2110型柴油機(jī)設(shè)計(jì)（渦流室）說(shuō)明書(shū)

畢業(yè)設(shè)計(jì) 2110 型柴油機(jī)設(shè)計(jì)（渦流室） 2110 Design Of Diesel Engine (Swirl Chamber) 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 合 作 指 導(dǎo) 教 師： 專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 熱能與動(dòng)力工程 所 在 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 2110 型柴油機(jī)（渦流室）縱橫剖面圖 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 目 錄 摘要 I 第一章 前言 1 1.1 研究目的和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 2 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 3 2.1 柴油機(jī)概述 3 2.2 柴油機(jī)的工作原理 3 2.3 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的總體構(gòu)造 4 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 7 3.1 概述 7 3.2 渦流室燃燒室及混合氣形成的特點(diǎn) 7 3.3 渦流室的要點(diǎn)及設(shè)計(jì) 8 第四章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算 11 第五章 2110 型柴油 機(jī)（渦流室）動(dòng)力計(jì)算 16 第六章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）主要運(yùn)動(dòng)件設(shè)計(jì) 23 6.1 活塞組 23 6.2 連桿組 27 6.3 曲軸飛輪組 28 第七章 2110 型 柴油機(jī)（渦流室）的機(jī)體組件 31 7.1 機(jī)體組 31 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 第八章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的輔助系統(tǒng) 34 8.1 配氣機(jī)構(gòu) 34 8.2 潤(rùn)滑系統(tǒng) 35 8.3 燃油系統(tǒng) 36 8.4 冷卻系統(tǒng) 37 8.5 起動(dòng)系 37 第九章 結(jié)論與建議 38 致謝 39 參考 文獻(xiàn) 40 附錄 41 附表 3 在不同的 值時(shí)，與 相對(duì)應(yīng)的 x/r 41 附表 4 在不同的 值時(shí)，與 a 相對(duì)應(yīng)的 x/ r 41 附表 5 在不同的 值時(shí)，與 a 相對(duì)應(yīng)的 x/ r2 42 附表 6 在不同的 值時(shí)， 與 tg的對(duì)應(yīng)值 42 附表 7 在不同的 值時(shí)， 與 1/cos的對(duì)應(yīng)值 43 附表 8 在不同的 值時(shí) ， 與 cos(a+)/cos的對(duì)應(yīng)值 43 附表 9 在不同的 值時(shí)， 與 sin(a+)/cos的對(duì)應(yīng)值 44 附圖 1. 活塞的位移（勃留克斯法） 45 附圖 2. 活塞的速度（簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)合成法） 45 附圖 3. 活塞的加速度（簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)合成法） 46 附圖 4. 發(fā)動(dòng)機(jī)中作用力 PG， Pj 和 P=PG+Pj 的變化曲線(xiàn) 46 附圖 5. 發(fā)動(dòng)機(jī) PT和 PN 的變化曲線(xiàn) 47 附圖 6. 發(fā)動(dòng)機(jī) T 和 Z 的變化曲線(xiàn) 47 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 附圖 7. 發(fā)動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)距圖 48 附圖 8. 2110 型柴油機(jī)（渦流室）連桿軸頸負(fù)荷圖 48 附圖 9. 2110 型柴油機(jī)（渦流室）軸頸磨損圖 49 附圖 10. 2110 型柴油機(jī)（渦流室）連桿軸承負(fù)荷圖 49 附圖 11. 2110 型柴油機(jī)（渦流室）第 0 主軸頸負(fù)荷圖 50 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 I 摘要 本課題為 6135K-5 型柴油機(jī)的設(shè)計(jì)。此機(jī)型為 四沖程 直噴 式 型燃燒室 強(qiáng)制 水冷 高速柴油機(jī)。 起動(dòng)性能好，扭矩大， 燃油和機(jī)油耗率均低 ，經(jīng)濟(jì)性能好。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的組成部分主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)體和氣缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)裝置等。其中內(nèi)燃機(jī)傳遞動(dòng)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(jī)構(gòu) 。 