JX493柴油机改型方案设计说明书.docx

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JX493柴油机改型方案设计说明书

课程设计说明书

课程名称：

内燃机学

题目：

JX493柴油机改型方案设计

学院：

机电工程学院系：

动力工程

专业班级：

热能052班

学号：

5901204123

学生姓名：

郯国文

起讫日期：

2009-2-16—2009-3-6

指导教师：

曾文职称：

讲师

审核日期：

目录

一、设计内容与要求1

1、引言1

2、设计要求1

二、方案设计1

1、机体组及曲柄连杆机构的方案设计1

1）机体组1

ⅰ）气缸结构选择1

ⅱ）气缸盖的选择2

ⅲ）燃烧室的设计2

ⅰ）活塞组4

⑴活塞的设计4

⑵活塞环的设计5

ⅱ）连杆组的设计5

⑴连杆小头的设计5

⑵连杆大头的设计5

ⅲ）曲轴飞轮组设计5

⑴曲轴的设计5

⑵飞轮的设计5

ⅳ）平衡块的设计5

2.配气机构的方案设计6

1）凸轮轴及气门位置的选择6

2）每缸气门数选择6

3）气门传动组6

ⅰ）凸轮轴的设计6

⑴凸轮结构6

⑵凸轮轴的传动6

ⅱ）挺柱的设计7

4）气门驱动7

3、燃油系统的方案设计7

1）燃油泵的选择7

2）喷油器设计7

3）调速器7

4、润滑系统设计8

5、冷却系统的设计8

6、启动系统的设计8

三、主要零件的尺寸设计8

四、发动机装配图8

一、设计内容与要求

1、引言

内燃机是一种复杂的动力机械，产量大，应用面广，型号多。

内燃机产品的研制流程可以概括为：

基础研究、应用技术研究、经济性分析、方案论证、技术设计、样机试制和试验、小批量试制和扩大试验、正式投产。

产品在生产过程中还要经受实践考验，反复改进和提高。

所以课程设计要求我们进行内燃机方案论证和方案设计。

2、设计要求

在JX493柴油机的基础上改型设计出293通用型柴油机。

JX493柴油机的参数为：

（参考图另提供）

型式：

直列、水冷、四冲程、直喷

气缸直径：

D=93mm活塞行程：

S=102mm

连杆长度：

L=152mm压缩比：

18.2

标定工况：

57kW/3600rpm全负荷最低油耗：

224g/kw.h

起动温度：

-25℃

二、方案设计

1、机体组及曲柄连杆机构的方案设计

1）机体组

机体是汽缸体和曲轴箱的连铸体，它的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲柄箱结构形式有关，气缸排列形式通常有三：

直列式、V型式和水平对置式。

我们课程设计JX293型柴油机要求只是两缸，其宽度小，而高度和长度大，因此选用直列式发动机。

ⅰ）气缸结构选择

气缸结构有三种：

无气缸套式、干式气缸套式、湿式气缸套式。

无气缸套式机体即不镶嵌任何气缸套，在机体上直接加工出气缸，优点是：

可以缩短气缸中心距，从而使机体的尺寸和质量减小，且机体的刚度大，工艺性好。

湿式气缸套机体外壁直接与冷却液接触。

其优点是机体上没有封闭的水套，容易铸造，传热好，分度分布均匀，修理也方便。

但机体刚度差，容易漏水。

干气缸套式机体不与冷却液接触，其机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单。

但其传热较差，温度分布不均匀。

考虑我们只是两缸机，散热相对容易再加上干式气缸套机体的优点，我选择干式气缸套机体。

同时采用精密拉伸的钢制气缸套其厚度仅为1mm。

ⅱ）气缸盖的选择

水冷式发动机气缸盖有整体式，分块式和单体式3种类型。

由于我们293发动机只有两个缸，所以采用整体式气缸盖。

ⅲ）燃烧室的设计

柴油机的燃烧室可分为两大类：

直接喷射式燃烧室和分隔式燃烧室。

同时直接喷射式燃烧室又可细分为深坑形和浅盆形两类，分隔式燃烧室常用的有涡流室和预燃室。

其各方案特别对比如下；

浅盆形燃烧室：

整个燃烧室是由所缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的单一容积。

其特点如下：

①混合气形成主要靠燃油的喷散雾化，对喷雾质量要求高：

采用多孔喷嘴，喷油压力要高，油束要与燃烧室室形状配合。

②燃烧室一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展促使燃油与空气混合。

③燃烧室是一个空间，形状简单，结构紧凑，相对散热面积小传热损失小，无节流损失。

因此其经济性好，容易起动。

④由于其是均匀的空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合气较多，因此最高燃烧压力及压力升高率较高，工作粗暴。

