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1、 车辆与动力工程学院毕业设计说明书480柴油机气缸盖设计毕业设计说明书第一章 前 言内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世界.柴油机的发展已有一百多年的历史，通过这一长时期的不断改进和提高，已经发展到了比较完善的程度.目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位.现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的最重要的热能机械.而柴油机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型，它已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用设备、移动和备用电站等装备的主
2、要配套动力.小型柴油机比汽油机节油15%30%，二氧化碳各种废气的排放也比汽油机的要低.其应用范围越来越广.随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低.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进气量、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.随着柴油机技术的发展，加上柴油汽车在动力性、经济性和大修期等方面比汽油车占优势，汽车柴油化的趋势越来越明显.交通部门专家预测：由于清洁燃料汽车（电动车、太阳能车、燃氢汽车等）近期难以实现技术上的突破，还无法达到实用普及，21世纪将是柴油机大行其
3、道的时代.1.1 柴油机技术概述及发展趋势1.1.1 概述1882年德国人狄赛尔（Rudolf Diesel）提出了柴油机工作原理，1896年制成了第一台四冲程柴油机.一百多年来，柴油机技术得以全面的发展，应用领域越来越广泛.大量研究成果表明，柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型.装备了最先进技术的柴油机，升功率可达到3050kW/l，扭矩储备系数可达到0.35以上，最低燃油耗可达到198g/kWh，标定功率油耗可达到204g/kWh；出于对能源和环保因素的考虑，汽车柴油化已经成为一种国际潮流.以美、日、欧柴油车的发展势头足以说明这一点：在美国，汽油
4、最便宜，只相当于欧洲的1/3至1/4，可是美国的商用车大部分仍使用柴油发动机，欧洲有20%的轿车和90%的商用车采用柴油机，日本9.2%的轿车和38%的商用车采用柴油机，并且这一比例还在逐年上升.柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域，尤其在车用动力方面的优势最为明显，全球车用动力“柴油化”趋势业已形成.据专家预测，在今后20年，甚至更长的时间内柴油机将成为世界车用动力的主流.世界汽车工业发达国家政府对柴油机发展也给予了高度重视，从税收、燃料供应等方面采取措施促进柴油机的普及与发展.1.1.2 柴油机技术的发展趋势 现代柴油机车无论是在动力性、环保性还是在舒适性、可靠性方
5、面都已经有了长足的进步，甚至已经超过了很多汽油机车.人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放.尤其是在能源危机的今天，柴油机已成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段之一，现在100%的重型车和近30%的乘用车都在使用.大量研究成果表明，柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型.现在，科技的发展日新月异，柴油机新技术的开发和应用所需要的时间也越来越短，尤其是现代，随着柴油机电控喷射和高压共轨喷射，增压中冷及后处理技术，以及排气再循环（EGR）技术等相关新技术的不断应用，柴油机的设计和制造已经发生了革命性的变化.今后，内燃机的发展将着
6、重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机.1.2 我国柴油机技术的发展 我国柴油机产业起步相对较晚，但是自20世纪80年代以来有了较快的发展.随着一批先进机型和技术的引进，我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平，一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产
7、柴油机上也有应用.最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧排放限值要求，一些甚至可以达到欧排放限值要求.但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题，与国外柴油机相比还有一定的差距.我国柴油机产业的整体发展面临着许多问题：（1）柴油机行业投入不足，严重制约了生产工艺水平、规模发展和自主开发能力的提高；（2）柴油品质差、柴油标准的修订严重滞后于汽车工业发展的需要，对柴油机技术的发展及各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍；（3）我国柴油机技术的落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力，导致低性能高排放柴油机在使用中对城市环境和大气质量造成不良的影响.随着环保法规的日益严格，光靠增
