6110型柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD】

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Through the thermal design, the power computation as well as other theoretical calculation obtain 6110model diesel engine's some performance curve, and carries on the reasonable components design according to the performance, thus causes 6110 diesel engines to have a better economical performance and the power performance. This article besides includes design of crank link motion gear, but also includes design of air admission and exhaust system, design of fuel oil transportation and injection system, design of cooling system, design of lubrication system. Key Words：6110 style；diesel engine；design；thermal calculation; dynamic calculation 目 錄 摘 要 I Abstract II 引 言 1 第一章 前言 2 1.1 研究目的和意義 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 4 第二章 柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5 2.1 柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5 2.1.1 機(jī)體零件組 5 2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 6 2.1.3 配氣機(jī)構(gòu)及進(jìn)排氣系統(tǒng) 7 2.1.4 燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng) 7 2.1.5 潤(rùn)滑系統(tǒng) 9 2.1.6 冷卻系統(tǒng) 10 2.1.7 起動(dòng)系統(tǒng) 11 2.2 柴油機(jī)的總體布置 11 2.2.1 柴油機(jī)的總體布置設(shè)計(jì) 11 2.2.2 柴油機(jī)的工作循環(huán) 12 2.2.3 6110型柴油機(jī)主要參數(shù) 12 2.2.4 配氣定時(shí) 13 3.1 機(jī)體組 14 3.1.1 氣缸體和氣缸套設(shè)計(jì) 14 3.1.2 氣缸蓋與氣缸墊 15 3.2 活塞連桿組 17 3.2.1 活塞組設(shè)計(jì) 17 3.2.2 連桿組設(shè)計(jì) 25 3.3 曲軸飛輪組 27 3.3.1 曲軸基本尺寸的設(shè)計(jì) 30 3.3.2 飛輪 30 3.3.3 軸瓦 31 3.3.4 扭振減震器 31 第四章 柴油機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 4.1 配器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 4.1.1 氣門組 34 4.1.2 進(jìn)排氣門設(shè)計(jì) 35 4.1.3 氣門傳動(dòng)組 36 4.2 燃油供給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 4.2.1 噴油泵 38 4.2.2 高壓油泵放氣 39 4.2.3 調(diào)速器 39 4.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 4.3.1 循環(huán)油量 41 4.3.2 機(jī)油壓力 42 4.3.3 機(jī)油溫度 42 4.3.4 油底殼貯油量 43 4.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 43 4.4.1 冷卻系統(tǒng)的功用 43 4.4.2 強(qiáng)制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的組成 44 4.4.3 水泵 45 4.5 起動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46 結(jié)論與建議 47 參考文獻(xiàn) 49 附錄A 6110型柴油機(jī)熱力計(jì)算 50 附錄B 6110型柴油機(jī)動(dòng)力計(jì)算 60 附錄C 6110型柴油機(jī)計(jì)算參考用的圖表 79 致謝 88  圖一 6110型柴油機(jī)性能曲線  圖二 6110型柴油機(jī)縱剖圖 圖三 6110型柴油機(jī)橫剖圖 - VI - 引 言 柴油直接在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能對(duì)外作功的熱機(jī)稱為柴油機(jī)。柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，和內(nèi)燃機(jī)的另一基本成員汽油機(jī)相比，它還有如下優(yōu)點(diǎn)： （一）熱效率高。汽油機(jī)的熱效率一般在25％-35％之間，而柴油機(jī)的熱效率可以達(dá)到35%-52%。 （二）功率范圍廣，適應(yīng)性好。柴油機(jī)的缸徑可大可小，受限制很??；而汽油機(jī)因受爆震影響，缸徑不能太大。同時(shí)，柴油機(jī)對(duì)增壓適應(yīng)性好，可以實(shí)現(xiàn)較大的增壓度，而汽油機(jī)，增壓度很有限。因此，在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，諸如大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎都是柴油機(jī)的天下。 （三）堅(jiān)固可靠，壽命長(zhǎng)。柴油機(jī)中的大部分零部件比汽油機(jī)堅(jiān)固可靠，壽命長(zhǎng)。當(dāng)然，柴油機(jī)也有缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （一）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求較高的加工制造水平，成本較高。 （二）振動(dòng)、噪音大，操作人員容易疲勞。 （三）通常情況下，相對(duì)汽油機(jī)而言，重量、體積大。 （四）啟動(dòng)性不如汽油機(jī)。 柴油機(jī)的缺點(diǎn)，多數(shù)可用技術(shù)手段加以改善或?qū)⑵湎拗圃诳山邮艿姆轿粌?nèi)，而其優(yōu)點(diǎn)則是汽油機(jī)難以相比的。因此柴油機(jī)在近些年來(lái)獲得極大的發(fā)展，即使在汽油機(jī)的傳統(tǒng)領(lǐng)域——轎車發(fā)動(dòng)機(jī)方面。柴油機(jī)也對(duì)汽油機(jī)發(fā)出了挑戰(zhàn)。 車用柴油機(jī)是柴油機(jī)的一種，與船用柴油機(jī)相比，車用柴油機(jī)功率要求高，對(duì)外形、體積和重量要求也較高。但車用柴油機(jī)的耐久性與可靠性一般不如船用柴油機(jī)。一個(gè)最明顯的例子就是：車用柴油機(jī)的功率是15分鐘功率，即允許汽車用此功率連續(xù)開(kāi)15分鐘，而船用柴油機(jī)的功率多數(shù)是12小時(shí)功率或持久功率。顯然，車用柴油機(jī)對(duì)功率要求較高，而船用柴油機(jī)對(duì)可靠性要求較高。 6110柴油機(jī)是一種典型的車用柴油機(jī)，適用于總重量10－15噸左右的車輛。目前，該機(jī)主要為一汽“解放”貨車配套。該機(jī)的主要特點(diǎn)從性能上看，他的功率較大，油耗低，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。 第一章 前言 1.1 研究目的和意義 內(nèi)燃機(jī)是目前世界上應(yīng)用范圍最廣、熱效率最高的熱動(dòng)力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域，占有重要地位。