488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)—總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算

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A0-488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體最終版.exb

A2-氣缸蓋罩.exb

A3-供氣系統(tǒng)示意圖.exb

A3-包絡(luò)線.exb

A3-排氣歧管.exb

A3-排氣管罩.exb

A3-進(jìn)氣歧管.exb

A4-488Q氣缸套.exb

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關(guān) 鍵詞：: 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 總體整體方案設(shè)計(jì) 以及計(jì)算

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A0-488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體.jpg

A2-氣缸蓋罩.jpg

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A3-供氣系統(tǒng)示意圖.jpg

A3-進(jìn)氣歧管.jpg

A3-排氣管罩.jpg

A3-排氣歧管.jpg

A4-488Q氣缸套.jpg

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字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì).jpg

內(nèi)容簡(jiǎn)介：: XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué)生姓名：XXXX學(xué)號(hào)：XXXXXXXXX學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)：XXXXX題目：488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算指導(dǎo)教師：XXXXXXX評(píng)閱教師：XXXX年XX月XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算摘要隨著汽車動(dòng)力的發(fā)展，能源問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫，而能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源尤其是石油資源的匱乏、全球環(huán)境的惡化已成為當(dāng)今世界社會(huì)發(fā)展的兩大難題。因此，內(nèi)燃機(jī)的替代燃料越來(lái)越受到重視。而在眾多的的替代燃料中，天然氣因其儲(chǔ)量大，燃燒清潔，對(duì)內(nèi)燃機(jī)改動(dòng)小，是最有應(yīng)用前景也是目前使用最多的氣體代用燃料。天然氣的熱值和辛烷值均高于汽油，但又有可比性，因此天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)可參照汽油機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)天然氣的理化性質(zhì)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。本設(shè)計(jì)是以三菱4G15S汽油機(jī)為原型，通過(guò)改型設(shè)計(jì)488Q壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書包含的內(nèi)容有488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案的選型，熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算和部分零部件的強(qiáng)度計(jì)算等。關(guān)鍵詞：天然氣；4G15S汽油機(jī)；改型；488Q總體設(shè)計(jì)XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算OverallProgramDesignandCalculationof488QNGEngineAbstract:Energyisanimportantmaterialbaseonwhichhumansurvivalanddevelopment,thelackofenergy,especiallyoilresourcesandthedeteriorationofglobalenvironmenthavebecometwobigproblemsinthewayofhumansocietysdevelopment.Thus,alternativeenergiesgainmoreandmoreattention.NaturalGasisthemostpotentialandwidelyusedalternativefuelofthemanychoices,foritslargescaleofreserves,clean-burningandlessmodificationtointernalcombustionengine.ThecalorificvalueandoctanenumberofNGarehigherthangasoline,buttheyarecomparable,whichallowsustodesignaNGengineconsultingthespecificstructureandparametersofgasolineenginetoadapttothephysicalandchemicalpropertiesofnaturalgas,makingsureitwillhavegoodpowerperformance,fueleconomyandgoodreliability.ThedesignisbasedonMitsubishi4G15Sgasolineenginewhichismodifiedinto488QCNGengine.Thedesignspecificationcontains488QCNGengineoverallschemeselection,thermodynamiccalculation,powercalculationandthestrengthcalculationofsomecomponents.Keywords:NaturalGas;4G15SGasolineEngine;Modification;488QCNGEngine;OverallDesignXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第4頁(yè)目錄1引言.61.1本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的目地和意義.62方案選擇及總體設(shè)計(jì).72.1488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)的確定.72.1.1行程缸徑比值.72.1.2行程.82.1.3活塞平均速度.82.1.4氣缸中心距及其與缸徑的比值.92.1.5氣缸套壁厚.102.1.6曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比.102.1.7燃燒室的選擇.102.1.8發(fā)火次序.112.2488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置.122.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)總體布置的一般要求如下.122.2.2總體布置如下.122.3本章小結(jié).133488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力計(jì)算.133.1熱計(jì)算.143.1.1燃料燃燒及成分確定.143.1.2燃?xì)膺^(guò)程參數(shù)的確定與計(jì)算.153.1.3壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定.163.1.4燃燒過(guò)程.173.1.5膨脹過(guò)程.183.2工作循環(huán)參數(shù).193.