关 键 词：

4张CAD图纸+毕业论文 6110 柴油机 总体 设计 CAD 图纸 毕业论文

资源描述：

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】

内容简介：

大连工业大学 2011届本科生毕业设计（论文）注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。摘 要本篇论文是关于6110型柴油机总体设计的，主要是对6110型柴油机的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。通过热力计算、动力计算以及其它理论计算得到6110型号柴油机的一些性能曲线，并根据性能进行合理的零件设计，从而使6110柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括曲柄连杆机构的设计外，还包括进排气及配气系统设计，燃油输送及喷射系统设计、冷却系统设计、润滑系统设计。关键词：6110型；柴油机；设计；热力计算；动力计算AbstractThis paper is about 6110 diesel engines overall designs, mainly to 6110 diesel engines main motion parts designs as well as some servosystems brief design. Through the thermal design, the power computation as well as other theoretical calculation obtain 6110model diesel engines some performance curve, and carries on the reasonable components design according to the performance, thus causes 6110 diesel engines to have a better economical performance and the power performance. This article besides includes design of crank link motion gear, but also includes design of air admission and exhaust system, design of fuel oil transportation and injection system, design of cooling system, design of lubrication system.Key Words：6110 style；diesel engine；design；thermal calculation; dynamic calculation目 录摘 要IAbstractII引 言1第一章 前言21.1 研究目的和意义21.2 国内外研究及发展现状21.3 研究内容和方法4第二章 柴油机的总体设计52.1 柴油机的总体设计52.1.1 机体零件组52.1.2 曲柄连杆机构62.1.3 配气机构及进排气系统72.1.4 燃料供给与调节系统72.1.5 润滑系统92.1.6 冷却系统102.1.7 起动系统112.2 柴油机的总体布置112.2.1 柴油机的总体布置设计112.2.2 柴油机的工作循环122.2.3 6110型柴油机主要参数122.2.4 配气定时133.1 机体组143.1.1 气缸体和气缸套设计143.1.2 气缸盖与气缸垫153.2 活塞连杆组173.2.1 活塞组设计173.2.2 连杆组设计253.3 曲轴飞轮组273.3.1 曲轴基本尺寸的设计303.3.2 飞轮303.3.3 轴瓦313.3.4 扭振减震器31第四章 柴油机辅助系统设计334.1 配器系统设计344.1.1 气门组344.1.2 进排气门设计354.1.3 气门传动组364.2 燃油供给系统设计384.2.1 喷油泵384.2.2 高压油泵放气394.2.3 调速器394.3 润滑系统设计404.3.1 循环油量414.3.2 机油压力424.3.3 机油温度424.3.4 油底壳贮油量434.4冷却系统设计434.4.1 冷却系统的功用434.4.2 强制循环水冷却系统的组成444.4.3 水泵454.5 起动系统设计46结论与建议47参考文献49附录A 6110型柴油机热力计算50附录B 6110型柴油机动力计算60附录C 6110型柴油机计算参考用的图表79致谢88图一 6110型柴油机性能曲线 图二 6110型柴油机纵剖图图三 6110型柴油机横剖图- VII -引 言柴油直接在发动机内部燃烧产生热能转变为机械能对外作功的热机称为柴油机。柴油机是内燃机的一种，和内燃机的另一基本成员汽油机相比，它还有如下优点：（一）热效率高。汽油机的热效率一般在25-35之间，而柴油机的热效率可以达到35%-52%。（二）功率范围广，适应性好。柴油机的缸径可大可小，受限制很小；而汽油机因受爆震影响，缸径不能太大。同时，柴油机对增压适应性好，可以实现较大的增压度，而汽油机，增压度很有限。因此，在大功率发动机领域，诸如大型船用发动机，几乎都是柴油机的天下。（三）坚固可靠，寿命长。柴油机中的大部分零部件比汽油机坚固可靠，寿命长。当然，柴油机也有缺点，主要表现在以下几个方面：（一）结构复杂，要求较高的加工制造水平，成本较高。（二）振动、噪音大，操作人员容易疲劳。（三）通常情况下，相对汽油机而言，重量、体积大。（四）启动性不如汽油机。柴油机的缺点，多数可用技术手段加以改善或将其限制在可接受的方位内，而其优点则是汽油机难以相比的。因此柴油机在近些年来获得极大的发展，即使在汽油机的传统领域轿车发动机方面。柴油机也对汽油机发出了挑战。车用柴油机是柴油机的一种，与船用柴油机相比，车用柴油机功率要求高，对外形、体积和重量要求也较高。但车用柴油机的耐久性与可靠性一般不如船用柴油机。一个最明显的例子就是：车用柴油机的功率是15分钟功率，即允许汽车用此功率连续开15分钟，而船用柴油机的功率多数是12小时功率或持久功率。显然，车用柴油机对功率要求较高，而船用柴油机对可靠性要求较高。6110柴油机是一种典型的车用柴油机，适用于总重量1015吨左右的车辆。目前，该机主要为一汽“解放”货车配套。该机的主要特点从性能上看，他的功率较大，油耗低，结构紧凑，可靠性高。第一章 前言1.1 研究目的和意义内燃机是目前世界上应用范围最广、热效率最高的热动力机械，广泛应用于国民经济和国防的各个领域，占有重要地位。近年来，随着能源问题和环境问题的日益突出，对内燃机性能的要求越来越高，尤其是在交通运输领域，随着人们环保意识的加强以及能源形势的变化，如何提高柴油机的效率、改善柴油机的排放已经越来越受到人们的重视，对柴油机整机进行研究是解决这个问题的最有效途径。大多数人认为, 柴油机黑烟滚滚, 污染严重。其实这是一个误解, 之所以会这样, 与柴油机技术落后有着不可分割的关系。随着柴油机技术的进步, 环保性能已大有改善。自1998年以来, 新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了83%, 氮氧化物的排放量也已降低了63%, 达到欧洲3号或欧洲4号排放标准的柴油发动机已经基本消除了黑烟。这主要得益于90年代以来柴油机技术的不断创新与发展。柴油机的技术性能指标取决于各工作参数，而其工作参数又取决于其结构参数，并且柴油机结构参数之间存在着有机的内在联系。一个结构参数变化，其他结构参数随之改变。通过对整机的布局、实际循环热计算、动力计算、增压器的选择和对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，能够找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。1.2 国内外研究及发展现状发动机柴油化已成为当今汽车行业不可阻挡的发展趋势, 与汽油发动机相比, 柴油发动机具有优良的燃油经济性能和很大的排放性能改进潜力。重型汽车中, 欧洲、美国和日本已经实现100% 柴油化；商用汽车中, 欧洲和美国都达到了90%, 日本为38%；轿车中欧洲达33%, 日本是9%。在大众3L 路波柴油轿车开发成功以后, 世界上许多大汽车公司在3L以上轿车上使用了柴油发动机。中国的车用动力柴油化也得到长足的发展。按照2000年实际销售统计, 在重型汽车中柴油化已经接近100% , 大型客车达到90%。如果视农用运输车为一种低档的“汽车”的话, 该领域柴油化也已经达到100%。按照国外商用车的概念, 2000年我国商用车的柴油化率约为40%。当然, 这是按照2000年车辆实际销售数量计算的, 即在新销售的动力车中使用柴油发动机车辆所占的比重,如果以柴油机为动力的车辆与社会车辆总保有量之比来计算, 我国的车用动力柴油化的比例要低一些。我国柴油机产业自20世纪80年代以来有了较快的发展，2006年，已有车用发动机生产企业60多家，车用发动机生产能力600多万台，其中汽油机450万台左右，柴油机150万台左右。近十年来，我国在车用柴油机生产方面也取得了较快的发展，虽然我国现有的车用发动机的生产能够基本满足轻型车和重型车的需要，但仍然缺少技术含量高的产品，还缺少城市交通用的低排放车用柴油机，适合于轿车配套用的柴油机也极少。我国现生产的车用柴油机就其技术来源而言，引进系列和自主开发系列基本上是平分秋色。但从发展来看，引进机型将会进一步增加，而自主开发机型将会因为性能落后而逐步减少。从总体上讲，我国柴油机产品的技术水平与国际先进水平相比还有一定的差距，引进的产品只相当于国际90年代初期水平，自主开发的产品也就相当于国际50年代中期水平。柴油机以其经济性好、排放低和转矩大等优势，在车用动力方面有很大的发展潜力。国外大中型汽车基本上都用柴油机，而我国重型车动力以柴油机为主，中型和轻型车还有较大比例的汽油机，轿车类仍然是汽油机一统天下。从全球的角度来看，车用柴油机的竞争一直十分激烈，因而促进了其技术的不断创新和发展。为了满足市场需求、扩大市场占有率、增强竞争实力，近几年世界各大汽车厂、车用柴油机制造商竞相推出了一批新研制或改进提高的产品或技术，这些新产品或新技术基本上体现了车用柴油机的发展方向。电控喷射技术，共轨燃油喷射系统，可变气门正时系统，涡轮增压中冷技术，混合动力，代用燃料等诸多方面。目前，全国的6l1O型柴油机有大柴6l1O型、锡柴611O型、吉柴6110型、南柴D611OQ型和南柴X611O型五种，均为直列、水冷 四冲程和直接喷射式燃烧室。除自然吸气机外，均有废气糯轮增压机 其中南柴X6110型柴油机主要用于农业机械和工程机械等方面的配套动力，其余四种主要用于汽车的配套动力 分述如下： 。1 大柴6110型 锡柴6l1O型和青柴6110型三种柴油机是长春汽车研究所根据一汽发展规划参考日本三菱公司的6D14型柴油机设计的，分别由一汽大连柴油机厂、一汽无锡柴油机厂和首锕吉林柴油机厂生产。三种柴油机的结构基本相同，变型产品均多。2 南柴D6110Q型柴油机是南昌柴油机厂与二汽联合并通过英国吕卡多公司咨询设计的，由南昌柴油机厂生产。3 南柴X6110型柴油机是南昌柴油机厂在南柴X6105型柴油机基础上通过英国吕卡多公司咨询进行扩缸设计的，也由南昌柴油机厂生产。这种柴油机除基本型外，还有工程机械用、农业用、发电用和船舶用的变型产品。X6110型荣油机研制于80年代初， 缸径Dl10mm、行程S130mm， 排量V7413L、采用直接喷射费燃烧系统。该机研制的主要目的是为国产联台收割机、工程机械、船舶等提供低燃油耗率，可靠耐久眦及废气排放等达到现行国家规定的动力，X6110型柴油机是X105系列机(缸径105mm，行程120mm)扩大缸径、增长行程的改进型产品， 主要零件加工要在X6105型机的加工线上进行， 这些零件的结构参数既要满足X6110型柴油机的要求，又受X6105型柴油机加工线的制约， 因而结构设计难以完美地进行， 曲轴，连杆， 活塞等运动零件的设计经过了多方案的选择、试验，逐步加以改进，满足了X6110型柴油机的要求。CAA6110AK与AC6110BK是在CA6110-B柴油机的基础上进行强化的2种新机构，其标定功率由原来117kW分别增加到125kW和1325kW，但易产生节气门断裂故障。 