近年來(lái)，隨著能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的要求越來(lái)越高，尤其是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及能源形勢(shì)的變化，如何提高柴油機(jī)的效率、改善柴油機(jī)的排放已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視，對(duì)柴油機(jī)整機(jī)進(jìn)行研究是解決這個(gè)問(wèn)題的最有效途徑。 大多數(shù)人認(rèn)為, 柴油機(jī)黑煙滾滾, 污染嚴(yán)重。其實(shí)這是一個(gè)誤解, 之所以會(huì)這樣, 與柴油機(jī)技術(shù)落后有著不可分割的關(guān)系。隨著柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步, 環(huán)保性能已大有改善。自1998年以來(lái), 新型公路用柴油機(jī)的顆粒物排放量已降低了83%, 氮氧化物的排放量也已降低了63%, 達(dá)到歐洲3號(hào)或歐洲4號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)基本消除了黑煙。這主要得益于90年代以來(lái)柴油機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展。 柴油機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)取決于各工作參數(shù)，而其工作參數(shù)又取決于其結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間存在著有機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系。一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)隨之改變。通過(guò)對(duì)整機(jī)的布局、實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算、增壓器的選擇和對(duì)柴油機(jī)配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)的了解與掌握，能夠找出影響柴油機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性耐久性指標(biāo)的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)動(dòng)機(jī)柴油化已成為當(dāng)今汽車行業(yè)不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì), 與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比, 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的燃油經(jīng)濟(jì)性能和很大的排放性能改進(jìn)潛力。 重型汽車中, 歐洲、美國(guó)和日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100% 柴油化；商用汽車中, 歐洲和美國(guó)都達(dá)到了90%, 日本為38%；轎車中歐洲達(dá)33%, 日本是9%。在大眾3L 路波柴油轎車開(kāi)發(fā)成功以后, 世界上許多大汽車公司在3L以上轎車上使用了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 中國(guó)的車用動(dòng)力柴油化也得到長(zhǎng)足的發(fā)展。按照2000年實(shí)際銷售統(tǒng)計(jì), 在重型汽車中柴油化已經(jīng)接近100% , 大型客車達(dá)到90%。如果視農(nóng)用運(yùn)輸車為一種低檔的“汽車”的話, 該領(lǐng)域柴油化也已經(jīng)達(dá)到100%。按照國(guó)外商用車的概念, 2000年我國(guó)商用車的柴油化率約為40%。當(dāng)然, 這是按照2000年車輛實(shí)際銷售數(shù)量計(jì)算的, 即在新銷售的動(dòng)力車中使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛所占的比重,如果以柴油機(jī)為動(dòng)力的車輛與社會(huì)車輛總保有量之比來(lái)計(jì)算, 我國(guó)的車用動(dòng)力柴油化的比例要低一些。 我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)自20世紀(jì)80年代以來(lái)有了較快的發(fā)展，2006年，已有車用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)60多家，車用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)能力600多萬(wàn)臺(tái)，其中汽油機(jī)450萬(wàn)臺(tái)左右，柴油機(jī)150萬(wàn)臺(tái)左右。近十年來(lái)，我國(guó)在車用柴油機(jī)生產(chǎn)方面也取得了較快的發(fā)展，雖然我國(guó)現(xiàn)有的車用發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)能夠基本滿足輕型車和重型車的需要，但仍然缺少技術(shù)含量高的產(chǎn)品，還缺少城市交通用的低排放車用柴油機(jī)，適合于轎車配套用的柴油機(jī)也極少。我國(guó)現(xiàn)生產(chǎn)的車用柴油機(jī)就其技術(shù)來(lái)源而言，引進(jìn)系列和自主開(kāi)發(fā)系列基本上是平分秋色。但從發(fā)展來(lái)看，引進(jìn)機(jī)型將會(huì)進(jìn)一步增加，而自主開(kāi)發(fā)機(jī)型將會(huì)因?yàn)樾阅苈浜蠖鸩綔p少。從總體上講，我國(guó)柴油機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有一定的差距，引進(jìn)的產(chǎn)品只相當(dāng)于國(guó)際90年代初期水平，自主開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也就相當(dāng)于國(guó)際50年代中期水平。柴油機(jī)以其經(jīng)濟(jì)性好、排放低和轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢(shì)，在車用動(dòng)力方面有很大的發(fā)展?jié)摿?。?guó)外大中型汽車基本上都用柴油機(jī)，而我國(guó)重型車動(dòng)力以柴油機(jī)為主，中型和輕型車還有較大比例的汽油機(jī)，轎車類仍然是汽油機(jī)一統(tǒng)天下。 從全球的角度來(lái)看，車用柴油機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)一直十分激烈，因而促進(jìn)了其技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。為了滿足市場(chǎng)需求、擴(kuò)大市場(chǎng)占有率、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，近幾年世界各大汽車廠、車用柴油機(jī)制造商競(jìng)相推出了一批新研制或改進(jìn)提高的產(chǎn)品或技術(shù)，這些新產(chǎn)品或新技術(shù)基本上體現(xiàn)了車用柴油機(jī)的發(fā)展方向。電控噴射技術(shù)，共軌燃油噴射系統(tǒng)，可變氣門正時(shí)系統(tǒng)，渦輪增壓中冷技術(shù)，混合動(dòng)力，代用燃料等諸多方面。 目前，全國(guó)的6l1O型柴油機(jī)有大柴6l1O型、錫柴611O型、吉柴6110型、南柴D611OQ型和南柴X611O型五種，均為直列、水冷 四沖程和直接噴射式燃燒室。除自然吸氣機(jī)外，均有廢氣糯輪增壓機(jī) 其中南柴X6110型柴油機(jī)主要用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械等方面的配套動(dòng)力，其余四種主要用于汽車的配套動(dòng)力 分述如下： 。 