4112柴油机设计——配气机构

1、目 录摘要 前言 1第一章 整机总体设计 2第一节 设计目的及设计原则 2第二节 主要技术参数的选定 2第三节 整机整体布置及主要零部件结构特点 6第四节 主要附件规格及型号 14第五节 各种螺栓拧紧力矩 16第六节 主要零件的配合间隙 17第二章 热力学计算 20第一节 设计参数的选择 20第二节 热化学计算 22第三节 各工作过程参数的计算 24第四节 各指示参数的计算及校核 27第三章 动力计算 30第一节 设计参数要求 30第二节 曲柄转角与活塞位移、速度、加速度的关系 30第三节 曲柄转角与工作容积、气体压力的关系 32第四节 气体压力的修正 34第五节 往复惯性力及力矩分析 35第

2、四章 配气机构专题的设计 38第一节 配气机构的总体布置 38第二节 配气机构主要参数的确定 39第三节 凸轮机构运动学 41第四节 凸轮机构动力学 48第五节 配气机构主要零件设计要点 51设计总结 55参考文献 56附录 57致谢 81前 言内燃机的出现和发明可以追溯到1860年，莱诺依尔(lenoir)首先发明了一种大气压力式内燃机。历经几代科学家的努力，内燃机的技术得到极大提高，性能日趋完善。1892年，德国的工程师鲁道夫狄塞尔提出了一种新型内燃机的专利，即在压缩终了将液体燃油喷入缸内，利用压缩终了气体的高温将燃油点燃，它可以采用大的压缩比和膨胀比，没有爆燃，热效率可以比当时其他的内燃

3、机高一倍。这种构想5年之后终于变成了一个实际的机器，即压燃式发动机柴油机。内燃机发展迄今已达到了一个较高水平。50年代初兴起的增压技术在发动机上的广泛应用和70年代开始的电子技术及计算机在发动机研制即应用，这两个发展趋势至今都方兴未艾，而随着能源的短缺和环境污染日趋严重。内燃机正面临着排气净化法规和燃油消耗法规进一步强化的严重挑战，从而促进了各种基础研究和应用研究的发展，使当代内燃机技术达到一个新的水平。我国的内燃机发展起步晚，技术水平和工艺水平落后。产品的数量和质量上和世界水平相比还有较大的差距。这样就要求我们加大研制和开发的步伐，争取在最短的时间内迎头赶上世界水平。我们设计的xd4112z

4、q柴油机是在玉柴的yc6112zq柴油机的基础之上，减少缸数及对一些关键部位进行改进而设计使之得到强化。xd4112zq用以装配中型载货车和轻型客车，在小型的越野车上也适用。我们在设计中尽可能的选用了yc6112zq柴油机的零部件及附件，保证用原来的生产线和工艺来生产出新产品，提高产品的经济效益。在设计中运用了autocad平面制图、ug三维绘图、word文档及vb语言的程序设计和应用，力求设计更完美、更成熟。由于是第一次运用所学知识进行的柴油机设计，所以在设计中难免存在错漏，希望老师能予以批评指正，使xd4112zq柴油机的设计更加符合客观实际。第一章 xd4112zq整机总体设计第一节 设

5、计目的及设计原则柴油机燃料经济性好，热效率高，工作可靠，耐久性好，功率使用范围大，潜力大，如今柴油机被广泛应用于各类车型。我们参考玉柴yc6112zq机，设计xd4112zq机。设计原则：内燃机设计工作中的“三化”要求及“七大”设计要求。“三化”就是产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化；“七大”设计要求就是动力性要求、环境性要求、燃油经济性要求、可靠性和耐久性要求、结构紧凑性要求、制造工艺性要求、使用性能要求。我们参照玉柴的yc6112zq机设计xd4112zq柴油机，吸收有益部分，对其进行改进和设计，使其向降低油耗、大功率、重量轻和结构简单的方向发展。同时为了降低成本，本机力图采用通用件

6、和玉柴原有生产线，这样xd4112zq机不仅保持了原样机的优点，而且具有独特的特点。第二节 主要技术参数的选定及分析一、基本参数的介绍气缸排列方式 直立 气门配置形式 顶置 气缸数 4 冲程数 4 缸径冲程（mmmm） 112132 活塞总排量 (l) 5.202 压缩比 17.5 外形尺寸 长宽高 (mm) 951710985 二、性能参数的介绍标定功率（kw）： 105 标定转速（r/min）： 2400 最大扭矩（nm）： 500 最大扭矩转速(r/min)： 14001600 全负荷最低燃油耗（g/kwh）： 215 机油燃油消耗比（）： 0.5 涡轮后排气温度（）： 550 排气烟度

