《02发动机设计总论.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《02发动机设计总论.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、重庆工学院毕业论文 发动机设计总论2 摩托车发动机设计总论2.1 摩托车发动机简介摩托车发动机是将燃料的化学能通过和空气的燃烧变为热能并将热能直接转换为机械能的热机。摩托车发动机的分类方法有很多。根据气缸的数目可分为单缸机和多缸机，而多缸机根据其气缸的排列方式又可分为直列立式、直列卧式、V型、H型、星型等。其中，V型机根据它们之间的夹角还可细分为不同的系列，常见的有450、500、900、1800（通常又称为对置式）等系列。目前，在摩托车中多缸机还是以双缸机为主。双缸V型发动机是指气缸的数目为二，这两个气缸的中心线分别在两个平面内，且两平面相交呈V型排列的发动机。双缸V型发动机综合了直列立式发
2、动机和直列卧式发动机的优点，从而吸引了众多的开发者。2.1.2 摩托车发动机的组成不论二冲程发动机还是四冲程发动机都必须包括以下各个部分：曲柄连杆机构 气缸内的气体压力推动活塞连杆，再由连杆推动曲轴旋转，这样使活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动，带动了后轮的旋转。配气机构 使混合气及时吸入气缸，废气及时排出。冷却系 是保持发动机能具有正常的工作温度。一般在摩托车上采用的是散热片空气冷却方式。润滑系 是在机件摩擦表面上供给润滑油，以减小机件运动时的摩擦阻力和磨损。燃料系 是保证按发动机的工作要求，以供给适合需要的混合气。它主要是靠化油器来完成的。点火系 是及时供给足够强度的电火花，以点燃气缸内
3、的可燃混合气而产生动力。起动系 用来起动发动机，起动方式有惯性起动、电起动等。脚蹬起动属于惯性起动。2.2 摩托车发动机主要设计指标和设计要求2.2.1 摩托车发动机的主要设计指标2.2.1.1 动力性指标1、功率和转速在摩托车车型确定后，发动机排量亦大致确定，其功率和转速的具体数值要根据用途而定，在设计任务书中常作为原始数据给出。功率和其他参数的关系为可见，提高功率的方法是提高发动机转速和平均有效压力，增加发动机排量，减少冲程数。提高转速以增加功率是摩托车发动机一贯采用的主要措施，其转速一般在，四冲程发动机的最高转数达以上，二冲程发动机达，转速的提高受到惯性力的增大，摩擦损耗功率和磨损增加，
4、机械效率下降以及振动、噪声、可靠性等因素的制约。增加平均有效压力，主要是靠改善燃烧过程，改进进气系统，增大充气效率，降低机械损失等。2、转矩及其相应转速发动机转矩说明其做功能力，对摩托车起步、加速、爬坡等有很大影响，是重要的动力性指标。转矩与功率的关系为：摩托车为追求高速性，常将最大转矩时的转速定得很高，与最大功率点转速较近，转速一旦降低，输出功率也随之急剧下降，发动机转矩特性曲线比较陡峭。最大转矩与最大功率时转矩的比值称为转矩适应系数，摩托车发动机=1.01.12。最大转矩时的转速与最大功率时的转速之比称为转速适应性系数，一般=0.651.0。2.2.1.2 经济性指标发动机的经济性指标主要
5、指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料消耗重量。对于固定工况使用的发动机是指标定功率时的燃油消耗率。对变工况使用的发动机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。如说某发动机的最低油耗率，则是指万有特性上的最低油耗率。当然，万有特性上油耗区越宽广，则变工况使用的发动机的使用经济性也越好。降低油耗率的途径有二：一为提高发动机的指示功率，如改变燃烧，减小散热损失等。二为提高机械效率，如减少机械损失等。2.2.1.3 可靠性和耐久性指标发动机工作可靠性是指在规定的运转条件下，具有持续工作，不致因故障而影响正常运转的能力。可靠性指标是用在保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换非主要零件数和主要零件数来考核
