6110型柴油機總體設(shè)計【說明書+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 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 研究內(nèi)容和方法 4 第二章 柴油機的總體設(shè)計 5 2.1 柴油機的總體設(shè)計 5 2.1.1 機體零件組 5 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu) 6 2.1.3 配氣機構(gòu)及進排氣系統(tǒng) 7 2.1.4 燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng) 7 2.1.5 潤滑系統(tǒng) 9 2.1.6 冷卻系統(tǒng) 10 2.1.7 起動系統(tǒng) 11 2.2 柴油機的總體布置 11 2.2.1 柴油機的總體布置設(shè)計 11 2.2.2 柴油機的工作循環(huán) 12 2.2.3 6110型柴油機主要參數(shù) 12 2.2.4 配氣定時 13 3.1 機體組 14 3.1.1 氣缸體和氣缸套設(shè)計 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 17 3.2.2 連桿組設(shè)計 25 3.3 曲軸飛輪組 27 3.3.1 曲軸基本尺寸的設(shè)計 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 柴油機輔助系統(tǒng)設(shè)計 33 4.1 配器系統(tǒng)設(shè)計 34 4.1.1 氣門組 34 4.1.2 進排氣門設(shè)計 35 4.1.3 氣門傳動組 36 4.2 燃油供給系統(tǒng)設(shè)計 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 潤滑系統(tǒng)設(shè)計 40 4.3.1 循環(huán)油量 41 4.3.2 機油壓力 42 4.3.3 機油溫度 42 4.3.4 油底殼貯油量 43 4.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計 43 4.4.1 冷卻系統(tǒng)的功用 43 4.4.2 強制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的組成 44 4.4.3 水泵 45 4.5 起動系統(tǒng)設(shè)計 46 結(jié)論與建議 47 參考文獻 49 附錄A 6110型柴油機熱力計算 50 附錄B 6110型柴油機動力計算 60 附錄C 6110型柴油機計算參考用的圖表 79 致謝 88  圖一 6110型柴油機性能曲線  圖二 6110型柴油機縱剖圖 圖三 6110型柴油機橫剖圖 - VI - 引 言 柴油直接在發(fā)動機內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能對外作功的熱機稱為柴油機。柴油機是內(nèi)燃機的一種，和內(nèi)燃機的另一基本成員汽油機相比，它還有如下優(yōu)點： （一）熱效率高。汽油機的熱效率一般在25％-35％之間，而柴油機的熱效率可以達到35%-52%。 （二）功率范圍廣，適應(yīng)性好。柴油機的缸徑可大可小，受限制很?。欢蜋C因受爆震影響，缸徑不能太大。同時，柴油機對增壓適應(yīng)性好，可以實現(xiàn)較大的增壓度，而汽油機，增壓度很有限。因此，在大功率發(fā)動機領(lǐng)域，諸如大型船用發(fā)動機，幾乎都是柴油機的天下。 （三）堅固可靠，壽命長。柴油機中的大部分零部件比汽油機堅固可靠，壽命長。當然，柴油機也有缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （一）結(jié)構(gòu)復雜，要求較高的加工制造水平，成本較高。 （二）振動、噪音大，操作人員容易疲勞。 （三）通常情況下，相對汽油機而言，重量、體積大。 （四）啟動性不如汽油機。 柴油機的缺點，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)點則是汽油機難以相比的。因此柴油機在近些年來獲得極大的發(fā)展，即使在汽油機的傳統(tǒng)領(lǐng)域——轎車發(fā)動機方面。柴油機也對汽油機發(fā)出了挑戰(zhàn)。 車用柴油機是柴油機的一種，與船用柴油機相比，車用柴油機功率要求高，對外形、體積和重量要求也較高。但車用柴油機的耐久性與可靠性一般不如船用柴油機。一個最明顯的例子就是：車用柴油機的功率是15分鐘功率，即允許汽車用此功率連續(xù)開15分鐘，而船用柴油機的功率多數(shù)是12小時功率或持久功率。顯然，車用柴油機對功率要求較高，而船用柴油機對可靠性要求較高。 6110柴油機是一種典型的車用柴油機，適用于總重量10－15噸左右的車輛。目前，該機主要為一汽“解放”貨車配套。該機的主要特點從性能上看，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)燃機是目前世界上應(yīng)用范圍最廣、熱效率最高的熱動力機械，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟和國防的各個領(lǐng)域，占有重要地位。