4100风冷柴油机（气缸盖）设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 4100 风冷柴油机（气缸盖）设计说明书 摘 要 此次设计机型为 4100 风冷柴油机。风冷柴油机具有结构简单、适应性强，系列化程度高，维修方便等优点。 本次设计根据风冷柴油机的特点和设计原则和普通柴油机的设计原则，在满足本次设计发动机的各性能参数和总体要求的基础上，从汽缸盖的工作条件，加工工艺，材料选择，进、排道的布置、喷油嘴和螺栓的布置等处着手，对汽缸盖做了设计。此外，气缸盖要有足够的强度和刚度，只有这样，发动机在高温气体的加热下，能够安全、可靠的工作。 本文从整机布置入手，根据风冷柴油机的基本设计规范以及 各参数的选择和各方案的比较，概括论述了风冷柴油机的整体情况以及风冷柴油机设计中必须要注意的问题，如：如何得到保证良好的散热等问题。具体的详细计算了内燃机的散热量，因为其对多种零部件都有决定性的影响。 在设计中，通过对不同的方案的比较和分析选择出了比较适合 4100 风冷柴油机的好的方案，根据所计算散热量的具体值，详细的介绍了风冷柴油机气缸盖散热片的布置情况，冷却风扇的布置情况，并对它们进行了比较详细的尺寸计算，以满足这次设计的要求。最后，为了保证内燃机具有良好的冷却效果，采用了机油冷却活塞方式，并对机油泵的选择 过程作了详尽的介绍。 最后结果表明：它们都很好的适合本次设计。在不同方面都提高了风冷柴油机的指标和性能。 关键词 ：风冷柴油机，排气门，风扇，气缸盖 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 F F 4100 100 is of of to of of is at of of of In it to of We of of be to in to of We of it on of In to of is to of It we of to a of of at 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第 一 章 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第二章 风冷柴油机气缸盖的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 1 气 缸 盖 的 材 料 . . . . . . . . 2 . 2 气 缸 盖 的 工 艺 . . . . . . . . 2 . 3 气 缸 盖 的 工 作 条 件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 4 风冷气缸盖的主要结构尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 油 器 的 布 置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 . 6 进 排 气 道 的 布 置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 . 7 气缸盖螺栓的布置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 第 三 章 转 子 油 泵 的 选 择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 环 油 量 的 计 算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 子 油 泵 的 计 算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第四章 冷 却 系统 的 布 置 与设 计 . 却 系 统 的 总 体 布 置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 . 