北航机械原理大作业-V8发动机自制版

北京航空航天大学B E I H A N G U N I V E R S I T Y

机械原理课程机构设计

实验报告

题目：八缸发动机的设计与分析

成员：

班级：班

机械工程及自动化学院

2013年06月

八缸发动机的设计与分析

（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京市102206）摘要：本文先是列举了几种典型的发动机，然后对其工作原理进行分析，得到了多缸发动

机设计的基本经验。在此基础上，设计出了一种八缸发动机，通过对该发动机的理论分析和ADAMS仿真，表明该八缸发动机不仅可以实现正常驱动的功能，而且结构紧凑，效率高，极具有实用性。

关键字：机构分析；Adams仿真；SolidWorks建模，八缸发动机

目录

1．设计要求 (2)

2．现状调研 (2)

2.1 V型发动机 (3)

2.2 L型发动机 (3)

2.3 H型发动机 (4)

3．发动机工作原理分析 (5)

4．八缸发动机设计与分析 (6)

4.1活塞缸体设计 (7)

4.2进气排气系统 (7)

5．八缸发动机的设计验证 (10)

5.1创建模型 (11)

5.2功能仿真 (11)

6．结论 (15)

参考文献 (15)

1．设计要求

此八缸发动机根据技术任务书要求，在充分论证的基础上选择内燃机的型式，确定主要结构参数，选定主要零部件与辅助系统的结构型式，进行确定一种总体方案图，如下

图1.1

按照4*2的方式排列发动机可以使八个缸体的动力同时输出又不会相互干扰，能满足动力的叠加，极具合理性。

设计要求如下：

⑴根据初步确定的主要零部件的结构型式及轮廓尺寸进行布置，绘制纵横剖面图和一些必要的局部视图，以及运动轨迹图等，借以发现它们之间在尺寸，空间位置，拆装和运动轨迹方面所出现的干涉，并给予合理解决

⑵根据初步选定的辅助系统型式及主要几件轮廓尺寸，确定它们在内燃机中的合适位置和安装方式，检验它们之间是否相互干涉，拆装和维修是否方便。

⑶在上述工作基础上，确定内燃机零部件，系统及其机件的布置和外形尺寸，制作一套完整的SolidWorks内燃机仿真零件

⑷将文件导入Adams进行分析仿真，验证设计的合理性，制作仿真视频。

总结设计中出现的问题和解决问题的办法，以及小组成员的收获。

2．现状调研

通过查阅相关文献，可找出几种典型的发动机，如图2.1所示。

2.1 V型发动机

图2.1所示为V型发动机：将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定的夹角布置在一起，使两组汽缸形成两个有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。

图2.1

优点：V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。尤其是现代汽车比较重视空气动力学，要求汽车的迎风面越小越好，也就是要求发动机盖越低越好。另外，如果将发动机的长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间，从而提高舒适性。将汽缸分成两排然后“打斜”，便能缩小发动机的高度和长度，从而迎合车身设计的要求。由于汽缸之间已相互错开布置，因此在汽缸之间有较大的空间，这样便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率。V型发动机的气缸均成一角度对向布置，还可以抵消一部分振动。

缺点：V型发动机的缺点是必须使用两个汽缸盖，结构较为复杂。另外其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其它装置

2.2 L型发动机

图2.2 所示为L型发动机又称“直列”(LineEngine)发动机，是指汽缸是按直线排列的，它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平面

图2.2

优点：稳定，成本低，结构简单，运转平衡性好，体积小稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。

缺点：当排气量和汽缸数增加时，发动机的长度将大大增加。

直列4缸发动机，一般广泛运用于2.2升排量以下的发动机中。直列6缸发动机，目前的佼佼者就是著名的BMW，BMW直列6缸发动机凝聚了当今量产发动机的顶尖技术，堪称直列6缸的巅峰之作。

2.3 H型发动机

如图2.3所示为H型发动机又称水平对置发动机，这也是V型发动机的一种，只不过V的夹角变成了180度了，一般为4缸或6缸。

图2.3

优点：低重心：产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。低振动：活塞运动的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机行式油耗最低。

缺点：造价高，发动机太宽。

目前世界上只有“保时捷”和“斯巴鲁”两家汽车制造商生产水平对置发动机。

3．发动机工作原理分析

四冲程发动机的工作原理如下，分四个步骤进行：

1.进气行程

进气行程中，进气门打开，排气门关闭，转动的曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，缸内容积增大，压力降低而形成真空，将可燃混合气吸人气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时缸内气体的压力略低于大气压，约为0．075MPa —0．09MPa，温度为370K—400K。

示功图上曲线ra表示进气行程，位于大气压力线之下。它与大气压力线纵坐标之差，即为活塞在各位置时缸内的真空度

图3.1

2．压缩行程

为使吸人缸内的混合气迅速燃烧，放出更多的热量而使发动机发出大的功率，必须在混合气燃烧前对其进行压缩，使其容积变小、温度升高。为此，在进气终了时便立即进入压缩行程。在此行程中，进、排门均关闭，曲轴推动活塞定时由下止点向上止点移动一个行程