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)指示指標(biāo).193.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo).193.3示功圖的繪制.214運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算.234.1活塞位移.244.2活塞瞬時(shí)速度.245動(dòng)力學(xué)計(jì)算.255.1曲軸連桿機(jī)構(gòu)中的作用力.255.2機(jī)構(gòu)慣性力.266強(qiáng)度計(jì)算.276.1曲軸強(qiáng)度計(jì)算.276.2連桿強(qiáng)度校核.276.3凸輪軸的強(qiáng)度計(jì)算.286.3.1彎曲應(yīng)力的確定.287平衡計(jì)算.297.1平衡的基本概念.297.1.1平衡的定義.297.1.2內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的原因.297.1.3不平衡的危害.29XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第5頁(yè)7.1.4研究平衡的目的和采用的方法.307.2旋轉(zhuǎn)慣性力的分析.307.2.1靜平衡和動(dòng)平衡.307.2.2旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析.317.3單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析.328進(jìn)排氣系統(tǒng).338.1概述.338.2進(jìn)氣系統(tǒng).338.3排氣系統(tǒng).369配氣機(jī)構(gòu).379.1.概述.379.2配氣機(jī)構(gòu)的特性.379.3設(shè)計(jì)步驟.3810潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì).3810.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工況及對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求.4210.2冷卻系統(tǒng)的總體布置.4311供氣系統(tǒng)的選擇.45結(jié)論.47致謝.47參考文獻(xiàn).48XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第6頁(yè)1引言隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于汽車能源的多樣化同樣是值得關(guān)注的，天然氣成為了汽車能源的一種重要途徑，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)是以天然氣為燃料的一種氣體內(nèi)燃機(jī)，天然氣的甲烷含量一般都在90%以上，是一種很好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。天然氣被世界公認(rèn)為是最為現(xiàn)實(shí)和技術(shù)上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料，天然氣汽車已在世界和我國(guó)各省市得到了推廣應(yīng)用。用天然氣代替常規(guī)的汽車燃料具有很多優(yōu)點(diǎn)。最大的好處在于環(huán)保方面，不僅排放性能和壓力優(yōu)異，而且也會(huì)降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音；同時(shí)天然氣汽車只需要在原發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝天然氣供給系統(tǒng)，改裝方便、成本也會(huì)大大降低；相對(duì)而言，天然氣汽車安全性能也高。天然氣是一種高燃點(diǎn)的氣體，在通常的溫度和壓力下比汽油或柴油更加安全，并且天然氣本身無(wú)毒，無(wú)腐蝕性和非致癌的，即使有泄漏也不會(huì)造成極大的威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)天然氣總資源量為54億立方米，可采資源總量相當(dāng)豐富。天然氣總量列世界第五、亞洲第一位，因此在我國(guó)開發(fā)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的前景非常好。就目前我國(guó)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展上看，大多數(shù)是在原汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上添加天然氣供氣系統(tǒng)，開發(fā)成汽油-天然氣雙用發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣替代率低，同事機(jī)械式控制不精確的自身缺陷，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)排放性改善并不大。鑒于這種情況我們以4G15S發(fā)動(dòng)機(jī)為參考設(shè)計(jì)出一臺(tái)用于經(jīng)濟(jì)型轎車的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。本次天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，是站在已有發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上自主研發(fā)的嘗試，通過(guò)運(yùn)用合理的結(jié)構(gòu)知識(shí)設(shè)計(jì)一臺(tái)自主開發(fā)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)得到優(yōu)化，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳遞能量的能力，使發(fā)動(dòng)機(jī)增強(qiáng)其動(dòng)力性，從而使整車具有更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。1.1本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的目地和意義畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，以三菱4G15S汽油機(jī)為原型，通過(guò)改型設(shè)計(jì)488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)本設(shè)計(jì)，熟悉內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中項(xiàng)目計(jì)劃、XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第7頁(yè)工作進(jìn)度安排、查閱相關(guān)資料、方案對(duì)比和最終方案確定、設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙表達(dá)和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、設(shè)計(jì)答辯等過(guò)程，鞏固和提高機(jī)械設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)知識(shí)、材料知識(shí)、工藝知識(shí)、計(jì)算機(jī)繪圖和答辯演講的能力，初步獲得運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到綜合鍛煉的目地。由于設(shè)計(jì)項(xiàng)目總體復(fù)雜，有難度，需要小組多成員的共同協(xié)作配合，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。