完整版康明斯发动机分类及应用情况的研究毕业设计Word文件下载.docx
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AbstractII
1绪论1
1.1康明斯公司1
1.2康明斯在中国的发展2
1.3康明斯发动机的类型及应用领域2
2康明斯发动机燃油系统的分类和特点4
2.1康明斯PT结构及工作原理4
2.2CAPS蓄压共轨系统6
3康明斯发动机在重型汽车上的应用10
3.1重型汽车领域中康明斯发动机的类型10
3.2重型汽车领域中康明斯发动机的系统原理10
3.2.1康明斯冷却系统结构及系统原理10
3.2.2康明斯润滑系统系统原理11
3.3重型汽车领域中康明斯发动机的性能特点12
4康明斯发动机在工程机械中的应用13
4.1工程机械中康明斯发动机的类型13
4.2工程机械中康明斯发动机的结构及系统原理13
4.2.1康明斯B3.3系统结构特点13
4.2.2康明斯A系列系统结构特点14
4.3工程机械中康明斯发动机的性能优点14
5康明斯发动机在客车中的应用17
5.1应用在客车中康明斯发动机的类型17
5.2应用在客车中康明斯发动机的结构特点17
5.2.1ISLe型9L全电控柴油机系统结构特点17
5.2.2ISM型全电控柴油机系统性能特点18
5.3应用在客车中康明斯发动机的性能特点20
结论21
参考文献22
致谢23
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1绪论
汽车工业业已成为国民经济的支柱产业，汽车的动力性优良决定着汽车企业的发展水平，现代汽车要求发动机不仅要有优良的动力性同时要兼顾经济性、环保性。
所以发动机必须朝着高性能、低排放方向发展。
康明斯公司作为北美市场重要的发动机制造商，其生产的发动机不仅能满足现代汽车工业对动力性、工艺性的要求，其独特的滤清和燃油系统更是将现代发动机工艺提高到一个前所未有的高度，引领着发动机产业迈向一个全新的未来。
1.1康明斯公司
康明斯公司以创始人克莱西·
莱尔·
康明斯的名字命名，克莱西是一位自学成才的汽车技师和机械发明家。
1919年，在当地银行家和投资人威廉·
格兰顿·
埃尔文先生的资助下，克莱西创立了康明斯发动机公司。
克莱西是最早预见到柴油机所蕴含的巨大商业潜力的美国企业家之一。
康明斯是全球领先的动力设备制造商，设计、制造和分销包括燃油系统、控制系统、进气处理、滤清系统、尾气处理系统和电力系统在内的发动机及其相关技术，并提供相应的售后服务。
康明斯总部设在美国印第安纳州哥伦布市，公司通过其遍布全球160多个国家和地区的550家分销机构和5000多个经销商网点向客户提供服务。
康明斯在全球范围内拥有员工34600人，2006年销售额114亿美元，净收益7.15亿美元，较2005年分别增长15%和30%。
汽车发动机是康明斯公司最大的业务，1999年的销售额高达32亿美元。
康明斯拥有全系列的柴油和代用燃料发动机，覆盖范围广泛应用于重型卡车、中型卡车、轻型卡车和城市旅游客车等。
康明斯公司是北美重型卡车市场的主要发动机制造商，市场占有率连续27年雄居榜首。
作为独立的发动机制造商，康明斯与全球主要汽车公司保持良好的合作关系。
在卡车领域康明斯的合作伙伴包括戴姆勒克莱斯勒（福莱纳和道奇）、沃尔沃佩卡（肯沃驰和Peterbilt）、雷诺/麦克依维柯、大众、斯堪尼亚、北极星及中国的东风。
以装备康明斯24气门电控柴油机的道奇皮卡车为例，2000年的交货量已突破11.6万台。
在客车领域康明斯与丹尼斯、沃尔沃、尼奥普兰、美国兰鸟及中国的主要客车制造商保持着紧密合作关系。
1.2康明斯在中国的发展
康明斯与中国的合作始于1975年，当时的康明斯董事长埃尔文·
米勒先生首次访问中国，成为最早与我国寻求商业合作的美国企业家之一。
在埃尔文·
米勒的远见卓识指引下，康明斯三十多年来不断加大投资力度，深化与本地战略伙伴的合作，成为中国柴油机行业的领先企业。
1979年中国改革开放，首家康明斯驻华办事处就在北京成立。
1981年，康明斯与中国重汽集团签署许可证协议，成为最早与我国进行本地化生产的外资企业之一。
从那时起，康明斯一直致力于包括东风汽车公司在内的中国大型企业建立战略合作关系。
