止點時，球形渦流室中的速度分布是由剛體旋轉(zhuǎn)和勢渦流兩部分合成起來的。在接近渦流室中心部分，氣流速度隨渦流室半徑增加而增加，符合剛體旋轉(zhuǎn)運動的規(guī)律；而在壁面附近，氣流速度隨渦流室半徑增加而減小，呈勢渦流規(guī)律；在渦流室某一半徑處，氣流速度最高。</p><p>　?。?） 連接通道的位置</p><p>　　連接通道的截面形狀一般有長圓形、豆形及彎月形等，其中以長圓形應(yīng)用較多

68、。通道形狀、尺寸和位置對渦流室中的氣流運動影響較大。通道的傾斜角一般在30°～50°之間。但柴油機轉(zhuǎn)速較高的時候，長圓形通道的最佳長短比為2～2.5。如圖3-3所示，當(dāng)傾角為45°時柴油機油耗較高，當(dāng)傾角為40°時性能較好。傾角較大不利于燃?xì)庠谥魅际业臄U散與穿透，在渦流室中難以形成強渦流，所以性能較差;傾角過小時渦

69、 </p><p>　　圖3-3 傾角與油耗表 流室內(nèi)的氣流難以進入主燃室。</p><p>　　本設(shè)計連接通道采用長圓形如圖3-4所示。通道的傾斜角為40°，通道截面長為16.25㎜，短為6.5㎜，長短比為2.5。</p><

70、;p>　　（3） 渦流室的結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖3-4 通道截面 </p><p>　　渦流室的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是渦流室容積Vk與壓縮容積Vc之比Vk/Vc，及通道截面積f與活塞面積Fr之比f/Fr，它們對壓縮渦流影響很大，通常Vk/Vc限制在50%左右, f/Fr=1～1

71、.5%。Vk/Vc越大或f/Fr越小，則壓縮渦流越強[6]。 </p><p>　　本設(shè)計的渦流室容積Vk=44.87ml, 壓縮容積Vc =89 ml , Vk/Vc=50.4%。這樣可以減少流動損失和散熱損失，提高經(jīng)濟性，改善起動性能。由于主燃燒室也組織渦流加強燃燒，所以渦流室通道面積比偏小有利，本設(shè)計的通道截面積f=96.54㎜²，活塞面積Fr=9498.5㎜²，f/Fr=1.02%。

72、</p><p>　?。?） 主燃燒室中的燃燒</p><p>　　當(dāng)Vk/Vc較大時，采用平頂活塞可以獲得較好的性能。當(dāng)Vk/Vc較小時，就有較多的空氣集中在主燃燒室里，必須使處于活塞頂隙中的空氣活躍起來，加以充分利用。為此常在活塞頂上開有導(dǎo)流槽和凹坑，使渦流室中氣流噴出時，在導(dǎo)流槽或凹坑的引導(dǎo)下形成次渦流，促使未燃燒的燃料在主燃燒室內(nèi)進一步混合燃燒[12]。</p>&

73、lt;p>　　為了充分利用主燃燒室中的空氣及未燃的燃料，在活塞頂部開設(shè)兩個圓形凹坑形成主燃燒室，如圖3-5所示，導(dǎo)流槽對準(zhǔn)通道。當(dāng)活塞在上止點附近時，從渦流室中噴出的高溫燃?xì)?，空氣及未燃的燃料，?jīng)導(dǎo)流槽分成兩股，在凹坑中形成兩個強烈旋渦，隨著活塞下行，兩個旋渦越出凹坑，擴展到整個主燃燒室，從而加強了主燃燒室的混合和燃燒。由于本柴油機轉(zhuǎn)速較高，為了適應(yīng)高速，主燃燒室的導(dǎo)流槽設(shè)計成直槽形。具體參數(shù)為：導(dǎo)流槽寬度a=16.75㎜，導(dǎo)流槽

74、深度=2.5㎜,凹坑深度=2.5㎜，凹坑半徑R=17㎜，聯(lián)接處半徑r=3㎜，偏心距C=10㎜，圓心距L=30㎜，=50㎜。 圖3-5 活塞頂</p><p>　?。?） 油束與空氣渦流的配合 </p><p>　　渦流室發(fā)動機的噴油方向?qū)π阅苡绊?/p>

