2.3.3 曲轴飞轮组的设计
曲轴飞轮组由曲轴、主轴瓦、飞轮、飞轮螺栓、皮带轮、正时齿轮、扭转减振器、启动抓组成，如图所示，其功用是将动力输出。
1、曲轴：采用整体式全支承方式（选用这种支承，可以提高曲轴的弯曲强度和刚度，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损）。本设计采用球墨铸铁材料，因为球墨铸铁具有成本低，耐磨性好，吸振能力强，缺口敏感性低，抗扭疲劳强度高等优点。采用正火处理，正火后硬度为HB240~320。正火可提高曲轴的疲劳强度和耐磨性。
2、主轴瓦：其功用是承载连杆轴颈和曲轴轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少摩擦损失，采用钢背等厚轴瓦，材料为高锡铝合金。三道主轴瓦宽度相同可以通用。
3、止推轴承：其功用是防止曲轴受轴向力作用而有轴向窜动，起轴定定位作用，防止曲轴受热膨胀卡死，从而允许它能自由伸长。本次设计采用钢背式，材料为低锡合金。安装在主轴颈二瓦座。
4、曲轴扭转减振器：其功用是吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转动平稳，可靠工作。本次采用橡胶扭转减振器。其特点是结构简单、质量小、工作可靠。
5、主轴承：其功用是保护轴颈及承孔，减轻摩擦和磨损，它们均承受交变载荷和高滑动速度高，是内燃机中工作最严酷的轴承，因此轴承材必有速摩擦，由于工作比压高、
具有足够的搞疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀。
6、飞轮的设计：其功用是将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。飞轮由轮缘、轮盘和轮毂三个部分组成。
飞轮材料的选用：飞轮应质量尽可能小的前提下具有足够的转动惯量，轮缘做的宽而厚。本次设计采用灰铸铁。飞轮外缘上的齿圈采用热压配。另外，根据此次发动机的起动方式为电起动，并在飞轮轮缘上刻各缸上止点等定时标记，作为定时调整的基准。 2.4 配气机构的设计
配气机构的功用是按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。JX493型柴油机采用气门式配气机构，本次设计气门式配气机构。
2.4.1 气门组：气门组是由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。 1、气门：气门的功用是燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。
气门的布置型式：气门的布置型式有气门顶置式和气门侧置式两种。
本次设计采用气门顶置式，其特点是具有气门升程大、气门间隙调整方便，并且曲轴
9
与凸轮轴转速之比为2：1。目前国产的发动机都采用气门顶置式配气机构。
3、每缸气门数：本次设计采用两气门。即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大15％～30％，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量。 4、气门的选型：本次设计的柴油机的进、排气门均为菌形气门，采用平顶式气门顶。其结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气都采用这种，另外，进气门：一般为30°，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热性均差。排气门：一般为45°。因其热负荷较大。
5、气门材料：由于气门是高温、高速、冲击大、润滑条件很差下的条件下工作的。气门必须具有高的强度、刚度，耐磨性、耐腐蚀性和导热性。本次进气门一般用中碳合金钢铬钢制造。排气门则采用耐热合金钢硅铬钢制造。
6、气门杆：其功用为为气门的运动传递。使气门直线运动。由于其工作温度较高，润滑困难，易磨损，容易断，因此较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性。
7、气门座与气门座圈 ：其功用是靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此在气门座镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命。本次气门卒圈采用奥氏体钢制成的气门座圈。
8、气门导管：其功用是为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。由于其工作温度较高，润滑困难，易磨损。所以选用用含石墨较多的合金铸铁材料。 9、气门弹簧：其功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。由于两缸柴油机容易发生共振，本次采用双气门弹簧，它具能削减共振，又能够在一个弹簧发生折断时继续工作。选用的材料为高锰碳钢。 2.4.2 气门传动组的设计：