1.2本課題研究的任務(wù)和要求（1）要求設(shè)計(jì)的488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，具有特征：直列4缸，缸徑88mm，自然吸氣，壓縮比12.5，雙頂置凸輪軸搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，16氣門，多點(diǎn)噴射，鋁合金機(jī)體，干式氣缸套，用于經(jīng)濟(jì)型轎車配套。（2）充分考慮我國(guó)壓縮天然氣燃料的燃燒特點(diǎn)，動(dòng)力性能，工作特性和對(duì)材質(zhì)的要求，設(shè)計(jì)出具有優(yōu)良動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的實(shí)用機(jī)型，并減輕整機(jī)重量。（3）488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算（熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算）及各部分結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)，并協(xié)調(diào)各部分結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。2方案選擇及總體設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)總體設(shè)計(jì)和方案選擇是設(shè)計(jì)工作的第一階段，在產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)中要選擇和確定內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，在進(jìn)行熱計(jì)算和外特性計(jì)算及主要零部件設(shè)計(jì)前，首先要選擇零部件的類型、布局方式。如：氣缸的布局方式、燃燒室的選擇、缸心距的確定、壓縮比的選取、活塞行程比的選取、曲柄連桿比的選取等。2.1488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)的確定課題任務(wù)要求中已給定部分參數(shù)，現(xiàn)確定未定參數(shù)。XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第8頁(yè)2.1.1行程缸徑比值行程S及其缸徑D的比值S/D是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和性能有多方面影響的參數(shù)。合理地選擇S/D應(yīng)考慮以下因素：（1）S/D對(duì)升功率PL的影響當(dāng)m不變時(shí)，S/D減小意味著上升，因而與成正比的PL跟著增大，使vnn內(nèi)燃機(jī)更加緊湊輕巧。（2）S/D對(duì)燃燒室形狀的影響S/D小的短行程內(nèi)燃機(jī)氣缸余隙比較扁平，對(duì)壓縮比高的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其如此，使燃燒室有效容積比減小，燃燒過(guò)程較難組織。對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，短行程機(jī)的燃燒室也顯得不緊湊，燃燒較慢，且HC排放較高。（3）S/D對(duì)散熱的影響在其他相同的條件下，S/D下降使D增大，使得傳到冷卻水套的熱量減少，活塞組零件的溫度上升。（4）S/D對(duì)外形尺寸的影響單列式內(nèi)燃機(jī)的總長(zhǎng)度主要取決于和D，所以S/D小的短行程內(nèi)燃機(jī)總長(zhǎng)i度較大。雖然它高度較小，但這一優(yōu)點(diǎn)不太明顯。因而，單列式內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該用較大的S/D。對(duì)雙列式內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，總長(zhǎng)度一般取決于曲軸的軸向尺寸，氣缸布置比較寬松，所以用短行程結(jié)構(gòu)可以減小內(nèi)燃機(jī)的高度和寬度而不犧牲總長(zhǎng)度，獲得總體上更好的緊湊性。習(xí)慣上稱S/D=1的內(nèi)燃機(jī)為方形內(nèi)燃機(jī)，S/D1者為長(zhǎng)行程機(jī)。目前，車用汽油機(jī)S/D=0.91.2，高速柴油機(jī)的S/D=1.01.3.V型和其他雙列式內(nèi)燃機(jī)的S/D值一般要比直列式略小些，風(fēng)冷機(jī)的S/D一般要比液冷式的略大些。本天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)取S/D=1.01。2.1.2行程課題要求缸徑D=88mm,已取定S/D=1.01，則行程S=89mm。由此可確定本機(jī)工作容積=540，排量為2160。sVmllXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第9頁(yè)2.1.3活塞平均速度活塞平均速度表征汽油機(jī)高速性和強(qiáng)化程度的一項(xiàng)主要指標(biāo)，對(duì)汽油機(jī)mv總體設(shè)計(jì)和主要零件結(jié)構(gòu)形式影響很大。在功率給定以后，若平均有效壓力、活塞行程和缸數(shù)維持不變，提高活塞平均速度可使氣缸直徑減小，汽油機(jī)體積小、質(zhì)量輕。在活塞行程確定后，活塞平均溫度可由公式=Sn/30求得。本mvmv設(shè)計(jì)取額定轉(zhuǎn)速n=4000rpm，可得本設(shè)計(jì)活塞平均速度為=11.9m/s。但的增加受到下列因素的限制：mv1）提高活塞平均速度，摩擦損失增加，機(jī)械效率下降，活塞組的熱負(fù)荷m增加，機(jī)油溫度升高，機(jī)油承載能力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低。2）慣性力增加，導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷和機(jī)械振動(dòng)加劇、機(jī)械效率降低、壽命降低。3）進(jìn)排氣流速增加，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加、充氣效率下降。v4）隨著活塞平均速度的提高，汽油機(jī)的平衡、振動(dòng)和噪聲等問(wèn)題突出。一般汽油機(jī)總噪聲強(qiáng)度約與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。一般情況下，值為：mv汽油機(jī)17m/s，摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)更高一些，可以達(dá)到20m/s。柴油機(jī)13m/s。mv2.1.4氣缸中心距及其與缸徑的比值氣缸中心距其與缸徑的比值，是表征汽油機(jī)長(zhǎng)度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)，它與汽油機(jī)的強(qiáng)化程度、氣缸排列和機(jī)體的剛度有關(guān)。選擇氣缸中心距是應(yīng)考慮以下因素：1）確定氣缸中心距的大小。首先考慮曲軸的曲柄臂的厚度和主軸頸、曲柄銷的長(zhǎng)度，是主軸承和連連桿軸承有足夠的承壓面積，并保證曲軸有良好的強(qiáng)度和剛度。hL210XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第10頁(yè)式中：為氣缸中心距，mm；為主軸承長(zhǎng)度，mm；為曲柄銷長(zhǎng)度，0L1L2Lmm；為曲柄臂厚度，mm。h2）氣缸套型式和水套的布置。3）氣缸蓋布置。氣缸蓋的布置。氣缸中心距與氣缸蓋固定螺栓、進(jìn)排氣道和冷卻水道的布置密切相關(guān)，并將直接影響汽油機(jī)的性能、可靠性和壽命，對(duì)缸徑較小的多缸汽油機(jī)可采用整體式氣缸蓋以縮小氣缸中心距。從增強(qiáng)機(jī)體剛度著眼，高速發(fā)動(dòng)機(jī)缸心距有縮小的趨勢(shì)。目前汽油機(jī)的值：直列式的在DL/01.101.25之間；V型的在1.151.30之間，本天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為直列4缸機(jī)，干式氣缸套，取=1.113。