本設(shè)計(jì)主要研究了柴油機(jī)熱力過(guò)程與動(dòng)力學(xué)特性，利用內(nèi)燃機(jī)知識(shí)和對(duì)內(nèi)燃機(jī)各熱力參數(shù)，指示參數(shù)，有效參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，通過(guò)改進(jìn)提高柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)性能，為今后內(nèi)燃機(jī)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。并用 CAD 繪制柴油機(jī)的活塞、連桿零件圖 和6135K-5 柴油機(jī)的橫剖面圖和縱剖面圖。 關(guān)鍵詞： 熱計(jì)算，動(dòng)力學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)， 柴油機(jī)， CAD Abstract 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 II 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 starting 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 gear, the organism friendly cylinder cover, the carburetor construction, the oil supply system, the lubrication system, the cooling system, the firing set etc. The reciprocation internal-combustion reciprocating engine constituent mainly has the crank link motion gear, organism and the cylinder cover, the timing mechanism, the oil supply system, the lubrication system, the cooling system, the firing set and so on. The main part of internal combustion engine transmitting power is composed from the piston group, connecting rod group, the crank and the flywhel.Internal combustion engine transmission power main part the crank link motion gear which by the piston group, the linkage, the crank and the flywheel is composed. This design has mainly studied the diesel engine thermodynamic process and dynamics characteristic, using the internal combustion engine knowledge and to the internal combustion engine various thermal energy parameter, instructs the parameter, the effective parameter carries on the computation and the analysis, enhances the diesel engine through the improvement the power performance, the economical performance and the operational performance, design that for the internal-combustion engine exploitation, and draws up the diesel engine with CAD the piston, the connecting rod detail drawing and 2110 diesel engine body plan and the elevation. Key word: Heat Calculation, Dynamics Calculation, Design, Diesel Engine, CAD 第一章 前言 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 前言 1 1.1 研究目的和意義 1.1.1 研究目的： （ 1） 初步了解內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品研制的全過(guò)程，熟悉方案設(shè)計(jì)的步驟和方法。 （ 2） 深入進(jìn)行與專(zhuān)業(yè)有關(guān)的基本工程訓(xùn)練。 （ 3） 綜合和深化技術(shù)基礎(chǔ)課、專(zhuān) 業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 （ 4） 培養(yǎng)協(xié)作精神，樹(shù)立高度的工作責(zé)任感。 1.1.2 研究意義： 柴油機(jī)的發(fā)展，已有八十多年的歷史。通過(guò)這一長(zhǎng)時(shí)期的不斷改進(jìn)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(jī)（渦流室）的研究設(shè)計(jì)。此機(jī)型為水冷 、 四沖程 、 直列式 、 渦流室燃燒室，起動(dòng)性能好，扭矩大，扭矩儲(chǔ)備系數(shù)大，經(jīng)濟(jì)性能好。