1.3 研究内容和方法本论文主要研究的内容是6110型车用柴油机总体设计，包括各个系统零件的设计选择。通过实际循环热计算、动力计算，得到6110型柴油机的各个特性曲线。通过对整机的布局、对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。绘制研究各个性能曲线、参数变化曲线以及整机的CAD图和零件图。第二章 柴油机的总体设计2.1 柴油机的总体设计 柴油机在工作过程中能输出动力，除了直接将燃烧的热能转变为机械能的燃烧室和曲柄连杆机构外，还必须具有一些机构和系统与以保证，并且这些机构和系统是相互紧密联系和协调工作的。不同类型和用途的柴油机，其机构和系统的形式不同，但其功用是完全一致的。柴油机通常由下列机构和系统组成：2.1.1 机体零件组机体组包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸盖、气缸垫等零部件。机体为气缸体、气缸水套和曲轴箱形成一体的部件，但也有些机型的机体与曲轴箱分为两个部件，以紧固件相连接。机体是内燃机用以安装各主要零部件的基体，保证运动零件的正常运转。图21气缸体示意图 图22气缸盖示意图 6110型柴油机采用整体龙门式气缸体和湿式气缸套，湿式气缸套较厚，刚性较好，与缸体间形成水道，其下端通常以耐热的橡胶封水圈来密封，防止冷却水泄漏。湿式气缸套外表面直接与冷却水接触，散热好、拆装方便，本柴油机采用这种结构。气缸盖位于气缸的上部，密封气缸并形成燃烧室顶面，承受高的燃气压力和温度。气缸盖内布置有进气和排气的通道、进气门、排气门及气门导管。水冷发动机气缸盖内布置有冷却水道。有些柴油机气缸盖上布置有分开式的燃烧室。气缸盖还有装置喷油器的孔位。水冷发动机气缸盖一般均由HT20-40、HT25-47灰铸铁铸造。 图23气缸垫的结构 图24气缸垫示意图气缸盖和机体之间装有气缸垫用以保证燃烧室的密封，防止高温高压燃气的泄漏，同时密封润滑油和冷却水的通道。气缸垫应有足够的强度、弹性、抗腐蚀性，拆装方便能重复使用。2.1.2 曲柄连杆机构由活塞组、连杆组、曲柄飞轮组等部分组成，是柴油机的主要运动部件。它的功用是由活塞组与气缸套、气缸盖构成密闭的工作容积，以保证柴油机工作循环的进行。同时通过连杆组将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转，使图2-5 活塞连杆总成图作用于活塞上的燃气压力转变为扭矩，通过曲轴向外输出。 连杆用以连接活塞和曲轴，并将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。其结构可分为小头、大头和杆身三个部分。连杆小头压装有连杆衬套，连杆杆身断面呈“工”字形，既减轻重量，又保证强度。连杆大头剖分成两半，可拆部分称连杆盖，两者配对加工，同一侧打有配对号，用连杆螺栓拧紧。连杆杆身大头部分与连杆盖的剖分形式通常有两种。常用的是平切口形式，这种形式的大头面加工方便、刚性好。（见图2-5活塞连杆总成图）曲轴的功用是将由活塞连杆组传来的燃气压力转变为扭矩，以旋转的形式输出，并带动内燃机的其它运动机构。曲轴受到燃气压力和往复、旋转运动的质量惯性力及其力矩的作用，受力情况复杂。因此，对曲轴的强度、刚度、硬度、韧性和制造精度都有较高的要求。2.1.3 配气机构及进排气系统配气机构的作用是根据发动机工作过程的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。对配气机构的要求是进气充足，排气干净，气门关闭时保证气缸密封，工作可靠，便于调整。根据气门在发动机上的安装位置，配气机构分为顶置气门式和侧置气门式两种。四冲程内燃机多采用顶置气门式配气机构。本柴油机选择顶置气门式配气机构。配气机构由气门组、驱动组、传动组、减压机构和进排气系系统组成。进气系统由空气滤清器及进气管等组成。它的功能为供给内燃机充足、洁净的新鲜空气，并使它通过进气管、气缸盖中的进气道引入气缸。汽车行驶柴油机工作时，空气中有时含尘量较大，尘粒中绝大部分为氧化硅颗粒，其硬度超过金属，这些尘粒进入发动机后将加大其零件的磨损。因此应选择滤清效率比较高的滤清器。2.1.4 燃料供给与调节系统燃油供给系统包括燃油贮存及滤清、供给及调节几个主要部分。柴油机供给系统的功用是根据柴油机负荷的需要，将一定数量的清洁燃油定时定量的喷入气缸内，并在负荷变化时自动地保持转速稳定。燃油供给系统与调节系统的工作原理：输油泵从柴油箱把柴油吸入后送往柴油滤清器，经过滤清的柴油进入喷油泵。喷油泵将柴油压力提高后经高压油1-柴油箱2-粗滤器3-输油泵4-手油泵5-喷油泵6-低压油管7-细虑器8-放气螺钉9-喷油器10-回油管11-限压阀图2-6 燃油供给系统简图管，送到喷油器，喷油器以175的压力将柴油喷入形燃烧室中燃烧，只有少量通过喷油器泄漏的柴油，通过回油管流回柴油管。（见图2-6）图27活塞燃烧室示意图柴油机在进行工作时，负荷会经常发生变化，机手不可能随着外界负荷的频繁变化，不停地改充数油门的位置来适应负荷的变化，因而需要增设调速器。调速器的功能就是在柴油机工作时，随着外界负荷的变化自动调节供油量，使柴油机的转速保持相对稳定；另外在柴油机无负荷时，调速器还能使柴油机保持速运转而不会停车，并能限制柴油机的最高转速防止飞车。1.油底壳；2.集滤器；3.副机油泵；4.集滤器；5.主机油泵；6.机油冷却器；7.机油粗滤器；8.机油精滤器；9.空气压缩机；10.活塞冷却喷嘴；11.机油压力表；12.喷油泵；13.摇臂轴；14.油道；15.顶筒；16.加油盖；17.摇臂；18.活塞；19.副油道；20.主油道。图2-8 润滑系统示意图2.1.5 润滑系统柴油机的润滑系统是根据其中零件所受负荷的大小、性质以及摩擦表面相对运动的速度来确定润滑强度的。由机油泵、机油滤清器、机油冷却器和压力调节与安全装置等部件组成。润滑系统示意图见图2-8所示。6110柴油机采用复合润滑法，即压力润滑加飞溅润滑。润滑系统的功用是将一定数量的清洁润滑油送到内燃机的各个摩擦部位，起到下列作用：（1）润滑作用 为了保证内燃机的正常工作，必须对各个相对运动表面，互相摩擦的部位加注润滑油，使其间形成一层油膜成为液态接触，这样可以减小摩擦阻力，减少机件磨损，延长内燃机的使用寿命。（2）冷却作用 通过润滑油不断地流过运动零件的表面，带走零件所吸收的和由于相互摩擦产生的热量，使零件的温度不致过高。（3）清洗作用 利用润滑油的流动，带走由于摩擦而产生的金属磨屑和其它杂质，通过滤清保持润滑油和摩擦面的清洁。（4）密封作用 利用润滑油的粘性，附着于运动零件表面起密封作用，减少气体泄漏。（5）防锈作用 润滑油附着于零件表面，防止和减缓零件的锈蚀。2.1.6 冷却系统水冷发动机用水做冷却介质，水具有较大的热容量和潜热，当发动机工况及环境温度变化时，仍能保证工作可靠。工作时受热零件的热量先传给水，再通过散热器或直接将水中的热量散入大气。根据冷却水循环方式的不同，又分为蒸发冷却、自然对流循环冷却和强制循环冷却三种主要方式。由水泵、风扇、散热器、中冷器和节温装置部件组成。对于柴油机来讲，冷却系统布置在柴油。1-散热器2-节温器3-循环水4-温度感应塞5-出水管6-空气及水蒸气管路7-水泵8-补水管9-放水阀10-机油冷却器11水泵进水管图2-9 冷却系统示意图机的迎风端，散热器竖起置于柴油机的前端，轴流式风扇布置在散热器的后面。这种布置的目的是为了充分利用迎风气流。冷却系统如图2-9所示。冷却水的出水温度应该保持在8090，最高不要超过95。2.1.7 起动系统起动系统的功用是使内燃机由静止状态转变为运动状态，即克服机件的摩擦阻力、惯性阻力及活塞压缩气体时的压缩阻力以带动曲轴达到一定的起动转速。起动系统包括驱动装置和辅助装置两部分。起动系统由于驱动装置不同又可分为人力起动、电力起动和汽油机起动几种类型。起动系统必须供给足够大的起动力矩来克服柴油机的起动阻力矩，而后将曲轴加速到一定的转速，使压缩终了时，柴油机气缸内的压缩空气的温度高于燃料点燃的温度，以保证着火燃烧。同时，每次燃烧后，燃气所做的功都大于阻力功，使柴油机转速逐渐上升到能够正常工作的转速。6110柴油机采用电机起动，电机起动装置体积小、起动迅速、操作方便。电起动系统包括起动电机、充电发电机、继电调节器、蓄电池、电热塞、电门开关、预热及起动开关、电流表等。2.2 柴油机的总体布置2.2.1 柴油机的总体布置设计6110型柴油机的机体为整体铸件结构，上端为气缸体部分，有六个气缸套座孔，呈直列式，座孔内装有湿式气缸套。机体下端为曲轴箱部分，设有七个主轴承座，曲轴支撑在此座孔内。连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，连杆小头一端通过活塞销与活塞相连。活塞沿气缸套内孔上下移动，通过连杆带动曲轴旋转，构成柴油机的曲柄连杆机构。每个气缸套上端装有一个单体式气缸盖，将气缸套顶端密封，构成柴油机工作容积。气缸盖上装有气门组件、气门摇臂和喷油器等，外面用罩壳密封。油底壳倒挂在机体下方，将曲轴箱密封并贮存机油。机体的一侧装有凸轮轴，凸轮轴的前端装有正时齿轮，通过装在机体前端的齿轮系，由曲轴驱动凸轮凸轮轴转动。随着凸轮行程的变化，通过挺柱推动推杆上下移动，又由推杆推动气门摇臂控制着进、排气门的开启与关闭。由此构成了柴油机的配气系统。6110柴油机的润滑系统各部件，集中布置在机体的左侧。机油泵安装在自由端下方。油底壳内的机油经机油泵压出，经单向阀、调压阀、机油冷却器和机油滤清器，经主油道，然后通过机体内的油路，分别送往各摩擦表面，构成本柴油机机的润滑系统。从6110型柴油机的右面（设置高压油泵面）看，中间设置分配式高压油泵，6只高压油管分别联接各缸的喷油器，左面设置柴油滤清器，右边设置调速器和发电机，下面设置机油注入口。柴油机后面设置飞轮。柴油机的后面设置齿轮传动机构。前面皮带轮依靠V带带动发电机旋转。柴油机的左面设置机油冷却器，起动电机，机油滤清器以及进、排气管道。2.2.2 柴油机的工作循环内燃机就是利用燃料燃烧后所产生的热能来做功的。燃料只有在着火燃烧时才能释放出热能，要实现燃料着火、燃烧，必须要有充足的氧气和一定的温度。因此，要实现内燃机能够连续的工作，就要不断的向气缸内输入新鲜的空气和燃料，并使气缸内获得燃料着火所必须的温度。内燃机把燃料的热能转化为机械能的过程是按一定的规律进行的。首先由曲轴带动活塞由上向下移动，空气由进气管、进气门进入气缸内，使气缸内充满空气。接着活塞反向上移，将冲入气缸内的空气进行压缩，同时通过喷油器喷入柴油，燃烧，并通过连杆驱动曲轴旋转，而对外输出扭矩做功。最后，活塞由下向上移动，将膨胀后的废气经排气门、排气管排出气缸，准备再次吸入空气。上述吸气、压缩、膨胀、排气四个过程为内燃机工作循环。内燃机的工作循环过程周期反复进行，便可实现其连续不断的工作。2.2.3 6110型柴油机主要参数 型号6110型式水冷、湿式、四冲程、直列式、燃烧室气缸数6气缸直径（毫米）110活塞行程（毫米）120标定功率：12小时功率（千瓦）103转速（转/分）2900最大扭矩（牛米）392/（18002000转/分）12小时功率时燃油消耗率（克/马力小时）24012小时功率时机油消耗率（克/马力小时）5活塞总排量（升）6.842压缩比17柴油机转向（面向功率输出端）逆时针调速器型式BQ泵调速器喷油器长型多孔式喷油压力（公斤/厘米2）175喷油泵型式直列柱塞式1号泵机油泵型式齿轮式燃油滤型式柴0810A型机油滤型式分流式空气滤型式空2410型润滑方式压力、飞溅混合式起动方式电起动柴油机外形尺寸（毫米）长宽高1313637981柴油机净重（公斤）5402.2.4 配气定时进气门开启始点上止点前 16关闭终点下止点后 40进气持续时间 300气门最大升程 16毫米气阀与摇臂的冷车间隙 0.30毫米排气门开启始点下止点前 53关闭终点上止点后 11排气持续时间 300气门最大升程 16毫米气阀与摇臂的冷车间隙 0.35毫米第三章 结构设计3.1 机体组机体是由气缸体和曲轴箱组成，它是柴油机的骨架，要支撑柴油机的所有零件和附件。在柴油机工作时机体要承受气体压力和惯性力。因此要求机体要有足够的刚度（包括拉伸，扭转，弯曲刚度），以防止发生变形破坏各重要配合表面的相互位置，导致运动件磨损加剧，尤其是活塞，连杆和曲轴等运动件的磨损。还可以破坏平面密封部件的密封性，造成“三漏”，即漏水、漏气、漏油。