發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

1、一提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性提高 W：a.合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)，尤其是進(jìn)氣道，以減小進(jìn)氣阻力，提高充量系數(shù) b.合理的配氣機(jī)構(gòu)和配氣定時(shí)：加大進(jìn)氣門(mén)直徑，采用頂置式凸輪軸，增加氣門(mén)數(shù)、完善凸輪外形、最佳氣門(mén)重疊角 c.汽油機(jī)采用多腔化油器、多個(gè)化油器、汽油噴射，以減小進(jìn)氣阻力，并兼顧各工況性能 d.降低排氣系統(tǒng)阻力，采用可變進(jìn)排氣系統(tǒng)等。 2 提高不 a.對(duì)于汽油機(jī)適當(dāng)提高壓縮比 b.改善燃燒過(guò)程 3 提高rm：減少活塞環(huán)數(shù)目；選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油；保持發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳熱狀態(tài)；提高加工精度和表面質(zhì)量；合理設(shè)計(jì)活塞形狀；減少附件功率損失二：活塞速度的影響活塞平均速度 Cm=Sn/30,Cm上升，則機(jī)械負(fù)荷上升；熱負(fù)

2、荷上升；進(jìn)排氣阻力增加，充氣系數(shù)下降（應(yīng)加大氣門(mén)或增加氣門(mén)數(shù)目）；摩擦加劇，磨損加快，機(jī)械效率下降， 燃油耗率上升， 壽命下降。 但 Cm過(guò)小，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率不利，對(duì)提高升功率不利。對(duì)于柴油機(jī)，Cm選擇要顧及混合氣形成與燃燒的限制；對(duì)于汽油機(jī)，Cm的選擇與進(jìn)氣系統(tǒng)有關(guān)三采用偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和原因1、采用偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的原因凡是曲軸回轉(zhuǎn)中心線或者活塞銷中心線不與氣缸中心線相交的曲柄連桿機(jī)構(gòu)都是偏心機(jī)構(gòu)。根據(jù)偏心方向的不同，分為正偏心機(jī)構(gòu)和負(fù)偏心機(jī)構(gòu)。正偏心機(jī)構(gòu)在活塞下行時(shí)連桿擺角較小，使得作功行程中活塞側(cè)推力有所減小。負(fù)偏心機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于車用汽油機(jī)中，目的是減輕活塞對(duì)氣缸壁的敲擊，降低

3、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。正偏心機(jī)構(gòu)多用于柴油機(jī)， 目的是改善散熱，減輕主推力邊的熱負(fù)荷，使頂環(huán)隙整個(gè)圓周上不積碳。四 V 型機(jī)發(fā)火方案有兩種：1、交替式發(fā)火方案：兩列氣缸交替發(fā)火，列內(nèi)順序與單列機(jī)相同，間隔均勻，但與單列機(jī)相比列內(nèi)發(fā)火間隔角大一倍；兩列氣缸的發(fā)火順序相同。2、插入式發(fā)火方案：兩列氣缸間的發(fā)火順序與間隔角不相同，列內(nèi)的發(fā)火間隔也不均勻，兩列氣缸間有跳隔和補(bǔ)償，使得整臺(tái)機(jī)的發(fā)火間隔均勻靜平衡：旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸線上時(shí)，系統(tǒng)離心慣性力的合力為零，則認(rèn)為系統(tǒng)是靜平衡的。動(dòng)平衡：系統(tǒng)靜平衡但當(dāng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不在同一平面上時(shí)，不足以保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，如圖表示，只有當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不但旋轉(zhuǎn)慣性力合力為零，而且合

4、力矩也為零時(shí)，才完全平衡，這樣的平衡稱為動(dòng)平衡五、對(duì)于離心，慣性力 Pr 可用直接在曲軸上加平衡重的方法來(lái)平衡，平衡塊回轉(zhuǎn)半徑越大、曲柄連桿機(jī)構(gòu)本身的不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量越小，則所需要加的平衡塊質(zhì)量 mB 越小?？梢杂门c平衡離心慣性力同樣的方法來(lái)平衡往復(fù)慣性力，只要設(shè)計(jì)的平衡機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的離心慣性力矢量分別與上述正反轉(zhuǎn)矢量大小相等、方向相反即可。六、曲軸設(shè)計(jì)要求1、保證具有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度；2、保證曲軸具有盡可能高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度； 3、 軸承具有足夠大的承壓面積， 軸頸耐磨；4、盡量采用普通材料；工藝性好，質(zhì)量小。曲柄臂提高曲柄的抗彎斷面模數(shù) W，增加 h 比增加寬度b 有效曲軸材