近年來，隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，對內(nèi)燃機性能的要求越來越高，尤其是在交通運輸領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識的加強以及能源形勢的變化，如何提高柴油機的效率、改善柴油機的排放已經(jīng)越來越受到人們的重視，對柴油機整機進行研究是解決這個問題的最有效途徑。 大多數(shù)人認為, 柴油機黑煙滾滾, 污染嚴重。其實這是一個誤解, 之所以會這樣, 與柴油機技術(shù)落后有著不可分割的關(guān)系。隨著柴油機技術(shù)的進步, 環(huán)保性能已大有改善。自1998年以來, 新型公路用柴油機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%, 達到歐洲3號或歐洲4號排放標準的柴油發(fā)動機已經(jīng)基本消除了黑煙。這主要得益于90年代以來柴油機技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展。 柴油機的技術(shù)性能指標取決于各工作參數(shù)，而其工作參數(shù)又取決于其結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且柴油機結(jié)構(gòu)參數(shù)之間存在著有機的內(nèi)在聯(lián)系。一個結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)隨之改變。通過對整機的布局、實際循環(huán)熱計算、動力計算、增壓器的選擇和對柴油機配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)的了解與掌握，能夠找出影響柴油機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性耐久性指標的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。 1.2 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)動機柴油化已成為當今汽車行業(yè)不可阻擋的發(fā)展趨勢, 與汽油發(fā)動機相比, 柴油發(fā)動機具有優(yōu)良的燃油經(jīng)濟性能和很大的排放性能改進潛力。 重型汽車中, 歐洲、美國和日本已經(jīng)實現(xiàn)100% 柴油化；商用汽車中, 歐洲和美國都達到了90%, 日本為38%；轎車中歐洲達33%, 日本是9%。在大眾3L 路波柴油轎車開發(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)動機。 中國的車用動力柴油化也得到長足的發(fā)展。按照2000年實際銷售統(tǒng)計, 在重型汽車中柴油化已經(jīng)接近100% , 大型客車達到90%。如果視農(nóng)用運輸車為一種低檔的“汽車”的話, 該領(lǐng)域柴油化也已經(jīng)達到100%。按照國外商用車的概念, 2000年我國商用車的柴油化率約為40%。當然, 這是按照2000年車輛實際銷售數(shù)量計算的, 即在新銷售的動力車中使用柴油發(fā)動機車輛所占的比重,如果以柴油機為動力的車輛與社會車輛總保有量之比來計算, 我國的車用動力柴油化的比例要低一些。 我國柴油機產(chǎn)業(yè)自20世紀80年代以來有了較快的發(fā)展，2006年，已有車用發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)60多家，車用發(fā)動機生產(chǎn)能力600多萬臺，其中汽油機450萬臺左右，柴油機150萬臺左右。近十年來，我國在車用柴油機生產(chǎn)方面也取得了較快的發(fā)展，雖然我國現(xiàn)有的車用發(fā)動機的生產(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，適合于轎車配套用的柴油機也極少。我國現(xiàn)生產(chǎn)的車用柴油機就其技術(shù)來源而言，引進系列和自主開發(fā)系列基本上是平分秋色。但從發(fā)展來看，引進機型將會進一步增加，而自主開發(fā)機型將會因為性能落后而逐步減少。從總體上講，我國柴油機產(chǎn)品的技術(shù)水平與國際先進水平相比還有一定的差距，引進的產(chǎn)品只相當于國際90年代初期水平，自主開發(fā)的產(chǎn)品也就相當于國際50年代中期水平。柴油機以其經(jīng)濟性好、排放低和轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢，在車用動力方面有很大的發(fā)展?jié)摿?。國外大中型汽車基本上都用柴油機，而我國重型車動力以柴油機為主，中型和輕型車還有較大比例的汽油機，轎車類仍然是汽油機一統(tǒng)天下。 從全球的角度來看，車用柴油機的競爭一直十分激烈，因而促進了其技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。為了滿足市場需求、擴大市場占有率、增強競爭實力，近幾年世界各大汽車廠、車用柴油機制造商競相推出了一批新研制或改進提高的產(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)，可變氣門正時系統(tǒng)，渦輪增壓中冷技術(shù)，混合動力，代用燃料等諸多方面。 目前，全國的6l1O型柴油機有大柴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。除自然吸氣機外，均有廢氣糯輪增壓機 其中南柴X6110型柴油機主要用于農(nóng)業(yè)機械和工程機械等方面的配套動力，其余四種主要用于汽車的配套動力 分述如下： 。 