2 导 风 罩 的 布 置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 . 3 散 热 片 的 布 置 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4 . 4 散热片的传热计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 却系统的热力计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 却 风 扇 的 选 择 与 布 置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4 . 7 风扇的设计计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 第五章 总结 . . 30 参考 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 第一章 前 言 经过几十年的发展和研究，水冷内燃机已达到相当完善的程度，但在水冷内燃机所发生的故障中，不少故障仍然是由于冷却系引起的，如接头松脱漏水，水泵、气缸 套密封的失效与破坏，水泵、气缸套的穴蚀等。风冷内燃机不存在水冷却系通 , 所以与水冷内燃机相比 , 风冷内燃机有一些独特的优点： 1、使用可靠，对环境适应性强。尤其在无水的沙漠、热带和寒冷等严酷地区，更能突出风冷内燃机适应性强这一特点。在气候上，风冷内燃机在干燥、湿热等气候条件下不会出现过热，在极寒冷地区又不会出现过冷，这大大有利于发动机的长期工作，使用更可靠。 2、使用方便，生命力强。风冷内燃机包括冷却系经常作为一个整体，省去了冷却水散热器及不少安装管道，使用方便，减少了保养点，同时这种整体式动力装置可使其外 形尺寸最佳，质量减轻。 3、启动后短时间内即可投入全负荷工作。风冷内燃机起动后暖机时，气缸体散热片周围是冷却气流，气缸体的热容量比较小，气缸壁面温度上升快，缩短了暖机时间，发动机在短时间内即可投入全负荷工作，同时减少了气缸体的冷态磨损。 4、风冷内燃机对大气温度变化的反应不太敏感，故风冷内燃机的热状况比水冷式的稳定；工作过程缸壁温度高， 有利于降低腐蚀磨损。 5、通用化、系列化、标准化程度高。多缸风冷内燃机各缸采用独立的气缸盖、气缸体，呈“积木式”结构，可以互换，互换率可达 2/3左右，因而可减少零件储备和减 少整个运营费用，并且可以提高系列化程度。 6、配套面广。许多风冷柴油机具有多功率输出点，多种配套连接方式和不同的辅件装置，在结构上提供了一机多用的可能性，加上自己独立完整的冷却系，给用户配套安装带来很大方便。 在气缸盖方面，在内燃机发展早期，由于受空气动力学和冶金学的限制，使用空气直接冷却内燃机的受热件，如气缸盖等零部件不能很好的得到应用，所以风冷发动机发展缓慢。但由于风冷发动机有着水冷发动机所不具有的优买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ，在第二次世界大战前后，由于军事上的需求与推动，风冷柴油机得到迅速发展。产品品种、性能指标、使用范围， 都有相当大的扩大和提高。 这得益于以下相关技术的不断进步： 1、铝合金的高温强度有了相当大的提高，铝合金的气缸盖最高耐温可达553K; 2、直接喷射燃烧系统的应用，大大减小了气缸盖 的热应力并提高了内燃机的热效率； 3、气缸盖、气缸体散热片铸造技术的发展和大功率、高效率轴流风扇的开发，使风冷内燃机的升功率、质量功率、体积功率、燃油消耗率、可靠性等达到了水冷内燃机的同等水平，甚至在某些场合还优于水冷内燃机）。 以上三大因素大大促进了风冷发动机气缸盖等零部件的发展，也就直接的带动了风冷发动机行业的飞速发展。 