1 大柴6110型 錫柴6l1O型和青柴6110型三種柴油機(jī)是長(zhǎng)春汽車研究所根據(jù)一汽發(fā)展規(guī)劃參考日本三菱公司的6D14型柴油機(jī)設(shè)計(jì)的，分別由一汽大連柴油機(jī)廠、一汽無(wú)錫柴油機(jī)廠和首錒吉林柴油機(jī)廠生產(chǎn)。三種柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，變型產(chǎn)品均多。 2 南柴D6110Q型柴油機(jī)是南昌柴油機(jī)廠與二汽聯(lián)合并通過(guò)英國(guó)呂卡多公司咨詢?cè)O(shè)計(jì)的，由南昌柴油機(jī)廠生產(chǎn)。 3 南柴X6110型柴油機(jī)是南昌柴油機(jī)廠在南柴X6105型柴油機(jī)基礎(chǔ)上通過(guò)英國(guó)呂卡多公司咨詢進(jìn)行擴(kuò)缸設(shè)計(jì)的，也由南昌柴油機(jī)廠生產(chǎn)。這種柴油機(jī)除基本型外，還有工程機(jī)械用、農(nóng)業(yè)用、發(fā)電用和船舶用的變型產(chǎn)品。X6110型榮油機(jī)研制于80年代初， 缸徑Dl10mm、行程S130mm， 排量V7．413L、采用直接噴射費(fèi)燃燒系統(tǒng)。該機(jī)研制的主要目的是為國(guó)產(chǎn)聯(lián)臺(tái)收割機(jī)、工程機(jī)械、船舶等提供低燃油耗率，可靠耐久眥及廢氣排放等達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家規(guī)定的動(dòng)力，X6110型柴油機(jī)是X105系列機(jī)(缸徑105mm，行程120mm)擴(kuò)大缸徑、增長(zhǎng)行程的改進(jìn)型產(chǎn)品， 主要零件加工要在X6105型機(jī)的加工線上進(jìn)行， 這些零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)既要滿足X6110型柴油機(jī)的要求，又受X6105型柴油機(jī)加工線的制約， 因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以完美地進(jìn)行， 曲軸，連桿， 活塞等運(yùn)動(dòng)零件的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了多方案的選擇、試驗(yàn)，逐步加以改進(jìn)，滿足了X6110型柴油機(jī)的要求。CAA6110AK與AC6110BK是在CA6110-B柴油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)化的2種新機(jī)構(gòu)，其標(biāo)定功率由原來(lái)117kW分別增加到125kW和132．5kW，但易產(chǎn)生節(jié)氣門斷裂故障。 1.3 研究?jī)?nèi)容和方法 本論文主要研究的內(nèi)容是6110型車用柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)，包括各個(gè)系統(tǒng)零件的設(shè)計(jì)選擇。通過(guò)實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算，得到6110型柴油機(jī)的各個(gè)特性曲線。通過(guò)對(duì)整機(jī)的布局、對(duì)柴油機(jī)配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)的了解與掌握，找出影響柴油機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性耐久性指標(biāo)的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。繪制研究各個(gè)性能曲線、參數(shù)變化曲線以及整機(jī)的CAD圖和零件圖。 第二章 柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì) 柴油機(jī)在工作過(guò)程中能輸出動(dòng)力，除了直接將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的燃燒室和曲柄連桿機(jī)構(gòu)外，還必須具有一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)與以保證，并且這些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)是相互緊密聯(lián)系和協(xié)調(diào)工作的。不同類型和用途的柴油機(jī)，其機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的形式不同，但其功用是完全一致的。柴油機(jī)通常由下列機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成： 2.1.1 機(jī)體零件組 機(jī)體組包括氣缸體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等零部件。 機(jī)體為氣缸體、氣缸水套和曲軸箱形成一體的部件，但也有些機(jī)型的機(jī)體與曲軸箱分為兩個(gè)部件，以緊固件相連接。機(jī)體是內(nèi)燃機(jī)用以安裝各主要零部件的基體，保證運(yùn)動(dòng)零件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖2—1　氣缸體示意圖 圖2—2　氣缸蓋示意圖 6110型柴油機(jī)采用整體龍門式氣缸體和濕式氣缸套，濕式氣缸套較厚，剛性較好，與缸體間形成水道，其下端通常以耐熱的橡膠封水圈來(lái)密封，防止冷卻水泄漏。濕式氣缸套外表面直接與冷卻水接觸，散熱好、拆裝方便，本柴油機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。 氣缸蓋位于氣缸的上部，密封氣缸并形成燃燒室頂面，承受高的燃?xì)鈮毫蜏囟?。氣缸蓋內(nèi)布置有進(jìn)氣和排氣的通道、進(jìn)氣門、排氣門及氣門導(dǎo)管。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋內(nèi)布置有冷卻水道。有些柴油機(jī)氣缸蓋上布置有分開(kāi)式的燃燒室。氣缸蓋還有裝置噴油器的孔位。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋一般均由HT20-40、HT25-47灰鑄鐵鑄造。 圖2—3　氣缸墊的結(jié)構(gòu) 圖2—4　氣缸墊示意圖 氣缸蓋和機(jī)體之間裝有氣缸墊用以保證燃燒室的密封，防止高溫高壓燃?xì)獾男孤?，同時(shí)密封潤(rùn)滑油和冷卻水的通道。氣缸墊應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、彈性、抗腐蝕性，拆裝方便能重復(fù)使用。 2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 由活塞組、連桿組、曲柄飛輪組等部分組成，是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件。它的功用是由活塞組與氣缸套、氣缸蓋構(gòu)成密閉的工作容積，以保證柴油機(jī)工作循環(huán)的進(jìn)行。同時(shí)通過(guò)連桿組將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)，使 圖2-5 活塞連桿總成圖 作用于活塞上的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，通過(guò)曲軸向外輸出。 連桿用以連接活塞和曲軸，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)可分為小頭、大頭和桿身三個(gè)部分。連桿小頭壓裝有連桿襯套，連桿桿身斷面呈“工”字形，既減輕重量，又保證強(qiáng)度。連桿大頭剖分成兩半，可拆部分稱連桿蓋，兩者配對(duì)加工，同一側(cè)打有配對(duì)號(hào)，用連桿螺栓擰緊。連桿桿身大頭部分與連桿蓋的剖分形式通常有兩種。常用的是平切口形式，這種形式的大頭面加工方便、剛性好。（見(jiàn)圖2-5活塞連桿總成圖） 曲軸的功用是將由活塞連桿組傳來(lái)的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ兀孕D(zhuǎn)的形式輸出，并帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的其它運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。