YC3108柴油机的气缸盖设计(论文)

1、综述一、序言 随着我国社会的进步，经济的不断发展，汽车已成为我国重要的交通运输工具，汽车工业的发展带动很多行业的快速发展。农用运输车是一种以柴油机为动力、中低速度、中小吨位、中小功率、中短途运输、中低价位，适合农村乡镇及城近郊区道路条件和运输要求，适合农村购买力水平，适合农民使用及维护条件，具有中国农村特色的机动运输车辆，是我国广大农民发家致富的好帮手。由于农用车符合农村需求，又与农民购买力相符合，因此得到迅速发展。我国有3亿多农户，而农业生产、农村经济发展、农民生活中发生的劳动量50是靠运输完成的。如果农村运输和城乡之间的农产品流通要实现机械化，初步测算应达到每5个农户一辆农用车的水平。因此

2、，在未来10年农用车社会保有量将有可能整倍增加，即达到6000万辆的规模，市场潜力巨大。二、行业概况有关专家认为，我国目前农用车发展具有以下特点：首先是行业竞争日趋激烈。农用车市场竞争的白热化，迫使企业竞相降价，使农用车成了微利产品。主导厂家采取增加和改善配置来稳定市场价格，即增质不增价，增加美观度不加价等促销方式，使产品售价接近成本价。因此企业只能依靠其品牌的知名度、质量的稳定性及完善的售后服务来占领市场，让购机者真正得到实惠。从近几年销售前10名的企业看，购买集中度逐年提高（四轮车集中度高达6395，三轮车高达9576），集团优势逐步显现。经过几年的大盘整理和震荡中重新洗牌，最终将形成46

3、个大型企业集团，完成行业新的整合与重组。其次是市场热点正在转移。农用车的消费主体是农民，其消费市场与个地区经济发展水平紧密关联。随着中西部地区农村经济的不断发展，农民驾着农用车奔小康将是主要选择之一。加之我国西部大开发战略的实施和我国加入后，国家增加对中西部地区农业的财政投入，西部地区将成为农用车增长市场亮点，因而农用车发展空间将非常广阔，并且中心将转向西部。 最后是要求产品技术性能高。随着用户对产品要求的日益提高，农用车的可靠性、耐久性等指标亟待提高。用现代技术改造传统产业，对产品进行优化设计，以提高其可靠性、稳定性、安全性和经济性。提高发动机、行走系统、悬挂系统是关键问题。国家已出台了农用

4、车环保标准。是否符合环保要求，外观质量、外形是否具有个性和时代感，都将成为购车者选择的重要依据。三、我国农用车市场发展趋势1道路交通安全法中关于农用车的规定2003年10月28日，经十届全国人大常委会审议通过的道路交通安全法明确规定：农用车将不分具体用途，其牌证发放均由公安机关交通管理部门统一负责；拖拉机等既从事农田作业，又从事运输活动的农机由公安机关交管部门委托农业（农机）部门负责管理。在道路交通安全法2004年5月1日正式实施前，农用车迎来一个销售旺季。因为由农机部门上牌照的费用低于公安部门，所以一些用户赶在道路交通安全法施行前抓紧购买农用车产品、上牌照，农用车生产企业特别是受影响较大的拖

5、拉机变形运输机企业开足马力生产，供应市场，而在2004年5月1日后农用车市场进入淡季。实为四轮农用车名为拖拉机变形运输机的“变拖”将有望“回归自然”，恢复其本来面目，增加农田作业功能，从而具有更多拖拉机的特点。2需求量增长不大，低价位车仍将占主流地位在今后的相当一段时间内，农用车赖以产生和发展的农村市场仍不会发生根本性变化。农村运输业作为农村经济繁荣的重要支柱，对主要的生产工具农用车的需求会越来越大；同时，农村作为低购买力市场的现状也不会有很大的改变。据统计，1997年我国农村人均收入为2090元，按国家远景发展目标年均增长速度为4%的幅度推算，到2010年，农民人均纯收入为3480元，而这对

6、于购买运输车辆而言，仍然是很低的购买力，低价位车仍将占主流地位。此外，目前我国公路通车里程为118万km,其中90%以上为三级（含三级）以下公路。按照今后我国公路建设的能力，国家和地方只能集中建国道和省道，乡镇以下的广大农村地区仍将由农民集体或集资修建。因此，农村地区道路差的状况也不会发生根本性变化。3市场热点正在转移三轮农用车的主市场原来在皖、浙、豫一带，后来逐渐转移到冀、鲁地区；四轮农用车的主市场开始在长江以南地区，后来转移到了华北及周边地区。现在随着中部和西部地区经济水平的不断提高，农用车市场将向中部及西部地区扩展，特别是随着国家西部大开发战略的逐步深入，我国西部地区将是末来农用车的大市

7、场，发展空间很大。有资料表明，目前我国西部农村人口人均收入与1994年东部地区、1995年中部地区相当，而1994年东部地区、1995年中部地区正是农用车市场迅速发展的年份。受购买力和消费心理的影响，西部地区农用车的膨胀要比东部和中部有所滞后，但持续的时间更长一些。在当前和今后的一段时间内，正是农用车在西部销售的高潮时期。我国加入WTO，对农用车走向国际市场是一个极好的机遇。因为大多数发展中国家的国民经济水平和我国基本相当，有的甚至不及我国，对农业生产资料的需求也与我国农村相当；有些国家道路条件较差，不适合离地间隙偏小的汽车运行，相反，我国农用车的中、低速的高离地间隙比较适合这些国家的道路条件