在本 次气缸盖的设计上，是参考风冷柴油机的特点和普通柴油机的设计原则，在满足发动机的各性能参数和总体要求的前提下，从气缸盖的工作条件、材料的选择、喷油嘴的布置、进排气道的布置、加工工艺、螺栓的布置等处着手而设计出来的。 从国际上来看，比较有名的 是 德国的道依茨 ( 风冷柴油机。我国就引进了一系列的道依茨产品，如 B / 12/913/C 系列风冷柴油机，该机是直列四、六缸、四冲程风冷柴油机，有直接喷射和涡流室（低污染）两种燃烧方式，功率范围： 32 141 扭矩 230 620。该系列柴油机具有结构合理、易于维修和保养、操作简便的特点，并且由于省去了复杂的水冷系统，使该机在干旱、高温、高寒地区一样运转自如。目前该机有 46F 6L 912W , F 6L 913, L 913( 增压 ), L 913C （增压中冷）以及高原型等基本型。在工程机械、车辆、农业机械、发电机组、船舶等方面有着广泛的用途。 现在德国道依茨公司又开发出新一代 13/ /列风冷柴油机，具有可靠性高、适应性好、功率范围宽、扭矩大、油耗低等优点，排放指标达到欧洲号标准。 本次设计的 4100风冷柴油机是在 12/913系列风冷柴油机的基础上，以市场导向为依据 ,力求满足 特种车辆、工程机械、石油设备、轨道车辆 ,空气压缩机 ,气垫船 、野外发电 等领域的需要。且力争在发动机动力性 ,经济性买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 放等方面有较大突破和提高的前提下而设计出来的。 具体而言： 4100风冷发动机本质上属于高温冷却，即具有高温冷却的一些特点，能在严寒、酷暑的恶劣的环境下工作，减小了水冷发动机在同样环境下不易工作所带来的不利影响。它 具有工作可靠性高、使用、保养方便，生命力强等多方面的优点，弥补了水冷发动机所带来的不足，在工业生产和 人民生活中具有不可替代的作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二章 风冷柴油机气缸盖的设计 本次所设计大 4100 风冷柴油机的主要技术规范 缸径 100 缸数 4 冲程数 4 12 小时持续功率 44转速 2150 /平均有效压力 活塞平均速度 程 120 连杆比 缩比 17 缸心距 130 气缸盖的主要功能是与气缸体组成燃烧空间，同时，还要散走高温燃气传给它的大量热量。风冷内燃机的气缸盖结构比水冷的更为复杂，它承受的热负荷和机械负荷更大，如果设计不好，工作时将产生裂纹，导致发动机不能正常工作。 本次设计的气缸盖选择单体式铸造，曾块 状，各气缸的气缸盖可以互换。以下各节将详细介绍。 缸盖的材料 本次设计的气缸盖的外形复杂，上面布置有节距较小、高度较大、而壁厚较薄的散热片，以满足发动机冷却的需要。所以气缸盖材料要有良好的铸造性能、足够的热交变强度和良好的导热性能。 风冷柴油机的气缸盖结构复杂，工作条件恶劣。从热强度考虑要求材料的导热率大，高温持久强度和蠕变强度高，弹性系数与膨胀系数小；从机械强度考虑，要求材料的疲劳强度高；从刚度考虑，要求材料的弹性系数大；买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 制造工艺考虑，要求材料的铸造流动性和机械加工工艺性好。 铝合金在工作温度 低于 220 C 时具有较高的强度，它的导热性能好（是铸铁的 3 4 倍），有利于降低气缸盖底平面温度。它的熔点低、铸造流动性好、且质量轻。由于铸造技术的发展，使得铝合金材料的硬度也大副提高，且不影响延展性，同时高温疲劳强度也有所改善。这些特点使得铝合金在风冷气缸盖材料上得到广泛应用。但是相对于铸铁来说，铝合金材料具有价格昂贵、强度低、刚性差等缺点。 特殊情况下，为了集中铸铁和铝合金各自的优点，先将排气道或气缸盖底部与进排气道用铸铁制造先经铝化处理，然后再用铝合金浇 注。但是由于工艺复杂、成本高，使用的不多。 鉴于以上要求和综合考虑各个因素的影响，本次设计选用高硅铝合金。 缸盖的工艺 气缸盖采用金属硬模铸造。用一台四工位自动浇注机浇注，包括下芯、浇注和取坯等操作。 