135柴油机配气机构设计

重庆工学院毕业设计（论文）题目：135柴油机配气机构设计摘要本篇论文是关于135型柴油机配气机构设计的，主要是对135型柴油机的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。

通过热力计算、动力计算，并根据性能进行合理的零件设计，从而使135柴油机具备更好的经济性能和动力性能。

本文除了包括配气机构的设计外，还包括进排气及配气系统设计。

关键词：135型；柴油机；设计；动力计算AbstractThis thesis is about the design of gas distribution mechanism of 135 type diesel engine, mainly is the brief design mainly exercise on type 135 diesel engine parts and some auxiliary system design. Through the calculation of thermodynamic calculation, dynamic, and parts of reasonable design according to performance, so that the 135 diesel engine has the better economic performance and dynamic performance. In addition to this design includes a gas distribution mechanism, also includes the design of inlet and exhaust and the gas distribution system,.Key words: type 135; diesel engine; design; dynamic calculation目录引言 (1)1 前言 (1)1.1 研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究及发展现状 (2)1.3 研究内容和方法 (3)2 135柴油机工作过程热计算 (1)2.1 柴油机工作过程热计算已知参数 (1)2.2 135柴油机工作过程热计算 (2)2.2.1 一般参数的计算 (2)2.2.2 进排气过程计算 (3)2.2.3 压缩终点参数计算 (4)2.2.4 燃烧过程的计算 (4)2.2.5 膨胀终点参数的计算 (5)2.2.6 指示参数的计算 (5)2.2.7 有效参数的计算 (6)P (6)2.3 平均有效压力meC (7)2.4 活塞平均速度mS/ (8)2.5 行程缸径比D3 配气机构总体设计 (11)3.1 气门数目、布置和驱动 (11)3.2 凸轮轴的布置和传动 (11)3.3 配器系统设计 (13)3.3.1 气门组 (14)3.3.2 进排气门设计 (15)3.3.3 气门传动组 (16)4 气门组的设计 (19)4.1 气门的结构和设计 (19)4.2 气门材料的选择 (22)4.3 气门导管的设计 (23)4.4 曲轴的设计 (24)4.4.1曲轴的材料及结构 (25)4.4.2曲轴尺寸的设计 (26)5 气门弹簧的设计 (28)5.1 气门弹簧概述 (28)5.2 气门弹簧尺寸的确定 (29)5.3 气门内弹簧计算过程 (33)5.4 气门弹簧的校核 (39)5.4.1 气门弹簧的强度校核 (39)5.4.2 气门弹簧的共振校核 (41)6 凸轮轴与气门传动件的设计 (43)6.1 凸轮轴的设计 (43)6.1.1 凸轮轴的设计要求及结构 (43)6.1.2 凸轮轴尺寸的设计 (43)6.2 挺柱的设计 (47)6.3 推杆和摇臂的设计 (47)结论 (49)参考文献 (50)致谢 (51)引言柴油直接在发动机内部燃烧产生热能转变为机械能对外作功的热机称为柴油机。

柴油机是内燃机的一种，和内燃机的另一基本成员汽油机相比，它还有如下优点：（一）热效率高。

汽油机的热效率一般在25％-35％之间，而柴油机的热效率可以达到35%-52%。

（二）功率范围广，适应性好。

柴油机的缸径可大可小，受限制很小；而汽油机因受爆震影响，缸径不能太大。

同时，柴油机对增压适应性好，可以实现较大的增压度，而汽油机，增压度很有限。

因此，在大功率发动机领域，诸如大型船用发动机，几乎都是柴油机的天下。

（三）坚固可靠，寿命长。

柴油机中的大部分零部件比汽油机坚固可靠，寿命长。

当然，柴油机也有缺点，主要表现在以下几个方面：（一）结构复杂，要求较高的加工制造水平，成本较高。

（二）振动、噪音大，操作人员容易疲劳。

（三）通常情况下，相对汽油机而言，重量、体积大。

（四）启动性不如汽油机。

柴油机的缺点，多数可用技术手段加以改善或将其限制在可接受的方位内，而其优点则是汽油机难以相比的。

因此柴油机在近些年来获得极大的发展，即使在汽油机的传统领域——轿车发动机方面。

柴油机也对汽油机发出了挑战。

车用柴油机是柴油机的一种，与船用柴油机相比，车用柴油机功率要求高，对外形、体积和重量要求也较高。

但车用柴油机的耐久性与可靠性一般不如船用柴油机。

一个最明显的例子就是：车用柴油机的功率是15分钟功率，即允许汽车用此功率连续开15分钟，而船用柴油机的功率多数是12小时功率或持久功率。

显然，车用柴油机对功率要求较高，而船用柴油机对可靠性要求较高。

1 前言1.1 研究目的和意义柴油机的技术性能指标取决于各工作参数，而其工作参数又取决于其结构参数，并且柴油机结构参数之间存在着有机的内在联系。

一个结构参数变化，其他结构参数随之改变。

通过对整机的布局、实际循环热计算、动力计算、增压器的选择和对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，能够找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。

