柴油机毕业设计

本科毕业论文（设计） 摘要摘 要直列式双缸，气缸总排量 2.078 升。105 系列柴油机以它卓越的燃油经济性及良好的操纵性，使它成为农业机械以及食品加工机械非常理想的动力选择。通过对 2105 型柴油机的实际循环热力计算以及动力计算，使我们更加了解其各项性能指标上的优点。本文是关于 2105 型柴油机的设计，其中包括进排气方式的设计、曲柄连杆机构的设计、气门机构设计、燃料供给系统设计、燃油喷射系统设计、冷却系统设计以及润滑系统设计。此外，还涉及到有关 2105 型柴油机合理的改进。关键词：2105 型柴油机，设计，改进AbstractThe in-line block two cylinders and displacement 2.078 L. 105-type diesel engine is known for their splendid fuel economy and easy operation make is a well choice for the machine of agriculture and food production machine. Through the thermodynamics calculation and principle calculation make us know about its so many features. This article is about the design of the 2105 type diesel engine. It includes the design of valve arrangement, valve mechanisms, camshaft location, the fuel delivery system, fuel injection system, ignition type, and cooling system, lubrication system. The additional part is about the reasonable ways to improvement of the 2105 diesel engine.Key words: 2105 diesel engine, design, improvement 本科毕业论文（设计） 前言1第一章 前 言1.1 研究目的和意义发动机研发人员始终在探索一条道路，即在设计领域里以折中路线为主导的思维方式来满足市场或用户对发动机近于苛刻、完美的要求。事实上，提高功率而降低油耗，以及近年来由于环境法规的完善对发动机排放问题的严格要求，使得发动机必须限制某些排放物的含量（如CO2、HC、NO X 等） 。这两方面问题在逻辑上本身就是一对矛盾，而要提高升功率但又不能增加气缸数，这似乎是不太可能的事情。众所周知，在某些场合下，一款排量较小，油耗低，使用轻便的柴油机可以满足不同程度的要求。双缸、水冷、排量 2.078 升的 2105 型柴油机正是其中的一类。它 12 小时有效功率为 24 马力，185 克/马力小时 的耗油率，仅有 235 公斤重的质量，这使它应用的场合相当广泛，它不仅是轻型运输车辆、农业机械理想的动力选择，还可以用于轻型船只，拖网等，特别是作为野外作业发动机的动力源，以它的转速范围和出色的燃油经济性，在市场中是非常有竞争力的，从它的升功率近似于 12KW/L 来看，它甚至于高出某些 4 缸机。它的多种起动方式，如应急时的人工起动可以使其在某些极其恶劣的环境中工作，这一点就非常重要。在性能的提升与工作的可靠性上，2105 型柴油机更偏重于后者。这一品质尤其适合于在某些技术，维护管理并不是很完善的环境（如偏远山区） ，工作的可靠性就显得极为重要了。经过热力计算以及多次的运转实验得到的数据来看，2105 型柴油机得燃烧峰值温度为1790，这在小型机中属于中等偏下的，除了较低的热负荷外，对 NOX 的形成起到关键性作用。设计人员从没有停止过对已有机型的创新性改造，2105 型柴油机同样也有许多改进的空间，如考虑到极寒的环境下（以我国地域中所能达到的最低温度- 40）工作，2105 型柴油机还选装了点火预热装置（后文将具体论述） ，考虑到应用场合，还可以有多种空气滤请设备的不同配置。总而言之，我们将尽其所能的使 2105 型柴油机的性能不断提升以适应更广泛的空间。1.2 国内外研究现状近百年来，我国内燃机工业取得了长足的进步，截止 2001 年底，我国内燃机总产量已达 2.5亿 KW，品种、数量与质量可满足国民经济日益增长的需求。但与国际先进水平相比，在性能、质量可靠性以及自主开发能力方面还有很大差距。随着汽车保有量的增加，为控制其排放对环境的污染，我国从 2000 年起实施欧洲排放标准，从而有力推动了我国装有三效催化转化器的电控喷射汽油机以及采用多气门、增压、排气再循环、高压喷射与排气后处理技术的柴油机的发展。现如今，我国已对车用压燃式发动机实施欧洲标准，到 2010 年我国排放标准将与国际接轨。为减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，国家鼓励发展代清洁燃料内燃机。