7、（fsn）： 1000 r/min烟度 4.0 三、结构形式及参数介绍燃烧室形式 直喷式型 工作顺序 1342 曲轴旋转方向 逆时针 润滑方式 压力润滑与飞溅润滑复合式冷却方式 强制闭式循环 起动方式 电起动 往复质量/连杆大头质量 2.90/2.11kg 配气相位：进气门开（上止点前） 13.5进气门关（下止点后） 38.5排气门开（下止点前） 56.5排气门关（上止点后） 11.5气门间隙(冷态)： 排气门（mm） 0.450.05mm进气门（mm） 0.400.05mm静态供油提前角 810ca四、运转参数的介绍最大爆发压力（bar） 140大气状态p0/t0(bar/k) 1/298五

8、、主要技术参数分析内燃机的主要参数，如平均有效压力、活塞平均速度、转速、气缸直径和活塞行程等，反映了内燃机的工作性能和设计质量。这些参数要针对设计任务的要求合理选择，既要反映市场需求，也要符合技术发展的实际情况。在保证所要求的功率以及燃料经济性最佳的前提下，尽可能提高功率输出直接关系到内燃机性能的优劣，也是内燃机设计的基本任务。根据有效功率的公式： ne=0.7854 (kw)式中：平均有效压力（mpa）； cm活塞平均速度（m/s）； 活塞排量（l）； 气缸数； 冲程数； n 转数(r/min)； d 气缸直径（mm）。可见，要提高有效功率，获得好的动力性能，可以从以下几方面考虑： (一)平

9、均有效压力平均有效压力的发动机单位气缸容积所发出的有效功，在其它条件相同的情况下，值越高，柴油机的动力性能越好。平均有效压力是标志内燃机整个循环过程的有效性及内燃机制造完善性指标之一，其与热力循环类型、混合气的形成方式、燃料的种类、燃烧和换气过程的质量、进气压力和温度及机械效率等有关，其中充量系数、有效热效率、机械效率对的影响最大。平均有效压力可用下式表示： (mpa)式中，充量系数 过量空气系数 有效热效率 燃料低热值（kj/） 进气压力（mpa） 进气温度（k） 理论空气量（/）经计算， = 10.48 mpa (二)活塞平均速度cm活塞平均速度cm对内燃机性能、工作可靠性和使用寿命有很大

10、的影响。一般说，cm增大，发动机负荷增大，磨损加剧，寿命下降；同时由于进排气流速增大，进排气阻力增大，v就会下降。因此要使cm得到提高就必须相应地提高材料的耐磨性，增大气门直径，进行特殊的热处理，有较高的加工精度。这样做的结果至使结构复杂、工艺复杂。目前一般认为增压柴油机的cm不应超过15m/s。活塞平均速度cm和转速n、行程缸径比s/d有关。为了保证v应尽量使cm低些；在cm保持不变的情况下，转速增大，行程缸径比就相对下降，s/d下降就意味着s可能小，即活塞行程较小。行程过短也有其缺点，s/d的影响因素是多方面的。本机还采用一些措施来克服高速燃烧的困难；用铝合金代替钢材铸出的活塞以减小其质量

11、，从而减小因高速而产生的惯性力。本机n=2400rpm，s/d=132/112,由公式：cm=ns/30经计算得cm =10.56m/s，在增压柴油机cm15 m/s的常规范围内。经代入数据核算，得ne=109.03 kw，而设计要求ne=105 kw，误差为3.8%，符合要求。(三)气缸直径和气缸数发动机功率与气缸的直径d的平方成正比，因此设计发动机时选用较大的缸径也是提高功率的一种措施。对于中小功率的高速柴油机，缸径通常为80160毫米。因为缸径太大，往复运动件惯性力就过大，就得增加重量，提高强度。气缸数i与缸径d、转速n密切相关。在同样的功率要求下，缸数越多，缸径越小，则转速可以提高，且

12、发动机机紧凑轻巧、运转均匀。目前车用发动机多采用直列式，四、六缸结构。本机气缸直径d符合国家标准。设计时应注意产品系列化，零部件的通用化以提高劳动生产率，降低成本和提高质量。(四)强化指标cm强化指标cm与单位活塞面积所作功率（升功率）成正比。它一方面代表了功率和转速的强化程度，另一方面又代表了发动机机械负荷的高低。一般内燃机的强化指标都不超过140，超过140就要采用相应的措施来提高机械的刚度和强度。本机的cm =10.4810.56=110.67140，即其对材料强度和工艺要求适中。(五)升功率是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用率作总的评价，它与和n的乘积成正比。是评定一台发动