DL/02.1.5氣缸套壁厚干式氣缸套的厚度一般為13mm，本機(jī)選取缸套壁厚=1mm。2.1.6曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比，即，曲柄半徑由可得，是一項(xiàng)lR/2/SR確定連桿長(zhǎng)度的重要參數(shù)，行程S確定以后，選擇主要考慮以下因素：1）選擇較大的值，使連桿短、重量輕，往復(fù)和離心重量小，有利于汽油機(jī)高速化，并可降低直列式汽油機(jī)的高度，減輕汽油機(jī)重量。2）較大的值，雖縮短了連桿長(zhǎng)度，但增加連桿擺角和活塞側(cè)壓力，對(duì)缸套磨損不利。3）在選擇連桿長(zhǎng)度是，要保證在下止點(diǎn)時(shí)不與曲軸平衡塊碰，活塞在上止點(diǎn)時(shí)曲柄不與缸套相碰。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的值一般在0.250.33之間。小型高速化汽油機(jī)值較高，一般在0.270.31之間，本機(jī)為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，參考汽油機(jī)，選值為0.30。2.1.7燃燒室的選擇燃燒室設(shè)計(jì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)，火焰?zhèn)鞑ニ俾始胺艧崧?，傳熱損失及爆燃，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第11頁(yè)對(duì)燃燒室有兩點(diǎn)基本要求：一是結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，表面積要小，以減少熱量損失及縮短火焰行程；其次是使混合氣在壓縮終了時(shí)具有一定的氣流運(yùn)動(dòng)，提高混合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時(shí)和充分的燃燒。汽油機(jī)常用燃燒室形狀有以下幾種：1）楔形燃燒室，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，在壓縮終了是能形成擠氣渦流；存在較大的激冷面積，對(duì)HC排放不利。2）浴盆形燃燒室，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但不夠緊湊。3)半球形燃燒室，其結(jié)構(gòu)較前兩種更緊湊，但因進(jìn)、排氣門分別置于缸蓋兩側(cè)，故使配氣機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。由于其散熱面積小，有利于促進(jìn)燃料的完全燃燒和減少排氣中的有害氣體，故現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上用得較多。4)碗形燃燒室，碗形燃燒室是布置在活塞中的一個(gè)回轉(zhuǎn)體，采用平底氣缸蓋，工藝性好，但燃燒室在活塞頂內(nèi)使活塞的高度和質(zhì)量增加，同時(shí)活塞的散熱也較差。5)蓬形燃燒室，其性能與半球形相似，組織缸內(nèi)氣流進(jìn)行擠氣運(yùn)動(dòng)要比半球形容易，燃燒室也可全部加工。是近年來(lái)在在高性能多氣門轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用的燃燒室。本天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)參考汽油機(jī)，設(shè)計(jì)額定轉(zhuǎn)速為4000rpm，因轉(zhuǎn)速較高，選用蓬型燃燒室。2.1.8發(fā)火次序發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序與汽油機(jī)的運(yùn)作的均勻性、主軸承和連桿軸承的負(fù)荷、軸系的扭振性能密切的關(guān)系。隨著氣缸書目的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序可有更多的方案。選擇發(fā)火次序時(shí)，主要考慮以下因素：1)平衡性能和曲柄排列發(fā)火次序和曲柄排列的關(guān)系密切，一定的發(fā)火次序具有相應(yīng)的曲柄排列，曲柄排列確定后，就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡情況。2)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能在不同的共振轉(zhuǎn)速，扭振振幅的相對(duì)值決定于各臨界轉(zhuǎn)速下各缸輸入能量的相對(duì)矢量和的大小，并和扭振型式有關(guān)。3）軸承負(fù)荷XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第12頁(yè)為減少軸承負(fù)荷，相鄰兩曲柄間的夾角應(yīng)盡可能大些，相鄰氣缸間發(fā)火間隔角也盡可能大些?？傊谶x擇發(fā)火次序的時(shí)候，首先考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡和軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。一般情況下，先按發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡性能，選擇曲柄的排列型式，然后按扭振性能、軸承負(fù)荷和排氣管布置來(lái)確定發(fā)火次序。本機(jī)為直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)選取的發(fā)火次序?yàn)椋?-3-4-2表2-1方案選擇結(jié)果技術(shù)參數(shù)選擇結(jié)果技術(shù)參數(shù)選擇結(jié)果氣缸數(shù)4氣缸布置型式直列i活塞直徑D/mm88行程缸徑比1.01DS/活塞行程S/mm89沖程數(shù)4額定轉(zhuǎn)速rpm4000活塞最大平均速度11.91/smv氣缸中心距/mm98中心距缸徑比1.113L0壓縮比12.5連桿長(zhǎng)度149l/連桿比0.3發(fā)火次序1-3-4-2氣缸套壁厚1m/2.2488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置2.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)總體布置的一般要求如下（1）布置緊湊，外形尺寸小，外觀整齊，外接管路盡量少。（2）經(jīng)常需要保養(yǎng)得零部件，如機(jī)油、燃油、空氣的濾清器，以及常用的機(jī)油加油口、放水閥和機(jī)油油尺等。對(duì)經(jīng)常檢查調(diào)整的氣門間隙和噴油提前角等有關(guān)零部件應(yīng)考慮到調(diào)整和拆裝方便。XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第13頁(yè)（3）應(yīng)滿足用戶對(duì)汽油機(jī)配套所提出的各項(xiàng)合理要求。多種用途發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置，首先應(yīng)滿足主要用途的配套要求，還要考慮到變型機(jī)型的有關(guān)問(wèn)題。（4）具有良好的加工和裝配工藝性。（5）汽油機(jī)起吊、存放和安裝方便。（6）總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行產(chǎn)品系列化、零部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。2.2.2總體布置如下（1）凸輪軸的布置。本設(shè)計(jì)要求使用雙頂置凸輪軸，配氣結(jié)構(gòu)質(zhì)量小，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。（2）齒形帶傳動(dòng)的布置。因同步齒形帶傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好，傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，惡劣環(huán)境條件下能正常工作等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用齒形帶傳動(dòng)。