發(fā)動機設(shè)計重點

1、一提高發(fā)動機的動力性提高 W：a.合理設(shè)計進氣系統(tǒng)，尤其是進氣道，以減小進氣阻力，提高充量系數(shù) b.合理的配氣機構(gòu)和配氣定時：加大進氣門直徑，采用頂置式凸輪軸，增加氣門數(shù)、完善凸輪外形、最佳氣門重疊角 c.汽油機采用多腔化油器、多個化油器、汽油噴射，以減小進氣阻力，并兼顧各工況性能 d.降低排氣系統(tǒng)阻力，采用可變進排氣系統(tǒng)等。 2 提高不 a.對于汽油機適當提高壓縮比 b.改善燃燒過程 3 提高rm：減少活塞環(huán)數(shù)目；選擇適當?shù)臐櫥?；保持發(fā)動機的最佳熱狀態(tài)；提高加工精度和表面質(zhì)量；合理設(shè)計活塞形狀；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，則機械負荷上升；熱負

2、荷上升；進排氣阻力增加，充氣系數(shù)下降（應(yīng)加大氣門或增加氣門數(shù)目）；摩擦加劇，磨損加快，機械效率下降， 燃油耗率上升， 壽命下降。 但 Cm過小，對提高發(fā)動機功率不利，對提高升功率不利。對于柴油機，Cm選擇要顧及混合氣形成與燃燒的限制；對于汽油機，Cm的選擇與進氣系統(tǒng)有關(guān)三采用偏心曲柄連桿機構(gòu)的作用和原因1、采用偏心曲柄連桿機構(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構(gòu)都是偏心機構(gòu)。根據(jù)偏心方向的不同，分為正偏心機構(gòu)和負偏心機構(gòu)。正偏心機構(gòu)在活塞下行時連桿擺角較小，使得作功行程中活塞側(cè)推力有所減小。負偏心機構(gòu)廣泛應(yīng)用于車用汽油機中，目的是減輕活塞對氣缸壁的敲擊，降低

3、運轉(zhuǎn)噪聲。正偏心機構(gòu)多用于柴油機， 目的是改善散熱，減輕主推力邊的熱負荷，使頂環(huán)隙整個圓周上不積碳。四 V 型機發(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)順序與單列機相同，間隔均勻，但與單列機相比列內(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償，使得整臺機的發(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，系統(tǒng)離心慣性力的合力為零，則認為系統(tǒng)是靜平衡的。動平衡：系統(tǒng)靜平衡但當旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不在同一平面上時，不足以保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，如圖表示，只有當系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時不但旋轉(zhuǎn)慣性力合力為零，而且合

4、力矩也為零時，才完全平衡，這樣的平衡稱為動平衡五、對于離心，慣性力 Pr 可用直接在曲軸上加平衡重的方法來平衡，平衡塊回轉(zhuǎn)半徑越大、曲柄連桿機構(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平衡往復(fù)慣性力，只要設(shè)計的平衡機構(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)計要求1、保證具有足夠的彎曲疲勞強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度；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)燃機用球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、鍛鋼（45 號鋼，40Cr）,大型柴油機用合金鋼、鑄鋼、球墨鑄鐵（強載度不高的中高速柴油機）。2、結(jié)構(gòu)型式：整體式、套合式、焊接式、圓盤式套合式曲軸：用于大型低速機，可以消除大件鍛造的困難焊接式曲軸： 用于超長行程十字頭式柴油機，可以消除大件鍛造困難，而且可以降低曲軸質(zhì)量，使連桿長度得以縮短圓盤式曲軸：用于某些要求結(jié)構(gòu)緊湊的高速柴油機（6135Q,12V135Q）。軸向尺寸緊湊的同時，曲柄銷長度可以設(shè)計的較長；扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度較大，疲勞強度提高，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：可減小離心慣性力，做成鼓狀效果更好，可以提高扭轉(zhuǎn)疲勞強度，減小曲軸轉(zhuǎn)動慣量，還可減輕主軸頸過渡圓角處應(yīng)力集中。如將 0.5d 圓柱孔改成中部 0.7d 的鼓形孔時， 扭轉(zhuǎn)疲勞強度與彎曲疲勞強度都提高 30%。2、主軸頸做成空心機構(gòu)優(yōu)點：可顯著緩解曲柄銷過渡圓角處的應(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注意不要形成應(yīng)力集中油道布置的原則：有利于潤滑油流動、對曲軸強度影響小兩種方案：單線斜

7、油道和多線直角油道1、單線斜油道：斜油孔簡單，多用于實心曲軸；用于空心軸頸曲軸時，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曲軸圓角部位的強度影響較小，但加工復(fù)雜，需用堵頭。連桿長度連桿長度的確定的原則：保證發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊和輕量化，根據(jù)發(fā)動機整體布置，保證連桿在運動時不與其它機件相碰的條件下具有最短長度。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)計要求1、選用熱強度好（耐疲勞、高溫屈服點高）、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；在降低機油耗條件下，保證滑動面上有足夠的潤滑油；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六、頭部設(shè)計形狀 1、頂岸高度 h1:頂岸高度 h1應(yīng)保證活塞在上止點時第一環(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，以避免開有環(huán)槽而削弱銷座強度；同時也避免在壁厚不均勻區(qū)開設(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)計成桶形型面，且其截面應(yīng)為橢圓形，平行于活塞銷座方向為橢圓短軸。為保證活塞與氣缸間的間隙在發(fā)動機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)槽處開橫向絕熱槽，減少來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)計注意事項活塞銷座設(shè)計應(yīng)注意減小銷座的尖峰負荷和應(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)：采用雙斜加強筋結(jié)構(gòu)3、銷孔的形狀：孔口倒角或倒圓；適當加大銷與銷孔的配合間隙，或采用由外向內(nèi)逐步擴大的錐孔以適應(yīng)彎曲變形時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)燃機使用，工藝簡單，但磨合性能差，活塞晃動時會向上泵油，使機油耗上升，并造成燃燒室積碳。在高強載度發(fā)動機上很少應(yīng)用。桶面環(huán)上下行都能形成潤滑油膜，潤滑良好，磨損減少；在短活塞發(fā)動機上對活塞搖晃的適應(yīng)性好，無棱緣負荷；與氣缸接觸面小，對缸