3.1.1 气缸体和气缸套设计气缸体为整体高龙门式，采用高强度合金铸铁铸造，在水套、横隔板、曲轴相等处均有加强筋，有效地提高了机体强度和刚度，有利于降低噪声减少振动。机体的刚度主要取决于机体外壁的形状和加强筋的布置，而不是壁厚，所以可以将壁厚减小到铸造工艺所允许的最小值，在轻巧的前提下获得较大的刚度。机体的材料是优质灰铸铁，6110机体材料采用HT200。采用的是立式结构湿式缸套，最小壁厚为7mm，水套厚5mm，气缸中心距为135mm。气缸体横隔板之间有直线排列的六个气缸孔，缸孔下面主油道上装有冷却活塞的喷嘴，开启压力196kpa。大多数车用柴油机，为了提高气壁面的耐磨性和使用寿命，通常将气缸制成一个圆筒形(称为气缸套)，然后将气缸套压入气缸体内。一般选用具有较高强度的耐磨材料来加工气缸套，而机体则可用一般灰铸铁，既提高了气缸套的使用寿命又降低了机体的成本。制造气缸套的常用材料有：高磷铸铁，含硼铸铁和钛钒合金铸铁。常用气缸套有干式和湿式两种，湿缸套的优点是冷却效果好，机体内没有封闭的水夹层，使机体铸造比较方便，气缸套的拆装修理比较方便，目前得到了比较广泛的应用。其缺点是机体刚性较差，密封失效时会漏水。图3-1气缸体示意图 图3-2气缸套示意图3.1.2 气缸盖与气缸垫气缸盖的作用是封闭气缸的上面，与活塞顶共同形成燃烧室。在气缸盖内要布置冷却水腔，进排气管道和机油道等；在柴油机气缸盖上装有进排气门座，气门，气门弹簧，进排气管；摇臂轴总成，喷油器等。气缸盖在很高的燃气压力下工作，同时承受气缸盖螺栓预紧力的作用。机械应力和热应力比较大，而且气缸盖的结构十分复杂。所以要求气缸盖结构必须满足以下要求：1、具有足够的强度和刚度，以保证在气体压力和热应力作用下不致发生翘曲变形，使各接合面具有良好的密封性。2、保证冷却可靠，以避免在热应力作用下产生裂纹。柴油机气缸盖由优质灰铸铁制造。6110型柴油机采用整体式气缸盖。整体式的优点是结构紧凑，零件数少，制造成本低。但由于气缸盖总长度较大，因此刚性较差。同时结合面的不平度在工艺上不容易保证，局部损坏需要更换整个气缸盖。图3-3 气缸盖组件1减压手柄 7. 气门摇臂轴2. 排气门放气心子 8. 气门锁簧3. 气缸盖罩 9. 排气门4. 气门顶套 10. 气门导管5. 气门锁脚 11. 气缸盖6. 气门弹簧座 12 进气门进排气道在气缸盖内占有很大的空间，它对柴油机的换气质量有很大影响，从而也影响着柴油机的工作性能。进排气道由于其形状复杂，是直接铸出而不须进行机械加工，铸造上则要求气道表面光滑，以减小进排气阻力。气缸盖内部设有贯通的冷却水腔。为了加强喷油器的冷却，6110柴油机采用湿式喷油器套。湿式喷油器套用黄铜制成，将黄铜套压入到气缸盖底部带有螺纹线槽的孔内，然后将其扩张，使黄铜嵌入螺线槽内，达到套管固定和密封的目的。套管的上端与气缸盖的安装也相配合，并用O型密封圈密封。为了保证气缸盖温度最高的进排气道和喷油器之间的三角区得到充分冷却，采用喷水管将从机体上来的冷却水以一定的流速直接喷倒三角区，是该处得到充分冷却。气缸垫作用：防止漏气。要求：a具有补偿接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及补偿接合面变形所必须的弹性。 b具有足够的机械强度，能够承受气缸盖螺栓预紧力和接合面的变形力，在高温、高压气体的作用下不易损坏。图3-4 气缸垫示意图c具有耐热性，在高温下不致烧，因属于易损件因而成本要低。 d具有耐腐蚀性，对气体、机油和冷却水有一定的抗腐蚀能力。 e制造简单，拆装方便，并且能够重复使用。 材料与结构：如图3-4所示密封衬垫有两道石棉密封圈，靠近气缸的一道为石棉制品，表面涂以石墨，靠外的一道也是石棉制品，中间有一个低碳钢密封环，外表面镀铜，利用钢环的弹性起密封作用。 3.2 活塞连杆组 6110型柴油机的活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈、连杆、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆螺母等组成。3.2.1 活塞组设计活塞的功能是：1）活塞和气缸盖一起组成燃烧室所需要的形状和容积，并保证气缸内部空间的密闭性。2）活塞承受气缸内的燃气压力并将此力传递给连杆和气缸壁。活塞的工作条件活塞是柴油机中工作条件最恶劣的零件之一。它在润滑不良的情况下，在高温高压的燃气作用下，不断地作高速往复运动。活塞的结构必须能适应这种工作条件的要求。活塞受热和温度升高可能带来的危害是材料的强度和硬度由于温度升高而降低，从而造成活塞的损坏和加速磨损。而热量是通过活塞环和活塞裙部向气缸壁和冷却介质传递的，活塞各处温度不均匀，这样就产生应力。当温度很高时应力也很大，会使活塞顶部出现裂纹而损坏。另外在活塞受热膨胀时，会使活塞与气缸间的间隙过小或消失而引起运动阻力增大，表面擦伤甚至卡死。因此活塞在构造上都是要尽可能减少受热降低温度。活塞是用共晶硅铝合金铸造，活塞顶面布置有唇边收口形燃烧室，活塞裙部有桶面和变椭圆曲面组成，一环槽镶有耐热奥氏体圈，采用楔形销座结构。活塞的构造活塞可根据所起的作用的不同分为顶部，头部和裙部。活塞顶部 柴油机活塞顶部是根据燃烧室的特殊要求而设计的。6110型柴油机采用形燃烧室,启动性好，活塞燃烧室偏向一侧以减轻活塞换向时的侧拍及冲击，减小噪声。活塞头部 活塞头部加工有数到环槽用以安装活塞环。活塞环分为两种：气环和油环。气环的作用（1）密封气缸，防止燃气漏入气缸。（2）把活塞顶部传递的热量传递给气缸壁。油环的作用（1）均匀布满机油，创造良好的润滑条件，减小摩擦阻力和磨损。（2）将气缸壁上过多的润滑油刮下，防止润滑油窜入燃烧室，减少机油消耗。6110柴油机采用三环节构，以减少摩擦损失。三环结构上面两环是气环，下面一环是油环。在油环槽的底面沿着圆周方向钻有数个径向小孔，这是为了将油环从气缸壁刮下来的多余机油沿着这些小孔流回油底壳。活塞裙部 柴油机活塞裙部是从油环槽下端面起至活塞底平面的一段。在活塞裙部有为安装活塞销用的销座和销孔。活塞裙部的主要作用是对活塞气缸内的运动导向，同时承受侧压力。柴油机活塞裙部一般较长，这是因为柴油机燃气压力高，侧压力大，加长裙部可以减少单位面积上的压力和摩擦。活塞工作时受气压力和侧压力以及活塞销给予销座的支反力，活塞由此产生变形，即在销座方向向外扩大，又由于销座处金属堆积不均，受热膨胀变形时，不是四周均匀涨大，而是延活塞销轴线方向增大，垂直轴线方向则缩小。上述因素的综合，使圆活塞工作时变为椭圆形。为了使活塞工作时呈圆形，所以预先须将活塞加工成椭圆形，其长轴位于垂直于活塞销轴线的方向上，以保持活塞工作时发生变形后圆周上的间隙比较均匀。活塞的基本尺寸选择图3-5活塞尺寸第一环位置：根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即火力岸高度h。为缩小，当然希望h尽可能小，但h过小会使第一环温度过高，导致活塞环的弹性松弛、粘结等故障。根据国产典型中小功率高速内燃机的主要尺寸参数110系列6110型柴油机D=110mm，h= 20mm，见图3-5。环岸高度：为减少活塞高度，活塞环槽轴向高度b应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。但b太小，就使制造工艺困难。在110系列型高速内燃机上，气环高b = 3mm，油环高 b = 6mm。环岸的高度c应保证它在气压造成的负荷下不会破坏。因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。一般= 5mm，=6mm。由于6110型柴油机主要应用于汽车，其主要设计思想是强度高，提高功率，降低燃油消耗率，减少发动机单位马力的重量、体积和原材料的消耗，导热性，抗磨性和缸内导向性好，材料选用共晶硅铝合金。活塞销选择20Cr 热处理为表面渗碳淬火，渗碳层厚度0.81.2mm，热处理硬度HRC58-64。图3-6活塞销与销座的受力变形图活塞与活塞销工作时，弯曲变形互相不协调会在销座孔内上侧引起严重边缘负荷，可能造成销孔永久变形甚至使销座裂开，见图3-6所示。为此，一般适当增大活塞销直径提高销的弯曲刚度，减少弯曲变形。但是直径的增大使活塞高度增加，质量加大。对柴油机来说，销座的外圆大多与活塞顶实体相连，销座的柔度很小，边缘负荷和严重。因此常对销座结构做如下设计：活塞销座采用柔性设计，以减少内孔边缘的应力集中；要适当增大活塞销直径，以提高其刚度，减小变形； 在活塞销座孔处加工出卸载槽； 活塞销为保证足够的强度与刚度，采用高强度空心管材做活塞销，表面淬火（6064）HRC，精磨，以保证可靠性与耐久性。为此，选取活塞销的主要尺寸d =40mm，l = 90mm，活塞销座厚度8mm。 活塞在气缸中运动时的导向作用由裙部完成。为保证导向良好，裙部要有足够的长度，与气缸配合间隙要小，以减轻活塞在连杆摆动引起的侧向力作用下从贴紧气缸的一侧到贴紧另一侧时对气缸的“拍击”。 活塞裙部只在垂直活塞销轴线的方向承受侧压力，所以应保证此方向与气缸间隙尽可能小，而在销的轴线方向， 间隙要大一些，以免活塞热膨胀后卡死在气缸中，因此，活塞裙部的横断面外形呈椭圆形。另外， 以促进裙部表销孔中心线图3-7 活塞椭圆度示意图面润滑油膜的形成同时为增强裙部刚性，在下裙内侧设置加强筋，而椭圆，活塞温度是顶端高，裙端低，故轴向外形呈上小下大的曲线形，在接近裙部下端处尺寸要有点收缩度一般为0.151.35，如图3-7所示。活塞顶承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆，无论在销与销座之间，还是在销与连杆之间，承压面积都很小，表面压强很高，加上活塞销与销座或活塞销与连杆衬套之间相对运动速度很低，液体润滑油膜不易形成，在这种高压低速条件下，要保证可靠的液体润滑，配合副工作间隙要尽可能小。一般活塞销与销座、活塞销与连杆小头衬套间工作状态间隙在（13）d时，可以可靠工作，装配状态（冷态）时，销与销座则 有（13）d的过盈，以补偿铝合金活塞销孔在工作时较大的热膨胀。本柴油机的活塞销直径取d=40mm;活塞销长度L=90mm。活塞环设计气环要有良好的密封作用，如图3-8所示，首先活塞环应以一定的弹力与汽缸壁压紧，形成所谓第一密封面，使气体不易通过环周与气缸之间，而钻入环与环槽之间的空间。由于气流产生的压差，造成径向、轴向的不平衡压力、。其中把环压向环槽侧面，形成所谓的第二密封面，而则大大加强第一密封面。图3-8 活塞环所承受的力活塞环的数目主要与内燃机的转速、气缸内的气压力等有关，当环数多时，封气和刮油作用较好，但活塞环与气缸壁 间的阻力较大， 6110型柴油机活1-钢片2-衬簧3-径向衬簧4-轴向衬簧5-活塞图3-9 组合式油环环示意图塞采用两道气环，一道组合式油环。环体表面镀铬处理，第一环口与活塞销轴线成30，第二、三环应该错开120。气环开口间隙为0.30.45mm，油环开口间隙为0.30.45mm，使用极限2.0mm，第一道气环侧隙0.060.092mm，第二道气环0.040.072mm，油环0.030.07mm，使用极限0.2mm。组合式油环由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成，见图3-9所示。活塞环材料一般采用耐热耐磨的优质灰铸铁或合金铸铁，工作条件最差的气环工作表面一般都采用多孔型镀铬，其硬度高（HV9001000），熔点高（1770），并能储存少量机油以改善工作条件。活塞环的使用性能取决于环本身结构及环的组合，为强化第一道环，使之能适应活塞的摆动，且活塞上行下行时均可在环的下周面上形成润滑油膜摩擦而不易燃烧，选用多孔镀铬平环。第一道环由于承受很大气压力，同时，活塞顶部的30%左右的热量都由其散发出去，因而工作状况极其恶劣，为提高硬度和熔点，改善抗磨损性，耐熔着性和耐腐蚀性，对环外圆面进行镀铬。而中间环采用扭曲环，油环则选用有切向的外圆大倒角油环，这种环柔性好，可在气缸变形较大的条件下很好的刮油。根据110系列内燃机活塞环主要参数，本110型号柴油机活塞环的选择如下：气环的径向厚度t= 4mm，油环的径向厚度t= 4mm；气环轴向宽度b2.5mm；油环b=5mm。燃烧室形状讨论 6110型柴油机采用型燃烧室，其混合气主要是油膜蒸发混合形成。将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，将燃油摊布在燃烧室壁上，形成一层很薄的油膜。