8、。因此，我国农用车在国外将具有较大市场。 4产品结构呈多元化状态，技术性能要求更高改革开放后，农村产业结构发生了很大的变化，广大农民从过去单一粮棉生产逐步转向多种经营，而随着收入水平的提高，农村居民对农用车乘坐舒适性、驾驶安全性、操作稳定性的要求越来越高，农用车也由过去的主要从事道路营业性运输改变为道路运输、客运、家庭自用、专用等多种用途。小功率、节能、轻便、适合家庭自用的客货两用车将有较大的发展前景。同时随着国家政策的不断完善，对机动车安全、环保性能要求的逐步提高，农用车将继续向高技术水平、低污染、节能降耗、专用车、变型车方向发展。5与轻、微型货车并轨加快随着农村经济的不断发展和农民需求的多

9、样化，轻、微型汽车在农村市场中所占的比重越来越大。由于轻、微型车与农用车吨位相近，价格相当，两者的竞争较明显。加入WTO后，对于产品价格较高的我国汽车行业将产生较大的冲击，其中轻、微型货车生产企业为抵御国外同类产品大量进入中国市场，必定会加大抢占农村市场的力度。虽然轻、微型货车可以进城，可用于城镇之间的物资运输，但其较小的离地间隙并不适合条件较差的农村道路。因此，与农用车的竞争加剧主要表现在道路状况较好的县郊及乡镇。可以预见，随着产品质量和技术水平的提高，四轮农用车与轻、微型货车在这一领域市场的并轨也将加快。YC3108柴油机热力、动力计算及缸盖设计摘要本次的设计任务是进行YC3108柴油机整

10、机设计及气缸盖的专题设计。该说明书包括：发动机结构简介及主要参数、热力及动力计算和专题设计。发动机结构简介及主要参数是对YC3108型柴油机进行总体介绍和参数的选择；热力和动力计算是根据给出的参数进行相关计算；专题设计对缸套进行应力分析。YC3108柴油发动机是一台新型四冲程直喷式柴油发动机，它是整体多缸发动机，它参考了YC4108柴油发动机。随着人类社会的不断进步和经济不断提高，能源的短缺和环境污染等世界性问题日趋严重，人们对内燃机各方面特别是在一定动力性指标条件下的排气净化指标和燃油消耗指标等方面的要求越来越高。专题设计的具体内容有：缸盖的整个设计过程，包括选材、基本尺寸的计算等。关键词：

11、柴油机 气缸盖 目录第一章 综述 11.1序言11.2行业概况11.3 我国农用车市场发展趋势 .2第二章 绪论 82.1前言 82.2 YC3108柴油机的设计要求 82.3 YC3108柴油机与YC4108通用件情况 82.4 YC3108型柴油机的主要技术参数 .10第三章YC3108型柴油机的热力计算 113.1 已知参数 113.2 计算过程 11第四章YC3108型柴油机的动力计算20第五章 整机布置及零部件特点 255.1 YC3108型柴油机总体布置原则 255.2 YC3108柴油机的布置 265.3 YC3108柴油机的总体结构及特点275.4 YC3108柴油机的防漏措施

12、32第六章 缸盖专题设计 346.1气缸盖的概述和工作情况 346.2 气缸盖的设计要求 346.3气缸盖的结构类型 346.4气缸盖的材料 356.5气缸盖的结构设计和基本尺寸37结 论 53致 谢 54参考文献54附 录 54第二章 绪论2.1 前言广西玉柴机器股份有限公司是内燃机行业的主要企业之一，也是全国最大的车用柴油机生产基地，目前主要产品为YC4108、YC4110、YC6105、YC6108、YC6112、YC6113、YC6120系列柴油机，年产柴油机五十万台，市场占有率达40。玉柴发动机已成为用户首先配套动力之一。面对日誉激烈的市场竞争，市场向重型化和轻型化两极发展的趋势十分

13、明显，面对玉柴产品缺轻型柴油机的产品。公司领导高瞻远瞩、居安思危，与德国XXX公司一起在YC4110、YC4108基础上开发出YC3108柴油机。开发YC3108柴油机使得玉柴产品更加系列化，产品全面覆盖了从轻型柴油机到重型柴油机，可提高玉柴产品市场占有率。开发YC3108柴油机能使玉柴用少量的投资，充分提高玉柴现有的资源，提高固定资产的含金量，提高现有设备的利用率，扩大了就业率，降低了市场风险。YC3108柴油机其中运用多项德国先进技术，功率42KW，排量在3.161升,可达到欧排放标准，具备欧潜力。主要配套用于农用车和轻型货车，市场前景广阔，成为玉柴不断发展的利润增长点。2.2设计要求根据

14、内燃机设计工作中的“三化”（产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化）要求，我们参照玉柴YC4108、YC4110柴油机设计YC3108柴油机，力求布局合理，结构紧凑，体积小，质量轻，并要求柴油机有高的可靠性和耐久性、油耗低、使用、维护、和保养方便。同时为降低成本，尽量采用通用件和玉柴原有生产线。 2.3 YC3108柴油机与YC4108通用件情况序号名称 YC3108专用件与YC4108通用件1气缸体部份机体，机油泵，气缸套气缸套封水圈，正时惰齿轮，惰轮轴，油标尺组件，放水阀总成，机油泵驱动齿轮，碗形塞2活塞连杆总成连杆轴瓦，连杆盖，连杆体，连杆螺栓活塞，第一道活塞气环，第二道活塞气环，活塞