6、的。对于可靠性指标高的发动机应在保证期内不发生停车故障和更换主要或非主要零件的故障。以下各零件被规定为主要零件：机体（包括机座、曲轴箱）、油底壳、曲轴、齿轮、凸轮轴、油泵凸轮轴、气缸盖、缸套、活塞、连杆、连杆轴瓦、连杆螺钉、活塞销、进排气门、气门弹簧、摇臂、调速器弹簧、调速器飞块和销子、机油泵齿轮、活塞环、油泵柱塞偶件、出油阀偶件。发动机的耐久性指标常以寿命表示。它是指发动机从开始使用到第一次大修前累计运转的小时数。发动机的大修期一般决定于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间，此时发动机不能继续正常工作。2.2.1.4重量和外形尺寸指标发动机的重量和外形尺寸指标是评价发动机结构紧凑性和对金属材料利
7、用程度的一个指标。不同用途的发动机对重量和外形尺寸指标的要求是迥然不同的。衡量发动机重量指标的参数是比重量gwgw = (kg / kW)式中 G 发动机净重 ， kg ； Ne 发动机有效功率，kw。在系列发动机中，随着气缸数的增多、转速的提高和平均有效压力的提高，发动机的比重量降低。发动机外形尺寸的紧凑性指标用体积功率Nv来评价。Nv = (kW / m3)式中 V=发动机长宽高（m3）=发动机轮廓体积（m3）有些国家用气缸每升排量所需的轮廓体积来表征发动机的紧凑性。2.2.1.5 低公害指标人类环境保护对发动机提出的要求由于发动机数量的大增，它的排放物和噪音等，直接威胁人类的安全。发动机
8、排出的有害气体（NOx 、CO 、HC等）连同噪音、臭味等共同构成了人类环境的污染源之一。其中CO为无色无味的毒性气体，因为它对血液中的血红素的亲和力比氧强，并结合生成一种很稳定的化合物，从而破坏血液的输氧能力。CO的毒性影响，决定于浓度和时间，经常吸入尽管是少量的CO，也将导致贫血。空气中只要有11800体积的CO，就能在半小时内，致人死亡，因为它能麻痹人的呼吸管。HC则产生讨厌的气味，刺激人的呼吸系统，还生成有害的光化学烟雾。特别是不饱和硝酸盐等组成的烟雾产物，具有强氧化作用，刺激眼、鼻、喉等粘膜组织，对植物的生长也有害。发动机中燃烧高温下生成的NOx主要是NO占9596%。其余NOx占3
9、4%和少量的N2O 、N2O3 、N2O5等。常温下NO易于同氧反应生成NO2 。NOx也能与血红素起作用，但其最大毒性还是与水蒸气结合，在肺部生成稀硝酸，威胁人类健康。NOx 还是产生光化学烟雾的反应成分。此外，油料中含硫燃烧后生成的SO2 和少量微粒物质都是严重的公害物。人类不能用自己的智慧，和劳动创造的文明与技术，来毁灭人类自己，因此近年来世界上各个国家对废气净化和噪音引起了很大的重视，许多国家相继制定了噪声法规、排气法规和排烟法规。若产品不符合法规，就不准出厂，就要罚款等。而且这些法规规定愈来愈严，要求愈来愈高。关于炭烟排量，德国规定缸径在100mm以下的发动机排烟量不得超过波许烟度4
10、，功率越大，排烟的总量愈多，要求也愈严。有的地区已规定排烟不许超过波许烟度2.5。发动机的噪音来自三个方面：燃烧噪音、进排气噪音和机械噪音。燃烧噪音和排气噪音是主要的。评定噪音的标准是噪音级的大小，它可以用噪音仪直接测量出来。噪音级的单位是分贝，简写为db或dB。有时噪音也以响度级表示。为了保护人类环境，发动机设计工作者必须采取种种措施，来满足各种法规的要求。例如在汽油机中减少挤气面积来减少排气中HC的含量。设计性能较好的进排气消音器来减少进排气噪音；改善工作过程，降低燃烧噪音；改进结构，采用隔音材料来降低机械噪音，总之，由于低公害的要求，在一定程度上改变了和正在改变着发动机的设计概念。特别是