1.3 研究内容和方法本次毕业设计针对 2105 型柴油机的已知参数进行实际循环热计算、动力计算（采用 C 语言本科毕业论文（设计） 前言2程序和手工实际计算画图两种方法相结合） ，并通过所得数值进行综合性能分析。然后对机体运动件（如活塞、连杆、曲轴等） 、机体固定件（如气缸体、气缸盖等）及辅助系统（燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、进排气系统、起动系统）进行合理设计，内容包括活塞、连杆零件图及 2105 型柴油机纵横剖面图，毕业设计计算说明书等。毕业本科论文（设计） 2105 型柴油机概述3第二章 2105 型柴油机概述2.1 主要结构特点燃烧系统：采用复合式燃烧系统，它具有起动容易，平均有效压力高，耗油低、工作柔和，能燃用多种燃料和结构简单等特点。尤其采用轴针式喷嘴能起自洁作用。系列化：两缸机采用了多缸机类似的结构形式，传动齿轮中心距不变，传动方式和附件布置一样，使变形产品和整个系列机型有最大的通用性，便于组织生产和管理。总体布置：高压油泵、喷油器，燃油滤清器和进气管布置在发动机右侧（从发动机前端看） ，这样使操纵面与连杆折检面同侧；机油滤清器、起动马达，充电发电机和排气管布置在左侧。对于农用机型，前端布置，由机油泵齿轮驱动冷却水泵，用手摇凸轮轴起动发动机。对于发电、工程机械用机型前端通过曲轴皮带盘驱动冷却水泵、风扇和充电发电机，由起动马达起动。主要件结构： 机体：为半隧道式全支承滑动轴承结构，润滑油孔，冷却水道直接在曲轴箱中钻孔或铸出，系列的水冷多缸机均采用等缸心距等宽轴瓦使柴油机具有最大通用性。 气缸盖：左右两边分别布置进、排气道，近似螺旋切向气道用于产生强烈的进气涡流。 气缸套：为湿式缸套结构。 活塞：顶部有一 U 形燃烧室，裙部贴合面为薄壁椭圆结构。 活塞销：内外表面同时渗碳淬火采用变截面等强度结构。 曲轴：采用空心桶形结构全支承球墨铸铁曲轴。 连杆：45# 钢，工字形截面，大头采用 45# 斜切口，锯齿定位结构。 轴瓦：为径向变厚度薄壁高锡铝合金轴瓦。2.2 主要技术规格型号2105型式水冷、四冲程、立式、复合式燃烧室气缸套湿式气缸数2气缸直径（毫米）105活塞行程（毫米）120标定功率：1 小时功率（马力）26.4； 转速（转/分） 1500； 12 小时功率（马力）24； 转速（转/分） 1500； 毕业本科论文（设计） 2105 型柴油机概述4空车最低稳定转速（转/分） 500最大扭矩及相应的转速（公斤.米及转/分）12.82；1400燃油消耗率（克/马力小时） 185机油消耗率（克/马力小时） 5活塞总排量（升）2.078活塞平均速度（米/秒） 6压缩比17平均有效压力（公斤/厘米 2） 6.93柴油机转向（面向功率输出端看）逆时针调速器型式机械离心全程式喷油器：型式及型号轴针式 ZC4S1 型喷油压力（公斤/厘米 2） 120喷油泵型式号系列泵润滑方式压力、飞溅混合式起动方式手摇起动柴油机外形尺寸（毫米）长宽高615490860柴油机净重（公斤）235毕业本科论文（设计） 实际循环热计算和动力计算5第三章 实际循环热计算和动力计算3.1 2105 型柴油机实际循环热计算对 2105 型柴油机标定工况进行实际循环热计算。已知条件为：缸径 D = 105 mm行程 S = 120 mm缸数 I = 212 小时功率 N e = 24 PS转速 n = 1500 rpm压缩比 = 17每缸工作容积 V h = 1.0391 L曲柄半径和连杆长度比 R/L = 0.25大气状态 p0=1kg/cm T0= 288 K燃料平均重量成分 C = 0.87 H = 0.126 O = 0.004燃料低热值 H u = 10500 Kcal/Kg 燃料燃烧室形式 U 型燃烧室(复合式)1.参数选择：根据相类似柴油机的实验数据和统计资料，结合本柴油机的具体情况可以选定：过量空气系数 = 1.75最高燃烧压力 p z = 65 Kg/ cm2热量利用系数 z = 0.75残余废气系数 = 0.04排气终点温度 T r = 800 K示功图丰满系数 i = 0.96机械效率 m = 0.802.燃料热化学计算:根据有关公式可以求得下列有关参数。(1)理论所需空气量 L0 L0 = 1/0.21( C/12 + H/4 - O/32 ) = 0.495kg.mol/kg 燃料(2)新鲜空气量 M1 M1= L 0 = 1.40.495 = 0.693 kg.mol/kg 燃料(3)理论上完全燃烧（=1）时的燃烧产物 M0M0 = C/12 + H/2 + 0.79 L0 = 0.5265 kg.mol/kg 燃料(4)当 =1.4 时的多余空气量为（-1）L 0= 0.198 kg.mol/kg(5)燃烧产物总量 M2 M2 = M0+(-1)L 0 = 0.7245 kg.mol/kg(6)理论分子变更系数 0 0 = M1/M2 =1.045(7)实际分子变更系数 =（0 +）/（1+）= 1.083毕业本科论文（设计） 实际循环热计算和动力计算63.