15、销，活塞销环锁，组合式油环，连杆衬套3曲轴飞轮总成曲轴，飞轮，飞轮壳，皮带轮曲轴正时齿轮，键，起动爪及垫片，上、下轴瓦（窄），曲轴止推片，飞轮齿圈，飞轮螺栓，定位销单列向心球轴衬4气缸盖总成及气缸罩总成气缸盖总成，气缸罩总成5凸轮轴总成凸轮轴半圆健，凸轮轴止推片，凸轮轴正时齿轮，隔圈6出水管总成出水管组件，出水管垫片节温器座及盖，节温器，暖风进水阀，水温感应塞7油底壳总成油底壳机油集滤器总成8其它进气管总成，排气管总成，回油管，喷油泵总成，机油滤清器总成，高压油管气门及挺杆总成，喷油器总成，柴油滤清器总成，空气滤清器总成，充电发电机总成，直流起动机总成2.4 YC3108型柴油机的主要技术参数

16、型号：3108型式：直列、水冷、四冲程、直喷式、自然吸气缸径：108 mm冲程：115 mm缸数：3压缩比：17排量（升）：3.161工作顺序：1231标定功率（kW）/转速（r/min）：42/2200最大扭矩（Nm）/（r/min）：190/12001400外特性最低燃油耗率（g/kW.h）：220标定工况燃油耗率（g/kW.h）：230机油燃油消耗比（）：0.5调速率：8%怠速转速（r/min）：700排气烟度（FSN）: 4.0曲轴旋转方向(从曲轴前端看)：顺时针冷却方式：强制水冷润滑方式：压力飞溅复合式起动方式：电起动配气定时：进气门开，上止点前17CA；进气门关，下止点后43 CA

17、； 排气门开，下止点前60CA；排气门关，上止点后16CA静态供油提前角：上止点前132CA第三章 YC3108型柴油机的热力计算热计算为发动机实际循环的近似计算，根据发动机的主要结构参数对各热力参数、指示参数、有效参数进行估算。其作用有：1、在一台新内燃机的设计过程中，大致确定气缸内的压力和温度变化情况，绘出示功图，为以后所必须进行的动力计算和强度校核提供原始数据。2、可以对发动机方案设计中所确定的指标、尺寸、结构起到一定程度的校核作用。3.1 已知参数缸径D=0.108 m行程S=0.115 m缸数i=3压缩比=17标定功率（kW）/转速（r/min）：42/2200每缸工作容积（l）Vh

18、=D2S/4=1.0535x10-3m31.0535升曲柄半径与连杆长度比R/L=57.5/210=0.2738大气压力p0=1.013x105Pa环境温度T0=293K燃油平均质量成分：C=0.87,H=0.126,O=0.004燃油低热值：Hu44100kJ/kg燃烧室形式：直喷式3.2 计算过程、参数选择：根据类似柴油机的实验数据和统计资料，结合该柴油机具体情况选定过量空气系数= 1.58 最高燃烧压力pz= 8.4 x106 Pa z点热利用系数z= 0.73 残余废气系数= 0.04 示功图丰满系数i= 0.93残余废气温度Tr= 730 K 机械效率= 0.77 、各工作过程参数计

19、算）换气过程参数取pa= 0.9 p0 则进气终点压力pa= 9.117x104 Pa 取进气加热温升T= 12 K,则进气终点温度Ta由能量平衡方程可以得: = 321.3462 K充气效率 0.8384）压缩过程计算选取压缩过程平均多变指数n1= 1.372 由 计算n1:第一试算，算式等号右端代入n1= 1.372 =0.3714,得n11.3714；第二试算，算式等号右端代入n1= 1.3714,=0.3715,得n1 1.3715；第三试算，算式等号右端代入n1= 1.3715，=0.3715, 得n1 1.3715；所以最后取n1= 1.3715。压缩过程中任意点x的压力pCX式中

20、：，x点气缸容积x-x点从上止点算起的曲轴转角，压缩余隙容积Vc= mVa=Vh+Vc= m得出： Pcx=通过列表计算（如表一），在曲轴转角分别取若干x点，求出pCZ和VCX，可画出压缩线a-c（见图一）0123456789024681012Vx(10 m )Px(MPa)图21 热计算示功图压缩终点压力pC和温度Tc 4.4403 x106 Pa 920.6296 K 920.6296-273=647.6296 压力升高比 ）燃烧过程计算完全燃烧所需理论空气量L0= 0.4946 kgmol/kg燃油缸内新鲜空气量M11.580.49460.7815 kgmol/kg燃油理论上完全燃烧(=

21、1)时的燃烧产物摩尔数M00.5262 kgmol/kg燃油当= 1.58 时的多余空气量（1.58-1）0.4946= 0.2869 kgmol/kg燃油燃烧产物总量M20.5262+(1.58-1)0.4946=0.8131 kgmol/kg燃油理论分子变更系数0=1.0404实际分子变更系数 1.0388 压缩终点的混合气平均定容比热Cv19.26+0.0025920.6296=21.5616 kJ/kgmolK燃烧终点温度Tz计算:根据混合循环发动机燃烧方程式已知：=0.04，z=0.73 ，=1.0388,=1.8918，=1.58，tc=647.6296, Hu44100kJ/kg