康明斯在我国投资逾两亿美元，作为中国柴油机行业最大的外国投资者，康明斯在中国拥有13家合资和独资制造企业，生产发动机、涡轮增压器、滤清器、排气系统、燃油系统、交流发电机和发电机组等产品。
康明斯14个系列的发动机产品已经有8个系列按照康明斯全球统一的严格质量标准在中国生产。
康明斯在中国大陆建立了由十个区域服务中心和200多家授权经销和服务商组成的售后服务网络。
截至2006年底，已有100多万台康明斯发动机在中国投入使用。
康明斯公司对中国大陆的经济发展充满信心，因此于1997年将东亚地区的总部设在北京，统筹管理康明斯在中国大陆、台港澳地区和蒙古的业务发展，是最早在京设立地区总部的跨国公司之一。
中国已经成为康明斯全球范围增长最快的海外市场之一。
2006年度康明斯在我国营业额连续第三年超过10亿美元，是康明斯全球规模最大、增长最快的海外市场之一。
2005年，康明斯全球董事会首次在北京召开，宣布在未来五年内将新增投资3亿美元，2010年在华业务额将达到30亿美元。
历经30多年的发展，康明斯已经成为中国发动机产业的有机组成部分，通过合资/独资生产和技术转让，为中国发动机产业的现代化作出了一定的贡献。
1.3康明斯发动机的类型及应用领域
康明斯公司主要生产B、C、L系列机械式和ISBe、ISDe、ISLe全电控柴油发动机、B系列天然气发动机，发动机排量为3.9L、4.5L、5.9L、6.7L、8.3L、8.9L，功率覆盖范围为100HP（75KW）-380HP（285KW），排放达欧洲Ⅱ号车用排放法规和非公路用机动设备第1阶段排放标准，排放达欧Ⅲ号和Ⅳ号汽车排放标准以及欧美非公路用机动设备第2阶段和第3阶段排放标准。
可广泛应用于轻、中、重型载重汽车、中高级城际客车、大中型公交客车、工程机械、发电机组、船用主辅机、农业机械等领域。
康明斯柴油机产品系列康明斯柴油机到现在已生产有A、B、C、L10、N、V、K等10个系列，其中A、B、C、L10、N、是有发展前途的系列。
康明斯柴油机编号规则康明斯柴油机的型号由以下几部分组成。
柴油机系列：
用字母B、C、N、V、K等表示发动机系列。
其中对B、C系列须加上汽缸数，如4B、6C。
吸气方式：
用字母组表示：
T-增压；
TA-增压并中冷；
TT-两极增压；
TTA-两极增压并中冷。
无字母组者为自然吸气。
工作总容量（总排量）：
柴油机工作纵容积用数字表示，单位为L。
应用符号：
用字母表示柴油机的用途。
A-农业；
B-公共汽车；
C-工程；
F-消防G-发电机组；
G0-连续发电机组；
GS-备用发电机组；
L-机车；
N-船舶；
P-发电站。
额定功率：
用数字表示，有以下情况：
汽车、公共汽车、农业、工程、发电站，可用马力表示、也可省略。
依照康明斯柴油机编号规则标志按如下的排列表示：
[柴油机系列][吸气方式][总排量][额定功率]
现在按上面的排列举一个例子如下：
NTA-855-C360
式中：
N指发动机系列；
T表示涡轮增压；
A为中冷；
855为总排量855in3（14L）；
Ｃ指工程机械用；
360指最大额定功率为360PS（269KW）。
2康明斯发动机燃油系统的分类和特点
康明斯燃油泵→康明斯专利产品PT（压力-时间）燃油器（应用于康明斯全部生产线）→康明斯第一个电控燃油系统（CELECT）→蓄压共轨（CAPS）燃油系统→康明斯共轨燃油系统（CCR）→与瑞典斯堪尼亚公司合作开发出超高压喷射系统（XPI）。
这是康明斯的的燃油系统的更新走势（发动机应用范围和环境各不相同，所以选用的燃油系统也不相同）。
2.1康明斯PT结构及工作原理
康明斯发动机使用的P-T燃油系统是根据粘性流体在管道及缝隙中流动压力变化的基本规律，粘性流体经小孔口的自由流出现象而设计的。
通过调整P-T燃油泵的各部件形状及管道阻力大小来改变燃油系统的压力P、粘性流体流经小孔口的时间T，更好的满足了发动机的工况改变每循环供油量随着改变的特性要求。
P-T燃油泵根据发动机的不同转速调整出适当的燃油压力P，在该转速喷油器确定的有效时间T内流入喷油器的油杯。
流入油杯的循环油量取决于燃油压力P和流动时间T。
P-T燃油系统的基本组成是油箱燃油滤清器、P-T燃油泵、低压输油管、喷油器、摇臂、推杆、喷油凸轮和回油管等组成。
P—T燃油泵主要包括齿轮泵、磁性滤清器、脉冲膜片调压器、两级调速器、VS全程调速器、节流轴、电磁阀等。
另外特殊发动机还配有AFC冒烟限制器、EFC电子调速器、ASA空气信号衰减器等，如图1.