5、料與結(jié)構(gòu)型式1、材料：中小功率內(nèi)燃機(jī)用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、鍛鋼（45 號(hào)鋼，40Cr）,大型柴油機(jī)用合金鋼、鑄鋼、球墨鑄鐵（強(qiáng)載度不高的中高速柴油機(jī)）。2、結(jié)構(gòu)型式：整體式、套合式、焊接式、圓盤(pán)式套合式曲軸：用于大型低速機(jī)，可以消除大件鍛造的困難焊接式曲軸： 用于超長(zhǎng)行程十字頭式柴油機(jī)，可以消除大件鍛造困難，而且可以降低曲軸質(zhì)量，使連桿長(zhǎng)度得以縮短圓盤(pán)式曲軸：用于某些要求結(jié)構(gòu)緊湊的高速柴油機(jī)（6135Q,12V135Q）。軸向尺寸緊湊的同時(shí)，曲柄銷長(zhǎng)度可以設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)；扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度較大，疲勞強(qiáng)度提高，但質(zhì)量大，制造成本較高全支承、非全支承平衡重連接方式：鑄造曲軸平衡重一般與曲柄臂鑄成一個(gè)整

6、體，有利于提高工作可靠性。鍛造曲軸由于結(jié)構(gòu)、鍛壓設(shè)備的限制，都作成分開(kāi)式，平衡重的聯(lián)結(jié)方式有：螺栓承受離心力和螺栓不承受離心力曲軸輕量化的措施1、曲柄銷作成空心結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可減小離心慣性力，做成鼓狀效果更好，可以提高扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度，減小曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，還可減輕主軸頸過(guò)渡圓角處應(yīng)力集中。如將 0.5d 圓柱孔改成中部 0.7d 的鼓形孔時(shí)， 扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度與彎曲疲勞強(qiáng)度都提高 30%。2、主軸頸做成空心機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可顯著緩解曲柄銷過(guò)渡圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。 如設(shè)置卸載穴， 則效果更好 3、 曲柄臂斜削：在采用中空曲柄銷時(shí)注意不要形成應(yīng)力集中油道布置的原則：有利于潤(rùn)滑油流動(dòng)、對(duì)曲軸強(qiáng)度影響小兩種方案：?jiǎn)尉€斜

7、油道和多線直角油道1、單線斜油道：斜油孔簡(jiǎn)單，多用于實(shí)心曲軸；用于空心軸頸曲軸時(shí)，為避免漏油要采取密封措施2、多線直角油道多線直油道對(duì)曲軸圓角部位的強(qiáng)度影響較小，但加工復(fù)雜，需用堵頭。連桿長(zhǎng)度連桿長(zhǎng)度的確定的原則：保證發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊和輕量化，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)整體布置，保證連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)不與其它機(jī)件相碰的條件下具有最短長(zhǎng)度。衡量參數(shù)為入=/|大致范圍：1/3.21/3.8。.連桿斜切的定位方式：鋸齒、舌槽、止口、銷套斷裂分形工藝要求1、材料在滿足強(qiáng)度條件下，延伸率盡可能低，適合的材料如粉末冶金、非調(diào)質(zhì)中高碳鋼、球墨鑄鐵等2、結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證預(yù)設(shè)分形面處截面最小，螺栓孔外側(cè)不允許加工， 以保證分形面質(zhì)量 3、