13、机整机动力性能和强化程度的重要指标之一，值越大，发动机强化程度越高，发动机一定功率下的尺寸越小。本机的 (kw/l)。 (六)比重量g/ne比重量是单位千瓦的重量（净重）（kg/kw），表征工作过程的强化程度和结构设计的完善程度，降低这一数值，就可以节约金属材料，降低制造成本降低整机重量，使之更轻便。因此在保证强度，刚度和制造条件可行的情况下，应尽可能降低比重量。第三节 整机整体布置及主要零部件结构特点一、整机整体布置介绍(一)曲轴布置本机的机体采用龙门式结构，曲轴为全支撑整体式曲轴，从发动机飞轮端看，曲轴逆时针转动。曲轴通过主轴颈上的主轴瓦和主轴承盖支承在机体上，四个连杆轴颈与连杆大头相连。

14、前端及带轮与减振器结合件用起动爪固定。后端为飞轮，输出功率。曲轴的第五轴颈装有止推片，防止曲轴前后窜动，曲轴主轴瓦上下之分，轴瓦上的油孔要对准机体上的油孔。曲轴用滑动轴承支承。(二)连杆布置连杆用40cr合金钢锻造，杆身与盖采用45斜切口齿形定位结合，用两个m161.5的螺栓固紧。连杆与活塞的连接采用活塞销。(三)活塞及活塞销布置活塞用661高稀土铝合金。每个活塞上装有两道气环和一道油环。裙部下端平行于销轴方向，铣去部分变成拖鞋式裙部；活塞销座上压入两个钢环，增大了销座的刚度和强度。活塞销为空心圆锥形结构，与销座孔装配用过渡配合，采用热装，活塞销与连杆小头的配合是间隙配合，故活塞销为浮式销。(

15、四)气缸盖布置气缸盖为合金铸铁件，采用两缸一盖结构，前后缸盖可以互换。进排气道分置于缸盖两侧。排气道一侧铸有推杆安装孔，进气道一侧喷油器铜套。气缸盖上方装有气缸盖罩，在前缸盖上设置有加油口，罩内有气门摇臂机构。在排气管一侧安装有出水总管，缸盖与缸体用螺栓相连，其间有缸。(五)进排气门的布置 进排气道的布置对内燃机性能有很大的影响，影响进气阻力和废气能量的利用。为了气门驱动方便，采用一进、一排的两气门方案。因柴油机压缩比高，故采用顶置气门机构。本机进、排气道布置于气缸两侧，在总体布置上将凸轮轴布置在排气道一侧，将喷油泵和喷油器布置在进气道一侧。(六)飞轮布置飞轮位于曲轴后端，由7个螺栓固定。飞轮

16、断面为一光洁面，有2个销孔和8个m10螺钉孔供安装传递扭矩的离合器用。飞轮螺栓分三次均匀扭紧。(七)空气压缩机、空气滤清器、节温器的布置本机采用z0.15/g单缸风冷活塞式微型空压机，布置在柴油机右侧齿轮室的后面，由齿轮传动，其后端轴尖上装有联轴器，用于驱动喷油泵。本机采用kd2209型空滤器，每两缸共用一个，空滤器上通大气，下连进气管。在冷却水出水总管处设置了两个145型蜡式双阀节温。(八)传动机构布置为了使传动机构简单，凸轮轴布置在尽可能接近曲轴的机体中部，尽量缩短凸轮轴与曲轴之间的距离。1凸轮轴正时齿轮2正时惰齿轮3高压油泵齿轮4曲轴正时齿轮5中间齿轮 图1-1 传动机构简图6机油泵驱动

17、齿轮 曲轴齿轮为主动轮，上方通过正时惰齿轮带动凸轮轴齿轮及高压油泵齿轮，下方则通过中间齿轮驱动机油泵。外部为皮带传动的由曲轴的皮带盘通过三角皮带驱动冷却水泵和充电发动机。 (九)曲轴油底壳油底壳安装在机体底部，为使机体结构简单，又有较好密封，油底壳结合面横跨在齿轮室和飞轮离合器罩上。二、主要零部件的结构特点(一)曲轴飞轮组曲轴的尺寸参数在很大程度上影响发动机的整体尺寸、重量、可靠性和寿命。因此必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构型式、材料和工艺，以获得最经济，最合理的效果。由于曲轴的破坏80是弯曲疲劳产生的，所以曲轴设计首先要保证弯曲疲劳强度。刚度方面则保证它有尽可能高的弯曲和扭转刚度。xd411