1 大柴6110型 錫柴6l1O型和青柴6110型三種柴油機是長春汽車研究所根據(jù)一汽發(fā)展規(guī)劃參考日本三菱公司的6D14型柴油機設(shè)計的，分別由一汽大連柴油機廠、一汽無錫柴油機廠和首錒吉林柴油機廠生產(chǎn)。三種柴油機的結(jié)構(gòu)基本相同，變型產(chǎn)品均多。 2 南柴D6110Q型柴油機是南昌柴油機廠與二汽聯(lián)合并通過英國呂卡多公司咨詢設(shè)計的，由南昌柴油機廠生產(chǎn)。 3 南柴X6110型柴油機是南昌柴油機廠在南柴X6105型柴油機基礎(chǔ)上通過英國呂卡多公司咨詢進行擴缸設(shè)計的，也由南昌柴油機廠生產(chǎn)。這種柴油機除基本型外，還有工程機械用、農(nóng)業(yè)用、發(fā)電用和船舶用的變型產(chǎn)品。X6110型榮油機研制于80年代初， 缸徑Dl10mm、行程S130mm， 排量V7．413L、采用直接噴射費燃燒系統(tǒng)。該機研制的主要目的是為國產(chǎn)聯(lián)臺收割機、工程機械、船舶等提供低燃油耗率，可靠耐久眥及廢氣排放等達到現(xiàn)行國家規(guī)定的動力，X6110型柴油機是X105系列機(缸徑105mm，行程120mm)擴大缸徑、增長行程的改進型產(chǎn)品， 主要零件加工要在X6105型機的加工線上進行， 這些零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)既要滿足X6110型柴油機的要求，又受X6105型柴油機加工線的制約， 因而結(jié)構(gòu)設(shè)計難以完美地進行， 曲軸，連桿， 活塞等運動零件的設(shè)計經(jīng)過了多方案的選擇、試驗，逐步加以改進，滿足了X6110型柴油機的要求。CAA6110AK與AC6110BK是在CA6110-B柴油機的基礎(chǔ)上進行強化的2種新機構(gòu)，其標定功率由原來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 研究內(nèi)容和方法 本論文主要研究的內(nèi)容是6110型車用柴油機總體設(shè)計，包括各個系統(tǒng)零件的設(shè)計選擇。通過實際循環(huán)熱計算、動力計算，得到6110型柴油機的各個特性曲線。通過對整機的布局、對柴油機配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)的了解與掌握，找出影響柴油機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性耐久性指標的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。繪制研究各個性能曲線、參數(shù)變化曲線以及整機的CAD圖和零件圖。 第二章 柴油機的總體設(shè)計 2.1 柴油機的總體設(shè)計 柴油機在工作過程中能輸出動力，除了直接將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的燃燒室和曲柄連桿機構(gòu)外，還必須具有一些機構(gòu)和系統(tǒng)與以保證，并且這些機構(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，其機構(gòu)和系統(tǒng)的形式不同，但其功用是完全一致的。柴油機通常由下列機構(gòu)和系統(tǒng)組成： 2.1.1 機體零件組 機體組包括氣缸體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等零部件。 機體為氣缸體、氣缸水套和曲軸箱形成一體的部件，但也有些機型的機體與曲軸箱分為兩個部件，以緊固件相連接。機體是內(nèi)燃機用以安裝各主要零部件的基體，保證運動零件的正常運轉(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，承受高的燃氣壓力和溫度。氣缸蓋內(nèi)布置有進氣和排氣的通道、進氣門、排氣門及氣門導管。水冷發(fā)動機氣缸蓋內(nèi)布置有冷卻水道。有些柴油機氣缸蓋上布置有分開式的燃燒室。氣缸蓋還有裝置噴油器的孔位。水冷發(fā)動機氣缸蓋一般均由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，防止高溫高壓燃氣的泄漏，同時密封潤滑油和冷卻水的通道。氣缸墊應(yīng)有足夠的強度、彈性、抗腐蝕性，拆裝方便能重復使用。 2.1.2 曲柄連桿機構(gòu) 由活塞組、連桿組、曲柄飛輪組等部分組成，是柴油機的主要運動部件。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，以保證柴油機工作循環(huán)的進行。同時通過連桿組將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)，使 圖2-5 活塞連桿總成圖 作用于活塞上的燃氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，通過曲軸向外輸出。 連桿用以連接活塞和曲軸，并將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。其結(jié)構(gòu)可分為小頭、大頭和桿身三個部分。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，又保證強度。連桿大頭剖分成兩半，可拆部分稱連桿蓋，兩者配對加工，同一側(cè)打有配對號，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的燃氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，以旋轉(zhuǎn)的形式輸出，并帶動內(nèi)燃機的其它運動機構(gòu)。