曲軸受到燃?xì)鈮毫屯鶑?fù)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量慣性力及其力矩的作用，受力情況復(fù)雜。因此，對(duì)曲軸的強(qiáng)度、剛度、硬度、韌性和制造精度都有較高的要求。 2.1.3 配氣機(jī)構(gòu)及進(jìn)排氣系統(tǒng) 配氣機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的要求，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，完成換氣過(guò)程。對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求是進(jìn)氣充足，排氣干凈，氣門關(guān)閉時(shí)保證氣缸密封，工作可靠，便于調(diào)整。根據(jù)氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝位置，配氣機(jī)構(gòu)分為頂置氣門式和側(cè)置氣門式兩種。四沖程內(nèi)燃機(jī)多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)。本柴油機(jī)選擇頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)。 配氣機(jī)構(gòu)由氣門組、驅(qū)動(dòng)組、傳動(dòng)組、減壓機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系系統(tǒng)組成。 進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣濾清器及進(jìn)氣管等組成。它的功能為供給內(nèi)燃機(jī)充足、潔凈的新鮮空氣，并使它通過(guò)進(jìn)氣管、氣缸蓋中的進(jìn)氣道引入氣缸。汽車行駛柴油機(jī)工作時(shí)，空氣中有時(shí)含塵量較大，塵粒中絕大部分為氧化硅顆粒，其硬度超過(guò)金屬，這些塵粒進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后將加大其零件的磨損。因此應(yīng)選擇濾清效率比較高的濾清器。 2.1.4 燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)包括燃油貯存及濾清、供給及調(diào)節(jié)幾個(gè)主要部分。柴油機(jī)供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的需要，將一定數(shù)量的清潔燃油定時(shí)定量的噴入氣缸內(nèi)，并在負(fù)荷變化時(shí)自動(dòng)地保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 燃油供給系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理：輸油泵從柴油箱把柴油吸入后送往柴油濾清器，經(jīng)過(guò)濾清的柴油進(jìn)入噴油泵。噴油泵將柴油壓力提高后經(jīng)高壓油 1-柴油箱2-粗濾器3-輸油泵4-手油泵5-噴油泵6-低壓油管7-細(xì)慮器8-放氣螺釘9-噴油器10-回油管11-限壓閥 圖2-6 燃油供給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 管，送到噴油器，噴油器以175的壓力將柴油噴入ω形燃燒室中燃燒，只有少量通過(guò)噴油器泄漏的柴油，通過(guò)回油管流回柴油管。（見(jiàn)圖2-6） 圖2—7　活塞燃燒室示意圖 柴油機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)，負(fù)荷會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，機(jī)手不可能隨著外界負(fù)荷的頻繁變化，不停地改充數(shù)油門的位置來(lái)適應(yīng)負(fù)荷的變化，因而需要增設(shè)調(diào)速器。調(diào)速器的功能就是在柴油機(jī)工作時(shí)，隨著外界負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速保持相對(duì)穩(wěn)定；另外在柴油機(jī)無(wú)負(fù)荷時(shí)，調(diào)速器還能使柴油機(jī)保持速運(yùn)轉(zhuǎn)而不會(huì)停車，并能限制柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速防止飛車。 1.油底殼；2.集濾器；3.副機(jī)油泵；4.集濾器；5.主機(jī)油泵；6.機(jī)油冷卻器；7.機(jī)油粗濾器；8.機(jī)油精濾器；9.空氣壓縮機(jī)；10.活塞冷卻噴嘴；11.機(jī)油壓力表；12.噴油泵；13.搖臂軸；14.油道；15.頂筒；16.加油蓋；17.搖臂；18.活塞；19.副油道；20.主油道。 圖2-8 潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖 2.1.5 潤(rùn)滑系統(tǒng) 柴油機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)是根據(jù)其中零件所受負(fù)荷的大小、性質(zhì)以及摩擦表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度來(lái)確定潤(rùn)滑強(qiáng)度的。由機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器和壓力調(diào)節(jié)與安全裝置等部件組成。潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2-8所示。6110柴油機(jī)采用復(fù)合潤(rùn)滑法，即壓力潤(rùn)滑加飛濺潤(rùn)滑。 潤(rùn)滑系統(tǒng)的功用是將一定數(shù)量的清潔潤(rùn)滑油送到內(nèi)燃機(jī)的各個(gè)摩擦部位，起到下列作用： （1）潤(rùn)滑作用 為了保證內(nèi)燃機(jī)的正常工作，必須對(duì)各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面，互相摩擦的部位加注潤(rùn)滑油，使其間形成一層油膜成為液態(tài)接觸，這樣可以減小摩擦阻力，減少機(jī)件磨損，延長(zhǎng)內(nèi)燃機(jī)的使用壽命。 （2）冷卻作用 通過(guò)潤(rùn)滑油不斷地流過(guò)運(yùn)動(dòng)零件的表面，帶走零件所吸收的和由于相互摩擦產(chǎn)生的熱量，使零件的溫度不致過(guò)高。 （3）清洗作用 利用潤(rùn)滑油的流動(dòng)，帶走由于摩擦而產(chǎn)生的金屬磨屑和其它雜質(zhì)，通過(guò)濾清保持潤(rùn)滑油和摩擦面的清潔。 （4）密封作用 利用潤(rùn)滑油的粘性，附著于運(yùn)動(dòng)零件表面起密封作用，減少氣體泄漏。 （5）防銹作用 潤(rùn)滑油附著于零件表面，防止和減緩零件的銹蝕。 2.1.6 冷卻系統(tǒng) 水冷發(fā)動(dòng)機(jī)用水做冷卻介質(zhì)，水具有較大的熱容量和潛熱，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況及環(huán)境溫度變化時(shí)，仍能保證工作可靠。工作時(shí)受熱零件的熱量先傳給水，再通過(guò)散熱器或直接將水中的熱量散入大氣。根據(jù)冷卻水循環(huán)方式的不同，又分為蒸發(fā)冷卻、自然對(duì)流循環(huán)冷卻和強(qiáng)制循環(huán)冷卻三種主要方式。由水泵、風(fēng)扇、散熱器、中冷器和節(jié)溫裝置部件組成。對(duì)于柴油機(jī)來(lái)講，冷卻系統(tǒng)布置在柴油。 1-散熱器2-節(jié)溫器3-循環(huán)水4-溫度感應(yīng)塞5-出水管6-空氣及水蒸氣管路7-水泵8-補(bǔ)水管9-放水閥10-機(jī)油冷卻器11水泵進(jìn)水管 圖2-9 冷卻系統(tǒng)示意圖 機(jī)的迎風(fēng)端，散熱器豎起置于柴油機(jī)的前端，軸流式風(fēng)扇布置在散熱器的后面。這種布置的目的是為了充分利用迎風(fēng)氣流。 冷卻系統(tǒng)如圖2-9所示。冷卻水的出水溫度應(yīng)該保持在80～90℃，最高不要超過(guò)95℃。 