75、很大，隨著噴油方向從逆氣流變到順氣流噴射，比油耗和煙色都顯著地得到改善。當(dāng)順流噴射時，燃油被吹象壁面，部分燃油呈壁面分布，油霧中的細(xì)小油滴順著氣流被帶到通道口附近，與流入的高溫空氣相遇，在靠近壁面處著火燃燒。在強烈的渦流作用下，火焰被卷入渦流室中央，而將中心部分的空氣壓向四周，形成良好的熱力混合，而且壁面附近的過濃混合氣首先從渦流室中噴出，在主燃燒室進一步混合燃燒，這就消除了渦流室中心混合氣過濃的現(xiàn)象，其結(jié)果是經(jīng)濟性改善，冒煙減少。&l

76、t;/p><p>　　本設(shè)計渦流室采用順氣流噴射，為了保證一定的起動性能，噴油方向使油束偏離渦流室中心的距離不應(yīng)過大，應(yīng)控制在5mm以內(nèi)。</p><p>　?。?） 渦流室的鋃塊</p><p>　　如圖3-6所示。由于高溫高壓氣體經(jīng)過通道噴出，所以渦流室鋃塊溫度較高，能達(dá)到600 °C，所以要求鋃塊材料的熱傳導(dǎo)率好，熱疲勞強度高，彈性模數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小

77、。鋃塊溫度高一方面可以造成局部熱區(qū)，對著火有促進作用；另一方面鋃 鋃塊 </p><p>　　塊因熱負(fù)荷高，容易損壞。 圖3-6 鋃塊 </p><p>　　本設(shè)計鋃塊采用材料為4Cr9Si2,此材料的耐熱效果好。 </p><p

78、>　　冷起動 </p><p>　　在渦流室發(fā)動機中，由于流動損失和散熱損失較大，所</p><p>　　以起動困難，一般都采用輔助裝置

79、以保證冷起動。車用渦流室柴油機經(jīng)常使用的是電熱塞幫助起動。</p><p>　　如圖3-7所示。本設(shè)計采用的方法是，在軸針式噴油嘴頭部鉆有輔助小孔，其直徑為0.2mm，發(fā)動機起動時，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低，高壓油管中的油壓較低，針閥升程很小，燃油主要從側(cè)面小孔逆氣流噴入燃燒室，所以容易起動；起動后，發(fā)動機轉(zhuǎn)入正常工作時，針閥完全升起，由于主噴孔截面加大，燃油大部分從主噴孔順氣流方向噴入，輔助噴孔的噴油量大大減少。

80、 1-主噴孔 2-分流孔 </p><p><b>　　圖3-7 噴油嘴</b></p><p>　　第四章 2110型柴油機（渦流室）實際循環(huán)熱計算</p><p><b>　　4.1計算</b></p&g

81、t;<p>　　4.1.1 工況的選擇：</p><p>　　本計算工況取轉(zhuǎn)速n=1500 rpm，12小時功率Ne =27.5 PS，此時平均有效壓力Pe=5.2 7kg/cm2</p><p>　　4.1.2 原始參數(shù)與已知條件：</p><p>　　缸徑 D = 110 mm</p

82、><p>　　行程 S = 150 mm</p><p>　　缸數(shù) I = 2</p><p>　　12小時功率 Ne = 27.5 PS</p><p>　　轉(zhuǎn)速

83、 n = 1500 rpm</p><p>　　壓縮比 = 17</p><p>　　單缸工作容積 Vh = 1.424 L</p><p>　　曲柄半徑和連桿長度比 R/L = 0.263</p><

84、p>　　大氣狀態(tài) Po = 1 kg/cm2 To = 293 K</p><p>　　燃料質(zhì)量成分 C = 0.86 H = 0.13 O = 0.01</p><p>　　燃料低熱值 Hu = 10500 Kcal/Kg </p

85、><p>　　4.1.3 參數(shù)選擇：</p><p>　　根據(jù)相類似柴油機的實驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料，結(jié)合本柴油機的具體情況可以選定：</p><p>　　過量空氣系數(shù) = 1.4</p><p>　　最高燃燒壓力 Pz = 65 kg/cm2</p>&

86、lt;p>　　熱量利用系數(shù) z = 0.70</p><p>　　殘余廢氣系數(shù) = 0.04</p><p>　　排氣終點溫度 Tr = 800 K</p><p>　　示功圖豐滿系數(shù) i = 0.94&