曲軸受到燃氣壓力和往復、旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量慣性力及其力矩的作用，受力情況復雜。因此，對曲軸的強度、剛度、硬度、韌性和制造精度都有較高的要求。 2.1.3 配氣機構(gòu)及進排氣系統(tǒng) 配氣機構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動機工作過程的要求，定時開啟和關(guān)閉進、排氣門，完成換氣過程。對配氣機構(gòu)的要求是進氣充足，排氣干凈，氣門關(guān)閉時保證氣缸密封，工作可靠，便于調(diào)整。根據(jù)氣門在發(fā)動機上的安裝位置，配氣機構(gòu)分為頂置氣門式和側(cè)置氣門式兩種。四沖程內(nèi)燃機多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)。本柴油機選擇頂置氣門式配氣機構(gòu)。 配氣機構(gòu)由氣門組、驅(qū)動組、傳動組、減壓機構(gòu)和進排氣系系統(tǒng)組成。 進氣系統(tǒng)由空氣濾清器及進氣管等組成。它的功能為供給內(nèi)燃機充足、潔凈的新鮮空氣，并使它通過進氣管、氣缸蓋中的進氣道引入氣缸。汽車行駛柴油機工作時，空氣中有時含塵量較大，塵粒中絕大部分為氧化硅顆粒，其硬度超過金屬，這些塵粒進入發(fā)動機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)幾個主要部分。柴油機供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)柴油機負荷的需要，將一定數(shù)量的清潔燃油定時定量的噴入氣缸內(nèi)，并在負荷變化時自動地保持轉(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)過濾清的柴油進入噴油泵。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，只有少量通過噴油器泄漏的柴油，通過回油管流回柴油管。（見圖2-6） 圖2—7　活塞燃燒室示意圖 柴油機在進行工作時，負荷會經(jīng)常發(fā)生變化，機手不可能隨著外界負荷的頻繁變化，不停地改充數(shù)油門的位置來適應(yīng)負荷的變化，因而需要增設(shè)調(diào)速器。調(diào)速器的功能就是在柴油機工作時，隨著外界負荷的變化自動調(diào)節(jié)供油量，使柴油機的轉(zhuǎn)速保持相對穩(wěn)定；另外在柴油機無負荷時，調(diào)速器還能使柴油機保持速運轉(zhuǎn)而不會停車，并能限制柴油機的最高轉(zhuǎn)速防止飛車。 1.油底殼；2.集濾器；3.副機油泵；4.集濾器；5.主機油泵；6.機油冷卻器；7.機油粗濾器；8.機油精濾器；9.空氣壓縮機；10.活塞冷卻噴嘴；11.機油壓力表；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 潤滑系統(tǒng)示意圖 2.1.5 潤滑系統(tǒng) 柴油機的潤滑系統(tǒng)是根據(jù)其中零件所受負荷的大小、性質(zhì)以及摩擦表面相對運動的速度來確定潤滑強度的。由機油泵、機油濾清器、機油冷卻器和壓力調(diào)節(jié)與安全裝置等部件組成。潤滑系統(tǒng)示意圖見圖2-8所示。6110柴油機采用復合潤滑法，即壓力潤滑加飛濺潤滑。 潤滑系統(tǒng)的功用是將一定數(shù)量的清潔潤滑油送到內(nèi)燃機的各個摩擦部位，起到下列作用： （1）潤滑作用 為了保證內(nèi)燃機的正常工作，必須對各個相對運動表面，互相摩擦的部位加注潤滑油，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，減少機件磨損，延長內(nèi)燃機的使用壽命。 （2）冷卻作用 通過潤滑油不斷地流過運動零件的表面，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高。 （3）清洗作用 利用潤滑油的流動，帶走由于摩擦而產(chǎn)生的金屬磨屑和其它雜質(zhì)，通過濾清保持潤滑油和摩擦面的清潔。 （4）密封作用 利用潤滑油的粘性，附著于運動零件表面起密封作用，減少氣體泄漏。 （5）防銹作用 潤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)動機用水做冷卻介質(zhì)，水具有較大的熱容量和潛熱，當發(fā)動機工況及環(huán)境溫度變化時，仍能保證工作可靠。工作時受熱零件的熱量先傳給水，再通過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、自然對流循環(huán)冷卻和強制循環(huán)冷卻三種主要方式。由水泵、風扇、散熱器、中冷器和節(jié)溫裝置部件組成。對于柴油機來講，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-補水管9-放水閥10-機油冷卻器11水泵進水管 圖2-9 冷卻系統(tǒng)示意圖 機的迎風端，散熱器豎起置于柴油機的前端，軸流式風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95℃。 2.1.7 起動系統(tǒng) 起動系統(tǒng)的功用是使內(nèi)燃機由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動狀態(tài)，即克服機件的摩擦阻力、慣性阻力及活塞壓縮氣體時的壓縮阻力以帶動曲軸達到一定的起動轉(zhuǎn)速。