面且燃烧室直接在活塞顶，使运动零件直接受较大的机械负荷，燃烧室温度高也容易冒烟和产生较多的氮氧化物。

⑤喷雾质量受到转速和燃料粘度影响大所以对转速和燃料较敏感。

深坑形燃烧室即将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径缩小。

其特点如下：

①采用4-6孔的多孔喷油器，喷孔直径较大，一方面利用一定的喷雾质量，一方面组织进气涡流及开成挤流促进混合气形成。

②由于利用进气涡流加强混合气形成，对燃油系统要求降低，使空气利用率大大提高。

球形油膜燃烧室是在活塞上，形状为球形。

其特点有：

①对雾化质量要求高；

②完全M过程可达轻声无烟；

③对壁温要求高；

④Be低，起动困难；

⑤高低速性能差别在，

⑥不适应大缸径。

涡流室燃烧室整个压缩容积分为两部分：

一部分在气缸盖与活塞顶之间，一部分在气缸盖上。

其主要特点是喷油器安装在涡流室内，燃油顺涡流方向喷射。

在压缩过程中，气缸中的空气被活塞推挤，经过通道流入涡流室，形成强烈的有组织的旋转运动，促使喷入涡流室中的燃油与空气混合。

当涡流室中着火燃烧后，涡流室中的气体压力、温度迅速升高，在膨胀行程涡流室中未燃烧的燃料、空气及燃气一起经过通道流入主燃烧室中，与主燃烧室的空气进一步混合燃烧。

预燃室燃烧室由位于气缸盖内的预燃室和活塞上方的主燃烧室所组成，两者之间由一个或数个孔道相连。

其特点是：

连接通道与预燃室相切，所以在压缩行程期间不产生有组织的强烈涡流，但空气流过通道产生强烈湍流，空气湍流使一部分燃料雾化混合。

燃烧后，预燃室中的压力、温度迅速升高，利用这部分能量将预燃室中的混合气高速喷入主燃烧室，并在主燃烧室内形成燃烧涡流。

促使大部分燃料在主燃烧室内混合燃烧。

综上所述直接喷射式燃烧室具有经济性好，热负荷低，油耗低和起动性好的特点。

在本方案中采用直接喷射式燃烧室。

在直喷射燃烧室的三种方案中浅盆形燃烧室与球形油膜燃烧相对于深坑形燃烧室有以下缺陷：

制造、调试要求高；不能形成涡流对供油系统要求高，制造困难；同时其对转速敏感不适应于安装在汽车上工作。

所以在本方案中我选用深坑形燃烧室。

ⅳ）气缸衬垫的选择

按所选材料的不同，气缸衬垫可以分为金属-石棉衬垫、金属-复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。

由于对环保的要求的提高，金属-石棉衬垫以不符合这个大的主题，再从经济性和实用性角度考虑，选择金属-复合材料衬垫作为气缸衬垫为最佳。

2）曲柄连杆机构的设计

内燃机曲柄连杆机构分为以下几类：

（1）中心曲柄连杆机构

（2）偏心曲柄连杆机构。

目的在于减小膨胀行程活塞对气缸的作用力，或在于减轻上止点附近活塞对气缸的拍击。

（3）关节曲柄连杆机构。

用于少数双列式V型及全部三列W型、四列X型和多列星型内燃机中

在JX293型柴油机中，我选用的是中心曲柄连杆机构。

ⅰ）活塞组

⑴活塞的设计

由于前面选择的是深坑型燃烧室，所以活塞顶部做成凹顶的。

活塞头部采用三环短活塞形式，即上气环，下气环和油环。

同时做成椭圆群，以解决活塞热变形的影响。

活塞的冷却方式通常有：

自由喷射冷却、振荡冷却法、强制冷却法，在本方案中我才用的是自由喷射冷却，即从安装在机体上的喷油嘴向活塞内壁喷油。

⑵活塞环的设计

活塞环的断面形状有：

矩形环（图11－18a）、桶面环（图11－18b）、锥面环（图11－18c）、梯形环（图11－18d）、扭曲环（图11－18e）、反扭曲环。

在本设计方案中，第一道环，选用梯形环，第二道采用扭曲环。

同时油环有：

单体铸铁油环、螺旋衬簧油环、钢片组合式油环，考虑到钢片组合式油环具有接触压力大，刮油能力强，且能防止机油上窜等特点，因此本设计方案的油环选用钢片组合式油环，同时断面扭曲环。