图1P-T燃油系统示意图
（1）油箱作为发动机燃料储备部件，处在发动机的最底部位，一般有排油阀、通气孔、回油孔、吸油孔、加油孔等附件。
（2）燃油滤清器是防止大于0.6µ
m的杂质进入燃油系统。
（3）齿轮泵是普通低压2.25Mpa的齿轮泵。
（4）脉冲膜片调压器的作用是吸收齿轮泵产生的压力波，使燃油系统的压力稳定。
（5）磁性滤清器装有永久磁性的滤网，过滤齿轮泵工作时产生的铁屑或杂质。
（6）两极调速器作用是稳定发动机最低转速，限制最高转速。
在最低、最高转速之间两极调速器不起作用，发动机的供油量由司机调速杆控制。
（7）VS全程调速器与机械式全程调速器的工作原理基本相同，不但使发动机低速惰转稳定、限制最高转速，而且在变负荷工况下，保证发动机在司机调速杆控制转速附近运行。
带有VS全程高速器的P-T泵，两极调速器的油门轴处于最大开度并固定不动，从两极调速器来的燃油流经VS全程调速器后才到电磁阀，再去喷油器。
当发动机在某一工况稳定工作时，若负荷突然增加，转速下降，飞块离心力减小，柱塞左移，VS全程调速器的油孔开度增大，油道阻力减少，燃油压力增大，发动机每循环供油量也增加，使发动机转速升高，转速趋向稳定。
VS全程调速器可保持发动机在怠速到额定转速任一转速稳定运转，只要司机手动调速杆控制在不同的位置，即可调节发动机转速。
（8）节流轴（旋转油门轴）受司机调速杆控制，节流轴的转动改变油道的阻力，调整燃油系统的供油压力，调整每循环供油量，适应各种工况下对发动机转速的需要。
当节流轴完全关闭时，节流轴里面仍有少量的燃油流过，其目的是保证特殊工况下有足够的燃油润滑和冷却喷油器。
节流轴泄露量的调整是极其严格的。
泄漏量太大，则发动机减速性差并造成怠速不稳定；
泄漏量太小，则发动机加速性差并容易造成“失速”现象。
通过调整限位螺钉来调节节流轴的泄漏量。
（9）电磁阀也是停车阀。
标准电磁阀由线圈、阀壳体、片状弹簧、阀片、手动调节螺钉等部件组成。
当通电时，电磁阀的阀片被电磁力所吸引，油路打开。
相反，断电时阀片在回位弹簧的作用下，关闭油路，停止供油，发动机停车。
当电磁阀失灵时，可用手动调节螺钉将阀片打开，接通油路。
（10）喷油器是将燃料油引进各个燃料室中去的装置。
它有计量，定时和喷射作用。
喷油器按其结构型式分为上止式喷油器和非上止式喷油器两种。
上止式喷油器的喷油行程已调整到发动机要求的尺寸，在安装时。
采用小扭矩调整各部件之间隙为零即可。
非上止式喷油器可根据各种发动机型号要求的喷油行程调整。
喷油器按其工作过程可分为4个阶段。
1）旁通阶段：
喷油器处于停止供油状态，塞在最底位置，喷油器内进回油道，这时燃油对喷油器进行冷却，并非除油道中的气体，发动机在作功冲程和排气冲程中喷油器柱塞一直处于之一状态。
2）计量阶段：
在进气冲程后不久，随喷油凸轮外型曲线的变化，喷油柱在弹簧的作用下升，进、回油道切断，旁通阶段结束。
燃油流入喷油器油杯，开始计量。
在压缩冲程中，喷油器柱塞缓缓下行，直至接近封闭计量孔，计量结束。
3）准备喷射阶段：
计量结束后，喷油器柱塞下行到一定的位置，下部的油杯及油道产生一定的压力使止回球阀落到球座上，关闭进油道。
喷油器柱塞缓慢下行，直接接近封闭计量孔，计量结束。
4）喷射阶段：
在发动机压缩冲程接近终了时，喷油器凸轮外型又有突然的变化，使喷油器柱色塞快速下行，把油杯里的燃油以103.49MPa的高压喷入缸内，同时进、回油道联通，燃油又开始旁通阶段。
2.2CAPS蓄压共轨系统
CAPS是一种蓄压共轨燃油系统,发动机每个缸的燃油由公共油轨供给;
在高压系统中设计有蓄压腔,其压力根据发动机的工况由PCV阀控制。
CAPS系统主要由电动油泵、油水分离装置、CAPS泵、高压油管和喷油嘴组成（见图2）。