2.1.7 起動(dòng)系統(tǒng) 起動(dòng)系統(tǒng)的功用是使內(nèi)燃機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即克服機(jī)件的摩擦阻力、慣性阻力及活塞壓縮氣體時(shí)的壓縮阻力以帶動(dòng)曲軸達(dá)到一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝置和輔助裝置兩部分。起動(dòng)系統(tǒng)由于驅(qū)動(dòng)裝置不同又可分為人力起動(dòng)、電力起動(dòng)和汽油機(jī)起動(dòng)幾種類型。起動(dòng)系統(tǒng)必須供給足夠大的起動(dòng)力矩來(lái)克服柴油機(jī)的起動(dòng)阻力矩，而后將曲軸加速到一定的轉(zhuǎn)速，使壓縮終了時(shí)，柴油機(jī)氣缸內(nèi)的壓縮空氣的溫度高于燃料點(diǎn)燃的溫度，以保證著火燃燒。同時(shí)，每次燃燒后，燃?xì)馑龅墓Χ即笥谧枇?，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升到能夠正常工作的轉(zhuǎn)速。6110柴油機(jī)采用電機(jī)起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)裝置體積小、起動(dòng)迅速、操作方便。電起動(dòng)系統(tǒng)包括起動(dòng)電機(jī)、充電發(fā)電機(jī)、繼電調(diào)節(jié)器、蓄電池、電熱塞、電門開(kāi)關(guān)、預(yù)熱及起動(dòng)開(kāi)關(guān)、電流表等。 2.2 柴油機(jī)的總體布置 2.2.1 柴油機(jī)的總體布置設(shè)計(jì) 6110型柴油機(jī)的機(jī)體為整體鑄件結(jié)構(gòu)，上端為氣缸體部分，有六個(gè)氣缸套座孔，呈直列式，座孔內(nèi)裝有濕式氣缸套。機(jī)體下端為曲軸箱部分，設(shè)有七個(gè)主軸承座，曲軸支撐在此座孔內(nèi)。連桿連接在曲軸的連桿軸頸上，連桿小頭一端通過(guò)活塞銷與活塞相連。活塞沿氣缸套內(nèi)孔上下移動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柴油機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 每個(gè)氣缸套上端裝有一個(gè)單體式氣缸蓋，將氣缸套頂端密封，構(gòu)成柴油機(jī)工作容積。氣缸蓋上裝有氣門組件、氣門搖臂和噴油器等，外面用罩殼密封。 油底殼倒掛在機(jī)體下方，將曲軸箱密封并貯存機(jī)油。 機(jī)體的一側(cè)裝有凸輪軸，凸輪軸的前端裝有正時(shí)齒輪，通過(guò)裝在機(jī)體前端的齒輪系，由曲軸驅(qū)動(dòng)凸輪凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著凸輪行程的變化，通過(guò)挺柱推動(dòng)推桿上下移動(dòng)，又由推桿推動(dòng)氣門搖臂控制著進(jìn)、排氣門的開(kāi)啟與關(guān)閉。由此構(gòu)成了柴油機(jī)的配氣系統(tǒng)。 6110柴油機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)各部件，集中布置在機(jī)體的左側(cè)。機(jī)油泵安裝在自由端下方。油底殼內(nèi)的機(jī)油經(jīng)機(jī)油泵壓出，經(jīng)單向閥、調(diào)壓閥、機(jī)油冷卻器和機(jī)油濾清器，經(jīng)主油道，然后通過(guò)機(jī)體內(nèi)的油路，分別送往各摩擦表面，構(gòu)成本柴油機(jī)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)。 從6110型柴油機(jī)的右面（設(shè)置高壓油泵面）看，中間設(shè)置分配式高壓油泵，6只高壓油管分別聯(lián)接各缸的噴油器，左面設(shè)置柴油濾清器，右邊設(shè)置調(diào)速器和發(fā)電機(jī)，下面設(shè)置機(jī)油注入口。柴油機(jī)后面設(shè)置飛輪。柴油機(jī)的后面設(shè)置齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。前面皮帶輪依靠V帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。柴油機(jī)的左面設(shè)置機(jī)油冷卻器，起動(dòng)電機(jī)，機(jī)油濾清器以及進(jìn)、排氣管道。 2.2.2 柴油機(jī)的工作循環(huán) 內(nèi)燃機(jī)就是利用燃料燃燒后所產(chǎn)生的熱能來(lái)做功的。燃料只有在著火燃燒時(shí)才能釋放出熱能，要實(shí)現(xiàn)燃料著火、燃燒，必須要有充足的氧氣和一定的溫度。因此，要實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)能夠連續(xù)的工作，就要不斷的向氣缸內(nèi)輸入新鮮的空氣和燃料，并使氣缸內(nèi)獲得燃料著火所必須的溫度。 內(nèi)燃機(jī)把燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程是按一定的規(guī)律進(jìn)行的。首先由曲軸帶動(dòng)活塞由上向下移動(dòng)，空氣由進(jìn)氣管、進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)充滿空氣。接著活塞反向上移，將沖入氣缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，同時(shí)通過(guò)噴油器噴入柴油，燃燒，并通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，而對(duì)外輸出扭矩做功。最后，活塞由下向上移動(dòng)，將膨脹后的廢氣經(jīng)排氣門、排氣管排出氣缸，準(zhǔn)備再次吸入空氣。上述吸氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)過(guò)程為內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)過(guò)程周期反復(fù)進(jìn)行，便可實(shí)現(xiàn)其連續(xù)不斷的工作。 2.2.3 6110型柴油機(jī)主要參數(shù) 型號(hào)……………………………………………………………………………6110 型式……………………………………水冷、濕式、四沖程、直列式、ω燃燒室 氣缸數(shù)……………………………………………………………………………6 氣缸直徑（毫米）……………………………………………………………110 活塞行程（毫米）……………………………………………………………120 標(biāo)定功率：12小時(shí)功率（千瓦）……………………………………………103 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）………………………………………………………………2900 最大扭矩（牛米）………………………………≥392/（1800～2000轉(zhuǎn)/分） 12小時(shí)功率時(shí)燃油消耗率（克/馬力小時(shí)）……………………………≤240 12小時(shí)功率時(shí)機(jī)油消耗率（克/馬力小時(shí)）……………………………≤5 活塞總排量（升）…………………………………………………………6.842 壓縮比…………………………………………………………………………17 柴油機(jī)轉(zhuǎn)向（面向功率輸出端）…………………………………………逆時(shí)針 調(diào)速器型式…………………………………………………………BQ泵調(diào)速器 噴油器………………………………………………………………長(zhǎng)型多孔式 噴油壓力（公斤/厘米2）…………………………………………………175 噴油泵型式…………………………………………………直列柱塞式1號(hào)泵 機(jī)油泵型式…………………………………………………………………齒輪式 燃油濾型式……………………………………………………………柴0810A型 機(jī)油濾型式…………………………………………………………………分流式 空氣濾型式………………………………………………………………空2410型 潤(rùn)滑方式…………………………………………………………壓力、飛濺混合式 起動(dòng)方式……………………………………………………………………電起動(dòng) 柴油機(jī)外形尺寸（毫米）長(zhǎng)×寬×高……………………………1313×637×981 柴油機(jī)凈重（公斤）………………………………………………………………540 2.2.4 配氣定時(shí) 進(jìn)氣門 開(kāi)啟始點(diǎn)　　　　　上止點(diǎn)前　　　　　　 　16° 關(guān)閉終點(diǎn)　　　　　下止點(diǎn)后　　　　　　　 40°進(jìn)氣持續(xù)時(shí)間 300° 氣門最大升程 16毫米 氣閥與搖臂的冷車間隙　　　　　　　　 　0.30毫米 排氣門 開(kāi)啟始點(diǎn)　　　　　下止點(diǎn)前　　　　　　　 53° 關(guān)閉終點(diǎn)　　　　　上止點(diǎn)后　　　　　　 　11° 排氣持續(xù)時(shí)間 300° 氣門最大升程 16毫米 氣閥與搖臂的冷車間隙　　　　　　　 　　0.35毫米第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)體組 機(jī)體是由氣缸體和曲軸箱組成，它是柴油機(jī)的骨架，要支撐柴油機(jī)的所有零件和附件。 