ⅱ）连杆组的设计

连杆组包括：

连杆体、连杆盖和连杆螺栓等。

⑴连杆小头的设计

连杆小头与活塞销的连接有全浮式和半浮式两种。

本方案中采用的是全浮式连杆小头，它在工作时，在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。

⑵连杆大头的设计

连杆大头剖分有平切口和斜切口，平切口结构简单、对称，且刚度、强度好，且本方案中的缸径达到了93mm，而曲柄销直径小于0.65D，所以采用平切式连杆大头。

ⅲ）曲轴飞轮组设计

⑴曲轴的设计

曲轴分为：

整体式和组合式。

同时按轴颈数的多少可以分为全支撑和非全支撑曲轴。

由于中小功率高速内燃机几乎都用整体曲轴、全支承、带有平衡块的形式，因此本设计方案中也是采用整体式，全支撑曲轴。

⑵飞轮的设计

为改善发动机运行的平稳性，需进行飞轮设计。

ⅳ）平衡块的设计

为使得曲轴平稳运转，需要增设平衡块，由于是两缸机曲拐夹角为180°，所以采样两块平衡块进行整体平衡，达到平衡效果的同时也减轻了曲轴质量

2.配气机构的方案设计

1）凸轮轴及气门位置的选择

配气机构总体布置分为一下几类：

（1）下置凸轮轴侧置气门，可靠，但充气系数小，抗爆性差，HC排放多，趋于淘汰。

（2）下置凸轮轴顶置气门，充气系数大，但零件多，质量大，刚性差。

（3）顶置凸轮轴顶置气门，动力性能好，但传动链长。

本方案采用的是下置凸轮，顶置气门的方案，其制造简单，成本低，同时也能满足设计参数要求。

2）每缸气门数选择

内燃机一般一进一排两个气门，当然随着制造水平，已经经济性和环保性等要求，已经出现了二进二排，三进二排，二进一排等形式的气门数目，考虑到JX293型柴油机的要求，再从动力性及经济性，还有可靠性的角度考虑，我选用传统的一进一排两个气门结构。

3）气门传动组

ⅰ）凸轮轴的设计

⑴凸轮结构

JX293型柴油机为两缸柴油机，四个气门，故凸轮轴上需设置四个凸轮，再机油泵由凸轮轴驱动，所以外应配置一个斜齿轮，凸轮轴较短，只需要连个支撑即可。

⑵凸轮轴的传动

凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有：

齿轮（正时）传动；链条传动；齿带传动。

最近出现了各种配气定时可调的内燃机，使之能在更宽的范围内保持较为有利的配气定时。

293型柴油机采用的是下置凸轮结构，故采用齿轮正时传动，但考虑到曲轴与凸轮轴有一定的距离，若直接齿轮啮合的话，曲轴齿轮的半径会做的很大，故在二者之间增设一个惰轮。

ⅱ）挺柱的设计

挺柱分为：

机械挺柱和液力挺柱。

液力挺柱能够消除配气工作时的噪声和撞击，同时可以实现零气门间隙，但其结构复杂，成本也高，所以一般引用于小型轿车之中。

而机械挺柱结构简单，质量轻，成本低，满足293型柴油机要求，所以我选用机械挺柱（菌形平面挺柱）。

4）气门驱动

JX293型柴油机气门采用摇臂驱动

3、燃油系统的方案设计

燃油系统由喷油泵、喷油器、调速器等主要部件及柴油箱、输油泵、油水分离器柴油滤清器、喷油提前器和高、低压油管等辅助装置。

1）燃油泵的选择

燃油泵主要有柱塞式喷油泵与分配式喷油泵。

柱塞式燃油泵由泵油机构、供油量调节机构、驱动机构和喷油泵体等部分组成。

由凸轮驱动挺柱组件由此带动柱塞进行泵油。

分配式喷油泵由驱动机构、二级滑片式输油泵、高压分配泵头和电磁式断油阀等部分组成。

由驱动轴带动二级滑片式输油泵工作。

二者相对比分配泵结构简单，零件少，体积少，质量轻，使用中故障少，容易维修，供油均匀性好等特点，但其成本高。

但由于本方案中设计的是两缸柴油机所以选择柱塞式喷油泵。

2）喷油器设计

由于本次燃烧室选择的是直喷式燃烧室，应此选择与其对应的孔式喷油器。

3）调速器

调速器主要有两极式调速器与全程式调速器。

由于两极式调速器主要用于控制最高转速和最低转速，在最高转速与怠速之间的任何转速不起作用。

在本方案中选择全程式调速