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1、 毕 业 设 计（论 文） 题目： 4110型柴油机总体设计 子题： 专 业：机械工程及自动化 指导教师： 学生姓名： 班级-学号：机自 20 年 月大连工业大学本科毕业设计（论文）大连工业大学毕业设计（论文）题目Subject of Undergraduate Graduation Project (Thesis) of DLPU设计（论文）完成日期 2011 年 5 月 28 日学 院： 机械工程与自动化 专 业： 机械工程及自动化 学 生 姓 名： 班 级 学 号： 机自 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 201 年 月本科生毕业设计（论文）注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框
2、。摘 要柴油机在现代动力机械中起着重要的作用。为了解和研究柴油机的总体结构及其动力性能，本次毕业设计涉及到“4110型柴油机总体设计”。文中详细地阐述了柴油机的机体组件、活塞连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电气系统等七大系统的设计重点。理解柴油机工作原理、过程，并参照4110型柴油机原型及主要参数进行了柴油机的总体布局设计。通过热力、动力计算及使用情况的分析，对4110型柴油机提出了合理的建议并进行改进。经过改进，柴油机的动力性能和经济性能得以提升，以适应需求。此次毕业设计的选题意义在于提倡使用动力性能更好和节能环保的柴油机。关键词：4110；柴油机；总体设计；改进；性能Ab
3、stractDiesel engine plays an important role in modern power machinery. In order to make a further research of diesel engine, this paper is mainly concerned with the system design of 4110 type diesel engine. It is within the significant designing of airframe components、piston and crank mechanism、modi
4、fied atmosphere mechanism、fuel system、lubricating system、cooling system and electrical system in detail. With the better understanding of diesel engine working principle and process or 4110 type diesel engine primary form and main parameters, the general layout design can be conducted as soon as pos
5、sible. What is more, through the analysis of heat calculation、power calculation and uers feedback, reasonable suggestions for the 4110 type diesel engine are put forward and then improved. As a result, power performance and economic performance are enhanced to meet demand for use. The important sign
6、ificance presented in this paper lies in advocating to use better power performance、energy conservation and environmental protection in diesel engine.Key Words：4110; diesel engine; system design; improvement; performance目 录摘 要IAbstractII引 言1第一章 4110型柴油机的工作原理及应用范围4第二章 4110型柴油机的总体设计10第三章 4110型柴油机的结构设计
7、133.1 机体组件设计133.2 曲柄连杆机构设计163.3 配气机构和进排气系统设计253.4 燃油系统设计323.5 润滑系统设计353.6 冷却系统设计383.7电气起动系统设计40第四章 4110型柴油机改进建议42结 论43参考文献44附录A 热力计算45附录B 动力计算55致 谢85- III -引 言柴油机是一种功率范围广、可适应各种不同要求的动力机，较汽油机相比较，有其突出的特点。比如：(1)具有较高的热效率，比汽油机高出30%，节约能源、降低燃料成本；（2）柴油机可以采用较大的缸径或较高的增压比来提高单缸功率；（3）功率大，寿命长，动力性能好，工作的可靠性和使用耐久性优于汽
