柴油机整体设计毕业设计

目录一、概述1、毕业设计的选题依据 (1)2 、设计的内容 (1)二、X2105增压型柴油机总体设计选型1、总体方案布置设计 (2)1、机体和油底壳的设计 (3)2、气缸盖和燃烧室的设计 (4)3、活塞组的设计 (5)4、连杆组的设计 (6)5 、曲轴飞轮组总体设计及轴承设计 (8)6 、配气机构的设计 (9)7 、燃油供给与调节系统的设计 (10)8 、润滑系统的设计 (11)9 、冷却系统的设计 (13)10 、起动系统的设计 (14)11 、废气涡轮增压 (15)三、参考文献一概述1、选题的依据及意义柴油机的发展，已有八十多年的历史.通过这一长期的不断改进和提高，以及发展到了比较完善的地步。

由于它的热效率高，适应性好，功率范围广，已广泛应用于农业，工业，交通运输业和国防建设事业。

因此柴油机的发展，对国名经济和国防建设都具有十分重要的意义。

X2105柴油机多应用于农业方面，有可靠耐用、维修方便、适用面广等特点。

2、设计的内容近几年来，由于农业的迅速发展，农用发动机也随着蓬勃发展，这给农用柴油机带来了无限商机。

但与此同时，原来的农用柴油机，由于体型笨重，振动大，噪声响，排放也较差，已不适合当前经济发展和客户需求。

此时客户普遍需求一种振动小，噪音低，排放好，体积小，功率大，结构紧凑，起动好，烟度小，燃油消耗率低的农用柴油机，同时该机型也可用于小型发电机组的配套。

基于此，提出X2105型柴油机的增压改进设计，本设计任务主要是进行发动机总体设计和曲轴设计，以达到预期设计要求。

1、设计要求（1）预期达到的X2105增压柴油机的性能指标为型式：直列、水冷、四冲程、直喷式进气方式:废气涡轮进气增压气缸数：2 缸径×行程（mm）：105×12012小时标定功率/转速（kw/r/min）：22/1500标定工况燃油消耗率（g/kw.h）:<230机油消耗率（g/kw.h）：2.04（3）在满足上述性能指标的前提下进行X210型柴油机的总体设计。

（4）在总体设计的基础上进行曲轴的详细设计。

三、X2105增压柴油机总体设计选型1总体布置方案设计总体布置设计上以燃烧室为核心协调处理气缸盖和配气机构布置，以运动件为核心协调处理曲柄连杆机构的形状和储存，以及机体的结构安排。

从自由端看喷油泵和进气管布置在右侧，起动机、发电机、及排气管布置在左侧，水泵和风扇布置在机体前端，皮带轮靠张紧轮张紧，飞轮端带功率输出装置。

凸轮轴采用上置式布置，运动件少，往复运动质量较小，刚度最大，能量损失小。

气门采用顶置式布置，齿轮传动室包括四个齿轮，分别是曲轴正时齿轮、机油泵齿轮、喷油泵齿轮和惰轮。

前端由齿轮传动室和油底壳上攻六个螺钉与前桥托架相连。

进排气管的布置有利于气缸盖进排气道的设计，也便于拆装。

飞轮壳和曲轴后油封盖布置后端飞轮带有功率输出装置，机油泵布置在机体底面上，有助于吸油。

2、机体和油底壳的设计机体是构成发动机的骨架，是曲柄连杆机构，配气机构和发动机各系统主要零件的装配集体。

各种运动件的润滑和受热机体的冷却也都要通过机体组来实现。

是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。

因此，机体必须要有足够的强度和刚度。

机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

、2.1.1 气缸体气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的方向。

在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体结构形式不同分为以下三种形式。

（1）一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。

这种气缸体的优点的机体高度小、重量轻、结构紧凑、便于加工、曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差。

（2）龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。

它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，，结构笨重，加工较困难。

（3）隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。

其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

由于龙门式汽缸体强度和刚度都很小，且能承受较大的机械负荷。

因此本设计为改型设计，机体采用龙门式机体，为保证加工的通用性、机体的缸心距仍为140mm，该距离在涉及范围之内。

材料的选用：本机型为中型货车主机，根据中型货车条件，柴油机要求振动小、噪音低，质量轻。

选用铸铁机体。

2.1．2 气缸套气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种：如右图所示。

（1）干式气缸套特点是气缸套不直接与冷却水接触，壁厚较薄，一般为1~3mm。

它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，气缸中心距较小。

但加工比较复杂，内外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。

（2）湿式气缸套特点是气缸套装入气缸体外壁直接与冷水接触，壁厚一般为5~9mm，它散热良好，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，冷却均匀，加工容易。