气缸盖进排气道采用壳芯，散热片砂芯采用多工位射芯机，气道砂芯采用多工位热芯机。砂芯、壳芯采用覆膜树脂砂。 铝合金采用油炉熔化，熔化后将铝水倒入保温坩埚，通入氯气进行净化处理。通气时间为 10气缸盖浇注温度为 1033 1053K 。炉料配置为：新料 50%、浇冒口和回炉料 50%。模铸完毕要冷却 230 270s 后取模，再进行时效处理。 气缸盖机械加工完后，再在加热炉中加热到（ 483 503K ）后取出，放入气门导管和气门座圈，然后用铰刀铰导管内孔到规定尺寸。最后在一台专用磨床上以气门导管内孔为基准插入心棒，使气缸盖旋转，用砂轮磨削座圈的 45 C 锥面，锥面相 对于气门导管内孔的径向跳动不大于 45 C 锥面的圆度应小于 直线度小于 缸盖的工作条件 风冷柴油机气缸盖如图 2 1 所示 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 图 2风冷柴油机气缸盖实物图 风冷柴油机气缸盖有着多种功用，主要功用是密封气缸的上平面，与气缸、活塞共同组成燃烧空间。此外，还必 须散走高温工质传给它的大量热量。 由于空气和金属的传热效率没有水和金属的效率高，所以风冷内燃机的气缸盖的温度较高，特别是排气门、“鼻梁区”和喷油嘴等处，加上气缸盖的结构复杂、燃烧室和排气道受高温气体的作用，外表面和进气道却受冷空气的作用，各部分的温度分布极不均匀，因而产生很大的热应力。 通常风冷柴油机的气缸盖做成单体式，而气缸体的螺栓的数目又少，螺栓预紧力较大，加上在内燃机工作过程中，由于受气缸内周期变化的气体压力的作用，使气缸盖要承受很大的压缩和弯曲应力，因而气缸盖受到很大的压缩和弯曲应力，它受到的机械负 荷也很大。 由此可以看出：气缸盖的 工作条件是极其恶劣的，它承受着很大的机械负荷和热负荷，所以，本次设计的 4100 风冷柴油机的气缸盖做成单体式。为了便于散热，减少热阻，其紧固螺栓数目比较少。为了使气缸得到良好的密封必须增大螺栓的预紧力。柴油机工作时，由于受气缸内周期变化的气体压力作用，使气缸承受着很大的压缩应力和弯曲应力。另一方面，燃烧时活塞处于上止点附近，气缸盖底部与排气门受到高压、高温和高速下流动着的燃气冲刷，而外表面和进气道又要受到冷空气的吹拂，因而使各部分温度分布极不均匀，由此产生的热应力远远超过机械 应力，总的效应是机械应力和热应力的叠加，使气缸盖受力的情况相当复杂。 这些都是风冷内燃机气缸盖不同于水冷气缸盖之处，我们在设计时都得加以考虑。针对风冷机气缸盖的特点，它应该满足以下要求： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 、冷却效果良好。要合理布置散热片，即散热片的表面积大小应与需要散出的热量相适应。保证高温区得到良好的冷却，特别是“鼻梁区”并应尽量使气缸盖各部分的温度分布均匀； 2、具有足够的刚度和强度。在承受气体压力和热应力时，不容易产生变形，能可靠工作，并保证气缸盖和气缸体之间的可靠密封； 3、根据混合气形成与燃烧过程的需要，合理的 布置进排气道、喷油器和燃烧室形状，减少进排气道的阻力，确保较高的充量系数； 4、结构形状尽可能的简单，制造工艺性好，维修方便； 5、总体布置上要便于维修，冷却气流通道不易堵塞，并易于清理。 冷气缸盖的主要结构尺寸 风冷气缸盖的高度 ()H 一般要比水冷高，以提高刚度和满足散热片布置的需要。单体式铸造而成的气缸盖，由于构造简单，使散热片的布置比较方便。 气缸盖地板厚度对于气缸盖的刚度、强度和热负荷影响很大，对其影响因素应予以综合考虑，风冷气缸盖一般也要比水 冷厚。 气缸盖鼻梁区受交变热负荷和爆发压力的影响很大，在长期工作后，往往由于热疲劳而发生龟裂。因此该部宽度（ b ）不能太小，通常在 5上。一般约为气缸直径的 5% 12%。 避免鼻梁区裂纹的特殊设计措施： 1、在气缸盖底面、相应鼻梁区部位上铣一个凹坑； 2、采用双金属结构。但是由于进、排气门座间存在温度差，铸造而成的眼睛形气门座容易发生变形； 3、在气缸盖底板、鼻梁区部位镶铸两个防裂弧形钢片。