22、,Cv=21.5616 kJ/kgmolK,LO=0.4946 kgmol/kg燃油, 代入方程式得:整理得： kJ/kgmol (1)又由 kCal/kgmol 得 4.7835+76.4557 x10-5Tz kJ/kgmol得 用试算法求出tz第一试算，算式右端代入tz=1820 ,得tz 第二试算，算式右端代入tz=1804.7862,得tz 第三试算，算式右端代入tz=1807.2957,得tz 第四试算，算式右端代tz=1808.8849,得tz第五试算，算式等端代tz=1808.6216,得tz所以取 1806.8849 1806.8849+273=2079.8849K 初期膨胀

23、比 )膨胀过程计算后期膨胀比=13.7042选取膨胀过程平均多变指数n2= 1.2 膨胀过程中任意点x的压力pbx式中Vbx为x点的气缸容积，求法与Vcx相似，通过列表计算(如表二)求得数个x 点的pBX和Vbx值后即可画出示功图膨胀段（z-b段）（见图一）膨胀终点的压力pb和温度Tb= 3.6321 x105 Pa = 1232.1682 K、指示参数计算）平均指示压力pi的计算 9.6735 x105x0.938.9961 x105 Pa ）指示热效率i 0.4572）指示燃油耗率gi g/kWh、有效参数计算）有效热效率e和有效燃油耗率ge 231.8819 g/ kWh ）平均有效压力

24、pe和有效功率的校核 Pa 41.63) 有效功率误差e原设计有效功率为42kw，现计算得功率为41.6kw，其误差为0.95%3，故符合设计要求。 第四章 3108型柴油机的动力计算 动力学计算目的在于分析作用在曲柄连杆机构上的作用力，并计算出输出扭矩，为进行零件强度计算，分析刚度、振动和磨损问题提供依据。图32 曲柄连杆机构受力图图中所示各力方向为其取正值方向。已知：活塞质量：1.32 kg活塞销质量：0.58 kg活塞环总质量：0.088 kg连杆大头质量：1.98 kg连杆小头质量：0.704 kg连杆长度：0.210 m曲柄半径：0.0575 m燃气作用力： Pa（热力学计算提供）当

25、曲轴转角在0到180度时pg=pa-p0= 9.016104-1.013105Pa =-0.1013105 Pa当曲轴转角在180度到360度时pg= Pa; 当曲轴转角在360度到540度时pg= Pa; 当曲轴转角在540度到720度时pg=(1.1-1) P0 =0.11.013105=0.1013105 Pa;(0180为进气过程,180360为压缩过程，360540为膨胀过程，540720为排气过程)往复运动质量：，（mp为活塞组质量，mCA为连杆小头质量，kg）mp=1.32+0.58+0.088=1.988 kg， mCA=0.704 kg=1.988+0.704=2.692 k

26、g往复惯性力： Pa其中：0.0575 m，2400*2/60=251.3274 弧度/秒，Fh=D2/4=0.1082/4=9.1609x10-3m2, R/L=57.5/210=0.2738所以：作用在活塞销处的合力： Pa活塞侧推力： Pa 连杆推力: Pa 切向力： Pa径向力： Pa连杆轴颈处离心力： 1.98 x 0.0575 x（251.3274）2 7.1914 x 103 Pa ，（mCB为连杆大头质量，mCB1.98 kg ）连杆轴颈作用力： Pa 单缸输出扭矩： Nm由以上公式，通过列表计算(如下表三、表四、表五)，得出各值并画出Pg-,Pj-,P-图（如图三）；Pc-,

27、PN-,PT-,RB-图（如图四）；Mk-（如图五）。-202468100100200300400500600700800(CA)P(MPa)Pg-Pj-P-图33 Pg-,Pj-,P-变化曲线图图34 Pc-,PN-,PT-,RB-变化曲线图图35 总输出扭矩曲线图总输出扭矩： =17621 Nm平均扭矩: Nm有效功率: KW校核: 3，符合设计要求。 第五章 整机布置及零部件特点 YC3108柴油机是内燃机行业的骨干企业之一广西玉柴机器股份有限公司与德国XXX公司一起在YC4108、YC4110基础上开发出YC3108柴油机，YC3108柴油机继承了YC柴油机的优点。其中运用多项德国先进

28、技术，功率覆盖范围从4045KW，排量在3.161升,可达到欧排放标准，具备欧潜力。主要配套用于农用车和轻型货车。YC3108柴油机总体布置是根据已选定的性能参数、结构参数、主要部件及系统的结构型式、所需配套生产厂的要求，形成对产品的总体概念或构思，经过粗略、模糊到逐渐具体、逐渐明确的设计方案。本文详细介绍了YC3108柴油机总体布置、总体结构、特点，缸盖的设计；其中在本章中着重介绍缸盖的整个设计过程，包括选材、基本尺寸的计算等5.1 YC3108型柴油机总体布置原则1、设计布置时力求结构简单、紧凑、外形整洁、管路布置合理，便于保养、加油、加水接近作业。2、YC3108柴油机是YC4108 、