11、在人烟稠密地区使用的发动机更是这样。2.2.1.6 要求使用、维修、制造方便发动机首先要求好用（包括前面五项指标），满足各种性能的要求，同时也要求使用方便（操纵性好、起动性好）、好修、好造。操纵性好是指使用者不需要特别的专门技能，即可顺利进行操作，而且在运行中不需要经常进行特别的调整就能维持稳定的运转工况；维护保养方便；调速器的静态调速率、动态调速率、转速波动率、超调都在规定的范围以内。有些大型发动机还要求如水温、机油温度和压力等能自动报警、自动停车等。起动性好是指冷车起动迅速可靠，对于船用、固定式及机车柴油机一般要求在5 0C以下环境温度下能顺利起动。对汽车、拖拉机、中小型移动电站及农用柴油
12、机则要求在-5 0C的气温条件下，不附加任何辅助装置能顺利起动。为了使发动机便于维护保养、好修、好造，应使各调整部位便于接近，结构简单合理，工艺性良好。2.2.2 对摩托车发动机的一般要求1）具有足够的功率：发动机应具有较大的功率。在测功实验台上测试，在标准大气压状态下，发动机应保持连续运转15min发出最大功率，且应不低于出厂说明书额定功率的要求；2）要有良好起动、怠速和加速性能：良好起动性能是发动机技术性能的一项重要指标。要求在环境温度在-5 0C+300C范围内，起动时允许关闭阻风门或打开限压阀，在15s内能顺利起动，则说明该机起动性能良好。如果采用脚踏起动冷发动机时起动踏蹬不超过3次，
13、热发动机起动踏蹬不超过1次者为良好。怠速运转稳定，说明发动机技术状况良好和油电路调整正确。突然，加大油门，发动机转速能迅速增加；突然把油门关小，发动机能稳定运转不熄火，则说明该怠速性能良好。加速性能随油门突然加大转速迅速升高，有前冲的感觉，则说明加速性能良好。若转速增加缓慢，则说明加速性能差。3）体积小、质量轻、结构简单、工作可靠和维修方便；4）转速高、运转平稳；公路用摩托车发动机转速可达8000r/min；竞赛用摩托车发动机最高转速达17000r/min，要求发动机能在这样高转速运转且平稳。5）燃料消耗低，经济性好；6）废气排放污染少、噪声低即公害要少；结构完善、工作可靠、维修方便即制造成本
14、低、工艺简单。2.2.3 摩托车发动机设计工作中的“三化”发动机的产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化统称为发动机设计的“三化”。发动机的“三化”是属于产品质量管理问题，它对国民经济将产生深远的影响，它对提高产品质量、降低产品成本、发展新产品、合理组成企业生产，提高劳动生产率，便于使用、维修和配件供应、零件互换等都具有重要的作用。2.2.3.1 产品系列化发动机的系列化是指以极少的基本规格尺寸（一般以气缸直径和冲程）的发动机通过改变气缸数目及其排列形式、增压度、转速、燃料、零件的材料或者增加若干附件等方法来扩大其功率范围，改变其轮廓尺寸等，发展品种繁多的变型，以满足国民经济中不同用途的需要
15、。我国发动机的“三化”是以缸径为基础制定国家型谱的，设计和制造发动机新产品必须严格遵守国家系列化型谱的规定，以便用尽可能少的系列机型通过合理变型来满足各种用途的需要，以免产品系列繁多，生产管理混乱。凡属同一系列的发动机要求主要结构相同，主要零部件要求尽可能通用，易损件要能互换，否则不能成为同一系列的发动机。2.2.3.2 零部件通用化零部件通用化是指同一系列的机型中，各机型的零部件能够互换通用并尽量采用标准件。不同系列的发动机在设计时也要考虑，某些零部件在可能的情况下尽量与别的系列的机型可以相互通用，如起动机、发电机、高压油泵、化油器、机油滤清器、燃油滤清器、空气滤清器、水箱、风扇等，以便尽量减少整个发动机工业中零部件的数目和种类。常用下列参数来表征发动机系列产品的通用化程度：零件通用化系数=零件品种通用化系数=总通用化系数=2.2.3.3 零件设计标准化 零件设计标准化是指在进行零部件设计时应尽量按照国家标准和颁布标准或厂际标准来决定零部件的尺寸、结构、材料、技术条件等，并按国家机械制图标准绘制零件工作图和部件图，遵照国家规定使用名词和术语等。发动机设计工作中的“三化”是发动机生产专业化的基