（3）機(jī)油泵的布置。機(jī)油泵的布置與其傳動(dòng)方法、機(jī)油管路布置以及發(fā)動(dòng)機(jī)的用途有關(guān)。本設(shè)計(jì)中機(jī)油泵總成布置在主軸承端蓋上，由曲軸直接驅(qū)動(dòng)，機(jī)油泵安裝位置較低，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，瞬時(shí)既能吸上機(jī)油。（4）水泵的布置。本設(shè)計(jì)采用離心式水泵,布置在機(jī)體外側(cè)上部，由多楔帶驅(qū)動(dòng)。2.3本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)重要參數(shù)的選擇和總體布置兩方面進(jìn)行確定，并對(duì)確定原因做出了必要的說(shuō)明，得出了具體參數(shù)（主要是尺寸參數(shù)）和發(fā)動(dòng)機(jī)總體布置方式。488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)方案為：直列4缸，四沖程水冷，干式氣缸套，設(shè)計(jì)行程缸徑比為S/D=1.01，活塞最大平均速度=11.9m/s，壓縮比為=12.5，氣缸mv中心距=98mm，曲柄連桿比為=0.3，為蓬形燃燒室，發(fā)火次序?yàn)?-3-4-2。0LXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第14頁(yè)3488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行熱計(jì)算而得到的，因此，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要選取一些基本參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行熱計(jì)算，在計(jì)算中要引進(jìn)一些基本原則作為選取原始參數(shù)的依據(jù)，無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱計(jì)算，還是發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)計(jì)算都可以采用這些參數(shù)。該方法是一種近似的、半經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)方法，它是根據(jù)熱力計(jì)算公式，對(duì)內(nèi)燃機(jī)各熱力參數(shù)、指示參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果的精確性依賴于大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇是否恰當(dāng)，它對(duì)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。本章節(jié)將從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析：燃料、工質(zhì)參數(shù)、周圍介質(zhì)參數(shù)和殘余廢氣、進(jìn)氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、膨脹過(guò)程、工作循環(huán)指示參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)、汽油機(jī)示功圖的繪制等方面。3.1熱計(jì)算3.1.1燃料燃燒及成分確定（1）工質(zhì)參數(shù)天然氣的主要成分為CH4，各組成元素的質(zhì)量比分別為0.750126c12OhCg0.254H0126c12OOh查閱相關(guān)資料，得：壓縮天然氣的化學(xué)計(jì)量空燃比：=16.40l壓縮天然氣低熱值：=50000kJ/kguH理論空氣質(zhì)量kmol/kg56.029410lL2）過(guò)量空氣系數(shù)：a過(guò)量空氣系數(shù)是反映混合器形成、燃燒完善程度及整機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)大部分采用稀薄燃燒技術(shù)，與當(dāng)量燃燒相比發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第15頁(yè)溫度較低，可以減小熱損失和熱負(fù)荷，提高熱效率、改善燃燒經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可以較少NOx排放。綜合排放性和經(jīng)濟(jì)性考慮，取過(guò)量空氣系數(shù)a13）殘余廢氣系數(shù)r02930.160.364593.rrraTP4）新鮮空氣量1M10*.60./aLkmolg5）理論上完全燃燒時(shí)的燃燒產(chǎn)物量2M20.792.36/1chagLkl6）理論分子變化系數(shù)的計(jì)算201.63/.51.7M7）實(shí)際分子變化系數(shù)的計(jì)算0/.3.640.3641rr3.1.2燃?xì)膺^(guò)程參數(shù)的確定與計(jì)算1)進(jìn)氣終點(diǎn)壓力和溫度的確定apaT為得到良好的發(fā)動(dòng)機(jī)充氣，在標(biāo)定速度工況上，在標(biāo)定速度工況上，對(duì)于四沖程汽油機(jī)，新鮮充量的預(yù)熱溫度T的數(shù)值如下：（020）。本機(jī)參考汽油機(jī)，這里取T=20。進(jìn)氣的充氣密度6310/().28795/sgsPRTkm式中：進(jìn)氣充氣密度，kg/；為氣體常數(shù)，=287J/kg.K。sggR進(jìn)氣量M=1.205*2.160=2.6028kgsVXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第16頁(yè)進(jìn)氣壓力損失aP由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力和氣缸中充量運(yùn)動(dòng)速度的衰減所引起的壓力損失，aP采用某些假設(shè)后可以有伯努利方程求得：=aP2/10)(622sB=5.70.=0.00797MPa現(xiàn)代汽車汽油機(jī)在額定工況下：=2.54.0及)(2B=50130m/s，對(duì)于進(jìn)氣系統(tǒng)加工過(guò)的內(nèi)表面，本天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)參考汽油機(jī)，B可以取=2.7和=70m/s。這是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度工況和考慮到)(2BB在增壓和非增壓汽油機(jī)的進(jìn)氣系數(shù)不大的流體阻力來(lái)選取的。進(jìn)氣終了壓力：=aPsa=0.1013-0.00797=0.0933MPa式中：為進(jìn)氣終了時(shí)壓力，單位為MPa；為進(jìn)氣壓力損失，單位是aaPMPa。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度:0/1293.64950.3645aTTK2)排氣終點(diǎn)壓力和溫度的確定p四沖程汽油機(jī)，01.5.pT1該機(jī)型參考汽油機(jī)，排氣終點(diǎn)壓力，溫度取0.5.6PMPaT1100K。3)充氣效率的計(jì)算vXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第17頁(yè)a5.(1)()2.509312.(0.364)084svrPT3.1.3壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定平均多變壓縮指數(shù)主要受工質(zhì)與汽缸壁間熱交換及工質(zhì)泄露情況的影響。1n凡是使缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量減少的因素均能使提高。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速1n提高時(shí)，熱交換時(shí)間縮短、向缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量減少時(shí)，則增大；1n當(dāng)負(fù)荷增加、采用空冷、采用大缸徑時(shí)，氣缸溫度升高、相對(duì)傳熱損失減小，則增大。