在柴油機(jī)工作時(shí)機(jī)體要承受氣體壓力和慣性力。因此要求機(jī)體要有足夠的剛度（包括拉伸，扭轉(zhuǎn)，彎曲剛度），以防止發(fā)生變形破壞各重要配合表面的相互位置，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)件磨損加劇，尤其是活塞，連桿和曲軸等運(yùn)動(dòng)件的磨損。還可以破壞平面密封部件的密封性，造成“三漏”，即漏水、漏氣、漏油。 3.1.1 氣缸體和氣缸套設(shè)計(jì) 氣缸體為整體高龍門式，采用高強(qiáng)度合金鑄鐵鑄造，在水套、橫隔板、曲軸相等處均有加強(qiáng)筋，有效地提高了機(jī)體強(qiáng)度和剛度，有利于降低噪聲減少振動(dòng)。機(jī)體的剛度主要取決于機(jī)體外壁的形狀和加強(qiáng)筋的布置，而不是壁厚，所以可以將壁厚減小到鑄造工藝所允許的最小值，在輕巧的前提下獲得較大的剛度。 機(jī)體的材料是優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，6110機(jī)體材料采用HT200。采用的是立式結(jié)構(gòu)濕式缸套，最小壁厚為7mm，水套厚5mm，氣缸中心距為135mm。 氣缸體橫隔板之間有直線排列的六個(gè)氣缸孔，缸孔下面主油道上裝有冷卻活塞的噴嘴，開(kāi)啟壓力196kpa。 大多數(shù)車用柴油機(jī)，為了提高氣壁面的耐磨性和使用壽命，通常將氣缸制成一個(gè)圓筒形(稱為氣缸套)，然后將氣缸套壓入氣缸體內(nèi)。一般選用具有較高強(qiáng)度的耐磨材料來(lái)加工氣缸套，而機(jī)體則可用一般灰鑄鐵，既提高了氣缸套的使用壽命又降低了機(jī)體的成本。制造氣缸套的常用材料有：高磷鑄鐵，含硼鑄鐵和鈦釩合金鑄鐵。 常用氣缸套有干式和濕式兩種，濕缸套的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效果好，機(jī)體內(nèi)沒(méi)有封閉的水夾層，使機(jī)體鑄造比較方便，氣缸套的拆裝修理比較方便，目前得到了比較廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是機(jī)體剛性較差，密封失效時(shí)會(huì)漏水。 圖3-1氣缸體示意圖 圖3-2氣缸套示意圖 3.1.2 氣缸蓋與氣缸墊 氣缸蓋的作用是封閉氣缸的上面，與活塞頂共同形成燃燒室。在氣缸蓋內(nèi)要布置冷卻水腔，進(jìn)排氣管道和機(jī)油道等；在柴油機(jī)氣缸蓋上裝有進(jìn)排氣門座，氣門，氣門彈簧，進(jìn)排氣管；搖臂軸總成，噴油器等。 氣缸蓋在很高的燃?xì)鈮毫ο鹿ぷ?，同時(shí)承受氣缸蓋螺栓預(yù)緊力的作用。機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力比較大，而且氣缸蓋的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。所以要求氣缸蓋結(jié)構(gòu)必須滿足以下要求：1、具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證在氣體壓力和熱應(yīng)力作用下不致發(fā)生翹曲變形，使各接合面具有良好的密封性。2、保證冷卻可靠，以避免在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。 柴油機(jī)氣缸蓋由優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵制造。6110型柴油機(jī)采用整體式氣缸蓋。整體式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)少，制造成本低。但由于氣缸蓋總長(zhǎng)度較大，因此剛性較差。同時(shí)結(jié)合面的不平度在工藝上不容易保證，局部損壞需要更換整個(gè)氣缸蓋。 圖3-3 氣缸蓋組件 1．減壓手柄 7. 氣門搖臂軸 2. 排氣門放氣心子 8. 氣門鎖簧 3. 氣缸蓋罩 9. 排氣門 4. 氣門頂套 10. 氣門導(dǎo)管 5. 氣門鎖腳 11. 氣缸蓋 6. 氣門彈簧座 12 進(jìn)氣門 進(jìn)排氣道在氣缸蓋內(nèi)占有很大的空間，它對(duì)柴油機(jī)的換氣質(zhì)量有很大影響，從而也影響著柴油機(jī)的工作性能。進(jìn)排氣道由于其形狀復(fù)雜，是直接鑄出而不須進(jìn)行機(jī)械加工，鑄造上則要求氣道表面光滑，以減小進(jìn)排氣阻力。 氣缸蓋內(nèi)部設(shè)有貫通的冷卻水腔。為了加強(qiáng)噴油器的冷卻，6110柴油機(jī)采用濕式噴油器套。濕式噴油器套用黃銅制成，將黃銅套壓入到氣缸蓋底部帶有螺紋線槽的孔內(nèi)，然后將其擴(kuò)張，使黃銅嵌入螺線槽內(nèi)，達(dá)到套管固定和密封的目的。套管的上端與氣缸蓋的安裝也相配合，并用O型密封圈密封。為了保證氣缸蓋溫度最高的進(jìn)排氣道和噴油器之間的三角區(qū)得到充分冷卻，采用噴水管將從機(jī)體上來(lái)的冷卻水以一定的流速直接噴倒三角區(qū)，是該處得到充分冷卻。 氣缸墊 ①作用：防止漏氣。 ②要求：a具有補(bǔ)償接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及補(bǔ)償接合面變形所必須的彈性。 b具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受氣缸蓋螺栓預(yù)緊力和接合面的變形力，在高溫、高壓氣體的作用下不易損壞。 圖3-4 氣缸墊示意圖 c具有耐熱性，在高溫下不致燒，因?qū)儆谝讚p件因而成本要低。 d具有耐腐蝕性，對(duì)氣體、機(jī)油和冷卻水有一定的抗腐蝕能力。 e制造簡(jiǎn)單，拆裝方便，并且能夠重復(fù)使用。 ③材料與結(jié)構(gòu)：如圖3-4所示密封襯墊有兩道石棉密封圈，靠近氣缸的一道為石棉制品，表面涂以石墨，靠外的一道也是石棉制品，中間有一個(gè)低碳鋼密封環(huán)，外表面鍍銅，利用鋼環(huán)的彈性起密封作用。 3.2 活塞連桿組 6110型柴油機(jī)的活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、活塞銷擋圈、連桿、連桿軸瓦、連桿螺栓、連桿螺母等組成。 3.2.1 活塞組設(shè)計(jì) 活塞的功能是：1）活塞和氣缸蓋一起組成燃燒室所需要的形狀和容積，并保證氣缸內(nèi)部空間的密閉性。2）活塞承受氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫Σ⒋肆鬟f給連桿和氣缸壁。 活塞的工作條件 活塞是柴油機(jī)中工作條件最惡劣的零件之一。它在潤(rùn)滑不良的情況下，在高溫高壓的燃?xì)庾饔孟拢粩嗟刈鞲咚偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)?；钊慕Y(jié)構(gòu)必須能適應(yīng)這種工作條件的要求。 活塞受熱和溫度升高可能帶來(lái)的危害是材料的強(qiáng)度和硬度由于溫度升高而降低，從而造成活塞的損壞和加速磨損。而熱量是通過(guò)活塞環(huán)和活塞裙部向氣缸壁和冷卻介質(zhì)傳遞的，活塞各處溫度不均勻，這樣就產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)溫度很高時(shí)應(yīng)力也很大，會(huì)使活塞頂部出現(xiàn)裂紋而損壞。另外在活塞受熱膨脹時(shí)，會(huì)使活塞與氣缸間的間隙過(guò)小或消失而引起運(yùn)動(dòng)阻力增大，表面擦傷甚至卡死。因此活塞在構(gòu)造上都是要盡可能減少受熱降低溫度。 