起動系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和輔助裝置兩部分。起動系統(tǒng)由于驅(qū)動裝置不同又可分為人力起動、電力起動和汽油機起動幾種類型。起動系統(tǒng)必須供給足夠大的起動力矩來克服柴油機的起動阻力矩，而后將曲軸加速到一定的轉(zhuǎn)速，使壓縮終了時，柴油機氣缸內(nèi)的壓縮空氣的溫度高于燃料點燃的溫度，以保證著火燃燒。同時，每次燃燒后，燃氣所做的功都大于阻力功，使柴油機轉(zhuǎn)速逐漸上升到能夠正常工作的轉(zhuǎn)速。6110柴油機采用電機起動，電機起動裝置體積小、起動迅速、操作方便。電起動系統(tǒng)包括起動電機、充電發(fā)電機、繼電調(diào)節(jié)器、蓄電池、電熱塞、電門開關(guān)、預熱及起動開關(guān)、電流表等。 2.2 柴油機的總體布置 2.2.1 柴油機的總體布置設(shè)計 6110型柴油機的機體為整體鑄件結(jié)構(gòu)，上端為氣缸體部分，有六個氣缸套座孔，呈直列式，座孔內(nèi)裝有濕式氣缸套。機體下端為曲軸箱部分，設(shè)有七個主軸承座，曲軸支撐在此座孔內(nèi)。連桿連接在曲軸的連桿軸頸上，連桿小頭一端通過活塞銷與活塞相連?；钊貧飧滋變?nèi)孔上下移動，通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柴油機的曲柄連桿機構(gòu)。 每個氣缸套上端裝有一個單體式氣缸蓋，將氣缸套頂端密封，構(gòu)成柴油機工作容積。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。 油底殼倒掛在機體下方，將曲軸箱密封并貯存機油。 機體的一側(cè)裝有凸輪軸，凸輪軸的前端裝有正時齒輪，通過裝在機體前端的齒輪系，由曲軸驅(qū)動凸輪凸輪軸轉(zhuǎn)動。隨著凸輪行程的變化，通過挺柱推動推桿上下移動，又由推桿推動氣門搖臂控制著進、排氣門的開啟與關(guān)閉。由此構(gòu)成了柴油機的配氣系統(tǒng)。 6110柴油機的潤滑系統(tǒng)各部件，集中布置在機體的左側(cè)。機油泵安裝在自由端下方。油底殼內(nèi)的機油經(jīng)機油泵壓出，經(jīng)單向閥、調(diào)壓閥、機油冷卻器和機油濾清器，經(jīng)主油道，然后通過機體內(nèi)的油路，分別送往各摩擦表面，構(gòu)成本柴油機機的潤滑系統(tǒng)。 從6110型柴油機的右面（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，下面設(shè)置機油注入口。柴油機后面設(shè)置飛輪。柴油機的后面設(shè)置齒輪傳動機構(gòu)。前面皮帶輪依靠V帶帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。柴油機的左面設(shè)置機油冷卻器，起動電機，機油濾清器以及進、排氣管道。 2.2.2 柴油機的工作循環(huán) 內(nèi)燃機就是利用燃料燃燒后所產(chǎn)生的熱能來做功的。燃料只有在著火燃燒時才能釋放出熱能，要實現(xiàn)燃料著火、燃燒，必須要有充足的氧氣和一定的溫度。因此，要實現(xiàn)內(nèi)燃機能夠連續(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)燃機把燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的過程是按一定的規(guī)律進行的。首先由曲軸帶動活塞由上向下移動，空氣由進氣管、進氣門進入氣缸內(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)的空氣進行壓縮，同時通過噴油器噴入柴油，燃燒，并通過連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，而對外輸出扭矩做功。最后，活塞由下向上移動，將膨脹后的廢氣經(jīng)排氣門、排氣管排出氣缸，準備再次吸入空氣。上述吸氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程為內(nèi)燃機工作循環(huán)。內(nèi)燃機的工作循環(huán)過程周期反復進行，便可實現(xiàn)其連續(xù)不斷的工作。 2.2.3 6110型柴油機主要參數(shù) 型號……………………………………………………………………………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 標定功率：12小時功率（千瓦）……………………………………………103 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）………………………………………………………………2900 最大扭矩（牛米）………………………………≥392/（1800～2000轉(zhuǎn)/分） 12小時功率時燃油消耗率（克/馬力小時）……………………………≤240 12小時功率時機油消耗率（克/馬力小時）……………………………≤5 活塞總排量（升）…………………………………………………………6.842 壓縮比…………………………………………………………………………17 柴油機轉(zhuǎn)向（面向功率輸出端）…………………………………………逆時針 調(diào)速器型式…………………………………………………………BQ泵調(diào)速器 噴油器………………………………………………………………長型多孔式 