8、 為保證斷面的很好復(fù)合，應(yīng)施加正應(yīng)力，并在連桿初加工后預(yù)制應(yīng)力槽活塞設(shè)計(jì)要求1、選用熱強(qiáng)度好（耐疲勞、高溫屈服點(diǎn)高）、耐磨、密度小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、工藝良好的材料；2、活塞有合理的形狀和壁厚，使散熱良好，強(qiáng)度剛度符合要求，盡量減輕質(zhì)量，避免應(yīng)力集中；3、在不增加活塞組的摩擦損失的情況下，保證燃燒室密封性好，竄氣、竄油少；在降低機(jī)油耗條件下，保證滑動(dòng)面上有足夠的潤(rùn)滑油；4、不同工況下能保持活塞與缸套的最佳配合，減輕活塞敲擊和缸套振動(dòng)六、頭部設(shè)計(jì)形狀 1、頂岸高度 h1:頂岸高度 h1應(yīng)保證活塞在上止點(diǎn)時(shí)第一環(huán)位于水套的冷卻水腔位置。2、環(huán)帶高度 h2:由環(huán)的數(shù)量、環(huán)高、環(huán)槽肩高決定。3、

9、上裙高度 h3:應(yīng)使環(huán)槽位置盡量處于活塞銷座外徑的上方，以避免開(kāi)有環(huán)槽而削弱銷座強(qiáng)度；同時(shí)也避免在壁厚不均勻區(qū)開(kāi)設(shè)環(huán)槽，引起環(huán)槽不均勻變形，影響環(huán)的正常工作?；钊共吭O(shè)計(jì)及抑制膨脹采取的措施為保證使用性能，活塞應(yīng)頭部小、裙部大；裙部應(yīng)設(shè)計(jì)成桶形型面，且其截面應(yīng)為橢圓形，平行于活塞銷座方向?yàn)闄E圓短軸。為保證活塞與氣缸間的間隙在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況下都比較理想，通常還需采取如下措施控制裙部膨脹：在活塞承壓面?zhèn)扔铜h(huán)環(huán)槽處開(kāi)橫向絕熱槽，減少來(lái)自活塞頂部的傳熱鑄熱膨脹系數(shù)小的材料以減小銷座處的熱膨脹，尤其是垂直于銷軸方向的膨脹。活塞銷設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)活塞銷座設(shè)計(jì)應(yīng)注意減小銷座的尖峰負(fù)荷和應(yīng)力集中，常用措施有：1

10、、減小活塞銷的彈性變形：增加其剛性；采用斜形銷座結(jié)構(gòu)2、采用彈性銷座結(jié)構(gòu)：采用雙斜加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)3、銷孔的形狀：孔口倒角或倒圓；適當(dāng)加大銷與銷孔的配合間隙，或采用由外向內(nèi)逐步擴(kuò)大的錐孔以適應(yīng)彎曲變形時(shí)保持良好配合間隙的要求。1、活塞環(huán)的作用保證活塞與氣缸壁間的有效密封；冷卻散熱（非冷卻活塞經(jīng)活塞環(huán)散熱量占活塞全部吸收熱量的 60%70%）;導(dǎo)向刮油、布油矩形環(huán)早期內(nèi)燃機(jī)使用，工藝簡(jiǎn)單，但磨合性能差，活塞晃動(dòng)時(shí)會(huì)向上泵油，使機(jī)油耗上升，并造成燃燒室積碳。在高強(qiáng)載度發(fā)動(dòng)機(jī)上很少應(yīng)用。桶面環(huán)上下行都能形成潤(rùn)滑油膜，潤(rùn)滑良好，磨損減少；在短活塞發(fā)動(dòng)機(jī)上對(duì)活塞搖晃的適應(yīng)性好，無(wú)棱緣負(fù)荷；與氣缸接觸面小，對(duì)缸

11、套適應(yīng)性好，密封性提高；磨合性好。強(qiáng)載度大的發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用，作為第一環(huán) O梯形環(huán)兩側(cè)面成 15。頂角，工作時(shí)間隙變化，有利于機(jī)油更新，抗膠粘能力特別好，用于高熱負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)，高強(qiáng)載發(fā)動(dòng)機(jī)采用時(shí)也把側(cè)面做成桶面。用于第一道氣環(huán)。半梯形環(huán)（單面梯形環(huán)、木契形環(huán)）上側(cè)面加工成 7。的斜面，工作時(shí)產(chǎn)生正扭曲，可改善磨合性能，降低機(jī)油耗L 形環(huán)扭曲較大， 主要用于二沖程汽油機(jī)； 環(huán)向上移使狹隙容積減小，可改善排放；活塞頂至環(huán)的熱流出路短，能使活塞的溫度下降；環(huán)彈力較小，主要利用燃?xì)獗硥好芊?，摩擦損失小，錐面環(huán)錐面錐度在 30/130/之間，克服了矩形環(huán)磨合期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，活塞上行時(shí)容易形成油膜，活塞下行時(shí)能起