内燃机是目前世界上应用范围最广、热效率最高的热动力机械，广泛应用于国民经济和国防的各个领域，占有重要地位。

近年来，随着能源问题和环境问题的日益突出，对内燃机性能的要求越来越高，尤其是在交通运输领域，随着人们环保意识的加强以及能源形势的变化，如何提高柴油机的效率、改善柴油机的排放已经越来越受到人们的重视，对柴油机整机进行研究是解决这个问题的最有效途径。

大多数人认为, 柴油机黑烟滚滚, 污染严重。

其实这是一个误解, 之所以会这样, 与柴油机技术落后有着不可分割的关系。

随着柴油机技术的进步, 环保性能已大有改善。

自1998年以来, 新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了83%, 氮氧化物的排放量也已降低了63%, 达到欧洲3号或欧洲4号排放标准的柴油发动机已经基本消除了黑烟。

这主要得益于90年代以来柴油机技术的不断创新与发展。

1.2 国内外研究及发展现状发动机柴油化已成为当今汽车行业不可阻挡的发展趋势, 与汽油发动机相比, 柴油发动机具有优良的燃油经济性能和很大的排放性能改进潜力。

重型汽车中, 欧洲、美国和日本已经实现100% 柴油化；商用汽车中, 欧洲和美国都达到了90%, 日本为38%；轿车中欧洲达33%, 日本是9%。

在大众3L 路波柴油轿车开发成功以后, 世界上许多大汽车公司在3L以上轿车上使用了柴油发动机。

中国的车用动力柴油化也得到长足的发展。

按照2000年实际销售统计, 在重型汽车中柴油化已经接近100% , 大型客车达到90%。

如果视农用运输车为一种低档的“汽车”的话, 该领域柴油化也已经达到100%。

按照国外商用车的概念, 2000年我国商用车的柴油化率约为40%。

当然, 这是按照2000年车辆实际销售数量计算的, 即在新销售的动力车中使用柴油发动机车辆所占的比重,如果以柴油机为动力的车辆与社会车辆总保有量之比来计算, 我国的车用动力柴油化的比例要低一些。

我国柴油机产业自20世纪80年代以来有了较快的发展，2006年，已有车用发动机生产企业60多家，车用发动机生产能力600多万台，其中汽油机450万台左右，柴油机150万台左右。

近十年来，我国在车用柴油机生产方面也取得了较快的发展，虽然我国现有的车用发动机的生产能够基本满足轻型车和重型车的需要，但仍然缺少技术含量高的产品，还缺少城市交通用的低排放车用柴油机，适合于轿车配套用的柴油机也极少。

我国现生产的车用柴油机就其技术来源而言，引进系列和自主开发系列基本上是平分秋色。

但从发展来看，引进机型将会进一步增加，而自主开发机型将会因为性能落后而逐步减少。

从总体上讲，我国柴油机产品的技术水平与国际先进水平相比还有一定的差距，引进的产品只相当于国际90年代初期水平，自主开发的产品也就相当于国际50年代中期水平。

柴油机以其经济性好、排放低和转矩大等优势，在车用动力方面有很大的发展潜力。

国外大中型汽车基本上都用柴油机，而我国重型车动力以柴油机为主，中型和轻型车还有较大比例的汽油机，轿车类仍然是汽油机一统天下。

从全球的角度来看，车用柴油机的竞争一直十分激烈，因而促进了其技术的不断创新和发展。

为了满足市场需求、扩大市场占有率、增强竞争实力，近几年世界各大汽车厂、车用柴油机制造商竞相推出了一批新研制或改进提高的产品或技术，这些新产品或新技术基本上体现了车用柴油机的发展方向。

电控喷射技术，共轨燃油喷射系统，可变气门正时系统，涡轮增压中冷技术，混合动力，代用燃料等诸多方面。

1.3 研究内容和方法本论文主要研究的内容是135型车用柴油机总体设计，包括各个系统零件的设计选择。

通过实际循环热计算、动力计算，得到135型柴油机的各个特性曲线。

通过对整机的布局、对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。

2 135柴油机工作过程热计算在柴油机设计开始阶段，根据选定的参数进行工作过程热计算，其主要作用有：1) 对柴油机的动力性能和经济性能参数起一定的校核作用；提供柴油机主要热力参数之间相互关系的简单计算方法。

