开题报告-488Q天然气发动机总体方案设计和计算.doc

毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 学 号： 学院：机电工程学院 专 业： 热能与动力工程 设计(论文)题目：488Q天然气发动机-总体方案设计和计算 指导教师： ） 2015年 4月 10日1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500字左右的文献综述（包括研究进展，选题依据、目的、意义）文 献 综 述一、天然气发动机特点天然气汽车是以油改天然气为燃料的一种气体燃料汽车。天然气甲烷含量一般在90%以上，是一种很好的汽车发动机燃料。车用压缩天然气的压力一般在20MPa左右。可将天然气，经过脱水、脱硫净化处理后，经多级加压制得。其使用时的状态为气体。1、 燃烧稳定，不会产生爆震，并且冷热起动方便。2、 压缩天然气储运，减压，燃烧都在严格的密封状态下进行，不易发生泄露。另外其储气瓶经过各种特殊的破坏性试验，安全可靠。3、压缩天然气燃烧安全，积碳少，减少气阻和爆震，有利于延长发动机各部件的使用寿命，减少维修保养次数，大幅度降低维修保养成本。4、可减少发动机的机油消耗量。5、使用压缩天然气与汽油相比，可大幅度降低，一氧化碳，二氧化硫，二氧化碳等的排放。并且没有苯，铅等致癌和有毒物质危害人体健康。2、 天然气发动机业内评价 1、天然气汽车是清洁燃料汽车.天然气汽车的排放污染大大低于以汽油为燃料的汽车，尾气中不含硫化物和铅，一氧化碳降低80%，碳氢化合物降低60%，氮氧化合物降低70%.因此，许多国家已将发展天然气汽车作为一种减轻大气污染的重要手段.2、天然气汽车有显著的经济效益.可降低汽车营运成本，天然气的价格比汽油和柴油低得多，燃料费用一般节省50%左右，使营运成本大幅降低.由于油气差价的存在，改车费用可在一年之内收回.可节省维修费用.发动机使用天然气做燃料，运行平稳、噪音低、不积炭，能延长发动机使用寿命，不需经常更换机油和火花塞，可节约50%以上的维修费用.3、比汽油汽车更安全首先与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料.这表现在：燃点高.天然气燃点在650.c以上，比汽油燃点（427.c）高出223.c，所以与汽油相比不易点燃.密度低.与空气的相对密度为0.48，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧的浓度.辛烷值高.可达130，比目前最好的96号汽车辛烷值高得多，抗爆性能好.爆炸极限窄.仅515%，在自然环境下，形成这一条件十分困难.释放过程是一个吸热过程.当压缩天然气从容器或管路中泄出时，泄孔周围会迅速形成一个低温区，使天然气燃烧困难.其次，压缩天然气汽车所用的配件比汽油车要求更高.表现在：国家颁布有严格的天然气汽车技术标准.从加气站设计、储气瓶生产、改车部件制造到安装调试等，每个环节都形成了严格的技术标准.设计上考虑了严密的安全保障措施.对高压系统使用的零部件，安全系数均选用1.5-4以上，在减压调节器、储气瓶上安装有安全阀，控制系统中，安装有紧急断气装置.储气瓶出厂前要进行特殊检验.气瓶经常规检验后，还需充气作火烧、爆炸、坠落、枪击等试验，合格后,方能出厂使用.中外发展天然气60年来，从未出现过因天然气爆炸、燃烧而导致车毁人亡的事实证明，压缩天然气汽车是十分安全可靠的.4、CNG汽车的动力性略有降低.燃用天然气时，动力性略下降515%.5、改装一次性投资较大，改装一辆CNG汽车大约需4000-6000元，随着日后技术的不断进步，费用会继续降低。三、国内外研究现状1.目前国内外大多厂家的天然气发动机都是由柴油机改装, 天然气与柴油相比其燃烧特性区别很大, 相应关键部件必须重新设计1, 主要有: 1) 气缸盖部件设计, 加强火花塞周围的冷却效果, 改进气道涡流, 减少火花塞周围的涡流2, 使缸内混合气体更容易点燃; 气门和座圈的锥面结构改进和选用新型材料, 减小由于排温高和天然气无润滑性等因素造成的气门和座圈磨损。2) 凸轮轴设计, 减小气门重叠角, 保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及HC 排放、降低排气温度。3) 活塞设计, 实现更快和更充分的燃烧、缩短火焰传播距离以降低爆震倾向。以上部件优劣是影响天然气发动机性能的重要因素。2.目前天然气发动机大部分采用稀薄燃烧技术,与当量燃烧相比发动机缸内燃烧温度较低, 因此,可以减小热损失和热负荷, 提高了热效率、改善了燃料经济性, 同时可以减少NOx 排放。天然气动机的燃烧、排放及燃料消耗率随过量空气系数的变化情况, 如图1 所示, 综合排放性和经济性考虑, 当过量空气系数1.5 左右时最佳, 所以稀薄燃烧技术是天然气发动机的最佳选择3。 3. 目前天然气发动机普遍采用单点喷射稀薄燃烧技术, 优点是空气和燃料预混合充分均匀, 失火和爆能得到很好控制, 但是发动机的响应速度略显迟缓; 而采用多点喷射技术面临很多问题, 因为目前中等功率以上天然气发动机均由柴油机改制而成, 原机各缸进气量的差异约10%15%, 加之喷射阀燃气供给量差异约5%10%, 这样各缸的空燃比总体差异约15%25%。