换气过程参数的计算(1)取 Pa=0.9P0 ，则进气终点压力为 Pa = 0.9 kg/ cm 2(2)取进气加热升温 T=20，则进气终点温度为 Ta为Ta =（T 0+T+T r）/（1+）=327 K(3)充气效率 v =paT 0/(-1)P 0Ta（1+）=0.814 压缩过程的计算：(1)选取平均多变压缩知数 n 1=1.368(2)压缩过程中任意点 x 的压力 PcxPcx=Pa(Va/Vcx)n1式中 Vcx x 点的气缸容积。它等于Vcx =D 2R（1-cosx）-R/4L（1-cos2x）/4+V c其中 x为 x 点从上止点算起的曲轴转角：V c = Vh/（-1） 可以取数个 x 点,求出 Pcx和 Vcx在绘制示功图时用以画出压缩线 a-c(3)压缩终点压力 Pc和温度 TcPc = P a n1 = 43.4 Kg/cm 2Tc = T a n1-1 = 927.6 KTc = 927.6 273 = 654.6(4)压力升高比 = P z/Pc = 1.55 燃烧过程的计算：(1) 压缩终点的空气平均等容比热 Cv0由图 2-15 上查得,在 tc=654.6时的 Cp=7.30 Kcal/Kg.mol 于是Cv = Cp - 1.986 = 5.314 Kcal/Kg.mol(2)压缩终点的残余废气平均等容比热 Cv从2-15 上查得。在 =1.4，t c=654.6 时的 Cp= 7.73 Kcal/Kg.mol.所以Cv= Cp- 1.986 = 5.744 Kcal/Kg.mol(3)压缩终点的混合气平均等容比热 CvCv= (C v+C v)/(1+)=5.33 Kcal/Kg.mol 图 2-15 (4)燃烧终点的温度 Tz zHu/(1+)L 0 + Cvt c + 1.986t c + 542(-)=C pt z将已知的数值代入，C p*t z = 15320 再用图 2-15 的曲线先估计一 tz值,如此逐步试算直至得到一 tz值,视其值与 15320 是否相符,然后按其差值再另选一 tz,如此逐步计算直至有一值与 cp乘积等于 15320 为止。照此方法最终求得燃烧终点温度。tz = 1790毕业本科论文（设计） 实际循环热计算和动力计算7Tz = 1790 + 273 = 2063 K(5)初期膨胀比 = /Tz/Tc = 1.6066 膨胀过程的计算(1) 后期膨胀比 =/=10.59(2)选取平均多变膨胀指数 n 2 = 1.28 (3)膨胀过程中任意点 x 的压力 PbxPbx = Pz(Vz/Vbx)n2式中 V bx - x 点的气缸容积，求法与前诉的 Vcx相同。在求得数个 x 点的 Pcx和 Vbx值后，即可画出示功图的膨胀线。(4)膨胀终点压力 Pb和温度 Tb Pb = Pz/ n2= 3.829 Kg/cm2Tb = Tz/ n2-1= 1287 KTb = 1287 273 = 1014 K7.平均指示压力 Pi的计算Pi=P 0/(-1)(-1)+(1-1/ n2)/(n2-1)-(1-1/ n1-1) /(n1-1)将已知数值代入，Pi= 9.37 Kg/cm 2Pi = iPi= 8.9952 Kg/cm 28.指示热效率 i i = 1.968L 0/HuT0/P0Pi/ v = 0.4199指示比油耗 gigi = 632.2/（H u i）=0.135 Kg/PS.h10.有效热效率 e和比油耗 ge e = i m = 0.4190.8 = 0.3352ge = 632.2/Hu e = 0.180 Kg/PS.h11.平均有效压力 Pe和有效功率 Ne的校核 Pe = Pi m = 8.99520.8 = 7.192 Kg/cm2Ne = iVhPen/900 = 24.9 PS计算结果与设计要求相符。绘制示功图压缩线 a c 所需点 x 30 40 50 60 70 80 90 100 110Vcx 120 160 210 280 350 434 520 610 704Pcx 46 31 20 14 10 8 6 4.8 4Va = 2Vh = 2.0782 L ； Pa = 0.9 Kg/cm2毕业本科论文（设计） 实际循环热计算和动力计算8Vc = Vh/-1=0.065 L； Pc = Pa n1 = 43.4 Kg/cm2绘制示功图膨胀线 z b 所需点序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9Vbx 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Pcx 21 13 8.8 6.7 5.3 4.4 3.7 3.2 2.8Pz = 65 Kg/cm2 ; Vz = V c = 0.081 L 注:示功图丰满系数是使曲线更加圆滑合理, z , z, b , a 的圆弧起始点与气门开闭、曲轴转角有关。毕业本科论文（设计） 实际循环热计算和动力计算93.2 2105 型柴油机动力计算已知该机型的示功图及以下一些基本参数：二缸、立式、D = 105 mm、S = 120 mm、n = 1500rpm、压缩比 = 17、=1/4、n 1 = 1.368、n 2 = 1.2计算：1 活塞的位移，速度，加速度的计算(1)活塞的位移：x = r(1+cos)+(1-cos2)/4不同 角及 值的 x/r 无量纲参数可由内燃机动力学 （中国工业出版社 61 年版）表