燃烧室壁面温度控制在200-350，使喷射在壁面的上的燃料 在比较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解反应。蒸发的油气与空气形成均匀的混合气，从油束中分散出来的一小部分燃料是极细的油雾，在炽热的空气中首先完成着火准备，形成火核，然后靠此火核点燃从壁面已蒸发形成的可燃混合气。随着燃烧的进行，大量热量辐射到油膜上，是油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证迅速的燃烧。球型燃烧室采用油膜蒸发混合形成最显著的效果是：发动机工作柔和，燃烧噪声小，排烟少，性能指标好。柴油机燃烧室性能参数比较项目直接喷射式分开式开式半分开式涡流室预燃室浅盆型深坑型球型1混合器形成方式空间雾化空间雾化为主油膜蒸发为主空间雾化为主空间雾化2燃料雾化要求高较高一般较低低3喷油嘴多孔612多孔46单孔或双孔轴射式轴射式4油阀开启压力2040182517.51910158135热损失和流动损失最小小较小大最大6冷启动容易较易较难难最难7压缩比121516181619172118228燃烧噪声高高较低低低9适应转速100015001500300015002500200050002000350010排污大较大小较小小可见，型燃烧室有功率大，油耗低，启动性好等优点。燃烧室的结构尺寸应满足：图3-10燃烧室尺寸 要尽可能大，一般=0.750.85。因为直接喷射式发动机的混合气形成和燃烧主要在燃烧室内进行，而在余隙容积中的气体不能有效利用，所以应尽量减少余隙容积，使空气尽可能集中在燃烧室内，以改善空气的利用率。增加，使燃烧的相当散热面积减小，挤流加强，有利于混合器形成与燃烧。 6110型柴油机采用形燃烧室，采用5个喷孔，喷射角度在140160之间。喷油嘴伸出气缸盖2mm，喷孔直径为0.35mm 。3.2.2 连杆组设计连杆组的功用是连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传递给曲轴，并将活塞的往复直线转变为曲轴的旋转运动。连杆组由连杆、连杆螺栓和连杆轴承组成。连杆工作条件柴油机在工作时，连杆做复杂的摆动并承受大小、方向都发生变化的气压力和惯性力，其结果引起连杆的复杂变化压缩、伸长及横向和纵向弯曲。所以对连杆的要求是在尽可能小的质量的情况下应有足够的强度和刚度。如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。如果刚度不足，会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响，例如连杆大头的变形会使连杆螺栓承受附加弯矩，大头孔的失圆会使连杆的轴承的润滑受到影响，杆身在曲轴的轴线平面内的弯曲使活塞在气缸内歪斜，造成活塞与气缸以及连杆轴承与曲柄的偏磨、活塞组与气缸间漏气、窜油等。材料为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，必须选用高强度的材料，合理的结构尺寸，并采用提高强度的工艺措施。6110型柴油机采用40Cr。合金钢的特点是疲劳强度高，但对应力集中比较敏感，因此采用合金钢制造连杆时，外部形状，过度处的圆滑性以及表面加工的粗糙度，热处理都有较高要求。构造连杆由连杆小头、连杆大头、杆身三部分组成。1连杆小头 连杆小头与活塞销相连，通常做成不可拆卸的圆筒形，小头与杆身之间则用半径较大的圆弧圆滑过度衔接，以减少过度处的应力集中。柴油机工作时，连杆小头和活塞销有相对摆动，为了减少活塞销的磨损，图3-11连杆尺寸提高活塞和连杆的寿命，在小头孔过盈的压入减摩性良好的薄壁青铜衬套。衬套是活塞销的轴承，润滑多采用飞溅润滑，为了保证润滑可靠，通常在小头顶端或侧面钻孔或铣槽，以吸收飞溅起来的油滴。2连杆杆身 连杆杆身一般采用工字型断面，可以在重量较轻的情况下获得足够的强度和刚度。3连杆大头 连杆大头与曲轴连杆轴颈铰接，汽车柴油机均做成剖分式，被分开的部分成为大头盖。连杆大头的尺寸通常要能保证拆装时能从气缸中抽出，二这一尺寸又与连杆轴颈直径喝受力有关。连杆轴颈直径较少时，采用平切口连杆；连杆轴颈直径较大时，采用斜切口连杆。平切口连杆的大头具有较大的刚度，轴承孔受力变形小，定位简单，因而应用广泛。主要尺寸选取：大头内孔直径为74mm，；连杆大头宽度42mm；小头孔直径为45mm；连杆外径宽106mm；连杆大小头中心距195mm。如图3-11。3.3 曲轴飞轮组曲轴是柴油机中最重要，受力最复杂的零件之一，它的功用是将活塞和连杆传来的气体压力转变成扭矩输出，用以驱动汽车行驶。此外，柴油机的配气机构和一些附件如水泵、机油泵、喷油泵等都由曲轴驱动。工作条件，柴油机工作时，曲轴承受气体力，往复惯性力和旋转惯性力及他们产生的力矩，使曲轴既旋转又弯曲，发生疲劳应力状态。曲轴形状复杂，应力集中现象十分严重，特别是在曲柄至轴颈的圆角过渡区，润滑油孔附近，应力集中尤为突出。主轴颈和连杆轴颈在很高的比压下与轴承间以很高的相对速度滑动，如果润滑不良就会发生严重的磨损。曲轴的损坏，一是断裂，而是磨损。断裂可能由弯曲疲劳而产生，其疲劳裂纹主要发源于过渡圆角部分应力集中处。曲轴的磨损主要发生在主轴颈和连杆轴颈表面。其磨损量大小，直接影响柴油机的使用寿命。本设计曲轴采用高强度球墨铸铁，铸铁曲轴的优点是制造方便，成本较低，可以保证曲轴的形状合理，耐磨性也比较好，因而被广泛采用。曲轴在结构形式上有整体与组合式之分。整体式曲轴刚度和强度较高，重量较轻，工作可靠，加工表面少，制造成本低，因而应用广泛。整体式曲轴由曲轴前端，曲拐，曲轴后端及平衡重组成。6110柴油机在构造上的一个明显的不同之处是“传动齿轮后置式”，即曲轴正式齿轮装在发动机后部。该齿轮控制着凸轮轴的转动，压气机和喷油泵的运转，以及油泵齿轮的转动。多数柴油机厂的产品，是将传动齿轮放在前端，这是比较传统的布置形式。其优点是维修方便，即如果齿轮出了故障，只需把水箱、以及柴油机前端的减震器拆下，将密封盖打开即可维修，而6110柴油机如果齿轮发生故障，则必须将柴油机从车内吊出，拆下飞轮和飞轮壳之后才可维修，这在野外是不容易做到的，因此说维修不便。但这样布置的优越性也是很明显的：因为齿轮紧挨着飞轮，所以运转更稳定，曲轴带动凸轮轴控制气门开启和关闭的时刻更精确，噪音更低，寿命更长，此外，这种布置还减少了密封面的数量，降低了生产成本。可以这样认为：普通的柴油机把容易维修看得很重要，而6110柴油机把不出路障看的重要。从柴油机的发展来看，增加可靠性和寿命，尽可能减少维修是发展方向。曲拐的受力形式及布置形式 曲拐由主轴颈、曲柄臂和连杆轴颈组成。曲轴主轴颈和连杆轴颈所受载荷性质都是扭转和弯曲的交变应力。曲柄承受交变的弯曲、扭转、拉压载荷的联合作用。在轴颈和曲柄连接的部位和油孔附近应力集中最严重，曲轴断裂也往往在这出现。曲轴上的曲拐数与气缸数目及气缸的排列形式有关。直列式柴油机曲轴的曲拐数与气缸数相等；V型柴油机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。四冲程六缸直列式柴油机曲拐布置多数与图相似，其工作顺序为153624，其发火间隔角为120。六缸曲轴自身平衡，因而平衡型好。可以这样认为：缸数越多，稳定性越好，而缸数为六或六的倍数的发动机（柴油机和汽油机）稳定性更好。图3-12发火顺序与曲柄排列次图车用柴油机均采用全支撑曲轴，即相邻两个曲拐之间都设有主轴颈。全支撑曲轴刚度和抗弯强度较高。主轴颈载荷小，工作可靠。主轴颈和连杆轴颈 主轴颈用来支撑曲轴，在直列式柴油机中主轴颈的长度与缸心距（相邻两个气缸中心线之间的距离）有关。一般主轴颈多为实心，少数曲轴为空心。连杆轴颈又称为曲柄销，有的做成空心的，既可以减少质量，又可以减小离心力。曲柄臂和平衡重 曲柄臂多制成椭圆或圆形，具有一定厚度，一般都铸造或模锻成型，无需机械加工。柴油机曲轴均匀布置一定数量的平衡重。平衡重为了平衡曲拐的离心力，以减小曲轴的应力。直列六缸机最常用的有四个或八个平衡重。平衡重形状大多数扇形，因为扇形重块的质心距离曲轴旋转中心较远，这样用较小的质量可以产生较大的离心力，因而有利于减小曲轴的质量。车用柴油机曲轴与平衡重多制成一体。曲轴的前端和后端 曲轴前端一般装有起动爪、皮带轮及扭振减震器总成、油封、甩油盘等。曲轴的后端的尾部伸出机体外，以便将柴油机的功率输出 ，后端装有飞轮，通过定位销与曲轴后端配合，然后用螺栓紧固。曲轴的轴向定位 一般柴油机曲轴的曲柄臂以及安装在曲轴上的零件与机体侧壁和主轴承盖的侧端面之间都要有一定的间隙，即轴向间隙。间隙过小会使曲轴转动时阻力增大加速磨损，严重时会卡死。间隙过大，曲轴会在受轴向力时窜动受轴向力时窜动，产生振动和噪声，影响活塞连杆组的正常工作，汽车柴油机在工作时，曲轴经常会受到离合器施加于飞轮上的轴向力作用而产生较强烈的轴向窜动趋势，为了保证曲柄连杆机构工作的位置，必须对曲轴的轴向窜动加限制，二在收热膨胀时又允许它能自由伸长，所以曲轴只能有一处设置定位装置。曲轴轴向定位可经选在前端、后端或中间主轴颈所在位置。6110柴油机采用后端定位，用半圆止推片。每台6110柴油机使用二片止推片，在最后的曲轴下盖两侧各有一片，这种定位方法的优点在于后端受到较大的轴向推力时，避免产生较大的弯曲变形，同时可以降低对机体和曲轴加工尺寸链精度的要求。安装止推片时，应该把开有槽的合金面向外，装反会引起曲拐和止推片磨损。3.3.1 曲轴基本尺寸的设计主轴颈直径和主轴颈长度曲轴轴颈包括主轴颈和曲柄销。轴颈的尺寸和结构与曲轴的强度、刚度及润滑条件有密切的联系。轴颈的直径越大，曲轴的刚度便越大，但轴颈直径过大，会引起表面圆周速度增大，导致摩擦损失和机油温度的提高。特别是曲柄直径的增大会引起旋转离心力及转动惯量的剧烈增大；而且曲柄销直径的增大会使连杆大头的尺寸增大，这不利于连杆通过气缸取出，因此曲柄销直径总是小于主轴颈直径。取=86mm；取=44mm。 曲柄销直径与曲柄销长度 在保持轴承比压不变的情况下，采用较大的主轴颈直径，可以减小主轴颈长度，这有利于缩短柴油机的长度或者加大曲柄臂的厚度。采用短而粗的主轴颈可提高曲轴扭振的自振频率，减小在工作转速范围内产生共振的可能性。从润滑观点或受力情况出发，主轴颈短而粗是可行的，因为主油道的机油首先供应主轴承，润滑条件好，另外，主轴颈所受的载荷一般都比曲柄销轻。对于曲柄销，由于其直径取得较小，其长度要长一些，取 =69mm；取=48mm。 曲柄臂厚度和宽度曲柄臂厚度的增加使曲拐的弯曲强度加大，但增加曲柄臂厚度会减小曲柄销长度和主轴颈长度， 曲柄臂厚度取=26mm。所以取曲柄臂宽度为126mm。 曲柄圆角R增大曲轴圆角能增加曲轴疲劳强度。但曲轴圆角的增加意味着缩小轴承承压长度，存在强度与耐磨性间的矛盾。取R=5mm。3.3.2 飞轮 飞轮是一种动能储存器，可起到调节曲轴转速波动，稳定转速的作用。柴油机工作时，飞轮贮存了作功的能量，克服其他辅助冲程的阻力，以保持曲轴运转的均匀性，使柴油机工作平稳。另外在柴油机启动时，飞轮也起到辅助作用，使启动容易。车用柴油机多用电起动，为此在飞轮的外圆柱面镶有启动齿圈，一变和启动设备相配合驱动曲轴。为了贮存能量，飞轮通常做成尺寸较大而外轮缘较厚的圆盘。飞轮的材料是铸铁。图3-13飞轮的结构3.3.3 轴瓦 轴瓦的设计原则主要本着在大批量生产的条件下能保证很高的制造精度，可完全互换，使用方便成本低。基于6110型柴油机的转速范围属高速机，滑动轴承材料选用高锡铝合金，其硬度HB在20时为3040，150时为2330，最大许用负荷24.5MPa，许用速度810m/s，最高工作温度170。用高锡铝合金轴瓦，它的机械强度高，减磨性能高，耐腐蚀，制造成本低。 为了防止轴瓦在工作时松动，轴瓦上设置有突键，安装时突键位于连杆大头相应的凹槽内。轴瓦背与轴瓦座要紧贴合，以免轴瓦松动或散热不良而烧损轴瓦。为此，轴瓦的座中其一端与座的分开面对齐时，轴瓦的另一端高出座的分开面0.05毫米左右。当拧紧连杆螺栓时，轴瓦与瓦座应过盈，而使配合很好的机械连杆螺栓常用优质钢材制造，安装时按一定拧紧扭矩拧紧。6110型柴油机，连杆螺栓规格M12拧紧扭矩1012，主轴承螺栓M12拧紧扭矩1213。连杆轴承和连杆轴径间隙为0.070.10mm，使用极限0.25mm。 主轴承径向间隙0.080.120mm，使用极限0.28mm。3.3.4 扭振减震器 扭振减震器的功用是将曲轴扭振的能量逐渐消耗与减震器的内摩擦，通过阻尼作用是振幅的增大受到限制，即使在强共振工况下也不会产生危及强度安全的大振幅，从而保证柴油机的安全运转。