29、YC4110柴油机基础开发出来，要求零部件间有通用性。3、生产YC3108柴油机工艺、所需工装必须与YC4108 、YC4110柴油机相符。4、YC3108柴油机必须具有领先适用性，适用配套各生产厂的不同要求。5、零部件必须是标准化、通用化和产品系列化，便于用户维修。6、YC3108柴油机吊装方便，外围件紧固螺栓要便于拆卸。7、YC3108柴油机符合国家有关法规要求。8、柴油机设计完成后必须与配套汽车厂家总布置设计复核，检查是否满足汽车设计要求，同时核对与邻接总成的边界关系。9、设计完成后检查装配的可能性，汽车行驶侧倾、并且俯仰姿态下机油浮子是否吸着机油，以及防止灰尘、泥土、水等外界杂物侵入机

30、内等措施。10、维护保养方便，空气、燃油、机油滤清器滤清能力强，易于清洗和更换。5.2 YC3108柴油机的布置1、外部零部件的布置从发动机前端看，进、排气管分置于发动机两侧。右侧有：进气管、空气滤清器、高压油泵、调速器、气泵、机油滤清器、进水管总成、机油压力传感器开关、机油油尺、机油冷却器。左侧有：排气管、充电机、起动机。前端有：风扇、齿轮室、水泵、皮带轮、皮带。后端有：飞轮壳、飞轮。顶部有：气缸盖总成（安装有气门组、摇臂总成、喷油器）、缸盖罩、回油软管、柴油滤清器。下部有：油底壳、机油泵、机油集滤器总成。2、主要运动件及固定件的布置YC3108型柴油机主要运动件有曲轴、连杆机构、飞轮、齿轮

31、室、风扇等，主要固定件有机体、缸盖、飞轮壳。它们的布置及特点在YC3108型柴油机的总体结构及特点中详细介绍。3、内燃机传动齿轮系及系统部件布置1）YC3108型柴油机的配气机构为下置式凸轮轴、在不与曲柄连杆机构相碰的重要条件下，尽可能接近气缸的中心线，以求得柴油机的外型尺寸在宽度上能达最小。凸轮轴的传动由曲轴的正时齿轮传动到惰齿轮再传到凸轮轴齿轮，凸轮轴的线型为复合函数摆线凸轮。凸轮轴通过挺柱、推杆和摇臂驱动气门。2）YC3108柴油机的喷油泵布置在柴油机（右侧）即：凸轮轴的另一侧。YC3108柴油机的喷油泵的调速器为两极机械式，输油泵为A型泵。调速器在喷油泵的后端，柴油机的右侧后端，有利于

32、操作。喷油器布置在与喷油泵同一侧的缸盖顶部。3）YC3108柴油机的齿轮传动机构布置：YC3108柴油机的齿轮室为前置式齿轮室。前置式齿轮室的优点是维护、保养、拆装方便，曲轴前端为自由端，尺寸较小，布置齿轮传动机构能使柴油机传动机构更紧凑，减小齿轮传动噪声。4）进、排气管的布置在柴油机的两侧，使进、排气管得到理想的设计参数，柴油机结构更紧凑，利于缸盖螺栓的布置，装配时方便，可提高工作效率。5.3 YC3108柴油机的总体结构及特点YC3108柴油机的总体结构由以下各系统组成：1、 机体与气缸盖 YC311柴油机的主要固定件是机体和气缸盖。机体是由气缸体、曲轴箱组成，是柴油机的骨架。机体在其内外

33、安装着柴油机所有的零部件和附件，内部还设有冷却水路和润滑油路。机体为龙门式，采用湿式缸套。柴油机工作时，机体和气缸盖都承受很大的气缸爆发压力和运动件的惯性力，因此对它的总要求是要有足够的强度、刚度，使它们工作时仅仅产生很微小的变形，确保各配合面几乎保持原有的配合面和中心位置，而不引起各运动件发生异常磨损；不发生漏气、漏油、漏水等毛病。机体的外部在横隔板及侧壁上合理布置加强筋，以提高机体刚度。气缸体材料采用优质灰铸铁，气缸盖材料采用灰铸铁。2、曲轴、连杆机构 曲轴连杆机构是柴油机的主要运动机构，活塞的往复运动和曲轴的旋转运动是通过连杆而相互转换，它们一起完成柴油机的压缩、燃烧膨胀、排气、进气过程

34、，曲轴承受连杆传来的气体压力而输出功率给外界负荷。曲轴主要由三部分组成，即曲轴前端（自由端）、曲拐、（包括主轴颈、曲臂、连杆轴颈）、曲轴后端。曲轴的工作条件是承受周期交变的气体压力、活塞连杆组的惯性力和扭力的作用，而产生相应的扭矩、弯曲、压缩和拉伸应力及变形。曲轴的损坏形式疲劳断裂，断裂的位置常常发生在输出端的连杆轴颈与主轴颈的过渡圆角处，或在其应力集中处（如油孔边缘）和裂纹处。为保证曲轴可靠工作，对曲轴在结构、材料、工艺方面作出如下要求：一具有足够的刚度和疲劳强度；二重量轻；三轴颈表面有高的耐磨性；四保证柴油机具有良好的平衡性和工作均匀性能。曲轴材料可选取高强度球墨铸铁制成毛坏；用45号优质