噴油壓力（公斤/厘米2）…………………………………………………175 噴油泵型式…………………………………………………直列柱塞式1號泵 機油泵型式…………………………………………………………………齒輪式 燃油濾型式……………………………………………………………柴0810A型 機油濾型式…………………………………………………………………分流式 空氣濾型式………………………………………………………………空2410型 潤滑方式…………………………………………………………壓力、飛濺混合式 起動方式……………………………………………………………………電起動 柴油機外形尺寸（毫米）長×寬×高……………………………1313×637×981 柴油機凈重（公斤）………………………………………………………………540 2.2.4 配氣定時 進氣門 開啟始點　　　　　上止點前　　　　　　 　16° 關(guān)閉終點　　　　　下止點后　　　　　　　 40°進氣持續(xù)時間 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 開啟始點　　　　　下止點前　　　　　　　 53° 關(guān)閉終點　　　　　上止點后　　　　　　 　11° 排氣持續(xù)時間 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 3.1 機體組 機體是由氣缸體和曲軸箱組成，它是柴油機的骨架，要支撐柴油機的所有零件和附件。 在柴油機工作時機體要承受氣體壓力和慣性力。因此要求機體要有足夠的剛度（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，導致運動件磨損加劇，尤其是活塞，連桿和曲軸等運動件的磨損。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 氣缸體為整體高龍門式，采用高強度合金鑄鐵鑄造，在水套、橫隔板、曲軸相等處均有加強筋，有效地提高了機體強度和剛度，有利于降低噪聲減少振動。機體的剛度主要取決于機體外壁的形狀和加強筋的布置，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。 機體的材料是優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，6110機體材料采用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氣缸孔，缸孔下面主油道上裝有冷卻活塞的噴嘴，開啟壓力196kpa。 大多數(shù)車用柴油機，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度的耐磨材料來加工氣缸套，而機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)點是冷卻效果好，機體內(nèi)沒有封閉的水夾層，使機體鑄造比較方便，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。其缺點是機體剛性較差，密封失效時會漏水。 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，進排氣管道和機油道等；在柴油機氣缸蓋上裝有進排氣門座，氣門，氣門彈簧，進排氣管；搖臂軸總成，噴油器等。 氣缸蓋在很高的燃氣壓力下工作，同時承受氣缸蓋螺栓預緊力的作用。機械應(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。 柴油機氣缸蓋由優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵制造。6110型柴油機采用整體式氣缸蓋。整體式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)少，制造成本低。但由于氣缸蓋總長度較大，因此剛性較差。同時結(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. 氣門導管 5. 氣門鎖腳 11. 氣缸蓋 6. 氣門彈簧座 12 進氣門 進排氣道在氣缸蓋內(nèi)占有很大的空間，它對柴油機的換氣質(zhì)量有很大影響，從而也影響著柴油機的工作性能。進排氣道由于其形狀復雜，是直接鑄出而不須進行機械加工，鑄造上則要求氣道表面光滑，以減小進排氣阻力。 氣缸蓋內(nèi)部設(shè)有貫通的冷卻水腔。為了加強噴油器的冷卻，6110柴油機采用濕式噴油器套。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)，然后將其擴張，使黃銅嵌入螺線槽內(nèi)，達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，采用噴水管將從機體上來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具有補償接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及補償接合面變形所必須的彈性。 b具有足夠的機械強度，能夠承受氣缸蓋螺栓預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，對氣體、機油和冷卻水有一定的抗腐蝕能力。 e制造簡單，拆裝方便，并且能夠重復使用。 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 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)的燃氣壓力并將此力傳遞給連桿和氣缸壁。 