柴油机整体设计毕业设计

目录

一、概述

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1、毕业设计的选题依据1

2、设计的内容1

二、X2105增压型柴油机总体设计选型

1、总体方案布置设计2

、机体和油底壳的设计3

2、气缸盖和燃烧室的设计4

3、活塞组的设计5

4、连杆组的设计6

、曲轴飞轮组总体设计及轴承设计8

、配气机构的设计9

、燃油供给与调节系统的设计10

、润滑系统的设计11

、冷却系统的设计13

、起动系统的设计14

、废气涡轮增压15

三、参考文献

概述

1、选题的依据及意义

柴油机的发展，已有八十多年的历史.通过这一长期的不断改进和提高，以及发展到了比较完善的地步。由于它的热效率高，适应性好，功率范围广，已广泛应用于农业，工业交通运输业和国防建设事业。因此柴油机的发展，对国名经济和国防建设都具有十分重要的意义。

X2105柴油机多应用于农业方面，有可靠耐用、维修方便、适用面广等特点。

2、设计的内容

近几年来，由于农业的迅速发展，农用发动机也随着蓬勃发展，这给农用柴油机带来了无限商机。但与此同时，原来的农用柴油机，由于体型笨重，振动大，噪声响，排放也较差，已不适合当前经济发展和客户需求。此时客户普遍需求一种振动小，噪音低，排放好，体积小，功率大，结构紧凑，起动好，烟度小，燃油消耗率低的农用柴油机，同时该机型也可用于小型发电机组的配套。基于此，提出X2105型柴油机的增压改进设计，本设计任务主要是进行发动机总体设计和曲轴设计，以达到预期设计要求。

1、设计要求

（1）预期达到的X2105增压柴油机的性能指标为

型式：直列、水冷、四冲程、直喷式进气方式:废气涡轮进气增压

气缸数：2缸径X行程（mm）：105X120

12小时标定功率/转速（kw/r/min）：22/1500标定工况燃油消耗率（g/kw.h）:<230

机油消耗率（g/kw.h）：2.04

（3）在满足上述性能指标的前提下进行X210型柴油机的总体设计。

（4）在总体设计的基础上进行曲轴的详细设计。

三、X2105增压柴油机总体设计选型

1总体布置方案设计

总体布置设计上以燃烧室为核心协调处理气缸盖和配气机构布置，以运动件为核心协调处理曲柄连杆机构的形状和储存，以及机体的结构安排。从自由端看喷油泵和进气管布置在右侧，起动机、发电机、及排气管布置在左侧，水泵和风扇布置在机体前端，皮带轮靠张紧轮张紧，飞轮端带功率输出装置。凸轮轴采用上置式布置，运动件少，往复运动质量较小，刚度最大，能量损失小。气门采用顶置式布置，齿轮传动室包括四个齿轮，分别是曲轴正时齿轮、机油泵齿轮、喷油泵齿轮和惰轮。前端由齿轮传动室和油底壳上攻六个螺钉与前桥托架相连。进排气管的布置有利于气缸盖进排气道的设计，也便于拆装。飞轮壳和曲轴后油封盖布置后端飞轮带有功率输出装置，机油泵布置在机体底面上，有助于吸油。

2、机体和油底壳的设计

机体是构成发动机的骨架，是曲柄连杆机构，配气机构和发动机各系统主要零件的装配集体。各种运动件的润滑和受热机体的冷却也都要通过机体组来实现。是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此,机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。、

2.1.1气缸体

气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的方向。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等、气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体结构形式不同分为以下三种形式、

一般式气缸体

其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度、这种气缸体的优点的机体高度小、重量轻、结构紧凑、便于加工、曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差、

龙门式气缸体

其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差,，结构笨重，加工较困难、

隧道式气缸体

这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入、其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便、

由于龙门式汽缸体强度和刚度都很小，且能承受较大的机械负荷。因此本设计为改型设计，机体采用龙门式机体，为保证加工的通用性、机体的缸心距仍为140mm，该距离在涉及范围之内、

材料的选用：本机型为中型货车主机，根据中型货车条件，柴油机要求振动小、噪音低，质量轻、选用铸铁机体、

2.1.2气缸套

气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种：如右图所示。

干式气缸套

特点是气缸套不直接与冷却水接触，壁厚较薄，一般为1~3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，气缸中心距较小。但加工比较复杂，内外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。

