柴油機各系統(tǒng)-設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 置如果較高，起動后吸上機油比較困難。調(diào)速器調(diào)速器是一種自動調(diào)節(jié)裝置，它是根據(jù)柴油機負荷的變化，自動增減噴油泵的供油量，從而保證柴油機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)變化。當發(fā)動機的負荷減小，轉(zhuǎn)速升高時，會導致柱塞泵循環(huán)供油量增加，循環(huán)供油量增加又導致轉(zhuǎn)速進一步升高，這樣不斷地惡性循環(huán)，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越高，最后導致飛車；反之，當負荷增大時，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速降低導致柱塞泵循環(huán)供油量減少，循環(huán)供油量減少又導致轉(zhuǎn)速進一步降低，這樣不斷地惡性循環(huán)，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越低，最后熄火。而減速器就可以改變這種惡性循環(huán)，使發(fā)動機在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的自動控制機構。通過移動供油拉桿，來改變循環(huán)供油量，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速基本不變。因此，柴油機要滿足使用要求，就必須安裝調(diào)速器。機油濾清器（1）機油濾清器的作用：使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理。由于金屬 磨屑和大氣中的塵埃以及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的炭粒會滲入機油中，機油本身也因受 熱氧化而產(chǎn)生膠狀沉淀物，機油中含有這些雜質(zhì)。如果把這樣的臟機油直接送到運動零件表面，機油中的機械雜質(zhì)就會成為磨料，加速零件的磨損，并且引起油道堵塞及活塞環(huán)、氣門等零件膠結。因此必須在潤滑系中設有機油濾清器，使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理。保證摩擦表面的良好潤滑，延長其使用壽命。（2）一般潤滑系中裝有幾個不同濾清能力的濾清器，集濾器、粗濾器和細濾器，分別串聯(lián)和并聯(lián)在主油道中。與主油道串聯(lián)的濾清器稱為全流式濾清器，一般為粗濾器；與主油道并聯(lián)的濾清器稱為分流式濾清器，一般為細濾器，過油量約為1030％。3．6 配氣機構配氣系統(tǒng)由氣門組和傳動組零件組成。氣門組氣門組包括氣門，氣門導管，氣門座，氣門彈簧、鎖片、卡簧等零件。（1）氣門1）氣門的布置根據(jù)氣門的安裝位置可分為氣門頂置式配氣機構和氣門側(cè)置式配氣機構。a）氣門頂置式配氣機構：由凸輪，挺柱，推桿，搖臂，氣門和氣門彈簧等組成。特點是進氣阻力小，燃燒室結構緊湊，氣流擾動大，能達到較高的壓縮力。b）氣門頂側(cè)置式配氣機構：省去了推桿，搖臂，它的進排氣門在氣缸的一側(cè)，壓縮比受到限制，進排氣門阻力較大，發(fā)動機的動力性和高速性均較差。設計中選用氣門頂置式配氣機構。2）氣門的材料氣門由頭部和桿部兩部分組成。頭部的工作溫度很高，尤其是排氣門的溫度，還要承受氣體壓力，氣門彈簧力以及傳動組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件較差。因此，要求氣門必須具有足夠的強度，剛度，耐熱和耐磨的能力。進氣門采用合金鋼（鉻鋼或鎳鉻等），排氣門采用耐熱合金鋼（硅鉻鋼等），在設計中選用40Cr。3）氣門的尺寸 設計中發(fā)動機采用每缸兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結構。為了改善換氣，在可能的條件下，應盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。