活塞是用共晶硅鋁合金鑄造，活塞頂面布置有唇邊收口形燃燒室，活塞裙部有桶面和變橢圓曲面組成，一環(huán)槽鑲有耐熱奧氏體圈，采用楔形銷座結(jié)構(gòu)。 活塞的構(gòu)造 活塞可根據(jù)所起的作用的不同分為頂部，頭部和裙部。 活塞頂部 柴油機(jī)活塞頂部是根據(jù)燃燒室的特殊要求而設(shè)計(jì)的。6110型柴油機(jī)采用ω形燃燒室,啟動(dòng)性好，活塞燃燒室偏向一側(cè)以減輕活塞換向時(shí)的側(cè)拍及沖擊，減小噪聲。 活塞頭部 活塞頭部加工有數(shù)到環(huán)槽用以安裝活塞環(huán)。活塞環(huán)分為兩種：氣環(huán)和油環(huán)。氣環(huán)的作用（1）密封氣缸，防止燃?xì)饴┤霘飧住＃?）把活塞頂部傳遞的熱量傳遞給氣缸壁。油環(huán)的作用（1）均勻布滿機(jī)油，創(chuàng)造良好的潤(rùn)滑條件，減小摩擦阻力和磨損。（2）將氣缸壁上過(guò)多的潤(rùn)滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入燃燒室，減少機(jī)油消耗。 6110柴油機(jī)采用三環(huán)節(jié)構(gòu)，以減少摩擦損失。三環(huán)結(jié)構(gòu)上面兩環(huán)是氣環(huán)，下面一環(huán)是油環(huán)。在油環(huán)槽的底面沿著圓周方向鉆有數(shù)個(gè)徑向小孔，這是為了將油環(huán)從氣缸壁刮下來(lái)的多余機(jī)油沿著這些小孔流回油底殼。 活塞裙部 柴油機(jī)活塞裙部是從油環(huán)槽下端面起至活塞底平面的一段。在活塞裙部有為安裝活塞銷用的銷座和銷孔?；钊共康闹饕饔檬菍?duì)活塞氣缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，同時(shí)承受側(cè)壓力。柴油機(jī)活塞裙部一般較長(zhǎng)，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)燃?xì)鈮毫Ω?，?cè)壓力大，加長(zhǎng)裙部可以減少單位面積上的壓力和摩擦?；钊ぷ鲿r(shí)受氣壓力和側(cè)壓力以及活塞銷給予銷座的支反力，活塞由此產(chǎn)生變形，即在銷座方向向外擴(kuò)大，又由于銷座處金屬堆積不均，受熱膨脹變形時(shí)，不是四周均勻漲大，而是延活塞銷軸線方向增大，垂直軸線方向則縮小。上述因素的綜合，使圓活塞工作時(shí)變?yōu)闄E圓形。為了使活塞工作時(shí)呈圓形，所以預(yù)先須將活塞加工成橢圓形，其長(zhǎng)軸位于垂直于活塞銷軸線的方向上，以保持活塞工作時(shí)發(fā)生變形后圓周上的間隙比較均勻。 活塞的基本尺寸選擇 圖3-5活塞尺寸 第一環(huán)位置：根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時(shí)，首先須定出第一環(huán)的位置，即火力岸高度h。為縮小，當(dāng)然希望h盡可能小，但h過(guò)小會(huì)使第一環(huán)溫度過(guò)高，導(dǎo)致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。根據(jù)國(guó)產(chǎn)典型中小功率高速內(nèi)燃機(jī)的主要尺寸參數(shù)110系列6110型柴油機(jī)D=110mm，h= 20mm，見(jiàn)圖3-5。 環(huán)岸高度：為減少活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度b應(yīng)盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會(huì)減輕對(duì)環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但b太小，就使制造工藝?yán)щy。在110系列型高速內(nèi)燃機(jī)上，氣環(huán)高b = 3mm，油環(huán)高 b = 6mm。環(huán)岸的高度c應(yīng)保證它在氣壓造成的負(fù)荷下不會(huì)破壞。因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。一般= 5mm，=6mm。由于6110型柴油機(jī)主要應(yīng)用于汽車，其主要設(shè)計(jì)思想是強(qiáng)度高，提高功率，降低燃油消耗率，減少發(fā)動(dòng)機(jī)單位馬力的重量、體積和原材料的消耗，導(dǎo)熱性，抗磨性和缸內(nèi)導(dǎo)向性好，材料選用共晶硅鋁合金?；钊N選擇20Cr 熱處理為表面滲碳淬火，滲碳層厚度0.8～1.2mm，熱處理硬度HRC58-64。 圖3-6活塞銷與銷座的受力變形圖 活塞與活塞銷工作時(shí)，彎曲變形互相不協(xié)調(diào)會(huì)在銷座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴(yán)重邊緣負(fù)荷，可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開(kāi)，見(jiàn)圖3-6所示。為此，一般適當(dāng)增大活塞銷直徑提高銷的彎曲剛度，減少?gòu)澢冃?。但是直徑的增大使活塞高度增加，質(zhì)量加大。對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，銷座的外圓大多與活塞頂實(shí)體相連，銷座的柔度很小，邊緣負(fù)荷和嚴(yán)重。因此常對(duì)銷座結(jié)構(gòu)做如下設(shè)計(jì)： ①活塞銷座采用柔性設(shè)計(jì)，以減少內(nèi)孔邊緣的應(yīng)力集中； ②要適當(dāng)增大活塞銷直徑，以提高其剛度，減小變形； ③ 在活塞銷座孔處加工出卸載槽； ④ 活塞銷為保證足夠的強(qiáng)度與剛度，采用高強(qiáng)度空心管材做活塞銷，表面淬火（60～64）HRC，精磨，以保證可靠性與耐久性。為此，選取活塞銷的主要尺寸d =40mm，l = 90mm，活塞銷座厚度8mm。 活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向作用由裙部完成。為保證導(dǎo)向良好，裙部要有足夠的長(zhǎng)度，與氣缸配合間隙要小，以減輕活塞在連桿擺動(dòng)引起的側(cè)向力作用下從貼緊氣缸的一側(cè)到貼緊另一側(cè)時(shí)對(duì)氣缸的“拍擊”。 活塞裙部只在垂直活塞銷軸線的方向承受側(cè)壓力，所以應(yīng)保證此方向與氣缸間隙盡可能小，而在銷的軸線方向， 間隙要大一些，以免活塞熱膨脹后卡死在氣缸中，因此，活塞裙部的橫斷面外形呈橢圓形。另外， 以促進(jìn)裙部表 銷孔中心線 圖3-7 活塞橢圓度示意圖 面潤(rùn)滑油膜的形成同時(shí)為增強(qiáng)裙部剛性，在下裙內(nèi)側(cè)設(shè)置加強(qiáng)筋，而橢圓，活塞溫度是頂端高，裙端低，故軸向外形呈上小下大的曲線形，在接近裙部下端處尺寸要有點(diǎn)收縮度一般為0.15～1.35，如圖3-7所示。 活塞頂承受的氣壓力通過(guò)活塞銷座和活塞銷傳給連桿，無(wú)論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面壓強(qiáng)很高，加上活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很低，液體潤(rùn)滑油膜不易形成，在這種高壓低速條件下，要保證可靠的液體潤(rùn)滑，配合副工作間隙要盡可能小。一般活塞銷與銷座、活塞銷與連桿小頭襯套間工作狀態(tài)間隙在（1～3）d時(shí)，可以可靠工作，裝配狀態(tài)（冷態(tài)）時(shí)，銷與銷座則 有（1～3）d的過(guò)盈，以補(bǔ)償鋁合金活塞銷孔在工作時(shí)較大的熱膨脹。本柴油機(jī)的活塞銷直徑取d=40mm;活塞銷長(zhǎng)度L=90mm。 活塞環(huán)設(shè)計(jì) 氣環(huán)要有良好的密封作用，如圖3-8所示，首先活塞環(huán)應(yīng)以一定的彈力與汽缸壁壓緊，形成所謂第一密封面，使氣體不易通過(guò)環(huán)周與氣缸之間，而鉆入環(huán)與環(huán)槽之間的空間。由于氣流產(chǎn)生的壓差，造成徑向、軸向的不平衡壓力、。其中把環(huán)壓向環(huán)槽側(cè)面，形成所謂的第二密封面，而則大大加強(qiáng)第一密封面。 