8、油机；（4）柴油机排放产生的温室效应比汽油低45%，一氧化碳与碳氢排放也很低。柴油机也有着其自身的劣势，如：由于最高燃烧压力高，结构比较笨重，转速低，加速较慢；燃烧比比较粗暴，噪声较大，且容易出现震动；排气微粒排放对人类健康产生很大威胁等。由于当前世界提倡低碳、环保、节能的理念，所以，为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。目前，在燃烧与喷射技术、进气增压技术、多气门结构、电控共轨技术都取得了丰硕成果。本次毕业设计的内容是“4110型柴油机
9、总体设计”。根据热力计算和动力计算来验证4110型柴油机各性能参数的正确性，通过分析其整体结构及各个系统的选型来验证其结构的合理性是本次毕业设计的设计依据。柴油机的设计方法是在热力计算和动力计算验证4110型柴油机各性能参数正确性的基础上，并根据柴油机主要零部件的位置关系及配合间隙大小和标准件及非标准件正确画法进行CAD绘图。4110型柴油机也存在动力性能和经济性能的缺点，建议和改进4110型柴油机的部分零件也是本次毕业设计的重点之一。如：提高4110型柴油机的额定转速可提高其动力性能，将额定转速提高到2000r/min，在增加额定转速的同时，活塞、连杆往复运动也随之增快，导致曲轴发生很大的扭
10、转变形。为了避免曲轴产生强烈的扭转共振，因此柴油机曲轴自由端安装扭振减震器；4110型柴油机的进气管和排气管安装的同一侧，为了使进入气缸的空气不致受热而影响进气量，可将进气管和排气管分别安装在气缸盖的两侧等。4110型柴油机纵剖面图4110型柴油机横剖面图第一章 4110型柴油机的工作原理及应用范围一、柴油机工作原理1.柴油机曲柄连杆机构柴油机曲柄连杆机构的结构与原理如图1.1所示。它是由活塞、连杆、曲轴等所构成。活塞只能沿气缸直线往复运动。曲轴是由两个中心线不在一直线的轴所构成，其中一个轴安置在集体中心孔内，称作主轴。主轴只能在机体座孔内绕本身中心线转动。另一个通过曲柄与主轴连接在一起，称作
11、连杆轴。连杆为两端带有孔的一直杆，一端与活塞相连；另一端与连杆轴相连。它随着活塞移动和曲轴旋转而进行摆动。当活塞往复运动时，通过连杆推动曲轴绕主轴中心产生旋转运动。活塞移动与曲轴转动是相互牵连在一起的。因此，活塞移动位置与曲轴转动位置是相对立的。活塞能达到的最上端位置，叫做上止点。此时活塞与曲轴主轴中心距离最远。活塞能达到的最下端位置，叫做下止点。此时活塞与曲轴主轴中心距离最近。活塞从上止点移动到下止点，或从下止点移动到上止点时，所走过的距离叫做活塞行程（又叫做冲程）。通常用字母S表示。曲轴没转动半圈（即180），活塞边移动一个冲程。若用字母r表示曲柄半径（曲轴的主轴中心到连杆轴中心间的距离）
12、，则即活塞行程等于两倍的曲柄半径长度当曲轴匀速转动时，活塞往复直线运动的速度却在不断变化着的。活塞移动到上、下止点位置时速度等于零，而在中间某一位置时速度最高。根据曲轴转速和活塞行程，求出活塞在一个冲程内速度的平均值，称作活塞平均速度（单位米/秒）活塞在气缸内往复运动的过程中，气缸内空间容积不断变化着。当活塞位于上止点位置时，活塞顶上面的空间叫燃烧室。这个空间容积叫燃烧室容积，用字母表示。活塞从上止点移动到下止点，它所扫过的空间容积叫做气缸工作容积，用字母表示，式中 D气缸直径（厘米） S活塞行程（厘米）活塞位于下止点位置时，气缸内的容积叫做气缸总容积，用字母Va表示，它等于燃烧室容积与气缸工
13、作容积之和，即气缸总容积与燃烧室容积的比值，叫做压缩比，用字母表示，即压缩比表示了活塞从上止点移动到下止点时，气体在气缸内被压缩程度。压缩比越大，表示气体在气缸内被压缩得越厉害，压力和温度也升高得越大。同时压缩比也表明了燃气膨胀时体积变化倍数。压缩比是内燃机的一个重要参数。不同型式的内燃机，对压缩比的大小有不同要求。一般柴油机都要求较大的压缩比，=1220，而汽油机的压缩比较低，=6.510。而4110型柴油机的压缩比，=17。多缸内燃机所有气缸工作容积之和，叫总排量，有称发动机工作容积，如用字母表示，则 式中 气缸数综上所述，内燃机曲柄连杆机构的运动规律是：当活塞移动一个冲程时，曲轴旋转半圈
14、（即180），气缸容积由最小变到最大（或由最大变到最小），当曲轴旋转一周时（即360），活塞完成两个冲程。2.单缸四冲程柴油机工作原理活塞连续运行四个冲程（即曲轴旋转两周）的过程中，完成一个工作循环（进气压缩燃烧膨胀排气）的柴油机，叫做四冲程柴油机。图1.2为单缸四冲程柴油机工作过程示意图。下面对照单缸四冲程柴油机工作过程示意图来说明它的工作过程：1） 进气过程将新鲜空气吸入气缸，提供燃料燃烧时所需要的氧气。燃烧1公斤柴油，理论上需要14.3公斤空气，但由于柴油与空气的混合总是很不均匀，为了是使柴油得到充分的燃烧，空气总是要供应的富裕些，1公斤柴油往往要供给20多公斤空气。2） 压缩过程将吸入气缸内的空气进行压缩，使其温度升高。对柴油机来讲，压缩后的空气温度，必须超过柴油的自然点温度（约大于350）3） 燃烧膨胀过程将燃烧喷入气缸，与氧发生急剧的氧化作用（即燃烧）将放出大量热量，使气体温度和压力急剧上升，推动活塞做功。4） 排气过程将膨胀做功后的废气排出，以便再吸入新鲜空气。上述过程周而复始地不断重复进行着，如此周期循环地工作，实现柴油机连续不断地运转。3.多缸四冲程柴油机工作原理多缸柴油机具有两个或两个以上气缸，各缸的活塞连杆机构，都连接在同一根曲轴上。4110型柴油机有四个气缸组成，各气缸的活塞连杆机构都与曲轴相连接。对每个气缸来讲，却又构成一