a) 進氣門直徑di：根據(jù)《柴油機設計手冊》，di的范圍在() D之間，取di=。b) 排氣門直徑de：根據(jù)《柴油機設計手冊》，di比de大1520%左右，取de=。c) 氣門錐角r：根據(jù)《柴油機設計手冊》，一般r為450或者300。設計取r=450。d) 氣門總長度lv：根據(jù)《柴油機設計手冊》，lv的范圍在() D之間,取lv= mm。e) 氣門桿部直徑dv：根據(jù)《柴油機設計手冊》，dv的范圍在() D之間，取dv=。4）氣門頭頂部形狀氣門頭頂部形狀有平頂，球面頂和喇叭形頂?shù)取Ｔ谠O計中選用平頂式。 （2）氣門座 氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經(jīng)過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結構。（3）氣門彈簧氣門彈簧的作用在于保證氣門回位。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，它的一端支承在氣缸蓋上，另一端壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的尾端。氣門傳動組（1）凸輪軸1）凸輪軸材料凸輪軸控制氣門的開啟和關閉，每一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛造而成，也可用合金鑄鐵或球磨鑄鐵鑄造。凸輪軸各軸頸的工作表面一般要經(jīng)過熱處理后精磨，可以改善凸輪軸的耐磨性。2）凸輪軸的布置形式a) 凸輪軸布置形式分為下置，中置，上置三種。在設計中選用凸輪軸下置式。b) 下置式凸輪軸通過挺柱，推桿和搖臂驅(qū)動氣門。凸輪軸離曲軸較近，由曲軸的正時齒輪通過惰輪來傳動，機構比較簡單，廣泛運用。其缺點是配氣機構質(zhì)量較差。凸輪軸的軸向尺寸取決于發(fā)動機的總布置。凸輪軸的軸向位置應與氣門的軸相位置一致，為了防止凸輪軸的竄動，凸輪軸有軸向定位裝置，鎖緊墊片，止推凸緣定螺栓。這種布置結構簡單，通用性好。3）凸輪軸的尺寸 凸輪軸直徑de：凸輪軸的斷面尺寸取決于軸的剛度和裝拆條件。根據(jù)《柴油機設計手冊》，de的范圍在()D之間，取de=38mm。(2)挺柱挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。頂柱在其頂部裝有調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)氣門間隙。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其磨擦表面應經(jīng)熱處理后研磨。設計中選用20鋼。挺柱尺寸：挺柱工作面直徑 34 mm 挺柱柱直徑 18 mm 挺柱總長 69 mm(3)推桿 推桿的作用是將從凸輪軸傳來的推力傳給搖臂，它是配氣機構中最容易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動載荷大的發(fā)動機中，推桿應盡量地做得短些。(4)搖臂 搖臂實際上是一個雙臂杠桿，將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端打開氣門。 配氣相位 （1）配氣相位是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進、排氣門的開啟時刻和開啟延續(xù)時間。理論上講進、壓、功、排各占180176。，也就是說進、排氣門都是在上、下止點開閉，但實際表明，簡單配氣相位對實際工作是很不適應的，它不能滿足發(fā)動機對進、排氣門的要求。（2）為滿足實際要求，常需要使進氣門早開、晚關，排氣門早開、晚關。a)進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。進氣提前角 一般α=10176。30176。b)進氣門晚關：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。 進氣延遲角 一般β=40176。80176。c)排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。