本設(shè)計(jì)主要研究了柴油機(jī)熱力過(guò)程與動(dòng)力學(xué)特性，利用內(nèi)燃機(jī)知識(shí)和對(duì)內(nèi)燃機(jī)各熱力參數(shù)，指示參數(shù)，有效參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，通過(guò)改進(jìn)提高柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)性能， 為 今后內(nèi)燃機(jī)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 內(nèi)燃機(jī)是世界上用途最廣的動(dòng)力機(jī)械之一，主要配套對(duì)象有艦船、機(jī)車(chē)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、軍用車(chē)輛、聯(lián)合收割機(jī)、排灌機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、小型農(nóng)機(jī)具等。 近百年來(lái)，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，品種、數(shù)量與質(zhì)量可滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的需求。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，在性能、質(zhì)量與可靠性以及自主開(kāi)發(fā)能力方面還有一定差距。隨著汽車(chē)保有量的增加，為控制汽車(chē)排氣對(duì)環(huán)境的污染，我國(guó)從 2000 年起實(shí)施歐洲 I 排放標(biāo)準(zhǔn)，從而有力推動(dòng)了我國(guó)裝有三效催化轉(zhuǎn)化器的電控噴射汽油 機(jī)以及采用多氣門(mén)、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(jī)的發(fā)展。中國(guó)加入 WTO 后，汽車(chē)與內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品面臨著國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。這些都將持續(xù)有力地推動(dòng)我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 1。 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 1.3.1 研究?jī)?nèi)容： （ 1） 總體設(shè)計(jì) （ 2） 進(jìn)行 2110 型柴油機(jī)（渦流室） 的熱力計(jì)算與動(dòng)力計(jì)算。 （ 3） 總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行總體布置分析，確定機(jī)型的主要性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，畫(huà)出總體布置的縱橫剖面圖。 （ 4） 燃燒系統(tǒng)和供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮燃燒系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和進(jìn)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(jì)燃燒室，畫(huà)出活塞零件圖。 （ 5） 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定排氣系統(tǒng)的布置方案和主要參數(shù)。 （ 6） 配氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，定出傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案。 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 前言 2 （ 7） 曲軸和連桿設(shè)計(jì)，確定曲軸、連桿材料、結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，畫(huà)連桿圖。 （ 8） 氣缸蓋和機(jī)體設(shè)計(jì)，確定氣缸蓋、機(jī)體的結(jié)構(gòu)型式和主要參數(shù)，畫(huà)氣缸蓋、機(jī)體圖（包含在縱橫剖面圖內(nèi)）。 1.3.2 研究方法 2： （ 1） 根據(jù)市場(chǎng)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(gè)性，一次完成基本型 和各種變型設(shè)計(jì)，這樣可使零部件具有最大的通用性，有利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低成本，變型迅速的目的。 （ 2） 采用集成化的設(shè)計(jì)從柴油機(jī)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(lái)綜合考慮，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少零件，降低成本。 （ 3） 總體圖是柴油機(jī)總體布置的具體反映。 柴油機(jī)總體布置的原則是在滿(mǎn)足產(chǎn)品技術(shù)任務(wù)書(shū)的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)緊湊合理，外形美觀(guān)，簡(jiǎn)單可靠，主要零件工藝性好，便于裝拆和維修。 （ 4） 柴油機(jī)縱橫剖面圖的畫(huà)法一般是由內(nèi)到外，由粗到細(xì)，先畫(huà)零件的輪廓，再畫(huà)細(xì)節(jié)。縱橫剖面圖同時(shí)畫(huà)，表 明零部件在縱橫剖面圖上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 3 2.1 柴油機(jī)概述 柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，是將燃料的化學(xué)能經(jīng)過(guò)燃燒釋放的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的機(jī)器。 