发动机课程设计汇总

1、课程设计说明书设计题目院（系） 专业 班学生姓名完成日期指导教师（签字）华中科技大学目录一 目的与要求1二 设计任务 2三 工作过程模拟计算3四 动力学计算7五 设计感想10参 考 文 献 11附录 A 发动机外特性曲线12附录 B Fg-?、Fj-?、F-? 曲线图 13附录 C FN-?、F L-?、F t-?、Fk-?、RB-? 曲线图 14附录 D 发动机合成扭矩 M k-? 曲线图 15目的与要求1. 目的 发动机课程设计是发动机现代设计课程的后续教学环节，旨在对刚学 习过的发动机设计课程以及发动机原理课程的知识进行综合运用， 加深对专业知 识的理解。 在课程设计环节， 通过总体性能

2、计算 （工作过程模拟计算与动力学计 算）将发动机的结构参数与性能参数结合起来， 弄清结构与性能之间的内在联系； 通过发动机总体布置图设计， 对发动机的总体结构有一个全面而具体的了解， 并 深化对发动机各主要零件的作用和设计要求的理解。2. 要求对提供的教学参考资料要认真分析， 在理解的基础上借鉴， 不要盲目照搬照 抄。独立完成，可以讨论，不许抄袭；按时完成，不得延期。交课程设计材料 （计 算说明书与图纸）时必须通过指导教师的考核，不得代交。计算说明书应包括： 计算目的、已知条件、变量说明、计算结果及说明（分析）等，其中动力学计算 应有受力分析图，曲线图应标明坐标及单位。 所绘图纸应符合工程图纸

3、规范要求。设计任务4110 柴油机总体方案设计1. 技术参数机 型： 立式，直列，水冷，四冲程，废气涡轮增压、中冷 燃烧室 型式 ： 直喷式气缸直径 活塞行程 缸数 发火顺序 压缩比： 17110mm125mm（曲柄半径： 62.5mm）41-3-4-2标定功率 （kW）/ 转速（r/min） ： 140/2300 最大扭矩（ N.m）/转速（r/min）： 640/14501550 外特性最低燃油耗率（ g/kW.h）： 200 标定工况燃油耗率（ g/kW.h）： 210 机油耗率（ g/kW.h）： 1.0 调 速 率： 8% 怠速（ r/min ）： 750 曲轴旋转方向（从前端看）

4、： 顺时针 气门间隙（冷态）： 进气门 0.3 0.4 ，排气门 0.4 0.5 冷却方式： 强制水冷 润滑方式： 压力、飞溅复合式 启动方式： 电启动 配气定时： 进气门开，上止点前 20o；进气门关，下止点后 43o 排气门开，下止点前60o；排气门关，上止点后20o 供油提前角： 上止点前 182o2. 其他有关数据活塞质量： 1.32kg 活塞销质量： 0.58kg 活塞环总质量： 0.088kg 连杆大头质量（直开口 /斜开口, kg）： 1.89/1.98 连杆小头质量 （kg）： 0.704 连杆长度 L（mm） ： 210曲柄销直径： 70mm 曲柄销长度： 40mm 主轴颈直

5、径： 85mm 主轴颈长度（非止推挡） ：36mm 曲柄臂厚度： 28mm 曲柄臂宽度： 126mm工作过程模拟计算发动机工作过程模拟计算采用 AVL_BOOST 软件进行，其计算过程及计算 结果如下。1. 建立计算模型根据发动机机型参数在 BOOST 中建立 4110柴油机计算模型， 如图 1 所示图 1. 4110 柴油机计算模型2. 数据输入计算模型中相关元件的参数主要参考 YC6M-3400 和 YC6M-3500 ，只有气缸 的参数需做部分调整。 根据设计任务所给出的缸径（ 110 mm）、行程（ 125 mm）、 压缩比（ 17）及连杆长度（ 210 mm）对气缸的基本参数进行输入

6、，如图 2所示：图 2. 气缸基本参数输入燃烧模型采用 vibe 模型，燃烧始点及燃烧持续期参数均参照 标定工况下循环喷油量为YC6M-3400，140kW 1 h 210g60 (kW h) 2300( )cycle 40.1065217g / cycle输入后如图 3 所示：图 3. 燃烧参数输入进气门在上止点前 20CA 打开，在下止点后 43 CA 关闭，冷态气门间隙 取 0.4 mm，气门直径取 37 mm；排气门在下止点前 60 CA 打开，在上止点后 20CA 关闭，冷态气门间隙取 0.5 mm，气门直径取 34 mm。据此分别对进、排 气门的参数进行输入，并对气门升程曲线进行调

7、整，使其如图 4 所示。图 4. 气门参数输入（左为进气门，右为排气门）3. 计算结果数据输入完成后进行计算。 在总体参数设置中输入标定工况转速 2300 r/min， 设定每 1CA 记录一次数据，计算 30个工作循环。计算结束后，查看结果发现， 在 30 个工作循环内计算结果已经收敛，说明计算结果符合要求。计算结果显示：标定工况下，发动机指示功率为154.64 kW ，有效功率为132.33 kW，平均有效转矩为 549.429 N?m，指示油耗率 175.4150 g/kWh，有效油 耗率 222.864 g/kWh，涡轮前排气温度 786.3 K，涡轮后排气温度 715.5 K。其缸