湿式气缸套

特点是气缸套装入气缸体外壁直接与冷水接触，壁厚一般为5~9mm，它散热良好，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，冷却均匀，加工容易。湿缸套的优点是在汽缸体上没有密闭的水套，因而铸造方便，容易拆卸更换，冷却效果也较好；其缺点是汽缸体的刚度差，易于漏水，漏气。

本设计选用湿式气缸套，其结构尺寸及材料为：

气缸套材料应具有良好的机械强度、耐磨性和耐热耐腐蚀性、保油性和润滑性。本机选用价格低廉，并且得到广泛应用的铸铁作为材料。

主要尺寸：

凸缘高度人=(0.06-0.08)D,取8mm

气缸壁厚5=(0.035-0.068)D,取7mm

2.1.3油底壳

油底壳采用钢板焊接结构，根据不同的需求，油底壳可以是干式或湿式，在此采用湿式油底壳。由于中型货车行驶之时会产生大量热量，湿式缸套更利于散热。

3气缸盖和燃烧室的设计

气缸盖的主要功能是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室。同时，气缸盖也为其他零件提供安装位置。气缸盖的燃烧室一侧直接收到高温，高压燃气的作用。在承受热负荷时，由于形状负责，个部分温差大，特别在进，排气门口之间，以及进，排气门口与汽油机的火花塞之间的所谓“鼻梁区”，热应力很高，是容易出现裂纹损坏的部位，而气缸在机械负荷和热负荷作用下产生的变形会导致进，排气密封的破坏和气缸盖密封的破坏，影响发动机的动力性，经济型和工作可靠性。因此，要求气缸盖应具有足够的强度和刚度，同时通过对其进行良好的冷却使温度分布尽可能均匀。

柴油机的燃烧室分为统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，并借出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。其缸盖底面是平的，活塞顶部下凹，按燃烧室深浅可分为浅盆形和深坑形两类。分隔式燃烧室常用的有涡流室和预燃室。

浅盆形燃烧室

整个燃烧室是由缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的单一容积。浅盆形燃烧室虽然有经济性好、易于起动的优点，但是在小型高速柴油机上的应用机会碰到许多问题。小型高速柴油机的转速高（有的达到4000r/min），混合气形成和燃烧的时间很短，每循环供油量又很少，单靠雾化混合，则喷空直径必须做的很小，喷油压力很高，为了获得较好的性能指标，就要求在较小的过量空气系数时有较好的燃烧过程，显然浅盆形燃烧室达不到这一要求。

深坑形燃烧室

将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径缩小，形成有涡流的深坑形燃烧室。与浅盆形燃烧室相比，深坑形燃烧室对燃油系统要求降低，由于利用进气涡流加强混合气形成使空气利用率大大提高，一般过量空气系数在1.3-1.5,并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。

经综合考虑，X2105增压型柴油机采用优质灰铸铁或合金铸铁铸造而成的整体式气缸盖。燃烧室形状采用深坑形燃烧室。

气门数目是气缸设计中的重要因素之一。本设计选用二气门，此方案由于比较简单，可靠，并能满足一般发动机的要求，因此广泛用于各类型的发动机中。其中为增加进气涡流、加强混合，将进气道设计为螺旋气道。

4活塞组的设计

活塞组（如下图）包括活塞、活塞环、活塞销等。是活塞式内燃机中的重要组件。

活塞的功用：

活塞的功用是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖，气缸壁共同组成燃烧室。

活塞的要求：

（1）要有足够的刚度和强度，传力可靠；

（2）导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；

（3）质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢，此方案采用高强度铝合金。

构造：活塞可分为活塞顶部、活塞头部和活塞裙部三部分。活塞的基本尺寸：

根据文献【1】第十一章内燃机的概念设计表11-1

尺寸比例

H1/D

H/D

H2/D

h/D

d/D

柴油机

0.75

1.20

0.70

0.18

0.36

选定

顶岸高度：h=20mm

喉口与活塞中心线偏移量：4mm

喉口直径：80mm

活塞总长：H=128mm

活塞顶部

活塞顶部常常设有各种各样的凹坑，其形状，位置和大小都必须与柴油机混合气的形成或与燃烧要求相适应。承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞，此方案为凹顶活塞。为了提高铝合金活塞顶的耐热性，此方案采用热障涂层材料（TBGS）与金属相复合来处理活塞表面，因而起到了热障作用，降低冷却带走的热损失，减少冷却水量，从而发动机的体积和重量得到减少。同时也发现涂有柴油机隔热涂层的柴油机部件在点火过程中产生了两个主要变化：