圖3-8 活塞環(huán)所承受的力 活塞環(huán)的數(shù)目主要與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、氣缸內(nèi)的氣壓力等有關(guān)，當(dāng)環(huán)數(shù)多時(shí)，封氣和刮油作用較好，但活塞環(huán)與氣缸壁 間的阻力較大， 6110型柴油機(jī)活 1-鋼片2-襯簧3-徑向襯簧4-軸向襯簧5-活塞 圖3-9 組合式油環(huán)環(huán)示意圖 塞采用兩道氣環(huán)，一道組合式油環(huán)。環(huán)體表面鍍鉻處理，第一環(huán)口與活塞銷軸線成30°，第二、三環(huán)應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)120°。氣環(huán)開(kāi)口間隙為0.3～0.45mm，油環(huán)開(kāi)口間隙為0.3～0.45mm，使用極限2.0mm，第一道氣環(huán)側(cè)隙0.06～0.092mm，第二道氣環(huán)0.04～0.072mm，油環(huán)0.03～0.07mm，使用極限0.2mm。組合式油環(huán)由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成，見(jiàn)圖3-9所示。 活塞環(huán)材料一般采用耐熱耐磨的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵，工作條件最差的氣環(huán)工作表面一般都采用多孔型鍍鉻，其硬度高（HV900～1000），熔點(diǎn)高（1770℃），并能儲(chǔ)存少量機(jī)油以改善工作條件?；钊h(huán)的使用性能取決于環(huán)本身結(jié)構(gòu)及環(huán)的組合，為強(qiáng)化第一道環(huán)，使之能適應(yīng)活塞的擺動(dòng)，且活塞上行下行時(shí)均可在環(huán)的下周面上形成潤(rùn)滑油膜摩擦而不易燃燒，選用多孔鍍鉻平環(huán)。第一道環(huán)由于承受很大氣壓力，同時(shí)，活塞頂部的30%左右的熱量都由其散發(fā)出去，因而工作狀況極其惡劣，為提高硬度和熔點(diǎn)，改善抗磨損性，耐熔著性和耐腐蝕性，對(duì)環(huán)外圓面進(jìn)行鍍鉻。而中間環(huán)采用扭曲環(huán)，油環(huán)則選用有切向的外圓大倒角油環(huán)，這種環(huán)柔性好，可在氣缸變形較大的條件下很好的刮油。 根據(jù)110系列內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)主要參數(shù)，本110型號(hào)柴油機(jī)活塞環(huán)的選擇如下：氣環(huán)的徑向厚度t= 4mm，油環(huán)的徑向厚度t= 4mm；氣環(huán)軸向?qū)挾萣＝2.5mm；油環(huán)b=5mm。 燃燒室形狀討論 6110型柴油機(jī)采用ω型燃燒室，其混合氣主要是油膜蒸發(fā)混合形成。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁面溫度控制在200℃-350℃，使噴射在壁面的上的燃料 在比較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解反應(yīng)。蒸發(fā)的油氣與空氣形成均勻的混合氣，從油束中分散出來(lái)的一小部分燃料是極細(xì)的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準(zhǔn)備，形成火核，然后靠此火核點(diǎn)燃從壁面已蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒的進(jìn)行，大量熱量輻射到油膜上，是油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速的燃燒。球型燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合形成最顯著的效果是：發(fā)動(dòng)機(jī)工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標(biāo)好。 柴油機(jī)燃燒室性能參數(shù)比較 項(xiàng)目 直接噴射式 分開(kāi)式 開(kāi)式 半分開(kāi)式 渦流室 預(yù)燃室 淺盆型 深坑ω型 球型 1 混合器形成方式 空間霧化 空間霧化為主 油膜蒸發(fā)為主 空間霧化為主 空間霧化 2 燃料霧化要求 高 較高 一般 較低 低 3 噴油嘴 多孔6～12 多孔4～6 單孔或雙孔 軸射式 軸射式 4 油閥開(kāi)啟壓力 20～40 18～25 17.5～19 10～15 8～13 5 熱損失和流動(dòng)損失 最小 小 較小 大 最大 6 冷啟動(dòng) 容易 較易 較難 難 最難 7 壓縮比 12～15 16～18 16～19 17～21 18～22 8 燃燒噪聲 高 高 較低 低 低 9 適應(yīng)轉(zhuǎn)速 1000～1500 1500～3000 1500～2500 2000～5000 2000～3500 10 排污 大 較大 小 較小 小 可見(jiàn)，ω型燃燒室有功率大，油耗低，啟動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。 燃燒室的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足： 圖3-10燃燒室尺寸 要盡可能大，一般=0.75～0.85。因?yàn)橹苯訃娚涫桨l(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進(jìn)行，而在余隙容積中的氣體不能有效利用，所以應(yīng)盡量減少余隙容積，使空氣盡可能集中在燃燒室內(nèi)，以改善空氣的利用率。增加，使燃燒的相當(dāng)散熱面積減小，擠流加強(qiáng)，有利于混合器形成與燃燒。 6110型柴油機(jī)采用ω形燃燒室，采用5個(gè)噴孔，噴射角度在140°～160°之間。噴油嘴伸出氣缸蓋2mm，噴孔直徑為0.35mm 。 3.2.2 連桿組設(shè)計(jì) 連桿組的功用是連接活塞和曲軸，將活塞承受的力傳遞給曲軸，并將活塞的往復(fù)直線轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 連桿組由連桿、連桿螺栓和連桿軸承組成。 連桿工作條件 柴油機(jī)在工作時(shí)，連桿做復(fù)雜的擺動(dòng)并承受大小、方向都發(fā)生變化的氣壓力和慣性力，其結(jié)果引起連桿的復(fù)雜變化——壓縮、伸長(zhǎng)及橫向和縱向彎曲。所以對(duì)連桿的要求是在盡可能小的質(zhì)量的情況下應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果強(qiáng)度不足，就會(huì)發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴(yán)重事故。如果剛度不足，會(huì)對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來(lái)不好的影響，例如連桿大頭的變形會(huì)使連桿螺栓承受附加彎矩，大頭孔的失圓會(huì)使連桿的軸承的潤(rùn)滑受到影響，桿身在曲軸的軸線平面內(nèi)的彎曲使活塞在氣缸內(nèi)歪斜，造成活塞與氣缸以及連桿軸承與曲柄的偏磨、活塞組與氣缸間漏氣、竄油等。 材料 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，必須選用高強(qiáng)度的材料，合理的結(jié)構(gòu)尺寸，并采用提高強(qiáng)度的工藝措施。 6110型柴油機(jī)采用40Cr。合金鋼的特點(diǎn)是疲勞強(qiáng)度高，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，因此采用合金鋼制造連桿時(shí)，外部形狀，過(guò)度處的圓滑性以及表面加工的粗糙度，熱處理都有較高要求。 構(gòu)造 連桿由連桿小頭、連桿大頭、桿身三部分組成。 1連桿小頭 連桿小頭與活塞銷相連，通常做成不可拆卸的圓筒形，小頭與桿身之間則用半徑較大的圓弧圓滑過(guò)度銜接，以減少過(guò)度處的應(yīng)力集中。 柴油機(jī)工作時(shí)，連桿小頭和活塞銷有相對(duì)擺動(dòng)，為了減少活塞銷的磨損， 圖3-11連桿尺寸 提高活塞和連桿的壽命，在小頭孔過(guò)盈的壓入減摩性良好的薄壁青銅襯套。襯套是活塞銷的軸承，潤(rùn)滑多采用飛濺潤(rùn)滑，為了保證潤(rùn)滑可靠，通常在小頭頂端或側(cè)面鉆孔或銑槽，以吸收飛濺起來(lái)的油滴。 2連桿桿身 連桿桿身一般采用工字型斷面，可以在重量較輕的情況下獲得足夠的強(qiáng)度和剛度。 3連桿大頭 連桿大頭與曲軸連桿軸頸鉸接，汽車柴油機(jī)均做成剖分式，被分開(kāi)