35、碳钢或高级合金钢锻成毛坏。连杆是将活塞与曲轴连接起来，使活塞的往复运动与曲轴的旋转运动相互转换并将活塞受的气压力传给曲轴。在燃烧膨胀冲程中，缸内高温高压燃气推动活塞，通过连杆使曲轴旋转，对外作功；在排气、进气和压缩冲程里，曲轴的旋转运动通过连杆使活塞作往复运动，对缸内气体做功。连杆由连杆小头（包括衬套）、杆身和大头（包括大端盖、连杆螺栓及连杆瓦）等三部分组成。连杆工作时，承受缸内气体的压力、活塞组和连杆本身惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期改变的。因此连杆产生压缩、拉伸和横向弯曲等交变应力。因此，连杆小头损坏一般是由衬套轴承因润滑不良而磨损过渡，致使衬套松动。杆身损坏的一般形式是杆身疲劳

36、断裂。大头损坏的形式一般是连杆螺栓松动，连杆螺栓断裂和连杆轴瓦磨损过渡。根据连杆的作用、工作条件及破坏的形式，对其设计提出如下设计要求：要有足够的疲劳强度，避免产生变形和断裂；重量轻，尺寸小，减小惯性力。连杆常用材料为中碳钢或合金钢，并采用模锻或自由锻成毛坏。连杆轴瓦外层钢背是13mm的优质低碳钢片，里层是减磨合金厚度为0.30.7mm，减磨合金的材料为白合金。连杆杆身为工字型。连杆小头内压入铜套并与活塞销相连，以减小磨损和方便维修。活塞在高温、高压、高速条件下工作。高温指柴油机的燃烧膨胀及排气冲程中，活塞顶直接与高温燃气接触。高温会使活塞金属膨胀较大，破坏活塞与气缸的配合关系；润滑困难，耐磨

37、性显著下降；活塞产生热变形和热应力，疲劳强度下降；高温燃气直接与其接触器的活塞表面；高温使活塞环槽的润滑油分解结焦，将卡死活塞环破坏密封性。高压指在燃烧膨胀冲程中，活塞不但受到脉动性高温作用，同时受到冲击性的燃烧压力作用。高压使连杆对活塞的侧推力加大，从而加速活塞外表面的磨损，以及引起活塞变形。高速指活塞在气缸中作高速直线往复运动，其平均速度为6-15m/s，高速会造成活塞组的往复惯性力增大，引起振动，增大机械噪音，加速活塞的外表面及活塞的磨损。活塞由裙部、头部组成，活塞环、活塞销及其它固定件装在活塞上。活塞顶部为圆形缩口深型，这种燃烧室利用进气涡流和活塞到达上止点时的挤流作用使雾化的燃油与空

38、气迅速均匀地混合，大大加快混合气的形成和燃烧，满足小型高速柴油机燃烧持续期短的要求。活塞的顶部直径比裙部的小。裙部作用是起导向和承受连杆传给的侧压力，是活塞磨损最严重的部位。活塞的材料为铝合金。3、配气机构 YC3108柴油机配气机构是按柴油机各缸的发火顺序，适时地开启和关闭进气门、排气门，排除气缸的废气，填充新鲜空气。YC3108柴油机配气机构是顶置式气门配气机构，凸轮轴下置，它由凸轮轴、正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门组、弹簧等组成。4、进、排系统 进、排气管形状对柴油机性能关系甚大，特别是直喷式柴油机，进入的空气与功率、油耗、排放和噪声有很大关系。管道气流组织好能提高充气效率、改

39、善各缸进气分配均匀性、组织适度的进气旋流、各缸排气均匀。气流组织好坏关系到发动机的动力经济性、可靠性和耐久性。YC3108柴油机进排气管分别布置在柴油机两边。YC3108柴油机进气系统由进气管、空气滤清器、进气管垫等组成，其作用是将空气中的灰尘和杂质滤掉，保证进入气缸空气的清洁度。进气管采用铝合金铸成，空气滤清器选用纸质滤芯双级式空气滤清器。YC3108柴油机排气系统由排气管、排气管垫、螺栓、垫圈等组成，其作用是保证柴油机燃烧废气通畅地经消声器排出。排气管采用铸铁制成。5、燃料供给系统 柴油机燃料供给系统的作用是：按柴油机的负荷的需要，依照燃烧规律，在一定的时间内，将一定量的燃油以一定的喷油形

40、状喷入气缸与空气形成良好的混合和燃烧。它对柴油机的动力性和经济性都有重要的影响。它是由燃油箱、柴油粗滤器、输油泵、柴油细滤器、喷油泵、喷油器、燃油管、调整器等组成。6、润滑系统 YC3108柴油机的润滑系统为湿式循环系统。其主要功能有一、在二个互相磨擦的零件表面之间形成一层良好的油膜，以液体磨擦代替干磨擦。二、将零件磨擦表面产生的部分热量带走，保持零件温度不致过高。三、润滑油还可带走运动零件的的磨擦热量和磨损磨粒与杂质。四、利用油的粘性，附着于运动零件的表面，提高其密封效果。五、零件表面的油膜可阻止零件表面与水分、空气及燃气接触而发生氧化和锈蚀。YC3108柴油机的润滑系统采用压力和飞溅润滑。

