毕业设计(论文)-GXY4110ZLQ柴油机设计——配气机构

目 录 前言 ……………………………………………………………………………1 第一章 整机总体设计 ………………………………………………………2 第一节 设计目的及设计原则 …………………………………………2 第二节 主要技术参数的选定 …………………………………………2 第三节 整机整体布置及主要零部件结构特点 ………………………6 第四节 主要附件规格及型号 …………………………………………14 第五节 各种螺栓拧紧力矩 ……………………………………………16 第六节 主要零件的配合间隙 …………………………………………17 第二章 热力学计算 …………………………………………………………20 第一节 设计参数的选择 ………………………………………………20 第二节 热化学计算 ……………………………………………………22 第三节 各工作过程参数的计算 ………………………………………24 第四节 各指示参数的计算及校核 ……………………………………27 1

前 言 内燃机的出现和发明可以追溯到1860年，莱诺依尔(Lenoir)首先发明了一种大气压力式内燃机。历经几代科学家的努力，内燃机的技术得到极大提高，性能日趋完善。1892年，德国的工程师鲁道夫·狄塞尔提出了一种新型内燃机的专利，即在压缩终了将液体燃油喷入缸内，利用压缩终了气体的高温将燃油点燃，它可以采用大的压缩比和膨胀比，没有爆燃，热效率可以比当时其他的内燃机高一倍。这种构想5年之后终于变成了一个实际的机器，即压燃式发动机——柴油机。 内燃机发展迄今已达到了一个较高水平。50年代初兴起的增压技术在发动机上的广泛应用和70年代开始的电子技术及计算机在发动机研制即应用，这两个发展趋势至今都方兴未艾，而随着能源的短缺和环境污染日趋严重。内燃机正面临着排气净化法规和燃油消耗法规进一步强化的严重挑战，从而促进了各种基础研究和应用研究的发展，使当代内燃机技术达到一个新的水平。 我国的内燃机发展起步晚，技术水平和工艺水平落后。产品的数量和质伐，争取在最短的时间内迎头赶上世界水平。量上和世界水平相比还有较大的差距。这样就要求我们加大研制和开发的步 我们设计的GXY4110ZLQ柴油机是在玉柴的柴油机的基础之上，减少缸数及对一些关键部位进行改进而设计使之得到强化。GXY4110ZLQ用以装配中型载货车和轻型客车，在小型的越野车上也适用。 我们在设计中尽可能的选用了YC6112ZLQ柴油机的零部件及附件，保证用原来的生产线和工艺来生产出新产品，提高产品的经济效益。在设计中运用了AutoCAD平面制图、proe三维绘图、Word文档，力求设计更完美、更成熟。由于是第一次运用所学知识进行的柴油机设计，所以在设计中难免存在错漏，希望老师能予以批评指正，使GXY4110ZLQ柴油机的设计更加符合客观实际。 2

第一章 GXY4110ZLQ整机总体设计 第一节 设计目的及设计原则 柴油机燃料经济性好，热效率高，工作可靠，耐久性好，功率使用范围大，潜力大，如今柴油机被广泛应用于各类车型。我们参考玉柴YC6112ZQ机，设计GXY4110ZLQ机。

设计原则：内燃机设计工作中的“三化”要求及“七大”设计要求]1[。“三化”就是产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化；“七大”设计要求就是动力性要求、环境性要求、燃油经济性要求、可靠性和耐久性要求、结构紧凑性要求、制造工艺性要求、使用性能要求。我们参照玉柴的YC6112ZQ机设计GXY4110ZLQ柴油机，吸收有益部分，对其进行改进和设计，使其向降低油耗、大功率、重量轻和结构简单的方向发展。同时为了降低成本，本机力图采用通用件和玉柴原有生产线，这样GXY4110ZLQ机不仅保持了原样机的优点，而且具有独特的特点。

第二节 主要技术参数的选定及分析 一、基本参数的介绍 气缸排列方式 直立 气门配置形式 顶置 气缸数 4 冲程数 4 缸径×冲程（mm×mm） 110×112 活塞总排量 (L) 4.527 压缩比 17 外形尺寸 长×宽×高 (mm) 847.8×664×843 3

二、性能参数的介绍 标定功率（kW）： 100 标定转速（r/min）： 2800 最大扭矩（Nm）： 392 最大扭矩转速(r/min)： 1600—1800 全负荷最低燃油耗（g/kWh）： ≤220 机油燃油消耗比（﹪）： ≤0.5 涡轮后排气温度（℃）： ≤537 排气烟度（FSN）： 1000 r/min烟度 ≤3.0