6110采用的是压装式橡胶减震器，当曲轴扭转振动时，壳体和曲轴一起振动，而惯性质量则只能通过弹性橡胶的摩擦力带动，由于其惯量较大，所以它是作近似的匀速运动，这样在惯性质量与壳体之间产生了相对运动。他们之间的橡胶在相对运动中产生分子摩擦，消耗减震力矩所做的功，从而达到减震的目的。这种把皮带轮和减震器结合为一体的压装式橡胶减震器，具有结构简单，可靠性好，制造容易等优点，在车用柴油机中应用广泛，但减震器有产生的热量不易散逸，阻尼作用不够强的缺点。第四章 柴油机辅助系统设计辅助系统包括燃油供给系统，配气系统，润滑系统，冷却系统，起动系统。根据6110型柴油机的主要用途，工作情况和设计要求，根据具体布置方案与有关参数来选择现有内燃机工作可靠的机件，一方面使机件通用化，降低成本，便于维修，另一方面省去新机件的研制工作，缩短整个内燃机的研制时间。1-锁紧环2、11摇臂轴弹簧3摇臂轴4、9摇臂5摇臂调整螺钉6调整螺母7、14、24、27螺栓8垫圈10摇臂支撑架12支撑架双头螺栓13螺母15弹簧垫圈16摇臂挺柱17推杆18气门盖帽19锁片20弹簧支撑座21、22气门弹簧23气门25正时齿轮平垫圈26、28止推板29半圆键30凸轮轴31密封塞32凸轮轴轴承图4-1 柴油机配气系统4.1 配器系统设计配气系统由气门组、驱动组、传动组、减压机构和进排气系统组成。如图4-1。配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜冲量的空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀过程中，保证燃烧室的密封。图4-2 传动齿轮装置图配气相位的选定：进气门提前角为：15（一般范围为10-30），迟后角45（一般范围为40-60），持续角300；排气门提前角：45（一般范围为40-60），迟后角15（一般范围为10-30），持续角300。气门重叠49。4.1.1 气门组包括气阀、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片。（如图4-3所示）图4-3气门总成气门导管气门导管的作用是：导向，保证气门与气门座之间的密封；承受气门运动时所产生的侧压力；将气门的部分热量散出。增压柴油机的进气门导管内孔上端有9锥角，以加强进气门杆和导管孔及气门与气门座之间的润滑。气门导管采用减磨性能好的灰铸铁。其内孔的粗糙度不能太低，这样可保证在配合面上有一定数量的润滑油，防止熔着磨损。进气门杆与导管之间的间隙为0.06mm，排气门杆与导管之间的间隙为0.08mm。气门弹簧气门弹簧的材料选择65Mn，其特点是机械性能高，耐疲劳和耐冲击韧性好，表面脱碳倾向小，高温稳定性好，但价格较贵。喷丸处理可使其疲劳强度提高2070%，此外还应对气门弹簧表面进行氧化、镀锌、磷化等耐腐防锈处理。采用弹簧钢丝制成圆柱形螺旋弹簧，它的一端支撑在汽缸盖的相应凹槽内，另一端压在与气门杆端连接的弹簧座上，两根弹簧的绕转方向不同，这样可以防止共振而且保证万一个弹簧折断时另一弹簧仍支住气门不至落入气缸内。4.1.2 进排气门设计气门材料选择4Cr10Si2Mo，具有较高的耐高温强度和良好的耐磨性，耐蚀性较好，热膨胀系数小，切削性能也好，但它的导热性差些。为了更大的提高气门的耐热、耐磨、耐腐蚀性能，在气门座合面、气门杆端部还需要镀覆钴基或镍基合金，或在气门杆上进行镀铬等化学处理。为了获得最佳容积效率，气门头部直径通常是越大越好，但因受燃烧室间的限制，进气门直径为气缸直径的4248 %。即48mm。一般来说，考虑到吸气作用，进气门直径要比排气门大1520 %，以改善充气效率，即 39mm.。通常允许气门头部外圆伸出已精加工的气门座之外约0. 51. 0mm，气门盘外圆通常为气口直径的1. 15 倍，这样可以使气门座有足够的宽度以利于气门头的传热。进气门直径48mm，排气门直径40mm。气门锥角45，这样有利于提高气门的刚度，当气门落座时有良好的自位作用，而且气门与气门座之间座合压力较大，有利于传热和密封。进、排气门阀盘厚=4.5mm，进气门头部直径与杆部直径的比值一般为(4. 55. 5) ：1 ；所以取进气门杆部直径d =8mm排气门杆部直径为7mm，头部厚度t = 4.5mm，通常气门杆部长度为进气门盘外圆的2.53.5 倍，或者为气缸直径为1.11.3 倍，所以取h = 110mm。气门冷间隙：进气门为0.30mm，排气门0.35mm，热间隙：进气门0.20mm，排气门0.20mm。4.1.3 气门传动组 包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、导管、推杆、摇臂及摇臂轴。6110柴油机的配气机构为下置式。下置式凸轮轴的突出优点是凸轮轴与曲轴相距较近，凸轮轴可通过齿轮直接驱动，使二者之间的传动装置可以简化，有利于柴油机的整体布置。它可以保证使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且具有足够的开度。凸轮轴通过挺柱、推杆、摇臂驱动气门。凸轮轴与曲轴间的定时传动关系，靠传动齿轮上的记号来保证。气门与气门座的配合面要求密封好，气门开启时要求对气流的阻力要小，气门处在高温（排气门温度达到9001000，进气门温度达300400），冷却和润滑困难的条件下工作，因而要求耐热和耐磨。 气门由头部和杆部组成，进气门采用一般的合金钢制造，气门头部采用简单的平顶结构,气门与气门座之间的配合面做成锥面，使接触良好，防止漏气。密封锥面的锥角一般做成45气门头部到气门杆的过度圆弧一般比较大，以减少气流阻力。同时也增加强度，改善头部的散热。气门杆部成圆柱形，在气图气门挺柱图气门摇臂门导管中往复运动，其表面经过磨光以提高耐磨性。1 门挺柱常用钢或铸铁制造，工作表面经热处理提高硬度后精磨，使表面光洁尺寸精确。进气门挺柱上有环形槽，气门挺柱底面是平的，为使工作表面均匀，气门挺柱轴线相对凸轮轴线偏移13mm，使气门挺柱旋转，挺柱的配合间隙在0.020.08mm范围内，如图4-4。气门推杆 由空心钢管制造，空心杆两端焊有不同形状的端头,上端是凹球形，气门摇臂调节螺钉的球头落在其中，下端是圆形，插在气门挺柱的凹球形座内，上下两端都用钢制成，并经过热处理。2 门摇臂 采用钢模锻成，气门摇臂两端的长短不等，长短的比值约为1.6左右，长臂端用于推动气门杆端，这样在一定的气门开度下，可以减少凸轮的最大升程。长臂端与气门杆端接触部位经热处理后磨光，气门摇臂中心孔中装有青铜衬套，上有油孔和油道，如图4-5。4.2 燃油供给系统设计1柴油箱2溢油阀3柴油滤清器4低压油管5手动输油泵6输油泵7喷油泵8回油管9高压油管10燃烧室11喷油器12排气管13排气门14排油管15空气滤清器16进气管图4-6 燃油供给系统示意图供油系统由燃油箱、燃油输油泵、低压油管、燃油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器和回油管组成，如图4-6。 4.2.1 喷油泵 6110型柴油机选用直列柱塞式1号泵，它由分泵、喷油泵体、传动机构及油量控制机构等组成。其每个分泵主要由出油阀紧座、出油阀弹簧、出油阀偶件、柱塞偶件、弹簧上座、弹簧下座、柱塞弹簧、油量控制套筒、调节齿轮、滚轮体部件等零部件组成。柴油机运转时，喷油泵凸轮轴上的偏心轮，驱动输油泵的滚轮，滚轮安装在滚轮体上，滚轮体通过顶杆，推动活塞作正向移动。活塞的反向移动是在活塞弹簧的作用下与偏心轮相配合来实现的。活塞的往复运动、止回阀的密切配合，形成了泵油过程。1 泵机构 油泵机构包括柱塞，柱塞套，柱塞弹簧，出油阀、出油阀阀座和出油阀弹簧组成。六个缸的油泵机构的所有零件都装在喷油泵盖上，成为一个装配总成，用两个螺栓固定在喷油泵壳体上。喷油泵盖喷油泵盖是一个铸铁件，在其内部开有U型油道，与柱塞套上的进油孔和回油孔相通。从输油泵经精滤器和进油管进入U型油道的油量经常超过喷油泵的需要量，为使U型油道内保持一定的压力，当油道内柴油压力高于 0.5 时，与U型道相通的回油阀被顶开，使多余的柴油经回油管流回输油泵进口，继续循环。柱塞偶件装在泵盖的钻空中，为了防止柱塞套转动，以保持其进，回油孔与U型油道相通，在泵盖的侧面装有柱塞套定位螺栓，出油阀座及柱塞套用高压油管接头压紧，为了防止高压油管接头松动，相临两接头间用两块锁片卡住。此外，在柱塞套座的泵盖的环行端面和出油阀座上端面处，设有铜垫和垫圈，以防漏油，它是产生高压的必不可少的条件。柱塞的中部开有很浅小的环槽，可储存少量柴油以利润滑，并起一定的密封作用。 4.2.2 高压油泵放气 泵体设有放气螺钉。当供油系统进入空气时，应旋开放气螺钉，按动手泵，驱尽空气，直到出现不含气泡的柴油为止，然后旋紧手泵。 4.2.3 调速器当发动机在高转速运转时若因负荷减少使转速升高时，喷油器供油量增大，更促使发动机转速进一步升高，极易导致发动机超速而出现排气管冒黑烟、发动机过热等不良现象，严重时出现飞轮飞脱等机件损坏、伤人事故；当发动机转速因负荷增加而低于最低稳定转速时，喷油泵 供油量也减少，转速继续下降，发动机熄火。因此，柴油机必须装有调速器，其功用就是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化。 1.油底壳；2.集滤器；3.副机油泵；4.集滤器；5.主机油泵；6.机油冷却器；7.机油粗滤器；8.机油精滤器；9.空气压缩机；10.活塞冷却喷嘴；11.机油压力表；12.喷油泵；13.摇臂轴；14.油道；15.顶筒；16.加油盖；17.摇臂；18.活塞；19.副油道；20.主油道。图4-7润滑系统6110型柴油机的调速器是飞块离心全程式。型号为TQ250/750B36。后端有高速限制螺钉、怠速限制螺钉和调节轴（最大油量限制螺钉）。调速器上面有停车手柄，逆时针方向转动手柄可断油停车。4.3 润滑系统设计如图4-7，润滑系统的组成：机油泵、机油管、油道、油底壳、集滤器、安全阀、粗滤器、旁通阀和细滤器等。润滑系统主要的作用： 润滑：将干摩擦转变为液体摩擦。 冷却：通过循环带走高温零件的热量。 清洗：通过循环冲走零件表面的杂质。 密封：油液充满在配合间隙中，提高了密封性。现代高速内燃机一般采用综合润滑系，即用压力润滑又用飞溅润滑，高速重负荷的摩擦表面，如曲轴主轴承、连杆轴承、凸轮轴承等用机油泵强制润滑。负荷轻滑动速度低或润滑有利的地方则用飞溅润滑。 6110型柴油机采用的是压力与飞溅复合式润滑。压力润滑是以一定压力将机油输送到摩擦面的间隙中；主要应用于负荷大，运动速度高的部件，如主轴颈、连杆轴颈等；飞溅润滑依靠运动零件飞溅起来的油滴或油雾进行润滑，主要适用与外露、负荷较轻、运动速度较小的零部件，如气缸壁、活塞销等。机油泵通过集滤器将油底壳中的机油送至机油滤清器。其中一部分经转子离心滤清后回油底壳，大部分机油通过绕线式粗滤器，滤清后进入机体主油道，再送至主轴承、连杆轴承、凸轮轴承、摇臂轴，传动齿轮系由惰轮幅板上的小孔喷油润滑。而缸套与活塞，连杆衬套、活塞销、凸轮表面等处为飞溅润滑。技术要求：冬天采用8号或11号机油，夏天用14号机油。图48机油泵结构4.3.1 循环油量包括供给轴承润滑和冷却所需要的油量以及冷却活塞所需要的油量，但 不包括细滤器、调压阀、旁通掉的油量、循环油量可以通过必须被机油从零件上带走的散热量计算出来，现代内燃机中传给机油中的热量约为气缸总放热量的1.5%2%。 4.3.2 机油压力为了可靠的将机油送至润滑表面，在润滑系的主油道内必须具有一定的机油压力。因为，要求机油泵泵油时有一定的泵油压力。但当机油压力较高时,必须提高机油泵的制造精度和刚度，不然耐久性不好。因此，高速柴油机为36 ，高速强化柴油机为69，采用离心式机油滤清器时，应取较高的机油压力，在最低转速时，机油压力不应低于0.51.0。本柴油机选择的是6。4.3.3 机油温度为了保证轴承等摩擦副在良好的工况下工作，还必须控制机油的工作温度。轴承的温度状况可用油膜中机油的平均温度来评定；对于铅青铜瓦来说，此温度一般不应超过110。热负荷特别高的柴油机不应超过150；对巴氏合金轴瓦则不应超过100。同时，润滑油流过轴承的温升要在2050范围内。为此，机油在油底壳中的机油温度不应超过95105，最好为7075。当油底壳的机油温度超过95时，就应该在润滑下同内装置机油散热器。经验表明，机油散热器的冷却效果可以使机油温度接近2030，效率高的机油散热器可以使机油温度下降40。 