18、2zq机采用整体式曲轴，它有工作可靠、重量轻的特点，且刚度和强度较高，加工表面较少。曲轴材料采用稀土镁合金球墨铸铁，加工时正火处理，轴颈表面淬火处理，以提高曲轴的塑性和韧性。飞轮是一种动能储存器，它起着调节曲轴转速变化和稳定转速的作用。由于四缸机曲轴的二阶往复惯性力得不到平衡，所以xd4112zq柴油机的飞轮设计上要比yc6112zq机的飞轮要厚一些。另外yc6112zq机的飞轮壳是整体式飞轮需从飞轮壳下方往里装，由于飞轮笨重，装配不方便，所以将整体式改良为分开式。先装上靠近机体的那一部分，再装飞轮，然后装上飞轮壳外部的部分，这样就方便许多，同时由于螺栓装在飞轮壳外部边缘，强度更得到保障。(二

19、)连杆组连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓。连杆体常分为连杆小头，杆身和大头。连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的力传给曲轴。连杆体除了上下的运动还有左右摆动，做复杂的平面运动。连杆是一细长杆件，其载荷是压缩和拉伸。压缩载荷会引起平行和垂直于曲轴轴线平面内的弯曲。连杆摆动的角速度和转动惯性力矩也使连杆承受附加弯矩。因连杆主要承受的是气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，所以设计时首先要保证连杆具有足够的疲劳强度和结构刚度。要达到这个目的就必须选用高强度的材料，合理的结构形状和尺寸，并采取提高强度的工艺措施。目前，连杆设计的趋向是采用短连杆方案。常用

20、连杆比的范围为1/41/3.2。xd4112zq机的为1/3.6，属于中等连杆比。杆身设计一般采用“工”字形截面钢，以加强连杆的结构刚度和强度；小头设计采用三圆弧过渡，小头部做成梯形。大头设计合理的加强筋，尽量缩短连杆螺栓的距离，采用45斜切口措施，使安装方便，达到最佳的设计效果。此外，为了减少磨损，还要选用合适的轴承和保证良好的润滑条件。(三)活塞组活塞的工作环境最严酷，它面临高温高压，并长期处于一个有着很强腐蚀性的环境。活塞的速度很高，其离心力和摩擦都非常的大。该机型的燃烧室是直喷式型。活塞在环带部加工有三道环槽，活塞裙部考虑到可能会与平衡块相碰，在下端非承压部(平行销轴方向)铣掉两会半托

21、鞋式群部，活塞裙部在气缸轴线上为椭圆形，以利于受力变形,活塞侧表面为桶形，适应活塞温度分布而且能保证裙部有良好的润滑条件以及承载能力。活塞利用润滑油喷射冷却其头部。活塞销座部分，对称布置较粗的加强筋合活塞裙部相连。增强活塞顶部的强度。销空内壁光洁度较高，在销座孔两端开有活塞销挡圈槽。活塞环分气环和油环两种，活塞环是靠本身的弹力作用在环侧面和背面的气体压力来达到密封效果的。活塞销用材料为206r，其表面进行渗碳处理。活塞销与销座之间为浮动式配合，为了防止活塞销的轴向移动，采用弹性挡圈安装在活塞销座孔两端的挡圈槽内。由于销座的负荷是向外逐渐减少的，所以销座长度内可以采用不等厚销。为了在最轻的重量下

22、获得最大的刚度。销一般加工为中空，锥形内孔。(四)气缸盖气缸盖位于气缸体上面，其由合金铸铁材料制成，为整体式刚性好。每缸设有两个进、排气门，进气门总的通过断面较大，充气效率较高，满足了高功率、低排放的要求。排气门的直径适当减少，使其工作温度相应降低，提高工作的可靠性。进排气道分布于两侧，按直喷式燃烧系统的要求，进气道产生一定的涡流。气缸盖的进排气口装有高强度耐热钢制成的气门座圈，磨损后可以更换（标准尺寸或加大尺寸）。此机型的喷油器的安装孔则垂直安装于各气门中间位置，更有利于喷油形成混合气的质量，缸盖所有螺栓长度相同，摇臂轴座的紧固另有专门螺栓。此外，气缸盖内部有水道用于缸盖的冷却、油道用于摇臂