（1）首先缩短了燃料注入和燃油点火之间的延迟时间。

（2）其次点火时产生的峰值明显减小，从而减少了氧化氮和未燃烧的碳氢化合物，使油烟进一步完全氧化同时还可以减少有排出尾气而带走的热量损失，降低烟气，提高点火效率，节约燃料。并且产生许多其它附加效益。

活塞头部

指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。活塞头部的主要作用是：（1）承受气体压力，并传给连杆；（2）与活塞环一起实现气缸的密封；（3）将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给汽缸壁。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有蜜蜂作用和传热作用，与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将（70-80）％的热量通过活塞环传给气缸壁。

为了降低活塞头部的温度，此方案在喷油冷却夫人活塞环带钻两个不通孔，可使第一环槽的温度下降20度左右。

活塞裙部

指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。其作用是对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和做功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。此方案活塞裙部采用拖鞋式裙部。其优点是：

质量轻，比全群式活塞轻10%左右，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。

裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。

能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。

活塞的冷却方式通常有：自由喷射冷却、震荡冷却法、强制冷却法，在本方案中采用自由喷射冷却，即从安装在机体上的喷油嘴向活塞内壁喷油。

2.4.4活塞环(如右图)

'-ifcrWlF：

矩形环樂面环■扭曲环

是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。

气环

保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给汽缸壁由冷却水带走。其中密封作用是主要的，因为密封是传热的前提。气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。

本方案采用两道气环，第一道为梯形环，第二道采用扭曲环。

題輯曲悌帘环拥面环

扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环,在环的外圆部分切槽或倒角的称为外切环。装入气缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减轻磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。目前被广泛地应用于第2道活塞环槽上，安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。

梯形环断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和做功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积碳挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。其主要优点是抗粘结性好，但缺点是加工困难，精度要求高。

油环

起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。油环有普通油环和组合油环两种。

此方案采用钢带组合式油环。

组合环由上下两片侧轨环与中间的扩张器组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩张器的周边比气缸内圆周略大一些，可使侧轨环紧紧压向气缸壁。这种气缸的接触压力高，对气缸壁面适应性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明显。它的缺点是制造成本高。

2.5.5活塞销

活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的压力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。

活塞销的内孔有三种形状：a、圆柱形；b、两段截锥与一段圆柱组合；c、两段截锥形。

圆柱形孔结构简单，加工容易，但从受力角度分析，中间部分应力最大，两端较小，所以这种结构质量较大，往复惯性力大；为了减小质量，减小往复惯性力，活塞销做成两段截

锥形孔，接近等强度梁，但孔的加工较复杂；组合孔的结构介于二者之间。

活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式：全浮式安装和半浮式安装。

全浮式安装当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有挡圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料,铝比钢热膨胀量大，为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。

半浮式安装特点是活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会做轴向窜动，不需要锁片。在小轿车上应用较多。

此方案活塞销采用两段截锥与一段圆柱组合结构，全浮式安装方式。

两段钱谁与一段圆校圭莒合

5连杆组的设计

连杆的作用是连接活塞与曲轴。把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转，并将活塞承受的力传给曲轴。

连杆工作时，主要承受活塞销传来的气体作用力和活塞组往复运动时的惯性力。而这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，重量轻。

连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成，然后经机加工和热处理。连杆分为三个部分，即连杆小头T、连杆杆身-2和连杆大头-3（包括连杆盖）。

2.5.1连杆小头

对全浮式活塞销，由于工作时小头孔与活塞销之间有相对运动，所以常常在连杆小头孔中压入减磨的青铜

衬套，为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上铣有油槽或钻有油孔以收集发动机运转时飞溅上来的润滑油并用以润滑。

2.5.2连杆杆身

连杆杆身通常做成“工”字断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大，采用压力法润滑的连杆，杆身中部都制有连通大、小头得的油道。

2.5.3连杆大头

连杆大头除应具有足够的刚度外，还应外形尺寸小，重量轻，拆卸发动机时从气缸上端取出。连杆大头是剖分的，连杆盖用螺栓或螺柱紧固，为使结合面在任何转速下都能紧密结合，连杆螺栓的拧紧力矩必须足够大。