柴油機(jī)中，燃料的燃燒和工質(zhì)的膨脹做功均在汽缸內(nèi)進(jìn)行，因而內(nèi)燃機(jī)的能量損失較小，具有較高的熱效率。柴油機(jī)的基本工作過(guò)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(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功?；钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)械工作。 柴油 機(jī)具有以下突出優(yōu)點(diǎn) 3： （ 1） 經(jīng)濟(jì)性好，熱效率在熱機(jī)中最高，一般為 50%。 （ 2） 尺寸小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝布置。 （ 3） 功率范圍廣。單機(jī)功率在（ 0.66.8） 104KW，適用范圍廣。 （ 4） 機(jī)動(dòng)性好。起動(dòng)方便、迅速，加速性能好，正常起動(dòng)只需幾秒鐘，并能很快達(dá)到全負(fù)荷工況。 柴油機(jī)也存在如下一些缺點(diǎn) 3： （ 1） 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲大。 （ 2） 廢氣中有害成分對(duì)大氣污染嚴(yán)重。 柴油機(jī) 未來(lái)的發(fā)展將著重于改進(jìn)燃燒過(guò)程，提高機(jī)械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開(kāi)發(fā)和利用非石油制品燃料、擴(kuò)大燃料資源； 減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動(dòng)，減輕對(duì)環(huán)境的污染；采用高增壓技術(shù)，進(jìn)一步強(qiáng)化 柴油機(jī) ，提高單機(jī)功率；研制復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)、絕熱式渦輪復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)等；采用微處理機(jī)控制 柴油機(jī) ，使之在最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jī) 。 2.2 柴油機(jī)的工作原理 柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，是氣缸內(nèi)連續(xù)不斷地完成一個(gè)個(gè)工作循環(huán)的過(guò)程。一個(gè)工作循環(huán)是指柴油機(jī)的氣缸內(nèi)依次通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程做一次功的全過(guò)程。柴油機(jī)是利用燃料燃燒后所產(chǎn)生的熱能來(lái)做功的。燃料只有在著火燃燒時(shí)才能施放 出熱能，要實(shí)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(shí)現(xiàn)柴油機(jī)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。 柴油機(jī)把燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 的過(guò)程是按一定規(guī)律進(jìn)行的。首先由曲軸帶動(dòng)活塞由上向下移動(dòng)?？諝?經(jīng) 進(jìn)氣管 、 進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)充滿(mǎn)空氣。接著活塞反向上移，將充入氣缸內(nèi)的氣體進(jìn)行壓縮，同時(shí)通過(guò)噴油器將柴油噴入燃燒并能通過(guò)連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，而對(duì)外輸出扭矩做功。最后，活塞由下向上移動(dòng)，將膨脹后的廢氣經(jīng)排氣門(mén)，排氣管排出氣缸，準(zhǔn)備再次充入空氣。 柴油機(jī)工作循環(huán)過(guò)程周期地重復(fù)進(jìn)行，便可實(shí)現(xiàn)其連續(xù)不斷地工作。 2.3 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的總體構(gòu)造 2.3.1 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 4 D=110mm； S=150mm； n=1500r/min;立式 、 水冷 、 四沖程 、 渦流室式燃燒室。 （ 1） 缸徑 D，活塞行程 S 和行程缸徑比 S/D: 行程缸徑比 S/D 將影響整機(jī)高度、氣門(mén)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(jìn)排氣流動(dòng)阻力。 根據(jù)已知條件缸徑 D=110mm， 活塞行程 S=150mm，行程缸徑比 S/D1.364 （ 2） 缸心距 L: 進(jìn)、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(jī)的性能?？煽啃院蛪勖?，對(duì)缸徑較小的多缸柴油機(jī)可采用整體式氣缸蓋以縮短氣缸中心距。 確定氣缸中心距的大小，首先考慮曲軸的曲柄臂的厚度和主軸頸，曲柄銷(xiāo)的長(zhǎng)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(qiáng)度和剛度。 目前高速柴油機(jī)缸心距有漸減小的趨勢(shì)。直列式小型高速柴油機(jī)的 L/D， 當(dāng)采用濕式氣缸時(shí)，因?yàn)橐才艢飧滋咨舷露说闹С?、定位、密封結(jié)構(gòu)，缸距要大些。一般 L=D+（ 2535），其對(duì)應(yīng)的 L/D 比值為 1.24 1.30。本機(jī)取 L=144 。