87、lt;/p><p>　　機械效率 m = 0.80</p><p>　　平均壓縮多變指數(shù) n1=1.35</p><p>　　平均膨脹多變指數(shù) n2=1.28</p><p>　　4.1.4 料熱化學(xué)計算[5]：</p>

88、<p>　　根據(jù)有關(guān)公式可以求得下列有關(guān)參數(shù)。</p><p>　　(1) 理論所需空氣量Lo Lo = 1/0.21(C/12+H/4O/32) = 0.495 kmol/kg燃料 (4-1) </p><p>　　(2) 新鮮空氣量M1 M1 = L

89、o = 1.40.495 = 0.693 kmol/kg燃料 (4-2)</p><p>　　(3) 理論上完全燃燒（ = 1）時的燃燒產(chǎn)物M0</p><p>　　M0 = C/12+H/2+0.79 Lo = 0.5277kmol/kg燃料 (4-3)</p><p>　　(4) 當(dāng) = 1.4時的多余空氣量為： （1） Lo = 0.

90、198 kmol/kg (4-4)</p><p>　　(5) 燃燒產(chǎn)物總量M2 M2 = M0+（1）Lo = 0.7257 kmol/kg (4-5) (6) 理論分子變更系數(shù)0 0 = M1/ M2 = 1.047 (4-6)&l

91、t;/p><p>　　(7) 實際分子變更系數(shù) = （0+）/（1+） = 1.045 (4-7)</p><p>　　4.1.5 換氣過程參數(shù)的計算：</p><p>　?。?） P = 0.9 Po ，則進氣終點壓力為P = 0.9 kg/cm2

92、 (4-8) </p><p>　　(2) 取進氣加熱升溫 T = 20℃，則進氣終點溫度為Ta為：</p><p>　　Ta =（To+T+ Tr）/（1+）= 331.73 K (4-9)</p><p>　　(3) 充氣效率 V = P To/［（1） Po Ta（1+）］= 0.81

93、(4-10)</p><p>　　4.1.6 壓縮過程的計算：</p><p>　?。?） 選取平均多變壓縮指數(shù) n1 = 1.35</p><p>　　（2） 壓縮過程中任意點X的壓力PCX</p><p>　　PCX = P(V/VCX)n 1

94、 (4-11)</p><p>　　式中VCX —X點的氣缸容積。它等于</p><p>　　VCX = D2R［（1cosX）R/4L(1cos2X) ］/4+VC (4-12)</p><p>　　其中X為X點從上止點算起的曲軸轉(zhuǎn)角：VC = Vh/（1）

95、 (4-13) </p><p>　　可以取數(shù)個X點，求出PCX和VCX在繪制示功圖時用以畫出壓縮線c</p><p>　　(3) 壓縮終壓力PC和溫度TC</p><p>　　PC = P n1= 41.24kg/cm2 (4-14) </p>

96、;<p>　　TC = Ta n11 = 894.2 K (4-15) </p><p>　　tC = 894.2 273 = 621.2 ℃ (4-16) </p><p>　?。?） 壓力升高比</p><p>　　= PZ/PC = 1.576

97、 (4-17)</p><p>　　4.1.7 燃燒過程的計算：</p><p>　　（1） 壓縮終點的空氣平均等容比熱CV由圖2-15上查得，在tC = 621.2 ℃時的CP = 7.29 kcal/ kgmol 于是：</p><p>　　CV = CP 1.986 = 5.304 kcal/ kgmol (4-

98、18)</p><p>　　(2) 壓縮終點的殘余廢氣平均等容比熱CV從圖2-15上查得，在 = 1.4 ，tC = 621.2 ℃時的CP = 7.7 kcal/ kgmol于是：</p><p>　　CV = CP - 1.986 = 5.714 kcal/ kgmol (4-19)</p><p>　　（3） 壓縮終點的混合平均等容比熱C

99、V</p><p>　　CV =（CV+ CV）/（1+）= 5.32 kcal/ kgmol (4-20)</p><p><b>　　燃燒終點的溫度TZ</b></p><p>　　Z Hu/(1+) Lo+ CVtC+1.986 tC+542 (-) = CPtZ