连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，大头有整体式和分开式两种。一般都米用分开式，分开式又分为平分和斜分两种。柴油机压缩比大，受力较大，曲轴的连杆轴颈较粗，相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径，为了使连杆大头能通过气缸，便于拆装，此方案采用45°夹角斜切口。

连杆轴瓦为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈摩擦，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有合金层。耐磨合金层具有质软、容易保持油膜、耐磨性好、摩擦阻力小、不易磨损等特点。耐磨合金常用的有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。

主要结构尺寸

连杆长度l=200mm，小头衬套直径dl=44mm，大头衬套直径d2=78mm；选材45钢；切口©=45°；定位方式为止口式；连杆螺栓2xM10。

6曲轴飞轮组总体设计及轴承设计

曲轴是发动机中成本最高的零件，是最重要的机件之一。曲轴的功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩，并对外输出转矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力，周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。

曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。

曲轴材料的选择此方案采用中碳钢或中碳合金钢模锻。为提高曲轴强度，消除应力集中，轴颈表面应

进行喷丸处理，圆角要经滚压处理。为提高曲轴的耐磨性，主轴颈和曲柄销表面上需经高频淬火或氮化处理。

曲轴的支承曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。因为全支承曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴颈载荷，减小了磨损，所以此

方案采用全支承曲轴形式。此外，平衡块的设计采用完全平衡法。

曲轴的轴向定位为了防止曲轴的轴向窜动，保证工作正常，曲轴需设有轴向定位，本方案中采用半圆环止推片定位，半圆环止推片为四片，上、下各两片，分别安装咋机体和主轴承盖上的浅槽中，用定位舌或定位销定位，防止其转动。

2．6.4轴承的密封曲轴的后端借助甩油盘和自紧式橡胶油封来实现密封，曲轴的前端采用与后端一样的自紧式橡胶油封来实现密封。

曲轴轴颈减重孔曲轴轴颈具有适当形状和尺寸的减重孔，可减轻曲轴的重量、减小旋转质量和离心惯

性力，同时还可以改善圆角应力的分布，提高曲轴强度。此方案曲柄销加工有减重孔，主轴颈为实心体。

曲轴润滑油道轴承的工作能力在很大程度上取决于润滑条件。曲轴主轴颈和曲柄销一般采用压力润

滑。润滑油道通常先进入主轴颈然后再进入连杆轴承。润滑油进入主轴承有两种方式，此方案采用分路供油方式。从保证润滑考虑，主轴颈油孔开在最大轴颈压力作用线方向，曲柄销油孔开在压力最小的地方。此方案采用结构简单的斜油道，油道倾斜角为25°。

曲轴扭转减震器

吸收曲轴扭转震动的能量，消减扭转震动，避免发生强烈的共振及其引起的严重后果。在此设计中，选用的是橡胶扭转减震器。其优点是结构简单，质量小，工作可靠。

曲轴端部结构曲轴的两端分别为自由端和输出端。大多数柴油机的机油泵、水泵等辅助装置的驱动齿轮以及曲轴的扭转减震器均安装在自由端，飞轮安装在输出端。此方案也采用这一方式，并且顶置配气凸轮轴也靠机油泵驱动齿轮通过齿形带驱动。曲轴输出端借助法兰通过一个定位销和八个螺栓（M14xl.5-4H5H）来安装飞轮。

加曲轴主要尺寸的设计

飞轮的设计飞轮的主要功用是将在作功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行

程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上，下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服段时间的超载荷。飞轮是一个很重要的铸铁圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，具有很大的转动惯量。飞轮轮缘上镶有齿圈，齿圈与飞轮紧配合，有一定的过盈量。

（1）飞轮材料飞轮一般由灰铸铁、球墨铸铁或铸钢制造。本设计选用球墨铸铁。

（2）飞轮尺寸

根据文献【3】，D的范围在300-420mm之间，取

飞轮外径D1=320mm；

飞轮内径D2=280mm；飞轮厚度b=80mm。

轴承的设计连杆大头轴承和曲轴主轴承由于工作比压高、滑动速度高，是内燃机中工作最严酷的

轴承。内燃机的曲轴绝大多数用滑动轴承，且都是可互换的高精度多层金属的薄壁轴瓦。它们结构紧凑、拆装方便、工作可靠、噪声低、寿命长。

轴瓦主要尺寸有直径、宽度、厚度等。前两者主要取决于曲轴轴颈尺寸，只有轴瓦厚

度是轴瓦设计中要主要考虑的尺寸。对中小功率高速柴油机轴颈直径为20mm-120mm的轴瓦来说，重系列（柴油机连杆轴承和所有主轴承）为2.5mm-4mm。轴瓦中减摩合金厚度为0.1mm-0.4mm。