气门传动组是由凸轮轴、挺柱等构成。其功用是定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。
1、凸轮轴：其功用是驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。由于其承受气门弹簧的张力和气门间歇性开启的冲击载荷。 所以凸轮应具有高的耐磨性、抗冲击韧性和刚度，并且凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求。本次设计的凸轮轴的材料为合金铸铁。凸轮轴各轴颈的工作表面要经过高频淬火后精磨。
凸轮轴布置形式：布置形式主要有上置式、中置式、下置式。本次采用凸轮轴上置式结构，其特点是凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少，运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。凸轮轴通过液压型挺柱直接驱动气门。
10
2、凸轮轴传动方式：传动方式有齿轮传动、链条传动和齿形带传动。由于采用凸轮轴上置式，此次更好的与之相配合，则采用齿形带式传动，具有噪声小、成本低，工作性能好的特点。
3、配气定时：配气定时是用曲轴转角表示的、排气门的开启时刻和开启延续时间，理论上讲进气、压缩、做功、排气各占 180°，但实际上这样的方式往往会使发动机充气不足或排气不干净，从而使发动机的功率下降。
4、挺柱：其功用是将凸轮的推力传给挺柱，承受凸轮施加的侧向力。本次采用液压型。
2.5 柴油机燃油供给系统
柴油机燃料供给系统的功用是柴油机供给系同时要完成柴油供给和空气供给以及可燃 混合气的形成、燃烧和废气的排出任务；按各种不同工况的要求，定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后使废气排入大气；根据负荷的变化自动调节循环供油量，保证稳定运转，限制超速。其构成由柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等构成。
1、喷油器：其功用是将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾状喷入燃烧室。其应具有雾化均匀；喷射干脆利落；无后滴现象；油束形状与方向，适应燃烧室的特点。目前柴油机采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式和轴针式两种。 本次设计采用孔式喷油器，其特点是喷孔的位置和方向与燃烧室形状相适应，以保证油雾直接喷射在深w形燃烧室壁上； 喷射压力较高；喷油头细长，喷孔小，加工精度高。另外在喷射器体和针阀体间设有定位销，用来保证喷射时的准确位置。 2、喷油泵：其功用是按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时、定量、定压地向喷油器输送高压柴油。它对供给系统的重要性不言而喻，它应具有各缸供油量相等；各缸供油提前角相等；各缸供油持续角一致；能迅速停止供油，防止喷油器发生滴漏现象的性能。喷油泵有三种：柱塞式喷油泵、转子分配式喷油泵（VE）和喷油泵- 喷油器。 （1）、柱塞式喷油泵：其特点是性能良好，可靠，使用广泛。
（2）、转子分配式喷油泵（VE）：其特点是靠转子的转动实现柴油的增压与分配，体积小重量轻速度好。
（3）、喷油泵- 喷油器：其特点是将喷油泵和喷油器结合在一起，不需高压油管，但驱动机构复杂。
根据以上特点，本次设计采用性能良好可靠的柱塞式喷油泵。
3、柴油滤清器:其功用是除去柴油中的尘土、水分或其他机械杂质和温度变化及空气的接触过程从柴油中析出少量的石蜡，以降低对精密偶件的磨损，从而提高功率，降低油耗。可分为柴油粗滤器和柴油细滤器。本次设计的柴油机采用柴油粗滤器。
4、输油泵：其功用是保证低压油路中柴油的正常流动，克服柴油滤清器和管路中的阻力，并以一定的压力向喷油泵输送足够量的柴油。并且满足输油量约为柴油机全负荷最大
11
耗油量的3～4倍。其结构型式可分为活塞式、转子式、滑片式、齿轮式等。本次采用活塞式输油泵。
5、调速器：其功用是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化。按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器。在柴油机上装设调速器是由柴油机的工作特性决定的。柴油机的负荷经常变化，当负荷突然减小时，若不及时减少喷油泵的供油量，则柴油机的转速将迅速增高，甚至超出柴油机设计所允许的最高转速，这种现象称“超速”或“飞 车”。相反，当负荷骤然增大时，若不及时增加喷油泵的供油量，则柴油机的转 速将急速下降直至熄火。柴油机超速或怠速不稳，往往出自于偶然的原因，驾驶员难于作出响应。这时，惟有借助调速器，及时调节喷油泵的供油量，才能保持柴油机稳定运行。因此，柴油机防止超速和稳定怠速的作用，就必须安装调速器。本方案采用两速式调速器。 2.6 柴油机冷却系统的设计