排氣提前角 一般γ=40176。80176。d)排氣門晚關：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。排氣延遲角 一般δ=10176。30176。氣門間隙氣門間隙是指氣門完全關閉（凸輪的凸起部分不頂挺柱）時，氣門桿尾端與搖臂或挺柱之間的間隙。一般冷態(tài)時，排氣門間隙大于進氣門間隙。3．7 燃油供給系統(tǒng)（1）燃油供給系統(tǒng)的作用是為內(nèi)燃機缸內(nèi)混合氣的形成與燃燒提供所需的燃料。（2）燃油供給系統(tǒng)包括油箱，輸油泵，柴油濾清器，噴油泵，噴油器等。1）柴油濾清器：通常采用紙質(zhì)濾芯。柴油從油箱流進濾杯，通過紙質(zhì)濾芯過濾，雜質(zhì)被留在濾芯外面，清潔的柴油從濾芯內(nèi)腔流出，經(jīng)輸油管流向輸油泵，在濾清器上設有開關來控制油路。2）油路：有高壓油路和低壓油路。a) 高壓油路主要包括噴油泵、調(diào)壓閥、共軌管、流量限制器、限壓閥和電控噴油器等。b) 低壓油路主要包括由低壓油路、高壓油路、傳感與控制等。3．8 冷卻系統(tǒng)（1）冷卻系的作用：把受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，使發(fā)動機在所有工況下能夠保持在適當?shù)臏囟确秶＠鋮s系即要防止發(fā)動機的過熱，也要防止冬季發(fā)動機過冷。（2）水冷卻系統(tǒng)的主要部件：由散熱器、風扇、水泵、冷卻水套和節(jié)溫器等組成。1）散熱器：散熱器又稱為水箱，由上進水室、散熱器芯和出水室等組成。將冷卻水在水套中所吸收的熱量傳給大氣，增大散熱面積，加速水冷卻。2）風扇：提高通過散熱器芯的空氣流速，加速水的冷卻。3）水泵：對冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動，保證冷卻可靠。通常多采用離心式水泵，離心式水泵具有結構簡單、尺寸小、排水量大、維修方便等優(yōu)點。離心式水泵主要由泵體、葉輪和水泵軸組成。4）節(jié)溫器：控制冷卻液流動路徑的閥門。節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中（一般裝在氣缸蓋的出水口），根據(jù)發(fā)動機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環(huán)流動路線，以達到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強度。（3）冷卻方式 冷卻系按冷卻介質(zhì)不同可以分為風冷和水冷。本設計機型是船用柴油機，采用的是雙循環(huán)閉式水冷卻系統(tǒng)，帶有海水和淡水的熱交換和膨脹水箱。水冷卻系是以水作為冷卻介質(zhì)，把發(fā)動機受熱零件吸收的熱量散發(fā)到大氣中去。目前采用的水冷系大都是強制循環(huán)式水冷系，利用水泵強制水在冷卻系中進行循環(huán)流動。（4）水的循環(huán)冷卻水在冷卻系內(nèi)的循環(huán)流動路線有兩條，一條為大循環(huán)，另一條為小循環(huán)。所謂大循環(huán)是水溫高時，水經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動；而小循環(huán)就是水溫低時，水不經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動，從而使水溫升高。散熱器內(nèi)的冷卻水加壓后通過氣缸體進水孔壓送到氣缸體水套和氣缸蓋水套內(nèi)，冷卻水在吸收了機體的大量熱量后經(jīng)氣缸蓋出水孔流回散熱器。由于有風扇的強力抽吸，空氣流由前向后高速通過散熱器。因此，受熱后的冷卻水在流過散熱器芯的過程中，熱量不斷地散發(fā)到大氣中去，冷卻后的水流到散熱器的底部，又被水泵抽出，再次壓送到發(fā)動機的水套中，如此不斷循環(huán)，把熱量不斷地送到大氣中去，使發(fā)動機不斷地得到冷卻。3．9 潤滑系統(tǒng)潤滑的作用是在摩擦表面上覆蓋一層潤滑油，使相互運動的零件表面之間形成一層油膜，以減小摩擦阻力，降低功率損失，減輕零件磨損，延長使用壽命。