7配气机构的设计

包括气门组和气门传动组。配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时保证气缸密封。四冲程发动机都采用进气充分、排气彻底的气门式配气机构。

气门组

（1）气门布置方式

有气门顶置式配气机构和气门侧置式配气机构，本方案采用气门顶置式配气机构。

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（2）气门数目及气道布置

一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。

⑶气门的材料

气门必须具有足够的强度，刚度，耐热，良好的导热性和耐磨耐腐蚀的能力，选用40Cr。

（4）气门的尺寸

设计中发动机采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气,在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。根据文献【3】：

进气门直径dl的范围在（0.32-0.50）D之间，取dl=38mm；

排气门直径d2比d1小15%-20%左右，取d2=32mm；

气门锥角r:一般r为45°或者30°,设计取r=45°；

气门总长度L1:L1的范围在（1.1-1.3）D之间，去L1=126mm；

气门杆部直径d3:d3的范围在（0.2-0.25）D之间，取d=25.2mm。

（5）气门座

气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传，气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。

（6）气门弹簧

气门弹簧的作用在于保证气门回应。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。

2.7.2气门传动组

（1）凸轮轴

凸轮轴的材料

用45钢模锻造而成。凸轮轴各轴颈的工作表面要经过热处理后磨精，以改善凸轮轴的耐磨性。

凸轮轴的尺寸

根据文献【3】，凸轮轴直径的范围在

凸轮曲卞蛊式口金雄申H式a轮抽上脸式

凸轮轴直径取决于轴的刚度和装卸条件。（0.25-0.35）D之间，取de=25.2mm。

凸轮轴布置方式（如右图）

凸轮轴下置主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。但凸轮轴离曲轴较近，因俄日凸轮轴的驱动较简单，安装调整容易；气门与气门导管几乎不受侧压力；适宜系列化。

凸轮轴中置凸轮轴位于气缸体的中部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆。

凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高

速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，刚度最大，能量损失最小，特别适应于高速发动机。

本设计采用凸轮轴上置式结构，凸轮轴通过机械挺柱直接驱动气门。

曲轴传动方式

本设计采用齿形带式传动，齿形带传动噪声小、工作可靠、成本低。

凸轮轴的轴向定位

本设计利用凸轮轴轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行轴向定位，间隙为0.1-0.2mm。

⑵挺柱

本设计采用滚轮式机械挺柱，其优点是减小摩擦缩造成的对挺柱的侧向力。

2.7.3配气相位

配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间。理论上讲进气、压缩、做功、排气各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，但实际表明，简单配气相位对实际工作时很不适应的，为满足实际要求常需要是进、排气门早开、晚关，。进气提前角al取12°，进气滞后角a2取20°,排气提前角B1取22°，排气滞后角B2取10°。

2.7.4气门间隙

气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25-0.3mm,排气门间隙约为0.3-0.35mm，本设计都为0.3mm。

8燃油供给与调节系统的设计

柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。本机的燃油供给系统采用传统的泵-管-嘴系统，其结构组成包括：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。如下图所示：

断油阉

出油阀

逬油阀

通向燃油

回油

逬油口

波许供油泵结构

2.8.1喷油器

将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾化喷入燃烧室。

要求：

（1）雾化均匀；

（2）具有一定的喷射压力和射程及合适的喷注锥角；

（3）断油迅速、无滴漏现象。

型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式喷油器和轴针式喷油器两种。

在本设计中选用孔式喷油器，有四个小喷孔。喷射压力大，喷射的位置和燃烧室相配合，其主要结构包括针阀、针阀体、喷油嘴、调压弹簧等部件。在喷射方向上有特定的定位，在喷射器体和针阀体间没有定位销，用该保证喷射时的准确位置。

2.8.2喷油泵

喷油泵是燃油供给系统中最重要的零件，它的性能和质量对柴油机影响极大。用于提高柴油压力，并按照发动机的工作顺序、负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。

