发动机课程设计汇总

课程设计说明书

设计题目

院（系）专业班学生姓名

完成日期

指导教师（签字）

华中科技大学

目录

一目的与要求 (1)

二设计任务 (2)

三工作过程模拟计算 (3)

四动力学计算 (7)

五设计感想 (10)

参考文献 (11)

附录A 发动机外特性曲线 (12)

附录 B F g-ϕ、F j-ϕ、F-ϕ曲线图 (13)

附录 C F N-ϕ、F L-ϕ、F t-ϕ、F k-ϕ、R B-ϕ曲线图 (14)

附录 D 发动机合成扭矩∑M k-ϕ曲线图 (15)

一目的与要求

1.目的

发动机课程设计是《发动机现代设计》课程的后续教学环节，旨在对刚学习过的发动机设计课程以及发动机原理课程的知识进行综合运用，加深对专业知识的理解。在课程设计环节，通过总体性能计算（工作过程模拟计算与动力学计算）将发动机的结构参数与性能参数结合起来，弄清结构与性能之间的内在联系；通过发动机总体布置图设计，对发动机的总体结构有一个全面而具体的了解，并深化对发动机各主要零件的作用和设计要求的理解。

2.要求

对提供的教学参考资料要认真分析，在理解的基础上借鉴，不要盲目照搬照抄。独立完成，可以讨论，不许抄袭；按时完成，不得延期。交课程设计材料（计算说明书与图纸）时必须通过指导教师的考核，不得代交。计算说明书应包括：计算目的、已知条件、变量说明、计算结果及说明（分析）等，其中动力学计算应有受力分析图，曲线图应标明坐标及单位。所绘图纸应符合工程图纸规范要求。

二设计任务

4110柴油机总体方案设计

1. 技术参数

机型：立式，直列，水冷，四冲程，废气涡轮增压、中冷燃烧室型式：直喷式

气缸直径：110mm

活塞行程：125mm（曲柄半径：62.5mm）

缸数：4

发火顺序：1-3-4-2

压缩比：17

标定功率(kW)/转速(r/min)：140/2300

最大扭矩（N.m）/转速（r/min）： 640/1450~1550

外特性最低燃油耗率（g/kW.h）：200

标定工况燃油耗率（g/kW.h）：210

机油耗率（g/kW.h）：≤1.0

调速率：≤8%

怠速（r/min）： 750

曲轴旋转方向（从前端看）：顺时针

气门间隙（冷态）：进气门0.3～0.4，排气门0.4～0.5

冷却方式：强制水冷

润滑方式：压力、飞溅复合式

启动方式：电启动

配气定时：进气门开，上止点前20ºＣＡ；进气门关，下止点后43ºＣＡ排气门开，下止点前60ºＣＡ；排气门关，上止点后20ºＣＡ

供油提前角：上止点前18±2ºＣＡ

2. 其他有关数据

活塞质量：1.32kg

活塞销质量：0.58kg

活塞环总质量：0.088kg

连杆大头质量（直开口/斜开口, kg）： 1.89/1.98

连杆小头质量(kg)：0.704

连杆长度L(mm)：210

曲柄销直径：70mm

曲柄销长度：40mm

主轴颈直径：85mm

主轴颈长度（非止推挡）：36mm

曲柄臂厚度：28mm

曲柄臂宽度：126mm

三工作过程模拟计算

发动机工作过程模拟计算采用A VL_BOOST软件进行，其计算过程及计算结果如下。

1.建立计算模型

根据发动机机型参数在BOOST中建立4110柴油机计算模型，如图1所示。

图1. 4110柴油机计算模型

2.数据输入

计算模型中相关元件的参数主要参考YC6M-3400和YC6M-3500，只有气缸的参数需做部分调整。根据设计任务所给出的缸径（110 mm）、行程（125 mm）、压缩比（17）及连杆长度（210 mm）对气缸的基本参数进行输入，如图2所示：

图2. 气缸基本参数输入

燃烧模型采用vibe 模型，燃烧始点及燃烧持续期参数均参照YC6M-3400，标定工况下循环喷油量为

cycle g cycle h kW g

h /1065217.04)2

2300()(210601

kW 140=⨯•••

输入后如图3所示：

图3. 燃烧参数输入

进气门在上止点前20°CA打开，在下止点后43°CA关闭，冷态气门间隙取0.4 mm，气门直径取37 mm；排气门在下止点前60°CA打开，在上止点后20°CA关闭，冷态气门间隙取0.5 mm，气门直径取34 mm。据此分别对进、排气门的参数进行输入，并对气门升程曲线进行调整，使其如图4所示。

图4. 气门参数输入（左为进气门，右为排气门）

3.计算结果

数据输入完成后进行计算。在总体参数设置中输入标定工况转速2300 r/min，设定每1°CA记录一次数据，计算30个工作循环。计算结束后，查看结果发现，在30个工作循环内计算结果已经收敛，说明计算结果符合要求。

计算结果显示：标定工况下，发动机指示功率为154.64 kW，有效功率为132.33 kW，平均有效转矩为549.429N•m，指示油耗率175.4150 g/kWh，有效油耗率222.864g/kWh，涡轮前排气温度786.3 K，涡轮后排气温度715.5 K。其缸内气体压力曲线、发动机示功图以及发动机瞬时输出转矩变化曲线分别如图5、图6、图7所示。

图5. 缸内气体压力曲线图（第四缸）

图6. 发动机工作循环示功图（第四缸）