41、曲轴主轴承、连杆轴承、凸轮轴承、连杆衬套和摇臂衬套等采用压力循环润滑；活塞、活塞环、气缸套、齿轮、挺柱、气门杆部等腰三角形采用飞溅润滑。 润滑系统主要包括机油泵、机油滤清器、机油冷却器、温度调节器及安全装置等部件。 其润滑油路如下： 油底壳 机油集滤器具 机油泵 竖直油道 机体副油道 机油滤清器 机体主油道齿轮室 油底壳 曲轴轴承 曲轴主轴颈 曲轴连杆颈 凸轮室 气缸盖 摇臂 油底壳7、冷却系统 YC3108柴油机的冷却方式为强制闭式循环水冷。为了保证柴油机正常而可靠的工作，必须对受热零件利用水进行冷却，保证受热零件在允许的温度下正常地工作。但是，柴油机也不能过冷过热，否则也会引起一些不良后果

42、，如燃料的着火延长，燃烧速度降低，散热损失增加；造成工作粗暴，油耗率增加；使润滑油粘度增大，造成运动零件的磨擦功率增加，使功率下降。对YC3108柴油机气缸壁水套中适宜温度为8595。 YC3108柴油机冷却系统由水泵、风扇、出水管、节温器等组成。其工作原理为：当柴油机刚开始工作时，因水温较低，节温器阀门关闭，冷却水直接进入水泵循环，称作小循环；当水温76时，一部分水经水泵循环，一部分水经散热器散热冷却后经水泵循环；当水温86时，冷却水全部经散热器冷却后才经水泵循环，称大循环。水温低于76 小循环系统 水泵 气缸体 气缸盖 出水总管 节温器 散热器水温高于86冷却系统循环图8、起运动系及电气系

43、统 YC3108柴油机的起动方式采用电起动，通过直流电驱动曲轴旋转，使柴油机达到着火所必需的条件从而独立连续运转。柴油机顺利起动必须达到低起动转速和起码的环境温度的条件。对YC3108柴油机的起动条件是起动转速为80160r/min，环境温度为不低于5。YC3108柴油机电气部分有直流电机、充电机、电压调节器、温度传感器、加热器等。5.4 YC3108柴油机的防漏措施1、活塞环设计活塞环在高温高压燃气包围下，依靠自身的弹力以及一定的燃气压力与缸套壁面紧密贴合在润滑条件很差的情况下，作高速往复运动，YC3108柴油机设有两道气环和一道油环，气环作用是防止燃烧室的燃气串入曲轴箱，起密封作用；油环的

44、功能是防止润滑油串入燃烧室。因此，第一道气环为楔形环，采用球墨铸铁，周围表面镀铬以提高耐磨性；第二气环为锥面环，采用合金铸铁制造，起铺油及刮油作用；第三道环为油环，为胀圈组合环，其结构是螺栓弹簧式，刮油作用强，对气缸套的适应性。2、气缸垫设计是气缸盖底面与气缸体结合面之间弹性密封零件，保证结合面处有良好密封，在气缸盖螺栓、螺母紧固力作用下，起密封燃气、冷却水和润滑油作用。YC3108柴油机气缸垫是石棉加钢板结构，各气缸孔有钢片包边，内人衬有低碳钢丝以提高密封效果。3、气缸套设计外圆柱表面有两个凸出的园环密封定位带，上部采用凸缘，下面一段圆柱定位，防燃气串下，下部凹缘定位带动设置两道封水圈，防止

45、气缸套外壁水腔中的冷却水流入油底壳。4、曲轴前后均装有金属骨架橡胶油封，且后端还有凸台防润滑油从两端漏出，在正时齿轮室盖处装有油封。5、在水泵叶轮的前端装有密封胶圈防水渗漏。6、曲轴箱与油底壳之间为了防止漏油，设有橡胶软垫密封。7、阀座密封，在设计阀座时，尽可能使气门座底壁厚，周围金属壁厚均匀，冷却均匀，以求减小阀座变形，提高密封性。8、为了使气门与气门座之间密封可靠，防止漏气，除了将密封面磨光之外，还要求将气门与气门座一起研磨。直到密封锥面上出现12mm宽的光洁、连续、均匀接触环为止，装配过程不得互换。9、所有零件接合面均放垫片，在易渗漏部位还要涂上密封胶。第六章 气缸盖专题设计6.1 气缸

46、盖的概述和工作情况气缸盖是用来密封气缸的上面部分，它与活塞顶及气缸内壁组成燃烧室。气缸盖上还布置了进排气道、冷却水腔和润滑油孔道等。在气缸盖上还装有喷油器、进排气管和气门及其传动件等。故气缸盖的结构形式十分复杂，承受着气体作用力和气缸盖螺栓的预紧力。气缸盖各部分温度很不均匀，气缸盖底面燃烧室部分（一般为火力面）温度很高，而冷却水套的温度很低，进气道和排气道的温度也不相同，因此，气缸盖的机械应力和热应力都很大。特别是由于高温或者温度分布不均匀而产生的热疲劳裂纹。这些裂纹通常出现在气门座和喷油座之间，特别是进、排气门座之间的地区（一般为鼻梁区），再加上铸造残余应力也很大，因此，气缸盖的工作条件很严

47、酷。同时，气缸盖受热时引起的变形如果很大，会影响与气缸盖接合面和气门座接合面的密封性，加上气门座的磨损产生气门杆“咬死”，甚至造成漏气、漏水和漏油等现象，使内燃机无法工作。所以气缸盖设计的好坏直接影响到柴油机的动力性、经济性和可靠性。6.2 气缸盖的设计要求1. 应具有足够的强度和刚度，保证承受机械应力和热应力时能可靠工作，并保证良好的密封。2. 保证高温部分能得到较强的冷却，使气缸盖的温度分布均匀，尽可能减少热应力，避免出现热疲劳裂纹。3. 气道型式与布置，力求空气流动损失小，并根据需要设计适当的进气涡流。4. 清砂孔及工艺孔要合理布置，使整个气缸盖有良好的加工工艺性。5. 结构简单、对称，