拉弧形钢片不经特殊处理铸入即可。钢片与铝合金体间的结合并非十分紧密，使“鼻梁区”的金属有了自由膨胀的可能性，热应力大大减小。当出现拉应力时，钢与铝的结合面上有出现裂缝的倾向，拉应力即可消除，而钢片与铝合金体之间微小的裂缝最多延伸到钢片弧形的根部即可终止，不会导致气缸的破坏。 本次设计在气缸盖鼻梁区的上方设有冷却风道，这是为了减轻“鼻梁区”的热负荷，防止发生龟裂。气缸盖还需要定期做“鼻梁区”热疲劳脉冲试验。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 50s 内使气缸盖“鼻梁区”温度从 371K 上升至 583K ，又在 50s 内使温度由 583 K 降至 371K ，并对气缸盖进行吹风冷却，冷却风压力为柴油机风压室压力，以模拟柴油机气缸盖工作条件，如此反复进行 3000 次，再解剖检查防裂钢片根部气缸盖上的裂纹长度，不大于 12合格 。 气缸盖高度 H 与所选用的气门机构、气道布置等因素有关。增大高度不仅可以提高气缸盖的刚度，改善气缸盖与气缸的密封性，而且能满足散热片布置的需要，有利于减轻气缸盖的热负荷作用。因此，四冲程风冷柴油机气缸盖的高度，一般要比水冷柴油机高。本次设计的气缸盖结构示意图如图 2 2 所示： H 气缸盖高度 116 h 通风高度 88（对分开式，）； 2 a 底板厚度 40 b 鼻梁区宽度 5 气缸盖的结构尺寸如图 2 2 所示。 图 2 2 气缸盖结构示意图 依照传热导理论，汽缸底板内部的热传导公式为： )/(221 式中： 2a 气缸盖底板厚度，单位 1T 气缸盖底板燃气侧（火力面）壁面温度，单位 K ； 2T 气缸盖底板冷却空气侧壁面温度，单位 K ； q 热 流密度； 气缸盖材料的导热系数， /( )W m K 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 此可大致确定气缸盖底板厚度为 38 一般情况下，只有在对外型尺寸和重量指标有特殊要求的风冷柴油机上，如缸心距小，气缸盖各部分的布置又比较困难，才采用整体式气缸盖，但是其工艺要求高。难以做到均匀冷却，容易发生变形，漏气等故障，设计时要特别谨慎。 本次设计采用通用的单体式气缸盖（一缸一盖）形式。这种结构 有着比较 大的自由变形余地，热应力问题比较容易解决，制造维修比较方便，铸造质量容易保证、废品率少。而且每个系列各种机型的气缸盖可以互换，对于大批量生产与产品变型的适应性好。另外，从解决与气缸结合处的密封性问题来看，选用单体式气缸盖也有着较高的可靠性。 油器的布置 喷油器的布置是一个关键问题。气缸盖过热会使喷油嘴烧坏、积碳增加。为了使喷油嘴能长期地工作，喷油嘴的尖端温度应低于其回火温度，（具体数值因材料、热处理工艺不同而异）。因此一般喷油器布置在气缸盖的进风侧，以便得到有效的冷却，保证可靠工作。喷油器安装时用 两片叠加在一起的弹性压板压紧在气缸盖的喷油器座内。在喷油器和气缸盖之间放有紫铜垫片，以减轻喷油器的热负荷。图 2 3 为喷油器安装示意图。 图 2 3 喷油器安装示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 排气道的布置 本次设计的进排气道均布置在气缸盖的排风侧，排气道出口设在气缸盖外侧，进气道入口也设在气缸盖外部。这种布置进气道较长、阻力较大，不利于提高冲气系数。这主要受气缸盖结构的影响，为了使气缸盖结构紧凑和方便散热片的布置，以便有利于气缸盖的冷却。气道的布置主要是指进气道的布置，进气道直接影响到柴油机 的功率指标和经济指标，而排气道的影响比较小。常用的进气道有三种主要结构：即普通气道、切向气道和螺旋气道。 这次设计把气道设计成螺旋型，保证在燃烧室中建立一定涡流比的空气涡流，这样能加速混合气的形成，改善燃烧质量，从而提高发动机的动力性、经济性、排放性。 气门采用 V 形布置，夹角 13C ，增大了“鼻梁区”冷却通道和散热面积，这有利于冷却气缸盖的“鼻梁区”。 