冷却系统的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。在柴油机中燃油燃烧放出的热量约为30%～33％要经过气缸、气缸盖和活塞等部件散向外界。为了能散出这些热量，需要有足够数量的冷却介质强制连续流经受热件，通过冷却保证这些受热部件的正常稳定温度。因而在多数柴油机中均设置冷却系统，保证足够而连续的冷却介质流量以及适当的冷却介质温度。冷却系主要由水泵、散热器、节温器等组成。
1、冷却方式的选择：冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，故这里采用的是强制循环式水冷系统。
2、冷却原理：自流冷却系统是将外界的水引入，冷却柴油机后排出，发动机的自流水冷却装置的进、出水口经水管与发动机相接，接发动机进水口的水管路上设有水泵和水箱，通过发动机带动水泵，在超过一定温度时，节温器控制阀转向外接口，不断的将新鲜的冷却水通入发动机内，从而达到冷却效果，当低于一定温度时，则节温器控制阀转向内接口，使冷却液循环流动。广泛用于、小功率中低速柴油机。它的优点是结构简单。
3、水泵：其功用是对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。本次采用离心式水泵。具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点。
4、节温器：其功用是根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，从而控制通过散热器冷却水的流量。以达到调节冷却系的冷却强度，本次采用双阀型蜡式节温器，其具有控制效果好，结构简单，紧凑。 2.7 润滑系统的设计
润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够，温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作 可靠性和耐久性的目的。润滑系通常由机油泵、机油滤清器，各种阀，机油散热器以及检视设备等组成。 1、润滑方式：柴油机润滑系统的供油方式一般有：飞溅润滑、掺混润滑、压力润滑、复合润滑等四种。在本设计中，采取的是复合润滑。对高速重负荷的摩擦表面， 如曲轴
12
主轴承、连杆大头轴承、凸轮轴轴承等，采用压力润滑；而对于压力较大， 输油难以达到或承受负荷不大的摩擦部位，如气缸壁、凸轮等则采用飞溅润滑；个别零部件，如水泵、发电机、起动机等轴承，则定期加注黄油润滑。
1、机油泵：其功用是提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环。目前发动机润滑系中广泛采用的是（外接）齿轮式机油泵和（内啮合）转子式机油泵两种。本次设计采用的是齿轮式机油泵。其特点是泵油压力高，平衡。
2、滤清器：其功用是除去机油中的杂质。本次采用纸质滤芯式机油粗滤清器，其特点是具有较高的强度，抗腐蚀能力和抗水湿性能，具有质量小、体积小、结构简单、滤清效果好、过滤阻力小、成本低、保养方便的特点。
3、机油冷却方式：机油冷却方式有空气自然冷却、空气强制冷却、水强制冷却。这里采用水冷却，采用强制式。
4、储油装置：其功用是存储润滑油。由于柴油机使用条件不同，机油储存方式有干式和湿式曲轴箱之分。本次选用湿式油底壳其特点是油泵从油底壳中抽出机油直接送到润滑系统中去，结构简单，柴油机带滑油泵，管路依附于机体上，油底壳存油量少。 2.8 增压系统的设计
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了 增压器在直列柴油机上的布置
对于驱动发电机或变速箱的柴油机，经常讲涡轮增压器和中冷器安置在飞轮端，以充分利用发电机或变速箱的上部空间。并且将涡轮增压器转子轴的方向与柴油机主轴方向垂直布置，以便于柴油机的排气管直通入涡轮壳，既省去了转弯又缩短了长度，有利于提高废气能量的利用。
对于小型柴油机，往往将增压器与中冷器布置在柴油机的侧面，涡轮增压器不用支架而直接支撑在排气管上。但是，这将不可避免地增加柴油机的宽度。所以，在高度允许时，也可将涡轮增压器与中冷器布置在气缸头上方。这种布置可以缩短排气管长度，有利于废气能量的利用与扫气。 2.9 总体布置方案设计
总体布置设计上以燃烧室为中心合理对气缸盖和配气机构进行布置，以运动件为主件选择合适的曲柄连杆机构的形状和尺寸，以及机体的结构安排。从发动机的自由端来看，喷油泵和进、排气管布置在右侧，起动电机、发电机及布置在左侧，水泵布置在机体前端，皮带轮靠张紧轮张紧，飞轮端带功率输出装置。凸轮轴采用上置式布置，用齿形带传动，凸轮轴通过机械挺柱直接驱动气门，此方式结构简单，运动件少，往复运动质量最小，刚度最大，能量损失最小。气门采用顶置式布置。增压器及中冷器位于汽缸头上方，减小了发动机的宽
13