48、在拐弯处圆角过渡要平滑，而且要便于生产；对装在气缸盖上的机件要便于拆装和维修。6. 消除气缸盖的应力集中。6.3 气缸盖的结构类型 水冷式内燃机气缸盖的结构型式可分为整体式、分体式、单体式以及连体式四种。整体式气缸盖可以缩短气缸中心距，结构紧凑，内燃机刚度好，重量轻，水腔容易布置，成本较低。但是铸造复杂，形状误差大，制造废品率高，气缸盖局部损害时即成废品；气缸盖总长度大，接合面的不平度在工艺上不容易保证，沿气缸盖的长度方向的刚度差，当受力或受热不均匀时，气缸盖容易变形弯曲，从而破坏对气缸的密封性。为了克服后一缺点，有的内燃机将整体式气缸盖相邻两缸中间铣出横槽以增加弹性，减少因受力或受热不均匀而

49、引起气缸盖的弯曲变形。整体式气缸盖的特点是：刚度大，零件数目少，加工面小，在摇臂室与气缸盖之间不存在漏油问题，对气缸盖的冷却和气道的布置都有利，但结构较复杂，铸造较难，特别是采用硬模铸造更困难。分体式和单体式气缸盖（特别是单体式气缸盖）长度短，它与气缸体之间的密封平面小，加工不平度的要求容易保证，气缸盖螺栓的压紧力分布也比较均匀，受力或受热不均匀时气缸盖弯曲变形相应减少，这将提高气缸盖密封的可靠性。而且，这两类气缸盖铸造容易，废品率低，维修也比较方便，系列化和通用化程度高，气道位置精度高，对配气有利。它们的缺点是：要求较大的气缸中心距，增加了内燃机的长度和重量。如果要采用较小中心距，相邻的两个

50、气缸盖就必需用共用螺栓的办法，但这时对相邻气缸盖之间的高度公差要求高，否则会出现一松一紧的现象；各气缸盖之间互不相关，增加了油管、水管的联接和密封的因难，并结构比较复杂。连体式气缸盖保证了密封的可靠性，而且刚度大，但制造工艺差。一般气缸直径较小的水冷式内燃机（D150mm)，大多数采用单休弍气缸盖。连体式气缸盖则仅在个别强化的水冷式内燃机中应用。 当内燃机气缸直径较小时，多采用整体式气缸盖；当气缸直径较大或采用硬模铸造时，则采用分开式气缸盖；但有些内燃机每个气门有各自的摇臂室时，也采用整体式气缸盖。本机采用整体式气缸盖。6.4 气缸盖的材料 材料在变形时，所产生的热应力大小可以用热应力特性数来

51、表示，其中它们又分别为材料的线膨胀系数、弹性模量及导热系数。特性数越小，则材料受热时产生的热应力也越小。同时用材料的拉伸强度和热应力特性数的比值热强度系数来比较它们的热强度。温度低于250时，铝合金具有相当高的热强度；而温度高于250以上时，铸铁具有较高的热强度，不过当温度达到400时，铸铁的热强度也迅速下降。因此，铝合金气缸盖的工作温度一般不应超过220，而铸铁气缸盖的工作温度一般不应超过375400。由于铸铁气缸盖的工作温度较高，并且在常用温室范围内，热强度已能满足设计要求。同时价格低廉，所以一般水冷式内燃机多数采用HT2l40、HT2547等铸铁来制造气缸盖，或者采用合金铸铁来制造，以提

52、高拉伸极限强度和耐热性。只有一些汽油机考虑到铝合金气缸盖导热性比铸铁好，有利于提高压缩比，采用铝合金来制造。通常用的铝台金有ZL101、ZLl04等。虽然铝合金机械强度较低，设计中须将壁厚选得比铸铁的大一些，但因其密度小，增加壁厚之后，其重量一般也只有铸铁气缸盖的一半左右。由于铝合金的工作温度较低，必须加强冷却，同时，由于铝合金不能耐冲击，耐磨性差，必须在气门座处镶有铝合金铸铁制造的气门座圈。在风冷式内燃机中，主要为了考虑铝合金的导热性好，广泛采用ZLl05、ZLl06、ZLl08、ZL4等高硅铝合金和66l稀土铝合金等来制造气缸盖；只有少数采用铸铁来制造。水冷式内燃机气缸盖内部形状复杂，设计过程中必须考虑到型芯的方便和清除内部型芯的可能。为此，气缸盖的侧壁和上部要开设一定大小和数目的出砂口，而在铸造中还可以作为型芯的支撑孔，为使这些工艺不至过多削弱气缸盖的强度，一般其直径不大于40mm，并尽量避免开在受热严重区域。孔的堵塞通常用钢皮冲成或采用带螺纹的塞子。气缸盖在装配过程中，一定要按规定的顺序和扭矩大小来拧紧气缸盖螺栓，缸盖螺栓应能徒手拧紧，再使用扭力扳手或扳手扭到位，螺栓不可以和缸盖螺栓孔