23、的润滑和回油。(五)气缸体气缸体采用整体式龙门结构，这种结构刚度与强度好2，在纵向平面中的抗弯刚度和绕曲轴轴线的扭转钢度较高，制造工艺简单，使气缸与曲轴箱合为一体。本机用普通灰铸铁ht200铸造而成,壁厚为35毫米,气缸体与曲轴箱铸成一体,内燃机支撑在曲轴箱上,采用均匀的加强筋加固，与油底壳的结合面较宽，整个气缸体有足够的强度和刚度。气缸体结构设计干式薄壁钢质缸套，并且缸套表面加工成良好的深沟平台网纹结构，使其有很好的耐磨性和密合性。机体的结构和受力情况很复杂。它是安装运动件和附件的支撑架，通常又是支撑柴油机的安装基础。气缸体左右两侧为回油腔。这样的结构有利于隔音、降噪。气缸上平面安装气缸盖，

24、用销定位、螺栓紧固气缸盖。曲轴箱部分有六个轴承座半圆孔，它们和轴承盖共同组成五个完整的轴承孔，用于安装曲轴。曲轴箱下平面采用油底壳扣紧密封。(六)配气机构 详见第四章配气机构专题的设计。(七)润滑系统本机的润滑系统如图1-2所示。图1-2 润滑线路主油道沿气缸体纵向布置，经分油道向主轴承和经副油道向冷却喷钩供油，并分别通过曲轴上的油道润滑连杆轴承和凸轮轴轴承。机油泵采用转子布置在机子的前方侧面，由曲轴主动齿轮通过中间轴驱动，机油泵体安装在前住轴承盖上。机油泵由集滤器从油底壳吸取机油，通过主油道输送。油底壳位于机体下方，其设有带支撑的回油接管，一般直通到油面以下，方便油气分离器回油。油底壳下部设

25、有放油螺塞，供更换机油时放油用。(八)冷却系统本机的冷却系统采用强制闭式循环冷却系统主要由水箱、水泵、风扇、出水总管、节温器等部件组成。其任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。水泵和风扇是主要冷却部件，由风扇、皮带论、水泵壳、水封、水泵轴、水泵叶轮及盖板等构成，水封采用陶瓷石墨结构。水泵布置在机体前端上部，水壳体用螺栓固定在机体上，风扇和水泵装在同一轴上；由曲轴端皮带轮驱动，利用发动机皮带轮作为张紧轮，水泵采用离心式水泵，进水管与水泵的泵体铸成一体。为了使柴油机在工作过程中冷却水温得到较好调节，冷却水出水总管设置两个145型蜡式双阀节温器。当水温低于76时，冷却水只经循环管流水，称之为小循

26、环；当水温高于76后，节温器打开，这时冷却水需经冷却水箱后再回到进水管进入水泵；当水温达到86以上时，节温器全部打开，小循环管口封闭，冷却水全部经水箱冷却后进入水泵，称之为大循环。柴油机正常工作时，出水温度通常控制在8295。机油温度通常控制在95115。冷却液循环路线图见图1-3。图1-3 冷却液循环路线图(九)进排气管总成进排气管的布置：进气支管装在机体的左侧面，排气支管装在机体的右侧面，该布置的目的是进排气管分开，进气管不被加热，以提高充气效率。进气管总成的作用是将新鲜、清洁、增压后的空气提供给发动机的各个工作气缸。它由进气管、进气管垫片、进气接管、进气接管垫片、安装螺栓、垫圈等组成。进

27、气管总成结构可参照yc4112zq机（如图1-4），本机的进气管为整体式结构，位于气缸盖的左侧。为了尽可能降低进气阻力，进气管的内通道应流畅。进气管为铸铝件，进气管垫片为整体式，其材料为非石棉纤维与合成橡胶。 图1-4 进气管总成及其安装 图1-5 排气管总成排气总口留有装消声器法兰，排气管垫片采用紫铜皮包石棉结构。排气管总成的作用是保证发动机燃烧废气通畅地排向大气。排气管总成结构见图1-5。排气管为耐热铸铁件，垫片为4片，增压器安装法兰处的垫片为 合金钢制，不可用一般材料代替。排气管螺栓拧紧力矩为85nm。排气管外面包围着的是排气管罩，可以降低柴油机表面温度。(十)增压器涡轮增压装置主要是由

28、涡轮室和增压器组成(图1-6)。涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上，增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。 图1-6 涡轮增压装置第四节 主要附件规格及型号 本机型采用的主要附件规格及型号见表1-1。表1-1 主要附件规格及型号序号名 称参数形式燃油喷射泵型号bh4p120r1402型式p71001喷油器总成型号/型式p型/多孔式偶件型号dlla150p082壳体标记kbelp004d启喷压力（mpa）261 2燃油滤清总成型式纸质双级滤芯旋装式流量2.5l，压降小于3kpa耐压（kpa）200