（1）潤滑方式設計中采用復合式潤滑，即用壓力潤滑，飛濺潤滑，也用潤滑脂潤滑。1）壓力潤滑：將具有一定壓力的潤滑油源源不斷地送往摩擦表面。如曲軸主軸承，連桿軸承，凸輪軸承，氣門和氣門搖壁等機油泵強制潤滑，用壓力潤滑，以保證潤滑可靠。并且有強烈的清洗和冷卻作用。2）飛濺潤滑：利用發(fā)動機工作時運動零件飛濺起來的油滴或油霧，來潤滑摩擦表面。像負荷輕（如氣缸），滑動速度低（如活塞銷），或潤滑條件有利（如凸輪和挺柱）也用飛濺潤滑。3）潤滑脂潤滑：通過潤滑脂嘴定期加注潤滑脂來潤滑零件的表面。如水泵，發(fā)動機等軸承用潤滑脂潤滑。（2）潤滑系統(tǒng)的功用潤滑作用：潤滑運動零件表面，減小摩擦阻力和磨損，減小發(fā)動機的功率消耗；清洗作用：機油在潤滑系內(nèi)不斷循環(huán)，清洗摩擦表面，帶走磨屑和其它異物；冷卻作用：機油在潤滑系內(nèi)循環(huán)還可帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，起冷卻作用；密封作用：在運動零件之間形成油膜，提高它們的密封性，有利于防止漏氣或漏油；防銹蝕作用：在零件表面形成油膜，對零件表面起保護作用，防止腐蝕生銹；液壓作用：潤滑油還可用作液壓油，如液壓挺柱，起液壓作用；減震緩沖作用：在運動零件表面形成油膜，起減震緩沖作用。（3）潤滑系的零部件潤滑系包括機油泵，機油冷卻器，機油濾清器，油底殼，集濾器。1）機油泵：提高機油壓力，保證機油在潤滑系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)。2）機油冷卻器：在熱負荷的情況下用來降低潤滑油的溫度。3）機油濾清器：使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理。4）集濾器：用來濾除潤滑油中的粗大的雜質(zhì)。第二章 各系統(tǒng)及零件簡介為保持良好的繼承性及設計流行樣式，本機選擇整體式鋁活塞，材料為ZL109。燃燒室為流行的型直噴燃燒室。根據(jù)《柴油機設計手冊》，中速機氣環(huán)34道，油環(huán)12道，取氣環(huán)2道，油環(huán)一道。2道氣環(huán)在上面，1道油環(huán)在氣環(huán)下面，如圖1所示。為了降低活塞和整臺發(fā)動機的高度，減少慣性力和摩擦功率損耗，應該減少環(huán)數(shù)。 圖 1 活塞簡圖 圖 2 活塞銷簡圖1．活塞的高度H：活塞的高度決定于下列因素： 1） 對柴油機高度尺寸的要求。2） 轉(zhuǎn)速n。3） 燃燒室形狀及尺寸；4） 活塞裙部承壓面積。《柴油機設計手冊》介紹H/D的一般范圍為（~）。參照這個范圍以及原機尺寸。取值：H=。H/D=。2．壓縮高度H1：壓縮高度決定活塞銷的位置。在保證氣環(huán)良好工作的條件下，宜縮短H1。《柴油機設計手冊》介紹，對于小型高速柴油機/D為（）。 取值：=66，/D=。 3．火力岸高度h：h越小，第一道環(huán)本身的熱負荷也越高。一般要求第一道活塞環(huán)的工作溫度不超過允許極限（約180~220℃）一般參考范圍高速柴油機鋁活塞(~)D， 取值：h=20, h/D= 4．活塞裙部壁厚一般為（~） 取值：。環(huán)槽磨損對活塞的使用性能有很大影響，為了延長活塞使用壽命，要特別注意提高第一道環(huán)的耐磨性。為此，本機采用鑲環(huán)座，在第一道環(huán)槽處鑄入一個耐磨鑄鐵環(huán)座，環(huán)座與活塞材料依靠互相擴散形成金屬分子結合。環(huán)座材料為錳奧氏體鑄鐵，這種材料的熱膨脹系數(shù)與鋁合金相近，因而能避免環(huán)座在運行時發(fā)生松動，以及防止中間層產(chǎn)生龜裂、剝落，并且耐磨性好。活塞裙部的作用在與保證裙部有足夠的貼合面，起到導向作用。為了能夠避免活塞裙部與曲軸平衡塊或機體的主軸承座圈相碰，將裙部下端銑去兩塊，半徑為112mm，這樣，既能避免干涉，又使活塞重量減輕，并不影響活塞的導向長度。裙部的結構與曲軸的設計有著很大聯(lián)系，故，要和曲軸的設計聯(lián)系起來。結構：如圖2所示，銷子內(nèi)孔制成錐形，錐形內(nèi)孔比銷座支承長度稍長些，端部壁厚為中部的1/2。這樣的形式能使銷子重量降低20%左右。 尺寸：外徑：d=(~)D, 取