6200柴油机总体设计及气缸工作过程热力计算
[摘要]：
近几年来，由于经济体制的改革和市场经济的迅速发展，城区物流行业蓬勃发展，对轻型卡车和商务车的需求量与日俱增，这给轻型车用柴油机带来了无限商机。原机型主要用于城市间的长距离运输，对于城市交通路况需要重新设定参数，以改善燃油经济性和排放性能。
柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。对本课题对曲轴进行了详细设计和分析验算,并给出了合理的设计方案。
[关键词]：6200 交通运输 六缸 柴油机 气缸 设计
目录
第一章 绪论 .............................................................1 1.1 选题的意义........................................................1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .........................................1 1.3 6200型柴油机设计任务..............................................2
第二章 6200型柴油机总体设计 ............................................3 2.1确定发动机的主要参数...............................................3
2.2 机体组的设计 .....................................................3
2.3曲柄连杆机构的设计 ................................................5 2.4 配气机构的设计 ...................................................9 2.5 柴油机燃油供给系统 ...............................................11 2.6 柴油机冷却系统的设计 .............................. ...............12 2.7 润滑系统的设计 ...................................................12 2.8 增压系统的设计 ....................................................13 2.9 总体布置方案设计 ..................................................13 第三章 气缸工作过程热计算 ................................................14 3.1 进气过程 .........................................................14 3.2 压缩过程 .........................................................14 3.3 燃烧过程 .........................................................15 3.4 膨胀过程 .........................................................16 3.5 动力、经济性能指标 ...............................................17 参考文献 .............................................................21
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第一章 绪论
1.1 选题的意义
内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都受柴油机的总体布置和各附件的布置的很大影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。对本课题对发动机整机做了设计,并给出了合理的设计方案。对发动机气缸工作过程做了热力学计算。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
（一）、国外柴油机技术的现状与发展
现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少， 作为汽车动力应用日益广泛。西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机， 而且轿车采用柴油机的比例也相当大。最近， 美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。
下面是国外柴油机应用的一些先进技术：
（1）共轨。国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好成效，能满足欧3排放限值法规的要求。
（2）高压喷射和电控喷射技术。高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最佳，从而降低排放，提高整机（车）性能。
（3）增压中冷技术。采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空—空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机普遍是增压中冷，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。
（4）排气再循环（EGR）技术的应用。EGR 是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的 CO2 及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏 NOX 的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。
（5）后处理技术。柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX排放。 目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发 NOX 催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。