29、3水分离器型式纸质滤芯旋装式流量2.5l，压降小于7kpa耐压（kpa）2004机油滤清器型式纸质滤芯旋装式流量60l/min，压降小于25kpa耐压（kpa）1600 5节 温 器型式芯体组合型开启温度（）812全开温度（）956机 油 泵型式转子式额定流量（l/min） 80（压力0.45mpa） 7水泵型式离心式额定流量（l/min）280扬程（m）14.58风扇型式轴流吸风式规格4909起 动 电 机型号qd2634电压（v）24功率（kw）5.2 10空气压缩机型式水冷单缸活塞式工作压力 0.8mpa额定排量(1740r/mi）（l/min）21011充电发电机型号jfw2321f

30、电压（v）28功率（kw）1.54（或根据配套设计定）12皮带型号及规格8pk1660或按需要13增压器型号gt30型式废气涡轮定压14输油泵型式叶片式型号syb-13第五节 各种螺栓拧紧力矩正规生产厂大多数是采用转角法上紧的数值，即：分23次上紧到参考拧紧力矩值后，尚需继续分二次各旋转60100转角才能确保拧紧。本机型各主要零件的规定拧紧力矩见表1-2，其它没有具体规定的螺栓拧紧力矩按表1-3。表1-2 主要零件的拧紧力矩名 称拧紧力矩nm名 称拧紧力矩nm主轴承螺栓190220油底壳放油螺塞40连杆螺栓160190机油泵安装螺栓25气缸盖螺栓200230摇臂轴支座螺栓75凸轮轴正时齿轮螺栓

31、90主油道螺塞60气门间隙调整螺钉锁紧螺母30惰齿轮轴螺栓220节温器座固定螺栓75喷油泵齿轮螺栓60节温器盖螺栓22增压器至排气管螺柱30凸轮轴止推片螺栓30增压器至排气管螺母50曲轴后油封座螺栓30减振器螺栓285水泵安装螺栓65压圈联接螺栓65水泵壳体螺栓30飞轮壳螺栓（侧面）130飞轮壳螺栓（顶面）190飞轮螺栓169224双平衡轴轴盖螺栓60正时齿轮室盖螺栓30进气管螺栓35排气管螺栓85油底壳螺栓45起动机螺栓90高压油管管接螺母28空压机齿轮螺母250喷油器安装螺栓18表1-3 没有具体规定的螺栓拧紧力矩螺 栓拧紧力矩n.mm615m830 m1040 m1290 m14120第

32、六节 主要零件的配合间隙本机采用的主要零件的配合间隙见表1-4。表1-4主要零件的配合间隙序号配合部件 规定值(mm)配合性质配合公差(mm)1排气门座孔/排气门座43.9844.006/43.9243.94过盈-0.086 -0.0422进气门座孔/进气门座外径过盈-0.088 -0.0433缸盖导管孔径/气门导管孔径过盈-0.048 0.0134 4气门导管孔径/排气门径向间隙0.0510.09455气门导管孔径/进气门径向间隙0.0250.0696气门下沉深度间隙0.841.327气门摇臂孔/气门摇臂轴径向间隙0.0200.098气门挺柱孔/气门挺柱径向间隙0.0150.0539凸轮轴衬

33、套孔径/凸轮轴颈径向间隙0.0760.12710正时惰齿轮衬套孔/惰轮轴径向间隙0.0050.056 11正时惰齿轮厚/惰轮轴高轴向间隙0.070.2512活塞环槽高/第一道气环高轴向间隙0.10.12513活塞环槽高/第二道气环高轴向间隙0.1050.15514活塞环槽高/油环高轴向间隙0.050.115活塞环压入量规内间隙间隙0.350.6516气缸孔/活塞裙部最大直径径向间隙0.1260.164 17连杆大头轴承孔(带轴瓦)/连杆轴颈径向间隙0.0180.030 18连杆衬套孔/活塞销径向间隙0.0720.15719主轴承孔(带轴瓦)/主轴颈径向间隙0.0750.12120活塞销座孔/活

34、塞销径向间隙0.0130.02421曲轴止推面/曲轴止推片37.0637.11/36.9136.96轴向间隙0.070.222隔圈/凸轮轴止推片轴向间隙0.1040.22423齿轮之间的啮合间隙间隙0.080.3024压缩余隙间隙1.01.225进气门冷态间隙间隙0.40.0526排气门冷态间隙间隙0.450.0527后油封衬套/曲轴大端单向最小间隙0.1第二章 xd4112zq热力学计算热力计算为发动机实际循环的近似计算，根据发动机的主要结构参数对各热力参数、指示参数、有效参数进行估算。其作用有两个方面：第一方面，在一台新内燃机的设计过程中，大致确定气缸内的压力和温度变化情况，绘出示功图，为