缸盖螺栓的布置 气缸盖螺栓是气缸盖与气缸体之间的 连接件，它的位置与数量对于气缸盖和气缸体的受力情况、气缸盖与气缸体之间接合面密封的可靠程度、以及气缸套的变形大小都有很大影响。螺栓数目要足够，以保证压紧均匀，减小局部变形，密闭可靠。增加螺栓数目，每个螺栓直径可以相应减小，相对与气缸盖间的柔性变大，故能减小螺栓上载荷的交变分量，因而相应的可以降低预紧力，同时两螺栓的距离减小，对于气缸垫片的压紧更加均匀，减少了垫片漏气的可能性。但是，螺栓的布置又受到气道、推杆孔、和气缸中心距等具体结构的限制，所以螺栓数目也不能随意增多。 螺栓分布应尽量相对与气缸中心线分布，否 则可能由于气缸受力不均匀引起局部变形，各螺栓中心线最好沿着气缸中心线一定圆周切线布置，以改善螺栓的受力分布状况，以便提高气缸盖与机体的密封能力；各螺栓所分摊的压紧面积要基本相同，以保证压力均匀。 本次设计的气缸盖螺栓的布置就是遵循上述原则，数量为四。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 三章 转子油泵的选择 本机机油泵采用转子油泵，采用内啮合的齿数很少的转子，其结构紧凑、外形小、不占用机器空间；采用粉末冶金烧结的内外转子，保证省工、省料、成本低。因此，本机就选择了近年来国内大多发动机都采用的转子油泵。 机油泵的结构参数主要决定于 油泵的供油量。而机油泵的供油量又决定于润滑系统的循环油量。下面小节将对转子油泵的选择进行计算。 环油量的计算 单位时间内流经主油道的机油量，叫做循环油量。它包括润滑轴承、润滑凸轮轴、润滑气门组和冷却活塞等所需要的油量，但不包括经过细滤器、调压阀等旁通掉的油量。循环油量可以通过必须被机油从零件中带走的散热量 算出来，在本机中，传入机油中的热量约为气缸中放热量的 用公式表示： ：每小时加入内燃机的热量； 由内燃机原理可知，内燃机汽缸每小时的发热量： 3600 ef =65876 /kJ h 式中：内燃机功率 e 内燃机的有效功率，本机取 由此得： 0 . 0 1 7 36000 . 3 4 （ 160 280） kJ h 本机采用机油冷却活塞的方式，则通过机油散出的热量可达 6%左右。 则： （ 620 860） kJ h 这样，机油循环量可以用下式求得： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 式中： 机油的比重，一般取 = ； C 机油的比热，通常 C =； t 机油进出口的温差，一般取 8 15 C 。 将上述经验数据代入上式可得机油循环量如下： 不用机油冷却活塞 eV=7 17） （ /=（ 25 34） （ /，故： eV=25 34） （ /=） = 子机油泵的计算 为了使机油泵的供油量要在任何困难的工作条件下（如低速大负荷、油温高）都能大于润滑系需 要的循环油量，以保证润滑可靠。当内燃机磨损以后，零件的配合间隙就会增加，流经该处的油量也随之增加。因此，循环油量就必须增加，否则就不能保证正常的机油压力，所以要求机油泵供给更多的油量。但机油泵的供油量和供油压力又随着本身的磨损而不断降低。为了解决这个矛盾，在设计该机油泵时，就必须考虑足够大的储备能力，本内燃机又利用机油冷却活塞，所以，储备能力要更大一些。一般情况，机油泵的实际供油量比润滑系的循环油量大 2 3 倍。机油泵供给的多余机油通过润滑系中的调压阀直接回油底壳。随着发动机的磨损，回油量逐渐减少，当回油停止 时，发动机也接近大修了。 根据以上所述，机油泵的供油量可根据下列公式进行初步估计： 车用汽油机 2 3）eV=（ 3 1） 汽车拖拉机柴油机 2 3）eV=（ 3 2） 热负荷重的柴油机（如用机油冷却活塞、二冲程或风冷柴油机） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 3）eV=（ 3 3） 本次设计为风冷柴油机，故用公式（ 3 3） 得： 2 3）eV= =转子式机油泵的供油量可按下式计算： 61 10p z p v z b n /3 4） 式中：内外转子之间所形成的面积的最大值与最小值之差（可称为一齿工作面积），它可以根据内外转子的齿廓形状用作图法确定（省略）也可按下式计算： 22121()zF z 2 （ 3 5） 式中：1Z 内转子齿数，1Z=4； b 转子厚度 12, 内转子的长半径和短半径 内转子转速，一般 000 3000 / 转子泵的容积效率，一般取 把公式（ 3 5）和 1018转子油泵带具体参数入公式（ 3 4）得：22120 . 