图2CAPS系统组成
电动油泵能产生大于6.9kPa的油压,它将燃油从油箱吸出供给CAPS泵。
油水分离装置利用水和油的密度不同将柴油中的水分离;
装置中装有WIF（燃油中水量传感器）传感器,它利用水和油的导电性不同来检测分离出水量的多少,当水达到一定量后,系统指示灯提醒操作人员放出油水分离装置中的水。
喷油嘴把从CAPS泵经高压油管送来的高压油适时雾化喷入发动机中燃烧。
喷油嘴的开启压力为31.05MPa,低于22.77MPa时喷油嘴关闭,针阀停止喷油,最高喷油压力可达117.3MPa。
CAPS泵由蓄压器、柱塞泵体、齿轮泵、分配泵、怠速控制阀（ISV）和喷油速率管组成。
不同转速下的油压由旁通阀调节,使齿轮泵将电动油泵送来的燃油加压到1.14MPa,通过位于柱塞顶部的PCV阀将柱塞泵的油压调节在34.5MPa～103.5MPa之间。
再由分油泵分配后输送至喷油嘴,为发动机提供所需的燃油,利用系统的弹性产生如图3所示的喷油波形,以降低发动机低速运行时的振动和噪声,同时还可以降低其排放。
CAPS使用Motorola公司与Cummins公司共同开发的电子控制模块（ECM）。
它由系统输入信号、输出信号和ECM组成,具有燃油控制、喷油正时控制、最高转速限制、减少排放、优化性能、故障码输出、行程记录、发动机保护、维修信息记录和J1939通讯等功能。
（1）系统输入
系统的输入信号传感器主要有:
1）增压压力传感器（BPS）用于检测增压器的增压压力,输出电压为0.44V～0.56V;
2）进气压力传感器（IMP）用于检测进气歧管的进气压力;
3）冷却液温度传感器（CTS）用于检测发动机冷却液温度;
4）机油压力传感器（OPS）安装在主油道上,用于检测发动机机油压力,输出电压为0.42V～0.458V;
5）发动机转速和位置传感器（EPS&
ESS）位于发动机飞轮壳上,用于检测发动机转速和凸轮轴位置;
6）燃油压力温度传感器（FPTS）装于燃油泵上,用于检测燃油压力和温度;
7）油门位置传感器（APS）装在加速踏板的下方,用于检测发动机的负荷;
8）怠速有效开关（IVS）检测发动机是否处于怠速状态;
9）燃油中水量传感器（WIF）装于油水分离器上,检测分离器中的水量。
（2）系统输出
系统输出的主要信号有:
1）燃油系统控制指令由ECM输出信号控制PCV阀,控制发动机每循环喷油量和喷油时间;
2）电动输油泵控制向输油泵提供控制信号,把油箱的油输送到喷油泵;
3）进气加热控制位于发动机进气总管上,在冷起动时控制栅状电热丝加热进气;
4）冷却风扇控制根据发动机的工况和负荷控制冷却风扇的工作;
5）排气制动控制车辆制动时对发动机进行控制以提高制动效果;
6）转速表信号输出实时显示发动机转速;
7）发动机扭矩信号输出用于检测发动机的负荷。
（3）设备和附件控制
不同用途的设备附属的设施不同,一般由以下项目组成:
1）巡航控制车辆定速行驶以减轻驾驶员的疲劳;
2）动力输出（PTO）输出动力用于驱动其他设备;
3）遥控PTO远距离控制发动机的动力输出;
4）维修检测 监测发动机运行状态;
5）怠速关断 切断怠速使发动机停机;
6）低怠速调整开关 调整发动机怠速的大小;
7）低怠速控制 使发动机处于低怠速状态;
8）高怠速控制 使发动机处于高怠速状态;
9）提升泵控制 控制车辆货箱的提升泵;
10）成低速传动保护 降挡保护以延长机械使用寿命。
3康明斯发动机在重型汽车上的应用
3.1重型汽车领域中康明斯发动机的类型
康明斯重卡柴油机目前有ISM11升和ISX15升两大系列，功率范围涵盖230kw-460kw。