另外為了對(duì)缸套進(jìn)行定位，凸肩的上平面被氣缸蓋及氣缸墊壓緊，凸肩 h 值比較重要。 h 值大些有利于氣缸套上部鋼度，但會(huì)使氣缸套上部冷卻條件不好。如果 h 值過(guò)小，也就是凸肩過(guò)薄，當(dāng)螺栓擰緊后氣缸套上部會(huì)產(chǎn)生變形，以致使缸筒失去正確的幾何形狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使凸肩根部產(chǎn)生裂紋。本設(shè)計(jì)凸肩高度為 h=0.15 ，公差為 h =0.03 4。 采用濕式氣缸套的柴油機(jī)，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，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(jì)氣剛壁厚度為 7 ，水套寬度為 6 。 （ 3） 主軸頸、曲柄銷(xiāo)與 曲柄臂 軸徑應(yīng)短而粗，以增強(qiáng)曲軸剛性，提高自振頻率，縮短缸心距，但軸頸長(zhǎng)度也不能過(guò)短，否則會(huì)使軸承的承載力變壞，滑動(dòng)軸承的寬度以不小于 0.3d(d 為軸頸 )為宜 . 主軸頸 D1/D = 0.65 0.8 ； L1/D = 0.35 0.50 D1-主軸頸直徑； L1-主軸頸長(zhǎng)度； D-氣缸直徑 本設(shè)計(jì)取 D1 = 85 ； L1 = 50 。 曲柄銷(xiāo) D2/D = 0.55 0.70 ； L2/D = 0.35 0.45 D2-曲柄銷(xiāo)直徑； L2-曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度； D-氣缸直徑 且曲柄銷(xiāo)直徑 D2總是小于主軸頸直徑 D1 的。 本設(shè)計(jì)取 D2 = 75 ； L2 = 48 。 本設(shè)計(jì)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(jì)一個(gè)厚 0.8 的臺(tái)階，以便精磨軸頸和圓角時(shí)，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)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，常采用圓角過(guò)渡，取 曲柄臂厚度 b=23 ， 圓角半徑 R = 5.6 。 （ 4） 曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度 : 曲柄半徑 R 與連桿長(zhǎng)度 L 的比值 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 增加而增大，但 值小時(shí)，連桿長(zhǎng)度就增加，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的高度和重量 4。 本機(jī)曲柄半徑 R=75 、 連桿長(zhǎng)度 L=285 、 =R/L=0.263。 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 5 2.3.2 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的總體構(gòu)造 柴油機(jī)主要由缸體與氣缸蓋組件、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系、冷卻系及起動(dòng)系等組成，這些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)保證了柴油機(jī)連續(xù)不斷地正常工作。 （ 1） 缸體與氣缸蓋組件： 缸體是由機(jī)體、氣缸套、油底殼、和氣缸蓋等零部件組成的固定件。該機(jī)構(gòu)的功用是構(gòu)成柴油機(jī)的骨架，連接 和固定所有運(yùn)動(dòng)件和輔助系統(tǒng)。 （ 2） 曲柄連桿機(jī)構(gòu)： 曲柄連桿機(jī)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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。 （ 3） 配氣機(jī)構(gòu)： 配氣機(jī)構(gòu)的功用是按工作循環(huán)的要求，定時(shí)地啟閉進(jìn)、排氣門(mén)，排出氣缸內(nèi)的廢氣，吸入新鮮氣體。其組成主要有氣門(mén)組件、氣門(mén)傳動(dòng)組件、凸輪軸和凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 （ 4） 燃料供給機(jī)構(gòu)： 柴油機(jī)燃料供給系的功用是將柴油以一定的壓力，定時(shí)、定量地噴入氣缸，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。 （ 5） 潤(rùn)滑系： 潤(rùn)滑系的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，連續(xù)不斷地將機(jī)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(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器和壓力調(diào)節(jié)與安全裝置等部件。 （ 6） 冷卻系： 冷卻系的主要功用是將柴油機(jī)受熱機(jī)件的熱量散發(fā)出去，以保證柴油機(jī)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。 （ 7） 起動(dòng)系： 起動(dòng)系統(tǒng)的功用是使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。它主要由起動(dòng)電機(jī)等組成。 2.3.3 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的 主要性能參數(shù) （ 1） 轉(zhuǎn)速 n： 根據(jù)已知條件，本機(jī)標(biāo)定功率轉(zhuǎn)速取為 n=1500r/min。 （ 2） 活塞的平均速度 Cm： 本機(jī)： Cm=Sn/30=7.5m/s。、 （ 3） 平均有效速度 Pe： 平均有效壓力 Pe 是標(biāo)志內(nèi)燃機(jī)整個(gè)循環(huán)過(guò)程的有效性及內(nèi)燃機(jī)制造完善性的指標(biāo)之一。 Pe是量特征性參數(shù)，是柴油機(jī)每循環(huán)單位氣缸容積所發(fā)出的有效功大小的標(biāo)志。 本機(jī)： Pe=5.27 kg/cm2 Vs=1.425 升 活塞總排量 V=Vs*2=2.85 升 （ 4） 壓縮比： 壓縮比直接影響柴油機(jī)的性能，機(jī)械負(fù)荷，起動(dòng)性能，以及主要零件的 結(jié)構(gòu)尺寸。在一定范大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 柴油機(jī)的基本工作原理 6 圍內(nèi)，柴油機(jī)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(jī)的起動(dòng)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(jī)械負(fù)荷增加，對(duì)柴油機(jī)的使用壽命有影響。 本機(jī)取壓縮比 =17。柴油機(jī)壓縮比的一般取值范圍為：非增壓柴油機(jī)，直接噴射式燃燒室=15185。 （ 5） 配氣正時(shí) (以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì) )： 進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟 上止點(diǎn)前 1530 進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉 下止點(diǎn)后 4230 排氣門(mén)開(kāi)啟 下止點(diǎn)前 4430 排氣門(mén)關(guān)閉 上止點(diǎn)后 1530 供油提前角 上止點(diǎn)前 1830 （ 6） 氣門(mén)間隙 進(jìn)氣門(mén) 0.30 排氣門(mén) 0.35 （ 7） 進(jìn)排氣門(mén)凹入度 進(jìn)氣門(mén) 0.9 1.2 排氣門(mén) 1.2 1.5 （ 8） 壓縮余量（上止點(diǎn)時(shí)活塞頂與缸蓋底面距離）： 1.5 （ 9） 機(jī)油壓力：工作油壓 196 491Kpa （ 10） 冷卻水溫度： 85 90 （ 11） 主要螺栓螺母扭矩：（ NM） 缸蓋螺栓 M14 18610 連桿螺栓 M13*1.25 15710 主軸承螺栓 M16 23510 缸蓋螺栓 M10*30 345 曲軸大螺母 M36*2 5881 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 7 3.1 概述 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(chēng)為渦流室，即副燃燒室，他的容積約占整個(gè)燃燒室的 50% 70%。主副渦流室之間用一個(gè)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。 在壓縮過(guò)程中，氣缸中的空氣被活塞推擠，經(jīng)過(guò)通道流入渦流室（渦流室與主燃燒室的壓差最大約 1 2Kg/cm） ,形成強(qiáng)烈的有組織的壓縮渦流運(yùn) 圖 3-1 渦流室 動(dòng)，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(guò)濃混合氣）既形成二次渦流，與主燃燒室中的空氣進(jìn)一步混合燃燒。 (a) 球形 (b) 球錐形 (c) 球柱形 圖 3-2 渦流室結(jié)構(gòu) 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，下部則通過(guò)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(qiáng)度也不一樣。平底渦流室對(duì)改善高速性能有利，近代渦流 室應(yīng)用較多的是類(lèi)似彗星 V 型 及球柱型等?？勺兺ǖ澜孛鏈u流室的特點(diǎn)是，渦流室位于氣缸體里，能在混合氣形成的關(guān)鍵時(shí)刻獲得較高的流速，而又不顯著增加流動(dòng)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(dòng)地隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況改變渦流室容積，使壓縮比從起動(dòng)時(shí)的 = 20 變化到全負(fù)荷時(shí)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。 3.2 渦流室燃燒室及混合氣形成的特點(diǎn) 與直噴射式柴油機(jī)比較，渦流室柴油機(jī)主要有下列 特 點(diǎn) 7： （ 1） 混合氣形成和燃燒主要是利用有組織的強(qiáng)烈的壓縮渦 流，因此對(duì)噴霧質(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/cm，這可降低對(duì)燃油系統(tǒng)的要求，減小大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 8 噴油孔堵塞等故障。 （ 2） 由于壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)，所以在轉(zhuǎn)速較高時(shí)仍能保證較好的混合質(zhì)量，混合氣形成質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)速變化不敏感；又由于渦流室是偏離氣缸中心線(xiàn)布置，而噴油嘴也隨渦流室偏置，使氣門(mén)布置的位置充足，進(jìn)氣門(mén)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，因此渦流室適用于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)中，目前轉(zhuǎn)速可以高達(dá) 6000 轉(zhuǎn) /分。 （ 3） 由于利用強(qiáng)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(dòng)機(jī)中空氣得到較充分利用，因此過(guò)量空氣系數(shù)較小，平均有效壓力較高，一般 a=1.3 1.6， Pe=6 8 Kg/cm。而且初期燃燒是在渦流室里進(jìn)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。 （ 4） 渦流室的相對(duì)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(dòng)機(jī)中，氣體經(jīng)過(guò)通道流動(dòng)，氣流損失也較大，因此使冷機(jī)起動(dòng)困難，比油耗較高，一般 gi=190210g/PSh。比直噴式柴油機(jī)通常要高出 10% 15%。 （ 5） 由 于主燃燒室最高溫度相對(duì)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(jī)低，高負(fù)荷的煙度一般小于 3BSU。 3.3 渦流室的要點(diǎn)及設(shè)計(jì) （ 1） 渦流室的形狀 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。 本設(shè)計(jì)渦流室形狀為純球形，半徑為 R=26mm。因?yàn)榍蛐螠u流室中渦流強(qiáng)度最高，活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，球形渦流室中的速度分布是由剛體旋轉(zhuǎn)和勢(shì)渦流兩部分合成起來(lái)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(yùn)動(dòng)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(shì)渦流規(guī)律；在渦流室某一半徑處，氣流速度最高。 （ 2） 連接通道的位置 連接通道的截面形狀一般有長(zhǎng)圓形、豆形及彎月形等，其中以長(zhǎng)圓形應(yīng)用較多。 通道形狀、尺寸和位置對(duì)渦流室中的氣流運(yùn)動(dòng)影響較大。通道的傾斜角一般在 30 50之間。但柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候，長(zhǎng)圓形通道的最佳長(zhǎng)短比為 2 2.5。如圖 3-3 所示，當(dāng)傾角為 45時(shí)柴油機(jī)油耗較高，當(dāng)傾角為 40時(shí)性能較好。傾角較大不利于燃?xì)庠谥魅际业臄U(kuò)散與穿透，在渦流室中難以形成強(qiáng)渦流， 所以性能較差 ;傾角過(guò)小時(shí)渦 圖 3-3 傾角與油耗表 流室內(nèi)的氣流難以進(jìn)入主燃室。 本設(shè)計(jì)連接通道采用長(zhǎng)圓形如圖 3-4 所示。通道的傾斜角為 40，通道截面長(zhǎng)為 16.25 ，短為 6.5 ，長(zhǎng)短比為 2.5。 （ 3） 渦流室的結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖 3-4 通道截面 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(duì)壓縮渦流影響很大 ， 通常 Vk/Vc 限制在 50%左右 , f/Fr=1 1.5%。 Vk/Vc 越大或 f/Fr 越小 ， 則壓縮渦流越強(qiáng) 6。 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 9 本設(shè)計(jì)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(dòng)損失和散熱損失，提高經(jīng)濟(jì)性，改善起動(dòng)性能 。由于主燃燒室也組織渦流加強(qiáng)燃燒，所以渦流室通道面積比偏小有利，本設(shè)計(jì)的通道截面積 f=96.54 ，活塞面積 Fr=9498.5 ， f/Fr=1.02%。 （ 4） 主燃燒室中的燃燒 當(dāng) Vk/Vc 較大時(shí)，采用平頂活塞可以獲得較好的性能。當(dāng) Vk/Vc 較小時(shí)，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(lái)，加以充分利用。為此常在活塞頂上開(kāi)有導(dǎo)流槽和凹坑，使渦流室中氣流噴出時(shí)，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(jìn)一步混合燃燒 12。 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(kāi)設(shè)兩個(gè)圓形凹坑形成主燃燒室，如圖 3-5 所示，導(dǎo)流槽對(duì)準(zhǔn)通道。當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近時(shí)，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(gè)強(qiáng)烈旋渦，隨著活塞下行，兩個(gè)旋渦越出凹坑，擴(kuò)展到整個(gè)主燃燒室，從而加強(qiáng)了主燃燒室的混合和燃燒。由于本柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較高，為了適應(yīng)高速，主燃燒室的導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)成直槽形。具體參數(shù)為： 導(dǎo)流槽寬度 a=16.75 ，導(dǎo)流槽深度1H=2.5 ,凹坑深度2H=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 ，1L=50 。 