100、 (4-21)</p><p>　　將已知的數(shù)值代入，CPtZ = 14851.84再用圖2-15的曲線先估計一tZ值，如此逐步試算直至得到一tZ值，視其值與14851.84是否相符，然后按其差值再另選一tZ值，如此逐步計算直至有一值與CP乘積等于14851.84止。照此方法最終求得燃燒終點溫度。</p><p>　　tZ = 1725 ℃</p><p>

101、;　　TZ = 1725+273 = 1998 K</p><p>　?。?） 初期膨脹比</p><p>　　= / TZ/ TC = 1.482 (4-22)</p><p>　　4 .1.8 膨脹過程的計算：</p><p>　?。?） 后期膨脹比 =

102、/ = 10.59 (4-23) </p><p>　?。?） 選取平均多變膨脹指數(shù) n 2 = 1.28</p><p>　　(3) 膨脹過程中任意點X的壓力 P bx = PZ(VZ/Vbx)n2 (4-24)

103、</p><p>　　式中Vbx ----------- X點的氣缸容積，求法與前訴的VCX 相同。</p><p>　　在求得數(shù)個X點的Pcx和Vbx值后，即可畫出示功圖的膨脹線。</p><p>　?。?） 膨脹終點壓力Pb和溫度Tb</p><p>　　Pb = PZ/ n2 = 2.86 kg/cm2

104、 (4-25)</p><p>　　Tb = TZ/ n2-1 = 1009.06 K (4-26)</p><p>　　tb = 1009.06-273=736.06 ℃ (4-27)</p><p>　　4.1.9 平均指示壓力Pi的計算：</p><

105、p>　　Pi = Po/（-1）［（-1）+（1-1/ n2）/ (n2-1) –(1-1/ n1-1) / (n1-1) ］ (4-28)</p><p>　　將已知數(shù)值代入 Pi = 8.031kg/cm2</p><p>　　Pi = i Pi = 7.55 kg/cm2

106、 (4-29)</p><p>　　4.1.10 指示熱效率i</p><p>　　i = 1.986 Lo/ Hu To/ Po Pi/V = 0.4085 (4-30)</p><p>　　4.1.11 指示比油耗gi</p><p>　　gi = 632.2/( Hui) = 0.1474kg/PSh

107、 (4-31)</p><p>　　4.1.12 有效熱效率e和比油耗ge</p><p>　　e = im = 0.4190.8 = 0.3268 (4-32)</p><p>　　ge = 632.2/ Hue = 0.1842kg/PSh (4-33)</p><p>　　4.1.13

108、平均有效壓力Pe和有效功率Ne的校核</p><p>　　Pe = Pim = 8.99520.8 = 6.04 kg/cm2 (4-34)</p><p>　　Ne = i Vh Pen/900 = 28.5 PS (4-35)</p><p>　　計算結(jié)果與設(shè)計要求相符。</p><p><

109、;b>　　4.2 繪圖</b></p><p>　　4.2.1 繪制示功圖壓縮線a-c所需點如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 壓縮線a-c所需點</p><p>　　Pa = 0.9 kg/cm2 Vc=Vh/-1=0.089 L (4-36

110、)</p><p>　　Va=Vc+Vh=1.513 L (4-37)</p><p>　　PC = Pn1 = 41.24kg/cm2 (4-38)</p><p>　　繪制示功圖膨脹線 z-b所需點如表4-2所示：</p><p>　　表4-2 膨脹線z-b所需點

111、</p><p>　　Pz = 65 kg/cm2 Vz=ⅹVc=0.1428 L (4-39)</p><p>　　注：示功圖豐滿系數(shù)是使曲線更加圓滑合理，Z、Zb、b、a的圓弧起始點與氣門開閉、曲軸轉(zhuǎn)角有關(guān)</p><p>　　圖4-1 2110型柴油機（渦流室）近似計

112、算P-V圖</p><p>　　第五章 2110型柴油機（渦流室）動力計算</p><p>　　5.1 已知該機型的示功圖及以下一些參數(shù)：</p><p>　　(1) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速 n=1500r/min</p><p>　　(2) 曲柄半徑

113、 R=75mm</p><p>　　(3) 氣缸直徑 D=110mm</p><p>　　(4) 活塞行程 S=150mm</p><p>　　(5) 連桿比