康明斯与东风公司合作研发的ISZ13升以及ISM11.9升和ISX16升柴油机将于2009年上市，届时康明斯重卡柴油机将拥有3大系列（ISM、ISZ和ISX），5个排量（11升、11.9升、13升、15升和16升），堪称业内最完备的重卡发动机产品线。
康明斯是北美重卡柴油机市场的最大供应商，2007年市场占有率高达38%，领先排名第2的竞争对手近20个百分点，2008年1～3月的市场份额更高达43%。
康明斯与北美3大卡车制造商（派卡、沃尔沃北美卡车和戴姆勒北美卡车）签有长期供货协议。
在中国市场，作为最早在中国本地化生产的跨国柴油机公司，康明斯与包括东风、陕汽和福田在内的中国一流重卡企业建立了长期战略合作。
目前在国内本地化生产的康明斯欧Ⅲ重卡柴油机包括：
东风康明斯
ISL系列8.9升全电控欧Ⅲ柴油机，功率范围210kw-280kw西安康明斯
ISM系列11升全电控欧Ⅲ柴油机，功率范围220kw-330kw东风康明斯
ISZ系列13升全电控欧Ⅲ柴油机，功率范围290kw-400kw，目标面向中国全车总重40吨以上的重型卡车高端市场，同时着眼于满足国际市场的需求。
13升发动机项目充分利用康明斯公司在业界居于领先地位的发动机技术，能够满足全球重型市场上最严格的排放法规要求。
这款发动机目前正在东风公司与康明斯合作设立的东亚研发中心进行开发，预计于2009年在东风康明斯正式投产。
3.2重型汽车领域中康明斯发动机的系统原理
康明斯公司作为独立的发动机制造商，汽车发动机是主要业务之一。
功率覆盖范围应用于重型汽车，中型汽车，轻型汽车等。
重型汽车领域中康明斯发动机主要由PT燃油系统，冷却系统，润滑系统等几种系统结构组成。
3.2.1康明斯冷却系统结构及系统原理
（1）使发动机得到足够的冷却，即使在可能遇到的最高气温以及加上所有的附加热负荷时系统仍能正常工作。
（2）加注冷却液时系统应能排除内部的空气，能够容易地1次加足冷却液，在设备运行时不会损坏发动机。
（3）发动机起动后，应能在规定的时间内排除积存在冷却系中的空气。
系统应有适当的膨胀空间以适应冷却液随温度变化的涨缩。
因为有这个系统所以专门设有1个摇臂对喷油器进行加压，其喷油压力高，雾化良好，燃烧充分，气缸爆发压力高，输出功率大，燃烧产生的热量多，因此冷却系统热负荷较大。
在冷却系统水路上，并联1个或几个装有干式化学添加剂的水处理器或水滤器（DCA2和DCA4），一方面在发动机工作过程中向冷却系统补充最有效的化学添加剂；
另一方面对冷却液进行过滤。
DCA中的化学添加剂包括防穴蚀防腐剂、缓冲剂、防垢剂、防泡消泡剂等，它们能很好地为柴油机提供如下化学保护。
1）减少气缸套、水泵叶轮等零件的穴蚀、腐蚀；
2）调节冷却液的酸碱性，使其具有合适的ph值（8.5-10.5之间）；
3）抑制水垢生成，并能防止水垢、添加剂和腐蚀产物等沉淀；
4）消除和防止冷却系统产生气泡；
通过对冷却液中的变质的添加剂或沉淀物等的过滤，可以减少水泵及壳体、水封、节温器及其密封圈等零部件的磨损，同时可以抑制节温器、水温传感器等零件表面变脏，并防止堵塞和积垢。
通过水滤器可诊断发动机故障，并确定故障的发源处。
如水滤器中有油料，表明机油冷却器或某1喷油器有故障：
有密封件碎片，则表明气缸套、水泵等的密封件有问题。
3.2.2康明斯润滑系统系统原理
润滑系统的功能是使发动机的运动零件摩擦表面得到良好的润滑，以减少发动机的摩擦功损失和发动机零件的磨损，同时带走零件表面因摩擦而产生的热量以及磨屑。
B系列发动机的结构紧凑，机油泵内藏于气缸体的前端面。
发动机起动后，机油泵将润滑油从油底壳中吸出，加压输送至整个润滑系。
3.3重型汽车领域中康明斯发动机的性能特点
从美国康明斯公司引进的柴油机,
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