此外提高和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度，則減小。1n1n一般發(fā)動(dòng)機(jī)=1.0-1.4，該機(jī)型平均多變指數(shù)取1.2。1n1n平均平均多變指數(shù)。2.1k（2）壓縮終了壓力和溫度壓縮終了壓力aaMPnpP93.15.2093.1c式中：為壓縮終了壓力，單位為MPa。c壓縮終了溫度811K12.135nTac式中：為壓縮終了溫度，K。3.1.4燃燒過(guò)程（1）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)理論混合氣分子變更系數(shù)073.159.063120MXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第18頁(yè)（2）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際混合氣分子變更系數(shù)07.10364.17.10（3）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作混合氣燃燒的熱量kJ/kmol81356)064.1(593.0)1(MHucmpa式中：為汽油機(jī)燃料低熱值，=50000kJ/kg。uu（4）燃燒過(guò)程終了溫度參考汽油機(jī)TZ=22002800K，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)取Tz=2700K（5）汽油機(jī)最高燃燒壓力汽油機(jī)的壓力升高比一般在3.24.2之間?？紤]到本發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)壓縮比為12.5，取=3.2。a176.93.2MPPCz式中：為最高燃燒壓力，MPa。zp（6）天然氣發(fā)送機(jī)預(yù)脹比891.0810.427czT式中：為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)預(yù)脹比。3.1.5膨脹過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)后膨脹比：029.1489.052在標(biāo)定工況下，考慮到足夠大的氣缸尺寸可以取膨脹多變指數(shù)稍小于膨脹絕熱指數(shù)。查相關(guān)文獻(xiàn)得：，取，26.1k25.1n得到汽油機(jī)膨脹終了壓力和溫度：XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第19頁(yè)a27.0029.14765.12MPPnZb式中：為膨脹終了壓力，MPa。b發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹終了溫度：KTnzb139502.1475.2式中：為膨脹終了溫度，K。b取發(fā)動(dòng)機(jī)剩余氣體溫度校核：KpTrb156.02713953計(jì)算兩者誤差為：%3.110)5(根據(jù)資料知道，允許誤差為，所以，誤差在允許范圍內(nèi)。3.2工作循環(huán)參數(shù)3.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)指示指標(biāo)（1）理論平均指示壓力)1()1(122nncminP)5.12(35.)5.(15.04.193112MPa78式中：為理論平均指示壓力，MPa。mi（2）平均指示壓力XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第20頁(yè)為示功圖豐滿系數(shù)，對(duì)于柴油機(jī)，其值一般為0.920.98，本設(shè)計(jì)參考n上述范圍取豐滿系數(shù)，則：95.0nMPaPminmi93.078（3）指示熱效率29.85.02.15046930csuaiitHl式中：為汽油機(jī)指示熱效率；為平均指示壓力，MPa；為過(guò)量空氣itmiPa系數(shù)；為化學(xué)計(jì)量空燃比。0l（4）指示燃油消耗率)/(3.2489.05163.6hkWgHbitui3.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)（1）平均有效壓力mep機(jī)械效率是評(píng)定內(nèi)燃機(jī)指示功率轉(zhuǎn)換為有效功率的程度。一般四沖程車m用發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)型機(jī)械效率取0.82。90.8.m平均有效壓力：amiMPP763.082.93pe（2）有效熱效率e7.082.9emit（3）有效燃油消耗率eb)(7.203)8.5/(16.3)/(106.hkwHbeue(4)有效功率KWniVPsme.543.07.(5)轉(zhuǎn)矩XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第21頁(yè)NmnPTetq3.140595汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械和農(nóng)用動(dòng)力用內(nèi)燃機(jī)等除對(duì)功率和轉(zhuǎn)速有要求外，還要求具有一定的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，以克服短時(shí)間的外界阻力。城市用客載汽車更強(qiáng)調(diào)低速轉(zhuǎn)矩特性和低速區(qū)燃油經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樵诔鞘薪煌ōh(huán)境中有50%以上的時(shí)間運(yùn)行在低速工況區(qū)。表征轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備的參數(shù)為轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)，又稱為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，表示最大轉(zhuǎn)矩與標(biāo)定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩的比值，即1maxtqT標(biāo)定工況轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)，即1maxtqn汽車汽油機(jī)，本設(shè)計(jì)取，則25.1m25.=1.25131.3=164.1NmmaxtqT汽車汽油機(jī)，本設(shè)計(jì)取，則.n.1nrpmtq2675/max(6)耗油量hkgbPBq/1.0.(7)升功率LWiVsL/46.250表3-1488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)_技術(shù)參數(shù)參數(shù)值技術(shù)參數(shù)參數(shù)值氣缸直徑D/mm88額定功率Pe/kW55.0活塞行程S/mm89平均有效壓力Pm/MPa0.763行程缸徑比1.01壓縮比12.5DS/排量V/mL2160額定轉(zhuǎn)速n/rpm4000氣缸中心距/mm98最大轉(zhuǎn)矩Me/Nm164.1XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第22頁(yè)中心距缸徑比1.113最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速n/rpm2667DL/0缸套壁厚/mm1活塞平均速度11.91/smv曲柄半徑R/mm44.5升功率25.46LkWP連桿長(zhǎng)度l/mm149耗油量11.111/hgB燃燒室形狀蓬型3.3示功圖的繪制內(nèi)燃機(jī)的示功圖可以利用工作過(guò)程的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。選取活塞行程比例尺；選取壓力的比例尺。