12、刮油作用。錐角過(guò)大會(huì)降低二次密封效果，影響密封，且串油嚴(yán)重。一般用于第二、三道環(huán)，在有的汽油機(jī)上用于第一道環(huán)時(shí)表面鍍銘正扭曲環(huán)在斷面的上內(nèi)側(cè)或下外側(cè)切口使斷面形狀不對(duì)稱，使用時(shí)產(chǎn)生碟狀的正扭曲，最大扭轉(zhuǎn)角一般不超過(guò) 1,磨合性好，密封性改善，下行時(shí)刮油能力好。下外側(cè)切成鼻形，刮油能力更好。一般用做第二、三道氣環(huán)，桶面正扭曲環(huán)也可以用作第一道環(huán)。反扭曲環(huán)在斷面的上外側(cè)或下內(nèi)側(cè)倒角，使斷面不對(duì)稱，使用時(shí)產(chǎn)生蓋形反扭曲，扭轉(zhuǎn)角在15,60左右，錐面錐角在 1以上，一般在 5。一 10。之間，優(yōu)點(diǎn)同正扭曲環(huán)，但防串油能力差，一般用于油環(huán)上面的那道氣環(huán)。機(jī)體的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)型式：中小功率內(nèi)燃機(jī)為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)

13、、提高整機(jī)剛度，將氣缸體與上曲軸箱連成整體，即機(jī)體。按主軸承孔是否剖分或機(jī)體底面位置可以分成三種形式：平底式其底面與曲軸軸心線基本平齊，機(jī)體輕巧，但剛性較差，用于結(jié)構(gòu)緊湊的小客車及輕型貨車用汽油機(jī)上，這類發(fā)動(dòng)機(jī)常工作于部分負(fù)荷，機(jī)械載荷小。龍門(mén)式底面較曲軸軸心線底（0.6-1.0）D,V 型機(jī)低（1.0-1.5）D,剛性較好，較平底式機(jī)體重，常用于柴油機(jī)及載重車用汽油機(jī)隧道式曲軸主軸承孔做成一個(gè)整體，剛性最好，但也最重，常用于單缸機(jī)或非全支承的兩缸機(jī)。常用滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承的許用圓周速度限制了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高三十五、冷卻水道布置的要求水冷機(jī)體的水流布置：應(yīng)避免死區(qū)和旋渦，各缸冷卻均勻，防止缸套

14、穴蝕。氣缸形式及各結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)氣缸形式：通常的氣缸形式有無(wú)缸套（整體式）氣缸與機(jī)體鑄成一個(gè)整體，散熱、剛性好，氣缸中心距小，但鑄造要求高，要想獲得耐磨性好的氣缸孔，加合金，成本高，不好修理，一般用于小缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)干式缸套機(jī)體、氣缸體剛性好，不存在冷卻水的密封和腐蝕問(wèn)題，缸心距可取較小，但散熱性差，缸套剛性差使得其加工、裝配困難。由于散熱性差氣缸的工作溫度高，一般缸徑小于 140mm 的發(fā)動(dòng)機(jī)上采用，缸徑105mm 以下的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用干式缸套。濕式缸套直接與冷卻水接觸，散熱性好；缸套剛性好，易于加工、裝配（更換），機(jī)體易于制造。但對(duì)機(jī)體剛性要求高，存在冷卻水的密封和腐蝕問(wèn)題，缸心距大。缸徑大的發(fā)動(dòng)

15、機(jī)、特別是柴油機(jī)多采用濕式缸套。三十七、機(jī)體上的螺栓布置原則布置原則： 1 遠(yuǎn)離缸壁 2 結(jié)構(gòu)對(duì)稱 3 強(qiáng)度良好， 要有支撐 4 機(jī)體上表面不能發(fā)生變形，因而螺紋孔必須在上表面之下缸套的破壞形式穴蝕及解決辦法減小活塞的撞擊：適當(dāng)減小間隙、活塞銷偏置等。如有實(shí)驗(yàn)表明：如果間隙減小到80%,缸套排氣行程中的變形減為原來(lái)的1/71/8;提高缸套的剛性，缸套較長(zhǎng)時(shí)可增加輔助支撐以減小其振幅；改進(jìn)冷卻水腔設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生氣泡：水流流速不應(yīng)劇烈變化，即冷卻水套不宜太窄，截面變化不宜劇烈，水流不宜正對(duì)氣缸套；提高缸套外壁的抗穴蝕能力：注意材料的選擇（包括金相組織）、表面質(zhì)量、熱處理（鍍鎘、鍍銘、鍍鋅等）。氣缸