（6）柴油柴油的生产和贮存条件，是保证柴油发动机（车）正常运转延长使用寿命和保持低排放的重要保证。 例如瑞典的一级柴油使用中可减少CO排放达54%，HC 和 NOX 排放达10%，PM 排放减少14%～47%。 发达国家已普遍使用燃料清净剂，既能节省燃料，又能清除积碳、降低排放。
（7）降低机油消耗。柴油机排放的颗粒物中，有相当一部分来自馏分较重的机油的燃烧。 为了满足日益严格的柴油机（车）排放限值标准的要求，必须把来自机油的燃烧降至
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最低限度， 即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。为了降低柴油机的机油消耗， 活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置非常重要。 （二）、我国柴油机产业的现状与发展
我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平， 一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。
（1）我国重型柴油车的产量在逐年增加，中型、轻型车柴油化步伐也在加快，但在微型汽车、轿车领域，柴油车所占比例仍为零。而另一方面，我国中型柴油机市场已呈现供大于求，轻型柴油机市场也趋向饱和，但骨干企业正在生产的多数产品从技术角度已应是淘汰产品，发展潜力不大。
（2）现在，我国柴油机技术基础薄弱，整体技术水平落后于国际先进水平10至20年， 也落后于国内车用汽油机的发展，还不具备完整的全新柴油机产品和关键零部件开发能力。 许多国外已经普遍采用的技术在我国仍处于研究阶段，有些甚至仍是空白。
（3）我国柴油机技术落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力，导致低性能、高排放柴油车在使用中对城市环境和大气质量造成不良影响，使社会产生\厌柴\心理。
（4）柴油品质差、柴油标准的制修订严重滞后于汽车工业发展的需要，对柴油机技术的发展以及各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍。
（5）专家指出，应逐步减少行政干预，加强宏观调控。不同类型车辆均应以满足法规为统一标准，鼓励支持技术先进柴油车的使用； 加大对柴油机的科技投入，开展重点科技项目攻关工作； 采取切实可行的措施以提高车用柴油的品质， 并尽快制定车用柴油标准。 1.3 6200型柴油机设计任务
1、预期达到性能指标为
功率要求：Ne=440kW(n=600r/min)；
有效耗油率要求：ge≤210g/kW.h； 最大爆发压力要求：Pz≤13.5MPa。
2、在满足上述性能指标的前提下进行6200型柴油机的总体设计。 3、在总体设计的基础上进行曲轴的详细设计。
第二章 6200
柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄漏的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。对本课题可以从以下方面进行设计。
船用柴油机
船用柴油机品种很多，吨位相差十分悬殊，难以全面描述，现将民用船舶的共同特点简述如下：
型柴油机总体设计
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1） 由于船舶需长期水上航行，柴油机出现故障将影响正常航行，甚至危及安全，因此
对柴油机的可靠性提出特别高的要求。船用柴油机的设计应符合船舶建造规范的要求。
2） 船舶经常在风浪中航行，要求柴油机能在纵倾15′，横倾15′下长期工作。在纵
倾25′，横倾45′下也能短时间工作。
3） 由于机舱面积狭小，而在柴油机两侧又留有必要的通道以便检修和保养，因此希望
尽量减小柴油机的宽度，如果用V型布置则V形夹角一般应小于60°。
4） 直接和螺旋桨连接的船用柴油机，由柴油机本身的转向机构使其直接反转。有的柴
油机要求有左右机的机型。
5） 船用柴油机一般采用剖式循环冷却系统，应带有海水和淡水的热交换器和膨胀水
箱。
6） 柴油机上大的高温零件，如增压排气管等均应考虑隔热措施，以降低机舱温度和保
证工作人员的操作安全。
7） 中、低速船舶柴油机绝大多数采用压缩空气启动，为保证在任何位置都能起动。四
冲程柴油机排气缸数目不能少于6个，二冲程柴油机气缸数不能少于4个。
8） 中小型渔船用柴油机前端要输出50%左右的功率，以便拖动渔网等捕捞作业装置。 9） 船用柴油机的集体上应装有侧盖板，以便于检修。
10） 为保证柴油机具有良好的平衡性，减少机舱振动，柴油机气缸数应大于6。
11） 应注意降低柴油机的噪声。机舱内的噪声应在90dB（A）以下，客舱内的噪声应
在60dB（A）以下。
2.1选择确定发动机的主要参数
平均有效压力
pe=0.259MPa 转速n=600r/min 活塞平均速度C=5.4m/s 增压压
m力Pk=0.241MPa 压缩比?=12.5 最大暴发压力Pz=13MPa 汽缸数i=6 汽缸直径D=200mm 活塞行程S=270mm 行程缸径比S/D=1.35 曲柄半径连杆长度比??0.25 汽缸中心距L0=220mm 燃油消耗率ge=210g/KWh 机油消耗率1.59g/KWh 2.2 机体组的设计
柴油机机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫以及油底壳等组成。机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零件的装配基体。各运动件的润滑和受热、机体的冷却也都要通过机体组来实现。因此可以说机体组把柴油机的各种机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。
2.2.1气缸体：气缸体的功用是柴油机各个机构和系统的装配基体，所有其他零部件和辅助系统均装置于集体的内外。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，气缸工作表面由于经常与高温、高压的燃气相接触，且有活塞在其中作调整往复运动，所以气缸体应具有足够的强度和刚度，且具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的性能，并应对气缸进行适当冷却，以免机体损坏和变形。由于6200柴油机是水冷式，气缸体还包括曲轴箱。是柴油机最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。
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