1sM1.0pM示功圖上相當(dāng)于氣缸工作容積的長(zhǎng)度為：m89S示功圖上相當(dāng)于燃燒室容積的長(zhǎng)度為：mMS74.15.289)1(壓縮和膨脹多變曲線可以用分析法來(lái)制取，對(duì)布置在燃燒室容積和總?cè)輈V積之間的中間容積各點(diǎn)的參數(shù)按多變曲線方程常數(shù)進(jìn)行。aV1nPV（1）示功圖最大高度（點(diǎn)和Z）和按縱坐標(biāo)軸線Z點(diǎn)的位置mMPpz24.901.式中：為示功圖壓力比例尺；其余符號(hào)如前所述。（2）壓縮多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式式中：為壓縮多變曲線各點(diǎn)壓力，MPa；為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積，xPxV；在112.5之間變化。3mxaV/1)/(nxaxVXXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第23頁(yè)（3）膨脹多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式2)/(nxbxVP式中：為壓縮多變曲線各點(diǎn)壓力，MPa；為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積，xx；在112.5之間變化。3mxbV/在用分析法繪制示功圖時(shí)，可以采用列表的方法確定壓縮和膨脹多變曲線上各計(jì)算點(diǎn)的縱坐標(biāo)。示功圖的繪制如圖3-1所示：XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第24頁(yè)圖3-1488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖4運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算基本參數(shù)：1.缸徑D88mm2.沖程S2r=89mm3.曲軸半徑r=S/2=44.5mm4.連桿長(zhǎng)L149mm5.連桿比0.36.活塞面積Fh=20.54m2D41107.轉(zhuǎn)速n=4000r/min4.1活塞位移根據(jù)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算出活塞的位置隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律：其中為曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度的比，取=0.3CososrX141*XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第25頁(yè)為曲軸半徑，r=44.5mmr經(jīng)過(guò)計(jì)算后的數(shù)據(jù)和得圖表，X位移-1001020304050607080901000100200300400500600700800轉(zhuǎn)角位移位移圖4-1活塞位移4.2活塞瞬時(shí)速度根據(jù)活塞的位移規(guī)律2VrSini對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角求倒得到活塞的瞬時(shí)速度V隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律：經(jīng)過(guò)計(jì)算后的數(shù)據(jù)和得圖表。活塞速度-40-30-20-100102030400100200300400500600700800轉(zhuǎn)角活塞瞬時(shí)速度活塞速度圖4-2活塞速度根據(jù)活塞的瞬時(shí)速度規(guī)律，對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角求倒得到活塞的加速度V隨曲軸XXXXXXXXX488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算第26頁(yè)轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律：22Cosrj加速度-15000-10000-500005000100001500020000250000100200300400500600700800轉(zhuǎn)角加速度加速度圖4-3活塞加速度5動(dòng)XX設(shè)計(jì)(XX)開題報(bào)告學(xué)生姓名：XXXXX學(xué)號(hào)：XXXXXX學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：XXXXX設(shè)計(jì)(論文)題目：488Q天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)-總體方案設(shè)計(jì)和計(jì)算指導(dǎo)教師：XXXXXXX年X月XX日1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫1500字左右的文獻(xiàn)綜述（包括研究進(jìn)展，選題依據(jù)、目的、意義）文獻(xiàn)綜述一、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)天然氣汽車是以油改天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車。天然氣甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。車用壓縮天然氣的壓力一般在20MPa左右?？蓪⑻烊粴?，經(jīng)過(guò)脫水、脫硫凈化處理后，經(jīng)多級(jí)加壓制得。其使用時(shí)的狀態(tài)為氣體。1、燃燒穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生爆震，并且冷熱起動(dòng)方便。2、壓縮天然氣儲(chǔ)運(yùn)，減壓，燃燒都在嚴(yán)格的密封狀態(tài)下進(jìn)行，不易發(fā)生泄露。另外其儲(chǔ)氣瓶經(jīng)過(guò)各種特殊的破壞性試驗(yàn)，安全可靠。3、壓縮天然氣燃燒安全，積碳少，減少氣阻和爆震，有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的使用壽命，減少維修保養(yǎng)次數(shù)，大幅度降低維修保養(yǎng)成本。4、可減少發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗量。5、使用壓縮天然氣與汽油相比，可大幅度降低，一氧化碳，二氧化硫，二氧化碳等的排放。并且沒(méi)有苯，鉛等致癌和有毒物質(zhì)危害人體健康。2、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)1、天然氣汽車是清潔燃料汽車.天然氣汽車的排放污染大大低于以汽油為燃料的汽車，尾氣中不含硫化物和鉛，一氧化碳降低80%，碳?xì)浠衔锝档?0%，氮氧化合物降低70%.因此，許多國(guó)家已將發(fā)展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段.2、天然氣汽車有顯著的經(jīng)濟(jì)效益.可降低汽車營(yíng)運(yùn)成本，天然氣的價(jià)格比汽油和柴油低得多，燃料費(fèi)用一般節(jié)省50%左右，使?fàn)I運(yùn)成本大幅降低.由于油氣差價(jià)的存在，改車費(fèi)用可在一年之內(nèi)收回.可節(jié)省維修費(fèi)用.發(fā)動(dòng)機(jī)使用天然氣做燃料，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、不積炭，能延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，不需經(jīng)常更換機(jī)油和火花塞，可節(jié)約50%以上的維修費(fèi)用.3、比汽油汽車更安全首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料.這表現(xiàn)在：燃點(diǎn)高.天然氣燃點(diǎn)在650.c以上，比汽油燃點(diǎn)（427.c）高出223.c，所以與汽油相比不易點(diǎn)燃.密度低.與空氣的相對(duì)密度為0.48，泄漏氣體很快在空氣中散發(fā)，很難形成遇火燃燒的濃度.辛烷值高.可達(dá)130，比目前最好的96號(hào)汽車辛烷值高得多，抗爆性能好.爆炸極限窄.