而稀薄燃烧一般失火极限控制在5%10%之间, 同时还受到燃气气质和环境等因数的影响, 多点喷射很可能造成发动机的失火和爆震等非正常燃烧。在多点喷射控制技术不成熟之前, 预混合单点精确喷射控制在目前市场占主导地位。 4.当量燃烧天然气发动机需要点火能量是汽油机的3 倍左右, 而稀薄燃烧天然气发动机需要的点火能量是当量燃烧的1.5 倍左右, 那么稀薄燃烧天然气发动机是汽油机的4.5 倍左右, 可见天然气燃料火性能更差。这样传统的汽油机点火系统根本不适应于天然气发动机。因而需要采用高能量数字点火技术, 计算机芯片来精确控制点火的能量和时间: 1) 点火能量太小不能满足发动机性能要求, 点火能量过大又是浪费, 而且涉及到相应部件( 点火线圈、高压线和火花塞等) 的承受力问题。在现有部件能够承受的条件下, 将点火能量控制到一个能够满足需要的合适程度是十分必要的。2) 准确的点火时间对发动机的燃烧效率至关重要, 利用计算机技术可以控制点火的时间, 其精确度可以达到微秒级。四、研究目的 以4G15S为原型，改进研发出488Q。综合考核学生四年所学知识掌握程度，以此培养学生对课题的研究等综合能力。使学生熟悉内燃机设计中项目计划，工作进度安排，查阅相关资料，方案对比和最终方案确定，设计计算，图纸表达和撰写设计报告。设计答辩过程，巩固和提高机械设计，内燃机知识，材料知识，工艺知识，计算机绘图和答辩演讲的能力，初步获得运用所学的基础知识和专业知识解决工程实际问题，达到综合锻炼的目的。五、研究意义 本次发动机的机体设计，意在对4G15S进行改良升级，考虑我国压缩天然气燃料的燃烧特点以及国内外天然气发动机的发展现状制定出改良计划，设计出具有优良动力性能，经济性的实用机型。2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、课题的研究内容 1.本课题的主要任务 以4G15S为模型，要求设计488Q天然气发动机，具有特征：直列4缸缸径88.0mm， 自然吸气，压缩比12.5，双顶置凸轮轴摇臂驱动气门（DOHC），16气门，多点喷射（MPI）铝合金机体，干式气缸套，用于经济型轿车配置。由此可见，此设计关键之处是要将机体改为铝合金，汽缸套为干式，进而优化设计，完成488Q天然气发动机的的参数设计。 2.本课题解决的问题本课题意在改进4G15S，铝合金机体能充分减轻整机重量，以及改进之后能达到更好的动力性能和经济性能。二、课题的研究步骤和方法 1.查阅相关资料 了解内燃机特别是车用天然气发动机的国内外现状，常规结构和典型升级技术，先进制造技术工艺技术，汽车对发动机技术性能的要求，环保对发动机排放的要求，发动机计算和设计方法。重点了解发动机机体的类型，结构和强度计算。锻炼能熟练查阅技术文献，资料，手册，工具书等的能力。 2.拆装4G15S汽油发动机了解并分析结构，确定改型方案。重点了解机体总成的结构，冷却方式，原机型的机体总成参数和对整机工作的影响。拆装是要同步拍摄照片，注意方法，确保装配准确。同时对实验室同期拆装的其它发动机机构进行了解和对比。 3确定设计技术方案 在方案设计阶段，应当对多种方案进行研究和对比，经过筛选，留下少数方案，便于指导老师讨论，做出最后的选择。设计要点和需要考虑的问题：1. 压缩天然气燃料CNG的燃烧特性和动力性能与汽油燃料的不同特点；2. 原机型的机体总成结构和材料，冷却方式，对整机工作的影响；3. 新的机体总成结构，冷却和润滑通道，结构参数，设计理由：（由连杆运动轨迹确定内腔空间此存）4. 机体为铝合金，湿式气缸套结构，如何减轻重量并保证足够的强度和刚度，耐磨损和耐腐蚀性；汽缸套结构；冷却水套；润滑道结构；5. 对曲轴的支承结构和油底壳及其他附件的安装结构；6. 机体的加工工艺；三、绘制图纸采用CAXA或者CAD制图，要求设计图纸符合国家标准，结构表达完整，尺寸标注正确，必要的技术要求，标题栏符合规范。四、编写设计说明书将方案经行全面的分析，论证，将自己在设计中考虑的问题的出发点，决策依据，计算和说明予以充分的表达。汇成一本设计说明书。说明设计书应该一边设计一边编写五、准备演讲PPT毕业答辩时需准备好PPT，务必在答辩之前将PPT精心制作完成。参考文献1车用天然气发动机关键技术研究与发展 刘凯 席跃进 上海柴油机股份有限公司,上海2004382陈家瑞 汽车构造（上 下册）第五版 人民交通出版社，2006年6月3周龙保 内燃机学M. 北京：机械工业出版社4标准GB18047-2000 车用压缩天然气5汽车发动机总成拆装. 华东科技大学出版社，20076朱仙鼎 中国内燃机工程师手册 上海科学技术出版社 2000年9月7王明华 内燃机节能手册 化学工业出版社8刘克铭，黄永波 辽宁工程技术大学机械工程学院， 辽宁 阜新（123000）9徐兀 汽车发动机现代设计 北京 人民交通出版社 1995年8月10工程热力学 沈维道，童钧耕主编，高等教育出版社11机械设计（第八版），西北工业大学机械原理及