0 0 3 1 4 ( ) 1000 pp v = （ 3 6） 经计算，选择 1018转子油泵，其具体尺寸参数如表 3 1 所示 : 表 3 1 1435子油泵的尺寸参数 型号 一齿工作面积2 量转 速/升 分转 分偏心距 e 创成半径 R 外转子齿型圆半径 a 14353835 000 28 型号 限制圆半径 2l 外 转 子齿 型 内切 圆 半径 2r 外转子外径 D 内转子长半径1内转子短半径 2内转子孔径 0 143541 27 50 17 10 14 22 59 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 四章 冷却系统的布置与设计 风冷柴油机冷却系统的优劣，直接影响风冷柴油机的工作可靠性和经济性。冷却系统的设计要点是：冷却系的布置、导风罩的布置、散热片布置设计和冷却风扇的选型与设计等。 却系统的总体布置 本机的冷却风扇采用水平布置，详图见该机横剖图，冷却风扇产生的冷空气储积在风压室内，并在风压室建立起一定的压力，并按各零部件冷却通道阻力的大小分配不同的风量，保证各零部件都能得到可靠的冷却。 冷却空气流通路线如下： 气 缸 盖气 缸 体大 气 风 扇 静 叶 轮 风 扇 动 叶 轮 机 油 散 热 器附 件漏 损 等为了形成压力室，在本次设计时，专门布置了导风罩，下节将作详细说明。冷却空气首先集中在导风罩中，在由此吹向所需冷却的零部件，如气缸体、气缸盖等。为了防止气流产生死区，后挡风板开有排风口，以利于气流的流通。从而提高了发动机的散热效率。 风罩的布置 为了保证风冷内燃机冷却系统可靠而有效的工作，不仅需要一定的风量，而且各部分要有一定的风量分配，以满足气缸 盖、气缸体等零件不同散热的需要，并使其冷却均匀、温差小。在内燃机上，冷却风量的分配一般通过两种途径来实现： a 、在进风侧安装导风罩，引导并供给冷却空气给各需要冷买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 的部件； b 、在出风侧设置挡风板，利用档风板的排风口面积大小来控制、调节被冷却部件所需的风量。 在冷却过程中，由于有缸盖螺栓、推杆套管、进排气道等装置，使得冷却空气流动十分复查，难以做到均匀冷却。所以应根据气缸的排列及风扇的安装位置，来选择和安装挡风 板、导风罩。通过改变气流进、排气口的面积，引起阻力的变化，调整流向各个部位的风量，从而改变气缸盖和气缸体各部位的温度分布状态，达到均匀冷却的目的。 本次设计所用的导风罩是由前、后挡风板、导风罩上下片、上挡风板、气缸体挡风板组成。导风罩采用半固定、半可卸式的上、下两个半体，这样利于拆、装。从导风罩的类型分类，分为四种类型： a 、狭口导风罩； b 、宽口导风罩； c 、方型导风罩； d 、开缝式导风罩。 本设计采用 b 种类型。 热片的布置设计 一、散热片设计 散热片形状从理论上考虑最理想的是抛物线型，沿剖面纵方向的热梯度一定、热效率高，并且风道阻力小，材料得到最有效的利用。但是实际上， 鉴于散热片剖面形状对散热效率影响不大（一般不超过 8%），因此，取用时往往要考虑结构、工艺性上的可能性。抛物线制造困难，一般不用。通常采用梯形或者矩形散热片，用梯形的多一些， 如图 4 1 所示。其根部厚度 b =4顶端厚度 m =2.5 节距 t =7散热片间距 s =5高度 h =35 图 4 1 散热片结构示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 、散热片的布置 根据燃烧室的形式，在需要重点冷却的地方集中设置散热片。