要求：

（1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求；

（2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量；

（3）保证柴油机的工作顺序，在规定的时间内精确供油；

（4）供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀。

（5）供油规律应保证柴油燃烧安全；

（6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。

类型：柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵-喷油器和转子分配式喷油泵三类。本设计采用柱塞式喷油泵。

2.8.3油量调节机构

根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是利用转动柱塞，通过改变供油行程来完成。多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整。主要有齿杆式油量调节机构和拨叉拉杆式油量调节机构。本方案采用齿杆式油量调节机构。

调速器

调速器是一种自动调节装置，它根据柴油机负荷的变化，自动增减喷油泵的供油量，使柴油机能够以稳定的转速运行。按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器；按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速器和复合式调速器。

在柴油机上装设调速器是由柴油机的工作特性决定的。车用柴油机的负荷经常变化，当负荷突然减小时，若不及时减少喷油泵的供油量，则柴油机的转速将迅速增高，甚至超出柴油机设计所允许的最高转速，这种现象称“超速”或“飞车”。相反，当负荷骤然增大时，若不及时增加喷油泵的供油量，则柴油机的转速将急速下降直至熄火。柴油机超速或怠速不稳，往往出自于偶然的原因，驾驶员难于做出响应。这时，惟有借助调速器，及时调节喷油泵的供油量，才能保持柴油机稳定运行。因此，柴油机要满足使用要求，就必须安装调速器。本方案采用两级式调速器。

机油泵

机油泵由主动齿轮通过惰齿轮来传动，可以布置在机体的端部，也可以布置在机体底面上。设计中将机油泵布置在机体底面上，这种布置不需要油封结构，轴承润滑较好，可以减少磨损。机油泵安装位置低，柴油机起动后，瞬时即能吸上机油。但是维修保养不便。若将机油泵布置在机体的端部，虽然传动结构简单，但是机油泵的转速较低，安装位置如果较高，起动后吸上机油比较困难。

润滑系统的设计

润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

储油装置

由于柴油机使用条件不同，机油储存方式有干式和湿式曲轴箱之分。湿式曲轴箱有发动机的油底壳储存全部机油，由油泵从油底壳中抽出机油直接送到润滑系统中去。船用柴油机选用湿式油底壳。

机油输送装置

设有甩油盘或油泵，将机油送至需要冷却的部位，实现压力循环润滑的机油泵，无论是抽油泵或供油泵，大都采用外啮合式齿轮泵或内啮合式转子泵。本设计采用转子泵做为输油泵。

机油冷却和滤清装置

（1）机油冷却方式

机油冷却方式有：空气自然冷却、空气强制冷却、水强制冷却。但是做为船用柴油机的机油冷却系，比较适用的冷却方式只有强制水冷却。本设计采用管筒式冷却器。

（2）机油滤清器

机油滤清器的功用是滤除机油中的金属磨屑、机械杂质和机油氧化物。柴油机在运转过程中，润滑系统内的机油会不断变脏，如果这些杂质随同机油进入润滑系统，将加剧发动机零件的磨损，还可能堵塞油管或油道。

机油滤清器按过滤机理利用分为三类：机械分离、离心分离和磁性吸附。本设计采用的是机械分离。机油滤清器滤芯的选择：选用复合滤芯。

供油方式本设计采用飞溅润滑。车用柴油机润滑系统的供油方式一般有：飞溅润滑、掺混润滑、压力润滑、复合润滑等四种。对高速重负荷的摩擦表面，如曲轴主轴承、连杆大头轴承、凸轮轴轴承等，采用压力润滑；而对于压力较大、，输油难以达到或承受复合不大的摩擦部位，如气缸壁、凸轮等则采用飞溅润滑；个别零件部位U,如水泵、发电机、起动机等轴承，则定期加注黄油润滑。

冷却系统的设计

冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

冷却系统按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，本方案采用的是水冷系。

水冷却系是以水做为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去，目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节专职等组成。

X2105增压型柴油机可用于船用主机，故选择流通冷却系统，流通冷却系统是将外界的水引入，冷却柴油机后排出，广泛用于小功率船用及固定式低速柴油机。它的优点是结构简单，但仅适用于外界水源充足的地方，而且为了防止泥沙或水垢的淤积必须经常清洗冷却系。

水泵

水泵的功用是对