16、的磨損情況及解決辦法a 正常磨損：在上下止點(diǎn)處，活塞運(yùn)行速度小，油膜不穩(wěn)定，且第一環(huán)的燃?xì)鈮毫Υ?，故在上、下止點(diǎn)的第一環(huán)位置磨損最劇烈 b 磨料磨損：由塵埃或嚴(yán)重結(jié)碳引起的磨損 c 磨料磨損：由機(jī)油中的雜質(zhì)或金屬磨粒引起的磨損（內(nèi)部雜質(zhì)）d 熔著磨損：氣缸與活塞組潤(rùn)滑不良，造成局部金屬直接接觸，磨擦造成局部高溫，使之熔觸粘著、撕脫，逐步擴(kuò)展形成熔著磨損 e 腐蝕磨損：低溫起動(dòng)頻繁或用高硫燃料造成的腐蝕磨損（燃料）f 腐蝕磨損：冷卻水溫低引起（水）解決措施：合理選擇材料：提高氣缸表面加工質(zhì)量：缸套表面處理：制訂合理的磨合規(guī)范使用維護(hù)：空氣濾清器、機(jī)油濾清器的保養(yǎng)，冷卻水溫合適，燃油含硫量低改善缸

17、套設(shè)計(jì)缸蓋螺栓布置： 1 各螺栓受力盡量均勻 2 各螺栓依次連線所圍成區(qū)域不能包圍空心區(qū)域流量系數(shù)反映了氣門(mén)處的流動(dòng)阻力特性。采用多氣門(mén)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：氣缸充量更換徹底；氣門(mén)組尺寸小、質(zhì)量輕，更適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；排氣門(mén)熱負(fù)荷小，工作可靠性易于保證；噴油器或火花塞可以布置在燃燒室中心位置，便于燃燒過(guò)程的組織。缺點(diǎn)：氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難；氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜；零件數(shù)量增加。凸輪型線設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪由三部分組成： 基圓段、 緩沖 （過(guò)渡）段、工作段。緩沖段作用：控制氣門(mén)的開(kāi)始升起和落座速度，緩和氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)對(duì)氣門(mén)座的沖擊，降低噪聲，并確保時(shí)面值。為克服配氣機(jī)構(gòu)的熱變形，保證氣門(mén)在任何工況下都能閉合，

18、必須留有氣門(mén)間隙；為克服配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形，保證時(shí)面值，必須留有緩沖段。設(shè)計(jì)的緩沖段升程 ho應(yīng)保證大于兩者所需凸輪升程之和。等加速-等速型優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)加速度為零，同工作段加速度能光滑連接，沖擊、噪聲??；當(dāng)機(jī)構(gòu)實(shí)際間隙發(fā)生改變時(shí)，不影響挺柱的速度和加速度；且由于升程增加較快，間隙變動(dòng)和制造誤差對(duì)氣門(mén)正時(shí)影響不大。終點(diǎn)處二階、三階倒數(shù)為零，故更適宜與始點(diǎn)處三階導(dǎo)數(shù)為零的工作段相接。氣門(mén)工作條件：承受高溫作用；燃?xì)饨佑|，受到腐蝕性氣體的高速?zèng)_擊，易受腐蝕；磨擦劇烈。氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：有自由式和定向式兩種方式既有原氣門(mén)彈簧座的功能，還能在氣門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中強(qiáng)制氣門(mén)在啟閉過(guò)程中繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，使氣門(mén)和氣門(mén)座圈、氣門(mén)導(dǎo)管均勻磨損、互相研磨，消除它們之間的積炭 5、氣門(mén)材料要求：工作溫度下保持高強(qiáng)度并耐腐蝕進(jìn)氣門(mén)材料： 低合金鋼 40C 、 38C Si、 4Cr9Si