2) 提供在设计阶段零部件强度计算的依据。

3) 为柴油机的性能改进提供初步的理论依据。

2.1 柴油机工作过程热计算已知参数135柴油机工作过程热计算的已知参数见表2-1所示。

三缸柴油机设计原始数据2.2 135柴油机工作过程热计算本章对135柴油机工作过程进行热计算，分以下七个部分：1) 一般参数计算；2) 进排气过程计算；3) 压缩终点参数计算；4) 燃烧过程计算；5) 膨胀终点参数计算；6) 指示参数计算；7) 有效参数计算。

2.2.1 一般参数的计算一、气缸工作容积s V (L)24s D V S π=⋅=21351004π⨯=1.4306L二、燃烧室容积c V (L) 1.43060.092116.51Vs Vc L ε===--L三、理论空气量0L00.870.00434.41()34.41(0.126)14.2973838C O H g g L g =+-=+-=kg 四、新鲜空气量L0 1.714.3a L L φ=⋅=⨯=24.31kg五、燃烧产物量M432O H g g M L =++=0.1260.00424.31432++=24.34kg 六、理论分子变更系数0μ024.3424.31M L μ===1.001 七、实际分子变更系数μ01rrμφμφ+=+=1.001 2.2.2 进排气过程计算一、排气压力r p (kPa)1.1r a p p ==110kpa二、缸内排温800r T =K 三、进气终点压力de p (kPa)0.991de a p p ==kPa四、进气终点温度dr T (K)2930.05800336.2110.05d r r dr r T T T T φφ+∆++⨯===++K五、冲量系数0.85c φ=六、柴油机总空气流量a A (kg/h)0.850.981010.56742600303040.287293ab s a a cd d p V in A R T φφτ⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=49.17g/s=177kg/h2.2.3 压缩终点参数计算一、压缩终点压力co p (kPa)1 1.3591184504n co de c p p ε==⨯=kPa ≈4.5MPa二、压缩终点温度co T (K)11 1.351336.218924.6n co de c T T ε--==⨯=K2.2.4 燃烧过程的计算一、压力升高比p λmax 8000 1.784504a p co p p λ=== 二、最高燃烧温度max T (K)max 0()[()8.313(1)](1)z u pz m pc m p co a r H C T C T L εμμμλφφ=++-⋅+式中z ε—燃烧终点时的热量利用系数；u H —燃料低热值(kJ/kg)；()pz m C μ,()pe m C μ—燃烧产物和新鲜空气的平均等压摩尔比热容(kJ/kg ⋅mol ⋅K)max 0.75441008.3[88.313(1.781)]924.61.714.3(10.05)T ⨯=++⨯-⨯⨯⨯+=14687.8max T ≈1770K三、初期膨胀比ρmax 1.00117701.1271.78924.6p co T T μρλ⨯=⋅==⨯ 四、燃烧终点气缸容积z V1.1270.0330.0372z c V V ρ=⋅=⨯=L2.2.5 膨胀终点参数的计算一、膨胀终点压力ex pmax21.2580008000250.7815.9731.9ex n p p δ====kPa 式中1815.971.127c εδρ=== 二、膨胀终点温度ex T2max10.2517701770889.515.97 1.99ex n T T δ-====K2.2.6 指示参数的计算一、平均指示压力mi p1211121111[(1)(1)(1)]111n p de c mi n p n n c cp p n n λρεφλρεδε--⋅⋅=⋅-+------1.35 1.251 1.2519118 1.78 1.1631110.93[1.78(1.1631)(1)(1)]181 1.25115.97 1.35118mi p --⨯⨯=⨯⨯-+⨯------ mi p =729.4kPa 二、指示功率i P0.7290.5672600435.830304mi s i p V n i P τ⋅⋅⋅⨯⨯⨯===⨯kW三、指示热效率i η0 1.70.495293729.48.3138.31344100990.85a dmii uab cL T p H p φηφ⋅⨯=⋅⋅=⨯⨯⨯=40.3%四、指示油耗i b333600103600100.40344100i i u b H η⨯⨯==⋅⨯=202.6g/(kW ⋅h) 2.2.7 有效参数的计算一、机械效率m η3035.8e m i P P η===83.8% 二、平均有效压力m e p0.838729.4me m mi p p η=⋅=⨯=611kPa三、有效热效率et η0.8380.403et m i ηηη=⋅=⨯=0.338 四、有效比油耗e b202.60.838ie mb b η===242g/(kW ⋅h) 2.3 平均有效压力meP柴油机在额定功率时的平均有效压力是表示柴油机整个工作过程完善性和热力过程强烈程度的重要参数之一。