11、套適應(yīng)性好，密封性提高；磨合性好。強載度大的發(fā)動機普遍采用，作為第一環(huán) O梯形環(huán)兩側(cè)面成 15。頂角，工作時間隙變化，有利于機油更新，抗膠粘能力特別好，用于高熱負荷發(fā)動機，高強載發(fā)動機采用時也把側(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，工作時產(chǎn)生正扭曲，可改善磨合性能，降低機油耗L 形環(huán)扭曲較大， 主要用于二沖程汽油機； 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，主要利用燃氣背壓密封，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)磨合期長的缺點，活塞上行時容易形成油膜，活塞下行時能起

12、刮油作用。錐角過大會降低二次密封效果，影響密封，且串油嚴重。一般用于第二、三道環(huán)，在有的汽油機上用于第一道環(huán)時表面鍍銘正扭曲環(huán)在斷面的上內(nèi)側(cè)或下外側(cè)切口使斷面形狀不對稱，使用時產(chǎn)生碟狀的正扭曲，最大扭轉(zhuǎn)角一般不超過 1,磨合性好，密封性改善，下行時刮油能力好。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，使斷面不對稱，使用時產(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)。機體的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)型式：中小功率內(nèi)燃機為了簡化結(jié)構(gòu)

13、、提高整機剛度，將氣缸體與上曲軸箱連成整體，即機體。按主軸承孔是否剖分或機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上，這類發(fā)動機常工作于部分負荷，機械載荷小。龍門式底面較曲軸軸心線底（0.6-1.0）D,V 型機低（1.0-1.5）D,剛性較好，較平底式機體重，常用于柴油機及載重車用汽油機隧道式曲軸主軸承孔做成一個整體，剛性最好，但也最重，常用于單缸機或非全支承的兩缸機。常用滾動軸承，滾動軸承的許用圓周速度限制了發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高三十五、冷卻水道布置的要求水冷機體的水流布置：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)缺點氣缸形式：通常的氣缸形式有無缸套（整體式）氣缸與機體鑄成一個整體，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)動機干式缸套機體、氣缸體剛性好，不存在冷卻水的密封和腐蝕問題，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)動機上采用，缸徑105mm 以下的發(fā)動機多采用干式缸套。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），機體易于制造。但對機體剛性要求高，存在冷卻水的密封和腐蝕問題，缸心距大。缸徑大的發(fā)動

15、機、特別是柴油機多采用濕式缸套。三十七、機體上的螺栓布置原則布置原則： 1 遠離缸壁 2 結(jié)構(gòu)對稱 3 強度良好， 要有支撐 4 機體上表面不能發(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：適當減小間隙、活塞銷偏置等。如有實驗表明：如果間隙減小到80%,缸套排氣行程中的變形減為原來的1/71/8;提高缸套的剛性，缸套較長時可增加輔助支撐以減小其振幅；改進冷卻水腔設(shè)計，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：在上下止點處，活塞運行速度小，油膜不穩(wěn)定，且第一環(huán)的燃氣壓力大，故在上、下止點的第一環(huán)位置磨損最劇烈 b 磨料磨損：由塵?；驀乐亟Y(jié)碳引起的磨損 c 磨料磨損：由機油中的雜質(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，逐步擴展形成熔著磨損 e 腐蝕磨損：低溫起動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：空氣濾清器、機油濾清器的保養(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)反映了氣門處的流動阻力特性。采用多氣門技術(shù)的優(yōu)缺點：優(yōu)點：氣缸充量更換徹底；氣門組尺寸小、質(zhì)量輕，更適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)；排氣門熱負荷小，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，便于燃燒過程的組織。缺點：氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難；氣門驅(qū)動機構(gòu)復(fù)雜；零件數(shù)量增加。凸輪型線設(shè)計發(fā)動機配氣凸輪由三部分組成： 基圓段、 緩沖 （過渡）段、工作段。緩沖段作用：控制氣門的開始升起和落座速度，緩和氣門開閉時對氣門座的沖擊，降低噪聲，并確保時面值。為克服配氣機構(gòu)的熱變形，保證氣門在任何工況下都能閉合，

18、必須留有氣門間隙；為克服配氣機構(gòu)的彈性變形，保證時面值，必須留有緩沖段。設(shè)計的緩沖段升程 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：點加速度為零，同工作段加速度能光滑連接，沖擊、噪聲小；當機構(gòu)實際間隙發(fā)生改變時，不影響挺柱的速度和加速度；且由于升程增加較快，間隙變動和制造誤差對氣門正時影響不大。終點處二階、三階倒數(shù)為零，故更適宜與始點處三階導(dǎo)數(shù)為零的工作段相接。氣門工作條件：承受高溫作用；燃氣接觸，受到腐蝕性氣體的高速沖擊，易受腐蝕；磨擦劇烈。氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)：有自由式和定向式兩種方式既有原氣門彈簧座的功能，還能在氣門開關(guān)過程中強制氣門在啟閉過程中繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，使氣門和氣門座圈、氣門導(dǎo)管均勻磨損、互相研磨，消除它們之間的積炭 5、氣門材料要求：工作溫度下保持高強度并耐腐蝕進氣門材料： 低合金鋼 40C 、 38C Si、 4Cr9Si