35、以后所必须进行的动力计算和强度校核提供原始数据。第二方面，可以对发动机方案设计中所确定的指标、尺寸、结构起到一定程度的校核作用。第一节 设计参数的选择一、过量空气系数过量空气系数就是燃烧1kg燃料的实际空气量与理论空气量之比为过量空气系数1。过量空气系数是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标，应力求减小过量空气系数。增压柴油机的一般在1. 72.2之间，对柴油机来说，过量空气系数总是大于1的，以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧。柴油机在吸入气缸的空气量一定的情况下，小意味着可以向气缸多喷油，吸入气缸的空气利用率就高，发出的功率就大，因此应力求减小。因为本机为四缸增压两气门柴油机，空气过

36、量系数比非增压机要高，为取得较好的性能，故取1.9。二、最高燃烧压力本机为直喷式四缸增压柴油机，空气经压缩后，压力会增大很多，其值一般100到150左右。取=140 bar三、排气终点温度四冲程增压柴油机范围为：8001000k。负荷增加时，后膨胀比减少，就上升；转速n提高时，部分燃烧延至膨胀过程中进行，也使上升；压缩比大则膨胀比大，可被降低下来。xd4112zq属高速柴油机，大，直喷式燃烧室使燃烧速度加快，燃烧较完善，后燃期缩短。故取=900k。四、机械效率所谓机械效率就是有效功率与指示功率之比。一般发动机=0.800.92，由于xd4112zq机的润滑条件较好，磨损较小，但考虑到润滑油品质

37、，故可取到0.85。五、热量利用系数反映的是实际燃烧过程中燃烧的完整程度。高速增压柴油机取值范为：0.60.8。直喷式传热损失较小，较大；增压后，燃烧产物的高温分解现象减少，可以提高些。本机为直喷式增压柴油机，热量利用系数较大，取=0.75。六、残余废气系数残余废气系数就是进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的比值。气缸中残余的废气越多，则吸入的新鲜空气充量就少。由于增压改善了扫气质量，残余废气系数有所减少，增压柴油机范围00.03，取=0.02。七、进气加热温度升高影响的主要因素有：发动机的冷却方式、转速和负荷、配气系统的结构布置、发动机工作时的环境温度等。增压柴油机的范围：510

38、（），取=8。八、示功图丰满系数的范围一般在0.920.96。由于四冲程内燃机的冲程损失小，所以可取大些，取=0.96。九、压缩多变指数的大小取决于工质与气缸壁的传热情况，其范围在1.351.37之间。转速提高，热交换的时间缩短，热损失减少，提高；气缸尺寸越大，传热损失就越小，所以值也越小；直喷式柴油机的值较高；提高，增加了工质在压缩过程的传热，结果使下降；进气终了温度越高，工质在压缩过程中传出热量越大，值随之下降。故取=1.36。十、膨胀多变指数一般取1.151.25。考虑到xd4112zq的速度并不是很快，且为增压，故取值为1.22。第二节 热化学计算一、理论所需的空气量 = = =0.4

39、946 kgmol/燃料二、新鲜空气量 =1.90.4946=0.9398 kgmol/燃料三、理论上完全燃烧（1）时的燃烧产物=+0.79 =+0.790.4946 =0.5263 kgmol/燃料四、1.9时的多余空气量为（-1）（1.9-1）0.49460.4451 kgmol/燃料五、燃烧产物总量+（-1）=0.5263+（1.9-1）0.4946=0.9714 kgmol/燃料六、理论分子变更系数=1.0337七、实际分子变更系数=1.0330第三节 各工作过程参数的计算一、换气过程参数的计算（一）四冲程增压机进气终点压力pa=(0.951.05) p，取pa=0.95p，其中取=1

40、.8 bar，则进气终了压力为：pa=0.951.8=1.7 bar（二）取t8，则进气终点温度为： 372 k（三）充气效率v v 0.9330 二、压缩过程的计算（一）选取平均多变压缩指数 =1.36（二）压缩过程中任意点的压力： bar 其中v为x点的气缸容积v=v=v/（-1）由此可利用计算机编程计算并画出压缩曲线，如图2-1所示。图2-1 压缩过程曲线（三）压缩终点压力和温度=83.4 bar =37217.5=1041 k=1041273 =768 （四）压力升高比 三、燃烧过程的计算（一）压缩终点的空气平均等容比热：查柴油机设计手册（上）图3-2可得，在=，=768时的=7.38