活塞的工作條件 活塞是柴油機中工作條件最惡劣的零件之一。它在潤滑不良的情況下，在高溫高壓的燃氣作用下，不斷地作高速往復運動?；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的危害是材料的強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。當溫度很高時應(yīng)力也很大，會使活塞頂部出現(xiàn)裂紋而損壞。另外在活塞受熱膨脹時，會使活塞與氣缸間的間隙過小或消失而引起運動阻力增大，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 柴油機活塞頂部是根據(jù)燃燒室的特殊要求而設(shè)計的。6110型柴油機采用ω形燃燒室,啟動性好，活塞燃燒室偏向一側(cè)以減輕活塞換向時的側(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)?；钊h(huán)分為兩種：氣環(huán)和油環(huán)。氣環(huán)的作用（1）密封氣缸，防止燃氣漏入氣缸。（2）把活塞頂部傳遞的熱量傳遞給氣缸壁。油環(huán)的作用（1）均勻布滿機油，創(chuàng)造良好的潤滑條件，減小摩擦阻力和磨損。（2）將氣缸壁上過多的潤滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入燃燒室，減少機油消耗。 6110柴油機采用三環(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)個徑向小孔，這是為了將油環(huán)從氣缸壁刮下來的多余機油沿著這些小孔流回油底殼。 活塞裙部 柴油機活塞裙部是從油環(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钊麣飧變?nèi)的運動導向，同時承受側(cè)壓力。柴油機活塞裙部一般較長，這是因為柴油機燃氣壓力高，側(cè)壓力大，加長裙部可以減少單位面積上的壓力和摩擦?；钊ぷ鲿r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大，又由于銷座處金屬堆積不均，受熱膨脹變形時，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，使圓活塞工作時變?yōu)闄E圓形。為了使活塞工作時呈圓形，所以預先須將活塞加工成橢圓形，其長軸位于垂直于活塞銷軸線的方向上，以保持活塞工作時發(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，首先須定出第一環(huán)的位置，即火力岸高度h。為縮小，當然希望h盡可能小，但h過小會使第一環(huán)溫度過高，導致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。根據(jù)國產(chǎn)典型中小功率高速內(nèi)燃機的主要尺寸參數(shù)110系列6110型柴油機D=110mm，h= 20mm，見圖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，會減輕對環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但b太小，就使制造工藝困難。在110系列型高速內(nèi)燃機上，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荷下不會破壞。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型柴油機主要應(yīng)用于汽車，其主要設(shè)計思想是強度高，提高功率，降低燃油消耗率，減少發(fā)動機單位馬力的重量、體積和原材料的消耗，導熱性，抗磨性和缸內(nèi)導向性好，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，彎曲變形互相不協(xié)調(diào)會在銷座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴重邊緣負荷，可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開，見圖3-6所示。為此，一般適當增大活塞銷直徑提高銷的彎曲剛度，減少彎曲變形。但是直徑的增大使活塞高度增加，質(zhì)量加大。對柴油機來說，銷座的外圓大多與活塞頂實體相連，銷座的柔度很小，邊緣負荷和嚴重。因此常對銷座結(jié)構(gòu)做如下設(shè)計： ①活塞銷座采用柔性設(shè)計，以減少內(nèi)孔邊緣的應(yīng)力集中； ②要適當增大活塞銷直徑，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度與剛度，采用高強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。 活塞在氣缸中運動時的導向作用由裙部完成。為保證導向良好，裙部要有足夠的長度，與氣缸配合間隙要小，以減輕活塞在連桿擺動引起的側(cè)向力作用下從貼緊氣缸的一側(cè)到貼緊另一側(cè)時對氣缸的“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， 以促進裙部表 銷孔中心線 圖3-7 活塞橢圓度示意圖 面潤滑油膜的形成同時為增強裙部剛性，在下裙內(nèi)側(cè)設(shè)置加強筋，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活塞銷座和活塞銷傳給連桿，無論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面壓強很高，加上活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對運動速度很低，液體潤滑油膜不易形成，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，可以可靠工作，裝配狀態(tài)（冷態(tài)）時，銷與銷座則 有（1～3）d的過盈，以補償鋁合金活塞銷孔在工作時較大的熱膨脹。