湿缸套的优点是在汽缸体上没有密闭的水套，因而铸造方便，容易拆卸更换，冷却效果也较好；其缺点是汽缸体的刚度差，易于漏水，漏气。

本设计选用湿式气缸套，其结构尺寸及材料为：（1）气缸套材料应具有良好的机械强度、耐磨性和耐热耐腐蚀性、保油性和润滑性。

本机选用价格低廉，并且得到广泛应用的铸铁作为材料。

（2）主要尺寸：凸缘高度h=（0.06-0.08）D，取8mm气缸壁厚δ=（0.035-0.068）D，取7mm2.1.3 油底壳油底壳采用钢板焊接结构，根据不同的需求，油底壳可以是干式或湿式，在此采用湿式油底壳。

由于中型货车行驶之时会产生大量热量，湿式缸套更利于散热。

3气缸盖和燃烧室的设计气缸盖的主要功能是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室。

同时，气缸盖也为其他零件提供安装位置。

气缸盖的燃烧室一侧直接收到高温，高压燃气的作用。

在承受热负荷时，由于形状负责，个部分温差大，特别在进，排气门口之间，以及进，排气门口与汽油机的火花塞之间的所谓“鼻梁区”，热应力很高，是容易出现裂纹损坏的部位，而气缸在机械负荷和热负荷作用下产生的变形会导致进，排气密封的破坏和气缸盖密封的破坏，影响发动机的动力性，经济型和工作可靠性。

因此，要求气缸盖应具有足够的强度和刚度，同时通过对其进行良好的冷却使温度分布尽可能均匀。

柴油机的燃烧室分为统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。

统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。

燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，并借出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。

所以又叫做直接喷射式燃烧室。

其缸盖底面是平的，活塞顶部下凹，按燃烧室深浅可分为浅盆形和深坑形两类。

分隔式燃烧室常用的有涡流室和预燃室。

浅盆形燃烧室整个燃烧室是由缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的单一容积。

浅盆形燃烧室虽然有经济性好、易于起动的优点，但是在小型高速柴油机上的应用机会碰到许多问题。

小型高速柴油机的转速高（有的达到4000r/min），混合气形成和燃烧的时间很短，每循环供油量又很少，单靠雾化混合，则喷空直径必须做的很小，喷油压力很高，为了获得较好的性能指标，就要求在较小的过量空气系数时有较好的燃烧过程，显然浅盆形燃烧室达不到这一要求。

深坑形燃烧室将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径缩小，形成有涡流的深坑形燃烧室。

与浅盆形燃烧室相比，深坑形燃烧室对燃油系统要求降低，由于利用进气涡流加强混合气形成使空气利用率大大提高，一般过量空气系数在1.3-1.5，并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。

经综合考虑，X2105增压型柴油机采用优质灰铸铁或合金铸铁铸造而成的整体式气缸盖。

燃烧室形状采用深坑形燃烧室。

气门数目是气缸设计中的重要因素之一。

本设计选用二气门，此方案由于比较简单，可靠，并能满足一般发动机的要求，因此广泛用于各类型的发动机中。

其中为增加进气涡流、加强混合，将进气道设计为螺旋气道。

4活塞组的设计活塞组（如下图）包括活塞、活塞环、活塞销等。

是活塞式内燃机中的重要组件。

活塞的功用：活塞的功用是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。

活塞顶部还与气缸盖，气缸壁共同组成燃烧室。

活塞的要求：（1）要有足够的刚度和强度，传力可靠；（2）导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；（3）质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。

铝合金材料基本上满足上面的要求，因此活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢，此方案采用高强度铝合金。

构造：活塞可分为活塞顶部、活塞头部和活塞裙部三部分。

活塞的基本尺寸：根据文献【1】第十一章内燃机的概念设计表11-1选定顶岸高度：h=20mm喉口与活塞中心线偏移量：4mm喉口直径：80mm活塞总长：H=128mm2.4.1 活塞顶部活塞顶部常常设有各种各样的凹坑，其形状，位置和大小都必须与柴油机混合气的形成或与燃烧要求相适应。

承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞，此方案为凹顶活塞。

为了提高铝合金活塞顶的耐热性，此方案采用热障涂层材料（TBGS）与金属相复合来处理活塞表面，因而起到了热障作用，降低冷却带走的热损失，减少冷却水量，从而发动机的体积和重量得到减少。

同时也发现涂有柴油机隔热涂层的柴油机部件在点火过程中产生了两个主要变化：（1）首先缩短了燃料注入和燃油点火之间的延迟时间。

（2）其次点火时产生的峰值明显减小，从而减少了氧化氮和未燃烧的碳氢化合物，使油烟进一步完全氧化同时还可以减少有排出尾气而带走的热量损失，降低烟气，提高点火效率，节约燃料。

并且产生许多其它附加效益。

2.4.2 活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。

它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。

活塞头部的主要作用是：（1）承受气体压力，并传给连杆；（2）与活塞环一起实现气缸的密封；（3）将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给汽缸壁。

柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。

第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。

活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。

总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有蜜蜂作用和传热作用，与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将（70-80）％的热量通过活塞环传给气缸壁。