8、压中冷技术已不能满足日益严格的环保要求，这就需要更新的柴油机电控喷射技术来支持.现在国内的柴油机电控喷射系统正处在开发阶段.比如上海内燃机研究所、无锡油泵油嘴研究所等正在积极研究之中.无锡油泵油嘴研究所已把部分成果应用到双燃料机上实现了天然气和液化石油气的电控化，目前正进行匹配试验.根据目前我国发动机的状况，提高我国柴油机技术水平急需解决下列的关键技术：1、 关键零部件技术：如油泵油嘴和增压中冷.2、 燃油品质：优质低硫的柴油是柴油机满足日益严格的排放法规的前提.3、 电控技术：柴油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要.4、 排放后处理关键技术：如废气再循环技术（EGR），微粒捕集
9、技术以及NOx催化转化技术.5、 整机开发及匹配技术：如柴油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术，重型车用及轿车用柴油机技术.6、 柴油机的制造、工艺及材质等技术.随着中国机械工业的发展，特别是制造工艺水平的提高，相信中国的内燃机工业也会有一个很大的提高.- 35 - 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 第二章 整体设计2.1 柴油机的设计要求柴油机的总体设计是在注重节约能源的同时又加强了对排放性的要求，提高了产品的适用性.根据柴油机的设计要求对其主要参数进行选择. 2.1.1 480高速柴油机的设计要求高速柴油机设计应满足下列基本要求：1、最佳的环保性能 目的在于减少有害物质的排放.日益严格
10、的环保法规对柴油机的废气排放提出了更高的要求.因此在设计阶段，在燃烧过程的组织、排放后处理等方面，应考虑采取相应的措施.2、最佳的使用性能 包括最佳的动力性能、最小的外形尺寸、最轻的总质量，并能满足各种特定用途对发动机性能的要求.3、最佳的经济性能 主要可以概括为下列三方面： （1）最佳的使用经济性 包括完善的工作过程，特别是组织良好的燃烧过程，以降低燃油消耗；精心设计润滑系统，在保证发动机获得良好润滑的前提下降低润滑油消耗量.（2）最佳的制造经济性 包括优化设计，使整机及零部件具有良好的加工工艺性；选用价廉适用的制造材料；降低不必要的加工精度.（3）最好的可靠性和最长的使用寿命 首先在结构上
11、要保证发动机具有良好的刚度，在各种工况下工作时，各零部件不允许发生不正常的变形和振动.发动机的各易磨损件要有必要的寿命，所有摩擦副在设计时应考虑减摩措施和材料的配对等2.1.2 480柴油机作为载重车用柴油机的要求作为载重车用柴油机，其主要在部分负荷和转速下工作，且经常变速变负荷，需能经受高原、严寒，高温、酷暑和风沙泥泞等恶劣环境的长期考验，其设计应满足以下要求： 1、柴油机要能够适应风沙泥泞等恶劣条件，因此柴油机需有良好的过滤空气、燃料、机油的滤清器.柴油机外部零件应能防水防尘. 2、要求外形尺寸小、重量轻，这能提高汽车驾驶员视野和便于在汽车上布置. 3、为保证柴油机的可靠性和寿命，柴油机应
12、具有在超速、超负荷和超高温的条件下工作的能力.4、柴油机要平衡性好，振动小.这样可以延长机器的寿命.5、设计排气管时，留有安排排气制动装置的位置. 6、要具有很好的动力性能，以满足频繁的变速变负荷，并具有良好的启动加速性能，标定功率和转速要尽可能定的高些.7、一般采用两级调速器.2.2 480柴油机主要技术参数内燃机的主要参数包括：平均有效压力、活塞平均速度、缸径D和缸数i.高速柴油机的主要设计参数有如下众所周知的关系 （21）式中，为有效功率（KW）；为平均有效压力（MPa）；n为转速（r/min）；i为气缸数；为每缸活塞排量（L）；为冲程数.对上述参数的正确选择是设计一台较为实用发动机的前
13、提.在本次的柴油机的设计中，任务书中已经给定缸数为四缸，缸径为80mm.十五分钟功率为32KW，转速为3400 r/min.所以只是需要对平均有效压力，活塞的平均速度,行程与缸径的比值以及气缸中心距等的确定.2.2.1 行程缸径比的确定 行程缸径比也是柴油机的重要结构参数.目前，为了适应高速的要求，内燃机在结构上出现了不断降低行程缸径比的趋势，但是对于柴油机来说不宜太低，因为不利于燃烧和扫气等.因此，的选择应视具体设计要求而定.选择时,应考虑以下因素：1、选取较小的，可减小柴油机的高度和宽度而不牺牲总长度，从而获得总体上更好的紧凑性；2、小的可以缩小行程，加大曲轴的连杆轴径和主轴径重叠度，提高
14、曲轴的弯曲和扭转刚度，以及疲劳强度；3、减小意味着转速上升（当不变时），因而与成正比例的升功率跟着增大，使发动机更加紧凑轻巧；4、但是，短行程发动机同样存在一定缺点：单列式发动机的长度主要取决于气缸直径，因而短行程发动机就较长较重；随着减小，由于减小了燃烧室的高度，使燃烧室有效容积比减小，燃烧过程较难组织，而使工作粗暴；此外，短行程发动机的气缸盖热负荷也有所增加；对于高速柴油机来说，的值在0.91.15范围内，中速柴油机在11.25范围内，低速柴油机在1.62.2范围内. 经过综合考虑此次设计取的值为1.116，进而算出行程为S=106mm.2.2.2 平均有效压力的确定 是标志柴油机整个循环
15、过程的有效性及内燃机制造完善性的指标之一，是衡量发动机动力性能的重要指标，值的不断提高是内燃机技术发展的重要标志.平均有效压力与混合气形成方法、燃料的种类、燃烧和换气过程的质量、进气压力和温度以及机械效率等有关.越高，发动机功率也越大.根据（摘自内燃机原理公式2-20）可知，合理组织燃烧过程，提高循环有效热效率；改善换气过程，提高气缸的冲量系数；提高发动机转速；减小机械损失等均可达到提高的目的.但是，选择较大的值必须获得更加完善的结构、材料、工艺的支持.因此，设计新产品时要慎重选择.目前，对柴油机来说，自然吸气机型,增压机型,个别强化机型可达2.本次设计机型为非增压柴油机.可由下式求出： （摘自内燃机原理公式2-13）.2.2.3 活塞平均速度Cm的确定 活塞平均速度是表征活塞式内燃机强化程度（热负荷和机械负荷）的重要参数之一，它对内燃机的性能、工作可靠性和使用寿命有很大的影响.由于直接关系活塞相对于气缸壁的滑动速度，从而也直接关系到内燃机的寿命