圖 3-5 活塞頂 （ 5） 油束與空氣渦流的配合 渦流室發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油方向?qū)π阅苡绊懞艽?，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(shí)，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(qiáng)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(guò)濃混合氣首先從渦流室中噴出，在主燃燒室進(jìn)一步混合燃燒，這就消除了渦流室中心混合氣過(guò)濃的現(xiàn)象，其結(jié)果是經(jīng)濟(jì)性改善，冒煙減少。 本設(shè)計(jì)渦流室采用順氣流噴射，為了保證一定的起動(dòng)性能，噴油方向使油束偏離渦流室中心的距離不應(yīng)過(guò)大，應(yīng)控制在5mm 以?xún)?nèi)。 （ 6） 渦流室的鋃塊 如圖 3-6 所示。由于高溫高壓氣體經(jīng)過(guò)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(qiáng)度高，彈性模數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小。鋃塊溫度高一方面可以造成局部熱區(qū)，對(duì)著火有促進(jìn)作用；另一方面鋃 鋃塊 塊因熱負(fù)荷高，容易損壞。 圖 3-6 鋃塊 本設(shè)計(jì)鋃塊采用材料為 4Cr9Si2,此材料的耐熱效果好。 （ 7） 冷起動(dòng) 在渦流室發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于流動(dòng)損失和散熱損失較大，所 以起 動(dòng)困難，一般都采用輔助裝置以保證冷起動(dòng)。車(chē)用渦流大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）的渦流室設(shè)計(jì) 10 室柴油機(jī)經(jīng)常使用的是電熱塞幫助起動(dòng)。 如圖 3-7 所示。本設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)；起動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入正常工作時(shí)，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。 1-主噴孔 2-分流孔 圖 3-7 噴油嘴 第四章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算 4.1 計(jì)算 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算 11 4.1.1 工況的選擇： 本計(jì)算工況取轉(zhuǎn)速 n=1500 rpm， 12 小時(shí)功率 Ne =27.5 PS，此時(shí)平均有效壓力 Pe=5.2 7kg/cm2 4.1.2 原始參數(shù)與已知條件： 缸徑 D = 110 mm 行程 S = 150 mm 缸數(shù) I = 2 12 小時(shí)功率 Ne = 27.5 PS 轉(zhuǎn)速 n = 1500 rpm 壓縮比 = 17 單缸工作容積 Vh = 1.424 L 曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比 R/L = 0.263 大氣狀態(tài) Po = 1 kg/cm2 To = 293 K 燃料質(zhì)量成分 C = 0.86 H = 0.13 O = 0.01 燃料低熱值 Hu = 10500 Kcal/Kg 4.1.3 參數(shù)選擇： 根據(jù)相類(lèi)似柴油機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料，結(jié)合本柴油機(jī)的具體情況可以選定： 過(guò)量空氣系數(shù) = 1.4 最高燃燒壓力 Pz = 65 kg/cm2 熱量利用系數(shù) z = 0.70 殘余廢氣系數(shù) = 0.04 排氣終點(diǎn)溫度 Tr = 800 K 示功圖豐滿(mǎn)系數(shù) i = 0.94 機(jī)械效率 m = 0.80 平均壓縮多變指數(shù) n1=1.35 平均膨脹多變指數(shù) n2=1.28 4.1.4 料熱化學(xué)計(jì)算 5： 根據(jù)有關(guān)公式可以求得下列有關(guān)參數(shù)。 (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) (2) 新鮮空氣量 M1 M1 = Lo = 1.40.495 = 0.693 kmol/kg燃料 (4-2) (3) 理論上完全燃燒（ = 1）時(shí)的燃燒產(chǎn)物 M0 M0 = C/12+H/2+0.79 Lo = 0.5277kmol/kg 燃料 (4-3) (4) 當(dāng) = 1.4 時(shí)的多余空氣量為： （ 1） Lo = 0.198 kmol/kg (4-4) (5) 燃燒產(chǎn)物總量 M2 M2 = M0+（ 1） Lo = 0.7257 kmol/kg (4-5) 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 2110 型柴油機(jī)（渦流室）實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算 12 (6) 理論分子變更系數(shù) 0 0 = M1/ M2 = 1.047 (4-6) (7) 實(shí)際分子變更系數(shù) = （ 0+） /（ 1+） = 1.045 (4-7) 4.1.5 換氣過(guò)程參數(shù)的計(jì)算： （ 1） P = 0.9 Po ，則進(jìn)氣終點(diǎn)壓力為 P = 0.9 kg/cm2 (4-8) (2) 取進(jìn)氣加熱升溫 T = 20 ，則進(jìn)氣終點(diǎn)溫度為