僅515%，在自然環(huán)境下，形成這一條件十分困難.釋放過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程.當(dāng)壓縮天然氣從容器或管路中泄出時(shí)，泄孔周圍會(huì)迅速形成一個(gè)低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難.其次，壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高.表現(xiàn)在：國(guó)家頒布有嚴(yán)格的天然氣汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).從加氣站設(shè)計(jì)、儲(chǔ)氣瓶生產(chǎn)、改車部件制造到安裝調(diào)試等，每個(gè)環(huán)節(jié)都形成了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).設(shè)計(jì)上考慮了嚴(yán)密的安全保障措施.對(duì)高壓系統(tǒng)使用的零部件，安全系數(shù)均選用1.5-4以上，在減壓調(diào)節(jié)器、儲(chǔ)氣瓶上安裝有安全閥，控制系統(tǒng)中，安裝有緊急斷氣裝置.儲(chǔ)氣瓶出廠前要進(jìn)行特殊檢驗(yàn).氣瓶經(jīng)常規(guī)檢驗(yàn)后，還需充氣作火燒、爆炸、墜落、槍擊等試驗(yàn)，合格后,方能出廠使用.中外發(fā)展天然氣60年來(lái)，從未出現(xiàn)過(guò)因天然氣爆炸、燃燒而導(dǎo)致車毀人亡的事實(shí)證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的.4、CNG汽車的動(dòng)力性略有降低.燃用天然氣時(shí)，動(dòng)力性略下降515%.5、改裝一次性投資較大，改裝一輛CNG汽車大約需4000-6000元，隨著日后技術(shù)的不斷進(jìn)步，費(fèi)用會(huì)繼續(xù)降低。三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.目前國(guó)內(nèi)外大多廠家的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)都是由柴油機(jī)改裝,天然氣與柴油相比其燃燒特性區(qū)別很大,相應(yīng)關(guān)鍵部件必須重新設(shè)計(jì)1,主要有:1)氣缸蓋部件設(shè)計(jì),加強(qiáng)火花塞周圍的冷卻效果,改進(jìn)氣道渦流,減少火花塞周圍的渦流2,使缸內(nèi)混合氣體更容易點(diǎn)燃;氣門和座圈的錐面結(jié)構(gòu)改進(jìn)和選用新型材料,減小由于排溫高和天然氣無(wú)潤(rùn)滑性等因素造成的氣門和座圈磨損。2)凸輪軸設(shè)計(jì),減小氣門重疊角,保證較高的充氣效率、減少掃氣帶來(lái)的燃料損失及HC排放、降低排氣溫度。3)活塞設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)更快和更充分的燃燒、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x以降低爆震傾向。以上部件優(yōu)劣是影響天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要因素。2.目前天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)大部分采用稀薄燃燒技術(shù),與當(dāng)量燃燒相比發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒溫度較低,因此,可以減小熱損失和熱負(fù)荷,提高了熱效率、改善了燃料經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)可以減少NOx排放。天然氣動(dòng)機(jī)的燃燒、排放及燃料消耗率隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化情況,如圖1所示,綜合排放性和經(jīng)濟(jì)性考慮,當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)1.5左右時(shí)最佳,所以稀薄燃燒技術(shù)是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳選擇3。3.目前天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用單點(diǎn)噴射稀薄燃燒技術(shù),優(yōu)點(diǎn)是空氣和燃料預(yù)混合充分均勻,失火和爆能得到很好控制,但是發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度略顯遲緩;而采用多點(diǎn)噴射技術(shù)面臨很多問(wèn)題,因?yàn)槟壳爸械裙β室陨咸烊粴獍l(fā)動(dòng)機(jī)均由柴油機(jī)改制而成,原機(jī)各缸進(jìn)氣量的差異約10%15%,加之噴射閥燃?xì)夤┙o量差異約5%10%,這樣各缸的空燃比總體差異約15%25%。而稀薄燃燒一般失火極限控制在5%10%之間,同時(shí)還受到燃?xì)鈿赓|(zhì)和環(huán)境等因數(shù)的影響,多點(diǎn)噴射很可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)的失火和爆震等非正常燃燒。在多點(diǎn)噴射控制技術(shù)不成熟之前,預(yù)混合單點(diǎn)精確噴射控制在目前市場(chǎng)占主導(dǎo)地位。4.當(dāng)量燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要點(diǎn)火能量是汽油機(jī)的3倍左右,而稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要的點(diǎn)火能量是當(dāng)量燃燒的1.5倍左右,那么稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)是汽油機(jī)的4.5倍左右,可見(jiàn)天然氣燃料火性能更差。這樣傳統(tǒng)的汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)根本不適應(yīng)于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。因而需要采用高能量數(shù)字點(diǎn)火技術(shù),計(jì)算機(jī)芯片來(lái)精確控制點(diǎn)火的能量和時(shí)間:1)點(diǎn)火能量太小不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求,點(diǎn)火能量過(guò)大又是浪費(fèi),而且涉及到相應(yīng)部件(點(diǎn)火線圈、高壓線和火花塞等)的承受力問(wèn)題。在現(xiàn)有部件能夠承受的條件下,將點(diǎn)火能量控制到一個(gè)能夠滿足需要的合適程度是十分必要的。2)準(zhǔn)確的點(diǎn)火時(shí)間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率至關(guān)重要,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以控制點(diǎn)火的時(shí)間,其精確度可以達(dá)到微秒級(jí)。四、研究目的以4G15S為原型，改進(jìn)研發(fā)出488Q。綜合考核學(xué)生四年所學(xué)知識(shí)掌握程度，以此培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課題的研究等綜合能力。使學(xué)生熟悉內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中項(xiàng)目計(jì)劃，工作進(jìn)度安排，查閱相關(guān)資料，方案對(duì)比和最終方案確定，設(shè)計(jì)計(jì)算，圖紙表達(dá)和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)答辯過(guò)程，

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