散热片的布置应注意以下事项： 1、散热片的布置要有利于冷却空气的导流和最佳分配； 2、散热片的布置要能促进气缸盖底部的热量尽快的传到外面去； 3、散热片应该有助于气缸盖的刚度和强度的提高； 4、在排气口周围应 该多设置一些散热片。 由于风冷柴油机气缸盖的结构较为复杂，这就给散热片的布置带来了一定的困难。通常有以下三种布置方式： 一、垂直布置 从散热的角度来看，当散热片垂直于散热表面时，散热效果最好，但是由于气缸盖具体结构的限制，能布置散热片的空间比较小，若全部采用垂直布置，很难满足散热要求。 二、水平布置 当散热片水平布置时，散热片与进、排气道壁及气缸盖上的其它筋条相连，这有利于提高气缸盖的刚度。而且垂直筋条起着让散热量在散热片上合理分配和冷却空气的导流作用，因而气流阻力较小。但是这种结构的气缸盖底部的散热效果比 较差，特别是当散热片没有垂直与“鼻梁区”布置时，使得该区的热量首先要传递给进、排气道壁，然后再通过散热片传出去，不利于散热，从而导致鼻梁区温度过高，气缸盖的热应力比较大。 三、混合布置 在现代四冲程风冷柴油机中，气缸盖上的散热片通常采用既有水平布置又有垂直布置的混合布置方式。这种结构综合了上面两种布置方式的优点。 综上所述，本次设计采用混合布置方式。水平布置的散热片集中在燃烧室周围，由上而下共 13 片，节距 7 散热片厚度 垂直布置的散热片主要布置在鼻梁区上部的冷却空气通道内，共 9 片，节距 6 散热片厚度 热片的传热计算 在 4100 风冷柴油机中，散热问题是一个既重要又复杂的问题，要对发动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 散热片的放热量作精确计算，特别是对气道空气阻力的计算，是非常困难的。因此在设计本机时，广泛查阅了同类型内燃机的统计资料和实验资料，利用以下理论知识，对散热片进行了初步估算，以便在确定合理的散热 片形状时做参考。 1、冷却风必须带走的热量 Q 通常由下面的经验公式求得： 3600e e ： A 传给冷却系统的热量占燃料热能的百分数，对柴油机 A = 这里选 A = 内燃机燃油消耗率； 内燃机功率； 燃料低热值。 忽略机油散热器所传给冷却系统的热量，可得： Q =kJ s 2、系统所需冷却空气的质量却空气的体积流量式求得： 21()a p a t t /kg s 321/()aa a a m st t c 式中，1流向气缸的空气温度；2离开气缸的空气温度； 空气定压比热，可查的 式中kJ a 1般 a=m （12 aa ）在 0 50 C 之间变化，在有导风罩时取上限 50 C 。 经计算可得： 。 却系统的热力计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 节 中已经计算出： 冷却空气的体积流量 即 冷却空气所带走的热量 即 Q =kJ s 由第三章内容可知，所选择的机油泵单位时间内供油量是： 22120 . 0 0 3 1 4 ( ) 1000 pp v = （ 4 6） 再由下面公式得出机油冷却所带走的热量： 2 . . t c 式中： 机油的比重，一般取 = ； C 机油的比热，通常 C =，取 ； t 机油进出口的差，一般取 8 15 C . 取 12 C 。 经计算得： 2Q=kJ s 冷却系统所冷却的总热量为 2=kJ s 却风扇的选择与布置 一、风扇的选择与布置 冷却风扇与柴油机风道的配合及其性能指标对柴油机工作的可靠性和经济性都有重要影响。 按照引风方式的不同，有吸风冷却和吹风冷却，一般说来，吸风冷却虽然可以使冷却空气分布均匀，但是其冷却效果比较差，气缸最高温度比吸风冷却高 4 6 C ；而且要吸出已经被加热的冷却空气，必须相应的增加冷却风扇的尺寸及驱动功率，且吸风冷却通常所需要的风压比吹风冷却高 12 23%，驱动风扇所需要的功率比吹风冷却高 15 22%。同时，对导风罩的密封性要求比较高。因此，除少数特