三、结构形式及参数介绍 燃烧室形式 直喷式ω型 工作顺序 1－3－4－2 曲轴旋转方向 逆时针 润滑方式 压力、飞溅混合式 冷却方式 闭式强制循环水冷却 起动方式 电起动 往复质量/连杆大头质量 2.90/2.11kg 配气相位： 进气门开α（上止点前） 14° 进气门关β（下止点后） 44° 排气门开δ（下止点前） 56° 排气门关γ（上止点后） 12° 气门间隙(冷态)： 排气门（mm） 0.45±0.05mm 进气门（mm） 0.40±0.05mm 静态供油提前角 8～10°CA 4

四、运转参数的介绍 最大爆发压力（bar） 180 大气状态P0/T0(bar/K) 1/298

五、主要技术参数分析 内燃机的主要参数，如平均有效压力、活塞平均速度、转速、气缸直径和活塞行程等，反映了内燃机的工作性能和设计质量。这些参数要针对设计任务的要求合理选择，既要反映市场需求，也要符合技术发展的实际情况。在保证所要求的功率以及燃料经济性最佳的前提下，尽可能提高功率输出直接关系到内燃机性能的优劣，也是内燃机设计的基本任务。根据有效功率的

公式]1[： Ne=300nViPhme=0.7854mePi2)100(DCm (kW) 式中：mep——平均有效压力（MPa）； Cm——活塞平均速度（m/s）； hV——活塞排量（L）；

i ——气缸数；

τ——冲程数； n ——转数(r/min)； D ——气缸直径（mm）。 可见，要提高有效功率，获得好的动力性能，可以从以下几方面考虑：

(一)平均有效压力mep

平均有效压力的发动机单位气缸容积所发出的有效功，在其它条件相同的情况下，mep值越高，柴油机的动力性能越好。平均有效压力是标志内燃机整个循环过程的有效性及内燃机制造完善性指标之一，其与热力循环类 5

型、混合气的形成方式、燃料的种类、燃烧和换气过程的质量、进气压力和温度及机械效率等有关，其中充量系数、有效热效率、机械效率对mep的影

响最大。平均有效压力mep可用下式表示]1[：

sasuetcmeTlpHp0485.3 (MPa) 式中，c——充量系数 a—— 过量空气系数 et——有效热效率 uH—— 燃料低热值（kJ/㎏） sP ——进气压力（MPa） sT —— 进气温度（K）

0l ——理论空气量（㎏/㎏） 经计算，mep = 10.48 MPa

(二)活塞平均速度Cm 活塞平均速度Cm对内燃机性能、工作可靠性和使用寿命有很大的影响。一般说，Cm增大，发动机负荷增大，磨损加剧，寿命下降；同时由于进排气流速增大，进排气阻力增大，ηV就会下降。因此要使Cm得到提高就必须相应地提高材料的耐磨性，增大气门直径，进行特殊的热处理，有较高的加工精度。这样做的结果至使结构复杂、工艺复杂。目前一般认为增压柴油机的Cm不应超过15m/s。 活塞平均速度Cm和转速n、行程缸径比S/D有关。为了保证ηV应尽量使Cm低些；在Cm保持不变的情况下，转速增大，行程缸径比就相对下降，S/D下降就意味着S可能小，即活塞行程较小。行程过短也有其缺点，S/D的影响因素是多方面的。本机还采用一些措施来克服高速燃烧的困难；用铝合金代替钢材铸出的活塞以减小其质量，从而减小因高速而产生的惯性力。

本机n=2800rpm，S/D=112/110,由公式]12[：Cm=n·S/30 经计算得Cm =10.45m/s，在增压柴油机Cm＜15 m/s的常规范围内。 经代入数据核算，得Ne=104.08kW，而设计要求Ne=105 kW，误差为 6

0.0087%，符合要求。 (三)气缸直径和气缸数 发动机功率与气缸的直径D的平方成正比，因此设计发动机时选用较大的缸径也是提高功率的一种措施。对于中小功率的高速柴油机，缸径通常为80～160毫米。因为缸径太大，往复运动件惯性力就过大，就得增加重量，提高强度。气缸数i与缸径D、转速n密切相关。在同样的功率要求下，缸数越多，缸径越小，则转速可以提高，且发动机机紧凑轻巧、运转均匀。目前车用发动机多采用直列式，四、六缸结构。本机气缸直径D符合国家标准。设计时应注意产品系列化，零部件的通用化以提高劳动生产率，降低成本和提高质量。

(四)强化指标mep×Cm 强化指标mep×Cm与单位活塞面积所作功率（升功率）成正比。它一方面代表了功率和转速的强化程度，另一方面又代表了发动机机械负荷的高低。一般内燃机的强化指标都不超过140，超过140就要采用相应的措施来

提高机械的刚度和强度。本机的mep×Cm =10.48×10.45=109.516＜140，即其对材料强度和工艺要求适中。

(五)升功率LP

hLiV

NeP是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用率作总

的评价，它与emP和n的乘积成正比。LP是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一，LP值越大，发动机强化程度越高，发动机一定功率下的尺寸越小。 本机的hLiVNeP7.5527.4408.104 (kW/L)。