8、内气体压力曲线、发动机示功图以及发动机瞬时输出转矩变化曲线分别如图5、图 6 、图 7 所示。图 5. 缸内气体压力曲线图（第四缸）图 6. 发动机工作循环示功图（第四缸）图 7. 发动机瞬时输出转矩变化曲线图 在循环供油量保持与标定工况点相同的情况下， 分别取标定工况点、 最大扭 矩点、最低转速的外特性点、 最大扭矩点左右各取一到两个外特性工况点进行计 算，用这几个点计算出的相关数据绘制出发动机的外特性曲线。 计算得到的数据 如表 1 所示。表 1. 发动机外特性计算所得数据编号转速 n （r/min ）有效功率 Pe （kW）转矩 M （N?m）有效油耗率 ge（g/kWh）180046.

9、05549.659222.072120074.17590.222206.8083150092.45588.535207.40141800107.51570.337214.01952100123.63562.17217.12862300132.33549.429222.86472400136.45542.93224.82382600144.88532.126229.387根据表 1中的数据，绘制出发动机的外特性曲线如附录 A 所示四 动力学计算1. 4110 柴油机的平衡1.1 旋转惯性力的平衡4110 柴油机采用四拐平面曲轴，点火顺序为 1-3-4-2，点火间隔为 180， 经分析可知， 其离

10、心惯性力合力为零， 离心惯性力矩也是零， 其离心力平衡性很 好。但曲轴本身承受有最大达 Fra 的内弯矩， 而且中间主轴承承受较大的离心负 荷。因此，为了减轻曲轴的内弯矩和轴承负荷， 还是要在曲轴上布置如图 8 所示 的四个平衡块。设平衡块的质量为 mp，质心距曲轴轴心 rp，则有22mp r pFrmr r故有，mprpmrr186. 25kgmm取 rp=40mm，则 mp=4.6kg。1.1 往复惯性力的平衡经分析发现，四拐平面曲轴的一阶往复惯性力及一阶往复惯性力矩均为零， 无需外加其它平衡装置。 由于其二阶往复惯性力不平衡， 随着取矩点的不同， 二 阶往复惯性力的合力矩结果也不同， 故

11、其二阶往复惯性力的平衡不予考虑。 当发 动机转速较高时，可考虑使用双轴平衡机构加以平衡。2. 曲柄连杆机构受力分析4110柴油机的曲柄连杆机构受力图如图 9 所示图 9. 曲柄连杆机构受力图以第一缸为计算对象，其气体力 Fg 可由工作过程模拟计算得出的气体压力 pg 求得：3. 14 2 1Fg (pg p0) A ( pg 1.01) 41102 10 1往复惯性力：2Fj Fj1 Fj2 m j r (cos cos2 )(1.32 0.58 0.088 0.704) 0.0625 240.732 (cos 0.2976 cos 2 )其中，2 n 2 3.14 2300rad /s 24

12、0.73rad /s，606062. 50. 2976 。210合成力 FFg Fj据此计算并绘出 Fg-、Fj-、F-图如附录 B 所示 计算出合成力 F后，则侧向力 FN和连杆力 FL 为FN F tan ，cos其中， arcsin( sin ) arcsin( 0. 2976 sin ) 。如图 10 所示，连杆力 FL 在曲柄销处又分解为垂直于曲柄半径的切向力 Ft 和沿曲柄作用的径向力 Fk：FtFL sin()，Fk FL c os ( )离心惯性力：Fr mrr 2 (mk m2)r 2 (1 1.98) 0.0625 240.732 N 10793.8N 由于 mk 未知，为

13、方便计算，这里将取其为 1kg。故， Fk Fk Fr ，从而进一步计算出曲柄销处作用力合力22RBFtFk据此计算并绘出 FN- 、FL-、Ft-、Fk-、RB-图如附录 C 所示。2. 发动机输出扭矩的计算4110 柴油机的点火顺序为 1-3-4-2，每一缸转矩都是一样的，是均匀的，仅 仅是工作时刻即相位不同。其中第一缸的转矩为 M1( ) Ft r ，所以第二缸的转矩 为 M2( ) M1(180 ) ，第三 缸 M3( ) M1(54)0， 第四缸M4( )M1(3 6 )0。故，第一主轴颈所受转矩M0,1第二主轴颈所受转矩M1,2M1( )第三主轴颈所受转矩M2,31,2M1,2M1(180 )第四主轴颈所受转矩M3,4M 2,3 M1(54 0)第五主轴颈所受转矩M4,5M3,4M1(360 )Mk据此计算并绘出合成扭矩 Mk-图如附录 D 所示参考文献1 柴油机 BOOST 基础培训 .PDF2 BOOST 数据处理教程 .PDF3 AVL 全部软件技术描述 .PDF . 上海：李斯特技术中心（上海）有限公司4 袁兆成 . 内燃机设计 M . 北京：