本柴油機的活塞銷直徑取d=40mm;活塞銷長度L=90mm。 活塞環(huán)設(shè)計 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)燃機的轉(zhuǎn)速、氣缸內(nèi)的氣壓力等有關(guān)，當環(huán)數(shù)多時，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)該錯開120°。氣環(huán)開口間隙為0.3～0.45mm，油環(huán)開口間隙為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），熔點高（1770℃），并能儲存少量機油以改善工作條件。活塞環(huán)的使用性能取決于環(huán)本身結(jié)構(gòu)及環(huán)的組合，為強化第一道環(huán)，使之能適應(yīng)活塞的擺動，且活塞上行下行時均可在環(huán)的下周面上形成潤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，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，改善抗磨損性，耐熔著性和耐腐蝕性，對環(huán)外圓面進行鍍鉻。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)燃機活塞環(huán)主要參數(shù)，本110型號柴油機活塞環(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，從油束中分散出來的一小部分燃料是極細的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準備，形成火核，然后靠此火核點燃從壁面已蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒的進行，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)動機工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標好。 柴油機燃燒室性能參數(shù)比較 項目 直接噴射式 分開式 開式 半分開式 渦流室 預燃室 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 油閥開啟壓力 20～40 18～25 17.5～19 10～15 8～13 5 熱損失和流動損失 最小 小 較小 大 最大 6 冷啟動 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，ω型燃燒室有功率大，油耗低，啟動性好等優(yōu)點。 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。因為直接噴射式發(fā)動機的混合氣形成和燃燒主要在燃燒室內(nèi)進行，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，使燃燒的相當散熱面積減小，擠流加強，有利于混合器形成與燃燒。 6110型柴油機采用ω形燃燒室，采用5個噴孔，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 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，并將活塞的往復直線轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。 連桿組由連桿、連桿螺栓和連桿軸承組成。 連桿工作條件 柴油機在工作時，連桿做復雜的擺動并承受大小、方向都發(fā)生變化的氣壓力和慣性力，其結(jié)果引起連桿的復雜變化——壓縮、伸長及橫向和縱向彎曲。所以對連桿的要求是在盡可能小的質(zhì)量的情況下應(yīng)有足夠的強度和剛度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故。如果剛度不足，會對曲柄連桿機構(gòu)的工作帶來不好的影響，例如連桿大頭的變形會使連桿螺栓承受附加彎矩，大頭孔的失圓會使連桿的軸承的潤滑受到影響，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度，必須選用高強度的材料，合理的結(jié)構(gòu)尺寸，并采用提高強度的工藝措施。 6110型柴油機采用40Cr。合金鋼的特點是疲勞強度高，但對應(yīng)力集中比較敏感，因此采用合金鋼制造連桿時，外部形狀，過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度銜接，以減少過度處的應(yīng)力集中。 柴油機工作時，連桿小頭和活塞銷有相對擺動，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，潤滑多采用飛濺潤滑，為了保證潤滑可靠，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，汽車柴油機均做成剖分式，被分開