图4-9油底壳示意图4.3.4 油底壳贮油量选择油底壳的机油容量(L)时，要保证一次加油后，内燃机能够在足够长的时间内连续运转；同时，还要考虑机油的自然散热的条件。容量增大，机油在每秒钟内循环的次数即循环率/(次/s)降低（为油底壳中机油容量，为机油泵供油油量）。机油在油底壳中停留时间愈长，自然散热效果愈好，但较大的使内燃机外形尺寸增大。一般机油循环率不大于3次/min。 图4-10冷却系统示意4.4冷却系统设计4.4.1 冷却系统的功用如图4-10。发动机在工作过程中，由于混合气的燃烧，气缸内的气体温度高达2000摄氏度左右，一些直接与高温 燃气接触的零件（如气缸套、活塞、活塞环、气缸盖、气门等）受到加热导致其机械强度降低、零件损坏，或因受热膨胀而破坏运动零件间的间隙，出现卡死、拉伤，机油也会因高温粘度降低、变质、失效。发动机冷却系统的功用是对在高温条件下工作的零件加以冷却，保持在适宜的温度范围内，以保证工作可靠耐久。1散热器2散热器盖3补偿水桶4散热器出水软管5风扇传动带6暖风机出水管7管箍8暖风机芯9暖风机进水软管10节温器11水泵12冷却风扇13护风圈14散热器进水管图4-11柴油机冷却系统示意图4.4.2 强制循环水冷却系统的组成强制循环冷却系由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置组成，见图4-11。 水冷却式有大循环和小循环两条循环路线。大循环的路线如下：水泵将冷却水从散热器（或冷却水箱）经过机油冷却器泵入气缸体的布水道，此后水分两路。一路通过八个分孔均匀地进入气缸体水套冷却气缸套，然后经小水孔进入气缸盖水套，冷却气缸盖。另一路经过四个喷水管强制冷却进、排气门座与喷油器座孔外壁所形成的三角区，两路水汇合于气缸盖水套，最后经过气缸盖出水管、节温器流回散热器（或冷却水箱）。与水泵同轴的风扇，吸风冷却散热器。小循环的路线如下：当水泵将水泵入气缸体的布水道之后，冷却水按与大循环相同的路线经出水管流到节温器（此时由于水温低于70），节温器将通往散热器（或冷却水箱）的去路堵死，冷却水只能流向水泵，水按上述路线进行小循环。4.4.3 水泵水泵的功用是对冷却水加压，加速冷却水在冷却系中的循环流动。如图4-12所示本机采用离心式水泵，与冷却风扇同轴，并由风扇皮带轮带动旋转。 当水泵叶轮旋转时，水泵中的冷却水在离心力作用下被甩向叶轮边缘，同时产生一定的压力，压力升高的 冷却水从壳体边缘出水管流出；在叶轮的中心处，由于压力下降形成真空，因此水泵的入水管设在此处。 1风扇2皮带轮3三角皮带4水泵壳5轴连轴承带6挡水圈7水封橡皮碗8弹簧9水封垫片10水泵叶轮11放水孔图4-126110型柴油机的离心式水泵示意图冷却系统采用开式循环，水箱水面高于水泵位置。水泵将水打入机体水套，此后冷却水分成两路：一路进入缸套周围水腔，另一路进入缸盖，首先冷却喷油器。两路冷却水在缸盖前端汇合流回水箱出水温度保持在7085。 水泵是离心式，在水腔与轴承间装有水封。水封处渗漏的少量水滴从泵体上的泄水孔流出，切勿堵塞此泄水孔。如滴水成流，则用顶丝将叶轮抽出，研磨水封垫与泵体座面。装配时，叶轮与泵体的轴向间隙为0.30.7mm。两只轴承间设有黄油嘴，每工作200h，应适量加注钙钠基润滑脂（SYB140359）。4.5 起动系统设计 关于6110型柴油机首选电起动，由于是六缸机起动力矩较大，所以手起动操作比较困难。本机在原有非增压柴油机的电起动系统线路的基础上，增加了起动时对柴油机先进行进气预热的电路。见图（413、414）。 直流起动电机的选择： 电压24V起动电机型号ST614 功率7PS旋转方向顺时针 最大扭矩6Kgm图4-136110电路图 图4-14预热电路图结论与建议6110型号柴油机主要应用于汽车动力机械方面。6110型号柴油机采用型燃烧室，喷嘴为长型五孔式，倾斜的布置在气缸盖上，喷射直径为0.35毫米，喷油压力为175公斤/厘米2，气缸盖上铸有螺旋进气道，燃烧过程比较完善，燃料消耗率也比较低。气缸盖和缸体都是整体铸造的，因此结构轻巧。活塞由硅铝合金铸造，头部共有两道气环和一道油环。连杆用钢锻制成，具有平切口连杆大头。两个连杆螺栓加工有定位带以保证连杆盖的定位。球墨铸铁曲轴是全支撑的，带平衡块，其轴向定位设在后轴承上。曲轴后端凸缘用螺钉将甩油盘和飞轮固定在一起。曲轴的前端装有皮带轮和启动爪。主轴瓦和连杆轴瓦都是采用高锡铝合金薄壁轴瓦。凸轮轴布置在机体的中部，具有三个支承。气门、摇臂直接由长的杯形挺柱驱动。这样可使气门机构的刚性加大。气门上都设有两个气门弹簧座和两个气门弹簧。冷却系中的离心水泵和风扇都是由曲轴皮带轮直接驱动的。柴油机采用电起动，为了适应冬季冷启动的需要，在进气管内装有起动预热器。为了适应汽车的工作需要，6110型柴油机空气滤清器采用干式纸质滤芯，纸质型号K3312，具有较高的滤清效率。综上所述，本柴油机由于各大系统的合理设计，使本机具有很多优点，属于大功率、节约能源、改善环境的绿色环保机。专门优化了燃烧系统，使之更具备环保需求，具有功率大、油耗低、燃油省、排放好等优点。6110系列柴油机扭矩更强大，动力更强劲，能够满足用户多拉快跑、节省运输成本、提高经济效益的目的。6110柴油机材质独特、曲轴不断、缸盖不裂、机体更强，其燃油系统应用先进的BQ油泵和汽车发动机技术，采用空气加热器，低温启动性能好，优化燃烧系统，排放也达到了欧I标准，贯彻了ISO9001：2000质量体系标准，同时定期对产品进行抽样试验，保证了产品质量。 对于6110型柴油机的几点改进建议6110型车用柴油机市场前景一片光明。但受世界能源和环境危机的影响，原油价格不断上涨，生态环境保护提上日程，汽车等机械正在向环保、低耗的目标发展。因此，该柴油机已改进一下几点：改进进气系统，减小进气阻力，增大空气滤清器截面面积，增加进气量，增加进气门尺寸，减小排气门大小，使进气更充分。改进燃油供给系。可进一步增加喷孔数，减小喷孔直径。另一方面，可改变喷油规律，如采用先少喷后多喷减少滞燃期的喷油量的凸轮，提高动力性。增加缸体、缸盖、油泵的刚度，在横隔板加筋板，减小柴油机的震动产生的噪音。 由于毕业设计时间短，该柴油机还有待改进的地方：如在6110型柴油机优良性能和可靠性的基础上采用增压及增压中冷技术，将进入柴油机气缸的空气，通过增压器预先压缩，提高进气压力，通过中间冷却，降低进气温度，以提高其密度，同时增加喷油量，从而达到多烧燃料，提高功率。参考文献1 济南柴油机厂柴油机结构与使用M北京：石油工业出版社，15037.20552 陈宏钧. 实用机械加工工艺手册M. 机械工业出版社 20033 崔荣健柴油机技术现状及发展展望J船电技术，2009，（4）：43-474 张振生柴油机性能优势与发展方向J辽宁省交通高等专科学校学报，2006，8（3）：41-435大连柴油机厂.汽车柴油机M.人力资源出培训中心6 Bahram Khalighi Daniel C Haworth.Mark S HueblerMulti-dimensional Port-and-In-Cylinder7 Bahram Khalighi Daniel C Haworth.Mark S HueblerMulti-dimensional Port-and-In-Cylinder Flow Calculations and Flow Visualization Study in an Internal Combustion Engine with Different Intake ConfigurationsJ. SAE 941871， 19948 陈家瑞汽车构造M北京：人民交通出版社，2005.99 刘仁杰 马丽敏.画法几何及机械工程制图M. 中国计量出版社，2007.310 杨连生内燃机设计J北京：中国农业机械出版社，1980，3536附录A 6110型柴油机热力计算一、柴油机已知参数缸径 D=110 (mm)行程 S=120(mm)缸数 i=6转数 r=2900(r/min)12小时功率： =103kw压缩比 =17每缸工作容积 Vh=1.14 (L)Vc=0.07127(L)曲柄半径连杆长度比 =R/L=0.25 (R=60mm，L=240mm)大气状态 P=1() T0=293(K)燃料平均重量成分 C=0.87，H=0.126，O=0.04燃料低热值 Hu10500(kcal/kg)燃烧室形式 形燃烧室二、热计算1.参数的选择, 根据类似柴油机的实验数据和统计资料，结合本柴油机具体情况可以选定（1）过量空气系数 1.8 （非增压高速机一般1.61.9, 形燃烧室过量空气系数稍大） 说明：有利于燃烧过程迅速而完全的进行，增加燃烧产物中双原子气体的数量可以获得较大的绝热压缩以及膨胀指数减少排气中的热量损失，提高发动机经济性。 在充气状态良好的状态下采用较大的过量空气系数，可以降低主要零件的热负荷，有利于整机的可靠性以及耐久性。 较大的过量空气系数可以降低发动机的升功率和平均指示压力。（2）最高燃烧压力 80() （形燃烧室燃烧压力大多偏高，非增压柴油机一般在6090） （3）Z点热量利用系数 0.85 由于考虑到90柴油机有较大的过量空气系数和比较完善的工质形成过程，因此有可能使比较多的燃料在急燃期燃烧放热。 （4）残余废弃系数 0.05 由于该机型排气通道设计比较合理，排气阻力较小，因此有较少的废气残余，以及较小的排气被压。（5）膨胀行程终点的燃料热量利用系数 该值主要取决于燃料燃烧完善程度，被冷却水吸收的热量以及高温下燃烧产物的分解吸热，由于本柴油机具有较高的过量空气系数，燃烧比较完全，而最高燃烧温度和平均气体温度较低，因此冷却水散热损失以及燃烧产物分解热损失较小。（6）排气终点温度 T750(K) （非增压一般700K-800K）（7）示功图丰满系数 0.92 （0.920.96）（8）机械效率 0.81 （0.750.85）2. 燃料热化学计算. 根据相关公式，可以计算求得（1）理论所需空气量L = =0.495()（2）新鲜空气量 ()（3）理论上完全燃烧时的燃烧产物 ()（4）当时的多余空气量()（5）燃烧产物总量 () （6）理论分子变更系数 （7）实际分子变更系数 3. 换气过程参数的计算（1）取 ，则进气终点压力为()（2）取进气加热温升 则进气终点温度为 ()（3）充气效率 4. 压缩过程的计算.（1）选取平均多变压缩指数=1.38： 压缩过程中气体得到热量愈多，愈大。相反热损失越多越小。由此，影响的取值的主要因素有以下几点： 发动机的构造特征，风冷发动机的主要零件（缸体、缸盖、活塞）温度要比水冷发动机的高，因此风冷机的较大。 S/D较小时，要比长冲程的机型小一些。 当气缸套、活塞、活塞环以及气门密封带磨损时，漏气量增加，就会带走一部分热量，从而使减小。 燃烧室表面积炭，会使零件温度升高，减少散热量，使升高。（2）压缩过程中任意点的压力()为x点对应的气缸工作容积，则有式中为x点从上止点算起的曲轴转角 可以选取数个x点求出对应的以及在绘制示功图时用来描绘压缩曲线a-c（3）压缩终点压力和温度()()（4）压力升高比5. 燃烧过程的计算（1） 压缩终点的空气平均等容比热从附图3查得 时(kcalkgmol) (kcalkgmol)（2） 压缩终点的残余废气平均等容比热在附图3中查得时(kcalkgmol)(kcalkgmol)（3） 压缩终点的混合气平均等容比热 (kcalkgmol)（4） 燃烧终点的温度 （1）则有： 115053再用附图3的曲线图现估计一值，按此查出，并计算的值，判断其与14445是否相等，如果不相等，就按其差值在选一值，如此逐步试算直至求得一满足要求的值，是14445.照此方法求得燃烧终点温度，1830 1830+2732103（K)（5）初期膨胀比6 膨胀过程的计算（1）后期膨胀比（2）选取平均多变膨胀指数是一个平均值概念，他主要取决于过后燃烧的程度，气体与气缸壁之间的传热以及气体的泄露量。越小，有用功就越多。在发动机中影响的因素主要有：从气体中排出的热量越多，膨胀线越陡，热损失就越多，越大。在膨胀线上过后燃烧的增加，减小了气体的散热量，从而减小。过后燃烧强度越大，就会减小， 因此就会减小。转速增加以后，缩短了气体与气缸壁的热交换时间以及泄露量，因此转速n越大就会增加。综合考虑，依据经验公式：1.22+1.22+1.24（3）膨胀过程种任意点x的压力， 其中为x点的气缸容积，求解方法与相同 在求得数个点的值后，即可描绘出示功图膨胀曲线zb。（4）膨胀终点的压力和温度()(K)1083-2738107. 