41、 kcal/kg mol，于是 7.381.986=5.394 kcal/kg mol（二）压缩终点的残余废气平均等容比热：查图3-2(同上)可得，在=1.9，=768时为=7.72 kcal/kg mol， 所以 1.9867.721.986=5.734 kcal/kg mol（三）压缩终点的混合气平均等容比热 = 5.401 kcal/kg mol=22.61 kj/kg mol (1 kcal/ kmol=4.186 kj/kg mol)（四）燃烧终点的温度 将已知数值代入得： =62019 kj/kg mol =14816 kcal/kg mol查图3-2(同上)，采用逐步试算法，即可

42、凑出相应的t值，=1720 ， 则 =1720 + 273 =1993 k。（五）初期膨胀比 1.18 四、膨胀过程的计算（一）、后期膨胀比 14.83（二）、选取平均多变膨胀系数=1.22（三）、膨胀过程中任意点的压力p=p=140 其中v为x点气缸容积，求法同。膨胀过程曲线如图2-2所示。图2-2 膨胀过程曲线（四）、膨胀终点的压力和温度 5.22 bar 1101 k =1101-273=828 第四节 各指示参数的计算及校核一、平均指示压力的计算 = 12.88 bar故 =0.9612.88=12.36 bar二、指示热效率 三、指示比油耗= g/kwh四、有效热效率和比油耗=0.4

43、600.85=0.391= g/kwh五、平均有效压力和有效功率的校核=12.360.85=10.506 bar kw有效功率误差e为：4.14% 5% 给定的有效功率为ne=105kw，基本符合要求，故热力计算的参数选定基本合适。以上相关的计算机编程程序见附录。第三章 xd4112zq动力计算第一节 设计参数本机设计主要参数如下：曲轴半径： r=66 r/l=0.314往复质量： =2.90 kg连杆质量： =2.11kg大气状态： p0=1 bar t0=298k第二节 曲柄转角与活塞位移、速度、加速度的关系活塞曲柄机构简图，如图3-1所示。图3-1 活塞曲柄机构简图一、活塞位移 所以 二

44、、活塞速度 式中：曲轴旋转角速度 ， 则： m/s三、活塞加速度 m/s2通过计算机计算并绘制出活塞位移、速度、加速度曲线，如图3-2所示。图3-2曲柄转角与活塞位移、速度、加速度的关系第三节 曲柄转角与工作容积、气体压力的关系一、曲柄转角与工作容积的关系（一）压缩终点体积： （l）（二）在曲柄转角为时，气缸工作容积： （l）二、曲柄转角与气体压力的关系：（一）吸气过程（01800）由于大气压力1 bar，在热力计算中已确定进气管状态压力为1.7 bar，故假设吸气过程中缸内绝对压力为0.86=1.46 bar，则相对压力为： bar（二）压缩过程：（18003600）（=1.36）压缩过程的

45、气体压力为 其中气缸容积：（l），则相对压力： 式中：气缸在任意点的工作容积 （l）由此算出值后，代入上式求出各角的对应值。（三）膨胀过程：（36005400）（n=1.22）膨胀过程气体力：，则相对压力： 式中：点气缸容积，求法同。（四）排气过程：（54007200）一般柴油机有（1.051.15），xd4112zq柴油机泵损影响 较少，所以取上限值 bar，故 bar。第四节 气体压力的修正一、吸气过程压力修正由于吸气过程之初，气缸内的压力受排气终了压力的影响，不可能一下子就到进气压力0.9 bar，气缸内的压力变化要有一个过程，所以吸气过程之初的几个气体压力要进行修正。二、压缩气体过程中

46、的气体压力的修正柴油机在工作过程中，活塞尚未达到上止点时就开始喷油，柴油在压燃瞬间，缸内压力急剧上升，所以实际气体压力要大于计算值。因此供油到上止点时的几组气体压力需要修正。三、膨胀过程气体压力的修正由于排气提前，部分工质在活塞运行到下止点前就被排出气缸外，使缸内气体压力要小于计算值，所以这几组数值也要修正。四、排气过程气体压力的修正虽然排气提前，气体压力比按理论值要小，但还是比排气终点压力大，因此实际工作的气体压力将到也需要一个过程，这个过程中数值也应加以修正。五、最高燃烧压力的修正理论计算中把柴油机的燃烧过程视为等容过程，而实际工作过程是非等容的。xd4112zq柴油机的最高燃烧压力约在上止点后左右。此时缸内容积增大，压力下降，则修正最大燃烧压力如下：0.750.75140=105 bar第五节 往复惯性力及力矩分析一、活塞曲柄连杆机构的受力分析：(一)往复惯性力 n式