平均指示压力计算 据公式 ()7.417()8. 指示热效率按公式 9. 指示比油耗(kgPsh)10. 有效热效率和比油耗(kgPsh)11. 平均有效压力和有效功率的校核（）（Ps）12. 绘制示功图压缩线ac与膨胀线zb所需点 ()()=80()，() 根据以上的所得数据求出若干点，列于附表1中:附表1压缩过程与关系表序号12345678910 71.2777.7897.30129.8175.2233.0302.8383.4473.1569.9（）42.4137.5927.618.5412.248.2685.7604.1603.1212.407附表1压缩过程与关系表序号11121314151617181920 671.1773.2872.7965.710481117116812001211（）1.9211.5801.3371.1621.0381.9510.8940.8610.85附表2 膨胀过程与关系表序号12345678910 71.2777.7897.30129.8175.2233.0302.383.4473.1569.9（）67.447.1538.722.8116.4912.319.487.53附表2 膨胀过程与关系表序号11121314151617 18 19 20 671.1773.2872.7965.710481117116812001211（）6.1495.1584.4393.9153.5363.2673.0912.992.957CZ1、 Z 点的压力 80 kg/cm2、 C 点的压力 42.406 kg/cm3、 B 点的压力 2.957kg/cm4、 A 点的压力 0.85kg/cm5、 C点到Z点的压力 368时压力52.74kg/cm 371时压力 64.01kg/cm 373时压力 72.43 kg/cmAB附图1附录B 6110型柴油机动力计算1、已知该机型的示功图及以下基本参数：气缸排列及缸数： 直列6缸 缸径： D=110 mm冲程： S=120 mm 转速： n=2900 压缩比： =17 曲柄半径： R=60 mm曲柄半径与连杆长度之比： =1/4 平均多变压缩指数： =1.38 平均多变膨胀指数： =1.242、 活塞的运动学分析（位移、速度、加速度的计算）活塞位移： （2）活塞的速度： （3）活塞的加速度 a （4）附图2-1 运动机构简图代入数值，不同曲轴转角对应的位移、速度、加速度如下表附表3运动分析数据表活塞位移 X（m）活塞速度 V(m/s)活塞加速度 a 00.00 06909.94101.143.946742.57204.50 7.696253.28309.90 11.085478.24017.16 13.884474.395025.86 16.193313.396035.64 17.742072.987040.08 18.588328056.88 18.71-338.999067.50 18.21-1381.9810077.70 17.16-2258.30 11087.12 15.65-2949.3312095.64 13.8-3454.97130102.96 11.71-3793.35140109.08 9.46-3994.43150113.82 7.13-4096.21160117.24 4.76-4135.95170119.34 2.38-4145.28180120.00 0-4145.96190119.34-2.38-4145.28200117.24-4.76-4135.95210113.82-7.13-4096.21220109.08-9.46-3994.43230102.96-11.71-3793.3524095.64-13.8-3454.9725087.12-15.65-2949.3326077.70 -17.16-2258.30 27065.70 -18.21-1381.9828056.88-18.71-338.9929040.08-18.58832.00 30035.64-17.742072.9831025.86-16.193313.3932017.16-13.884474.393309.90 -11.085478.20 3404.50 -7.696253.283501.14-3.946742.573600.00 06909.94当=180时 Smax=120mm当=0和=360时Smin=0mm附图2 活塞位移曲线图 1 在0和360的时候速度为0m/s2 速度最大值在75左右 约为18.81m/s3速度最小在280左右 约为-18.81m/s附图3 活塞速度曲线图1在0和360时加速度有最大值6909.94 2在180时加速度有最小值-4145.96 附图4 活塞加速度曲线图3、作用在发动机曲轴连杆上的力：a、作用在曲柄连杆机构上的力和力矩； b、作用在曲柄连杆机构上的力和力矩的符号；附图2-2 曲柄连杆机构受力图沿气缸中心线作用在活塞上的气体压力： 吸气和排气过程的是由示功图直接量得，压缩和膨胀过程是先量出压缩开始点及膨胀终了点的压力，而后根据来计算方便，将容积关系转化为冲程关系：所以：压缩过程： （） （5）膨胀过程： （） （6）其中：0.9（） 2.57 （） cm （7）最后：=-1 （） （8）求往复惯性力：首先确定往复运动的质量： （9）活塞组质量： =0.6/9.8=0.061 其中活塞组质量为活塞、活塞销、活塞环、销圈诸重之和。连杆分布在小头上的质量：已知连杆总重量为0.9kg，设分布在小头上的质量为1/3连杆质量，则： =0.061+0.031=0.092 面已经计算了活塞运动的加速度a，所以往复运动惯性力： （方向与加速度方向相反）（） （10）单位活塞面积上所受惯性力： （） （11）作用在活塞顶的总力P： (） （12）沿连杆作用力及气缸侧压力： （ （13） （） （14）切向力T及法向力Z：（） （15） （） （16）计算及查寻结果列于附表5中： 附表4动力计算数据表aPgPgFjPj00.953-0.047-8222.84-8.834-8.881100.85-0.15-8023.65-8.626-8.776200.84-0.16-7441.41 -7.994-8.154300.84-0.16-6519.06-7.003-7.163400.84-0.16-5424.53-5.827-5.987500.84-0.16-3942.93-4.236-4.396600.84-0.16-2466.85-2.65-2.81700.84-0.16-990.08-1.064-1.224800.84-0.16403.40.4430.283900.84-0.161644.561.7671.6071000.84-0.162687.382.8872.7271100.84-0.163509.73.773.611200.84-0.164111.414.4174.2571300.84-0.164514.094.8494.6891400.84-0.164753.375.1064.9461500.84-0.164874.495.2375.0771600.84-0.164921.785.2875.1271700.84-0.164932.885.2995.1391800.85-0.154933.695.35.151900.856-0.1444932.885.2995.1552000.876-0.1244921.785.2875.1632100.91-0.094874.495.2375.1472200.962-0.0384753.375.1065.0682301.0360.0364514.094.8494.8852401.1390.1394111.414.4174.5562501.2830.2833509.73.774.0532601.4830.4832687.382.8873.372701.7210.7211644.561.7672.4882802.1821.182403.40.4431.6252903.3132.313-990.08-1.0641.2493003.7922.792-2466.85-2.650.1423105.4074.407-3942.93-4.2360.3153208.2056.205-5424.53-5.8270.37833011.28510.285-6519.06-7.0033.28234022.16921.169-7441.4-7.99413.17535034.88533.885-8033.65-8.62625.25936042.40741.407-8222.84-8.83432.5733708079-8023.65-8.62670.37438055.93954.939-7441.41 -7.99446.94539046.18545.185-6519.06-7.00338.18240025.18624.186-5424.53-5.82718.35941015.15914.159-3942.93-4.2369.92342011.33510.335-2466.85-2.657.68543010.0399.039-990.08-1.0646.9864406.95.9403.40.4436.3434505.714.711644.561.7676.4774604.8753.8752687.382.8876.7624704.283.283509.73.777.054803.8462.8464111.414.4177.2634903.5332.5334514.094.8497.3825003.3042.3044753.375.1067.415103.1452.1454874.495.2377.3825203.0382.0384921.785.2877.3255302.9761.9764932.885.2997.2755402.9571.9574933.695.37.2575502.4321.4324932.885.2996.7315601.5210.5214921.785.2875.8085701.3250.3254874.495.2375.5625801.050.054753.375.1065.1565901.050.054514.094.8494.8996001.050.054111.414.4174.4676101.050.053509.73.773.826201.050.052687.382.8872.9376301.050.051644.561.7671.8176401.050.05403.40.4430.4936501.050.05-990.08-1.064-1.0146601.050.05-2466.85-2.65-2.66701.050.05-3942.93-4.236-4.1866801.050.05-5424.53-5.827-5.7776901.050.05-6519.06-7.003-6.9537001.050.05-7441.4-7.994-7.9447101.050.05-8033.65-8.626-8.5767200.953-0.047-8222.84-8.834-8.881aT00-8.8810-8.88110-0.035104-8.78478-1.895616-8.57415220-0.456624-8.18662-3.449142-7.4201430-0.902538-7.2203-4.362267-5.75188940-0.975881-6.06483-4.598016-3.95740750-0.848428-4.47952-3.921232-2.16722860-0.62382-2.88025-2.74537-0.8626770-0.296208-1.2595-1.250928-0.14076800.0718820.2920560.2912070.021791900.4146061.6600311.607-0.4146061000.6926582.8142642.566107-1.1562481100.873623.714693.12987-2.054091200.9450544.3634253.214035-2.9458441300.9049774.7780913.005649-3.7136881400.8061985.0102982.562028-4.3079661500.6397025.1176161.985107-4.7165331600.2871125.1475081.338147-4968.0631700.2261165.1441390.673209-5.09788818005.150-5.15190-0.020625.160155-0.675305-5.11376200-0.2891285.183652-1.347543-5.002947210-0.6485225.188176-2.012477-4.781563220-0.8260845.133884-2.625224-4.414228230-0.9589264.977815-3.131285-3.86892240-1.0114324.6699-3.43978-3.152752250-0.9808264.170537-3.513951-2.306157260-0.855983.47784-3.17117-1.42888270-0.6419042.570104-2.488-0.641904280-0.412751.677-1.672125-0.125125290-0.3022581.285221-1.2764780.143635300-0.0315240.14555-0.1415740.043594310-0.0607950.320985-0.280980.155295320-0.0616140.382914-0.2903040.249858330-0.4135323.308256-1.9987382.635446340-1.001313.2277-5.57302511.98925350-1.11139625.28426-5.45594424.678043360032.573032.5733703.09645670.4443715.20078468.7553983804.0372747.1327819.85773542.719953904.81093238.4874623.25283830.6601464002.99251718.5976714.09971212.1352994101.91513910.111548.8513164.8920394201.706077.8771257.5082452.3592954301.6906127.1885947.1396920.803394401.6111226.5459766.526947-0.4884114501.6710666.6907416.477-1.6710664601.7175486.9783846.363042-2.8670884701.70617.254456.11235-4.011454801.6123867.4445755.483565-5.0259964901.4247267.5222584.731862-5.8465445001.207837.506333.83838-6.454115100.9301327.4410562.886362-6.8578785200.41027.35431.911825-7.0979255300.32017.2822750.953025-7.216854007.2570-7.257550-0.2961646.737731-0.881761-6.677152560-0.3252485.831232-1.515888-5.627952570-0.7008125.606496-2.174742-5.167098580-0.8404285.223028-2.670808-4.490876590-0.9455074.992081-3.140259-3.880008600-0.9916744.578675-3.372585-3.091164610-0.924443.93078-3.31194-2.17358620-0.7459983.030984-2.763717-1.245288630-0.4687861.876961-1.817-0.468786640-0.1252220.508776-0.507297-0.0379616500.245388-1.043411.036308-0.116616600.5772-2.6652.5922-0.79826700.807898-4.265533.733912-2.0636986800.941651-5.85214.436736-3.8185976900.876078-7.008624.227424-5.5832597000.444864-7.975780.977112-7.229047100.377344-8.584581.852416-8.3787527200-8.8810-8.8811 在0和720时总力p为02 在370时总力为74.44附图5 单位活塞面积往复惯性力变化曲线a(o)当=180时，PG达到最大值 ，P也达到最大值，此时PG=5.3PJ=-2.64P=66.36Pj附图6 柴油机Pg,P,Pj的变化曲线图PPgPj/kg/cm2kg/cm2a(o)a(o) a(o)1 在0和720时的连杆力Pt=-8.8812 在375时连杆力最大为70.443 在380时侧压力Pn出现最大值为4.81PzPt附图7 柴油机Pt、 Pz的变化曲线图kg/cm21 在0和720时法向力Z=-8.8812 在375时法向力最大值为42.723 在380时切向力Z出现最大值68.75a(o)附图8 柴油机T，Z变化曲线图TZkg/cm24、总扭矩和总扭矩图：柴油机合成扭矩计算过程、计算表格及其输出扭矩图曲轴总输出切向力 ()柴油机总输出扭矩 (Nm) 附表5柴油机合成扭矩计算数据表a123456T005.483565-3.43798-3.372593.21403501.8870310-1.895624.731862-3.51395-3.311943.00564915.2007814.2167920-3.449143.83838-3.17117-2.763722.56202819.8577416.8741130-4.362272.886362-2.488-1.8171.98510723.2528419.4570440-4.598021.911825-1.67213-0.50731.33814714.0997110.5722550-3.921230.953025-1.276481.0363080.6732098.8513168.31614860-2.745370-0.141572.592207.5082457.21350170-1.25093-0.88176-0.280983.733912-0.675317.1396927.78463800.291207-1.51589-0.29034.436736-1.347546.5269478.101155901.607-2.17474-1.998744.227424-2.012486.4776.1254671002.566107-2.67081-5.573030.977112-2.625226.363042-0.96281103.12987-3.14026-5.455941.852416-3.131296.11235-0.632851203.214035-3.3725900-3.439785.4835651.885235 a(o)1 在0单缸扭矩为02 在380时出现最大值为1298.53 在340时出现最小值为-331.5附图9 柴油机输出单缸矩图 N*m a(o)附图10 柴油机输出单缸矩图 N*m附录C 6110型柴油机计算参考用的图表附图11 压缩终点的空气平均等容比热与残余废气的平均等容比热附表6 在不同的值时，与a相对应的x/ra 1/l3.23.43.63.84.04.21/l a00.0000.0000.0000.0000.0000.000360100.0200.0200.0190.0190.0190.019350200.0790.0780.0770.0760.0750.074340300.1730.1710.1690.1670.1650.164330400.2980.2950.2910.2880.2860.284320500.4490.4440.4390.4340.4310.427310600.6170.6100.6040.5990.5940.590300700.7960.7880.7810.7740.7680.763290800.9780.9690.9510.9540.9480.943280901.1561.1471.1391.1321.1251.1192701001.3251.3161.3081.3011.2951.2892601101.4801.4721.4661.4581.4521.4472501201.6171.6101.6041.5991.5941.5902401301.7341.7291.7241.7201.7161.7132301401.8311.8271.8231.8201.8181.8152201501.9051.9091.9011.8991.8971.8962101601.9581.9571.9561.9551.9541.9542001701.9891.9891.9891.9891.9891.9891901802.0002.0002.0002.0002.0002.000180a l0.3120.2960.2780.2630.2500.238l a附表7 在不同的值时，与a相对应的x/ rwa 1/l符号3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 符号1/l a0+0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -36010+0.227 0.224 0.221 0.218 0.216 0.214 -35020+0.443 0.437 0.432 0.427 0.423 0.419 -34030+0.637 0.629 0.622 0.615 0.609 0.604 -33040+0.799 0.790 0.780 0.775 0.768 0.762 -32050+0.924 0.915 0.906 0.898 0.891 0.885 -31060+1.007 0.998 0.990 0.983 0.977 0.971 -30070+1.045 1.038 1.032 1.027 1.022 1.018 -29080+1.041 1.037 1.034 1.031 1.029 1.027 -28090+1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 -270100+0.929 0.932 0.935 0.938 0.941 0.943 -260110+0.835 0.841 0.847 0.852 0.857 0.861 -250120+0.725 0.734 0.742 0.749 0.755 0.761 -240130+0.608 0.617 0.626 0.634 0.641 0.647 -230140+0.486 0.495 0.503 0.511 0.518 0.524 -220150+0.363 0.371 0.378 0.385 0.391 0.396 -210160+0.241 0.247 0.252 0.257 0.261 0.265 -200170+0.120 0.123 0.126 0.129 0.131 0.133 -190180+0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -180a l符号0.312 0.295 0.278 0.263 0.250 0.238 符号l a 附表8 在不同的值时，与a相对应的x/ rw2a 1/l符号3.23.43.63.84.0 4.2符号1/l a0+1.312 1.294 1.278 1.263 1.250 1.238 +36010+1.278 1.261 1.246 1.232 1.220 1.208 +35020+1.178 1.165 1.152 1.141 1.131 1.122 +34030+1.022 1.013 1.005 0.997 0.991 0.935 +33040+0.820 0.817 0.814 0.812 0.809 0.807 +32050+0.589 0.592 0.595 0.597 0.599 0.601 +31060+0.344 0.353 0.361 0.368 0.375 0.381 +30070+0