專利名稱:一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的制作方法
本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)，特別是采用了W燃燒室直噴式燃燒系統(tǒng)的柴油機(jī)，適合于汽車用或其他動(dòng)力設(shè)備的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)采用“M”燃燒系統(tǒng)較多。但“M”燃燒系統(tǒng)存在著熱效率低，低速性能差，低負(fù)荷時(shí)燃燒不好，排煙大，熱負(fù)荷大等許多缺點(diǎn)。本發(fā)明是在能提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的W燃燒室直噴式燃燒系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)上采取了本發(fā)明中的一系列設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，使的按照本發(fā)明設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)制造出來的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將具有性能指標(biāo)先進(jìn)、燃油耗油低、結(jié)構(gòu)牢固、使用可靠、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。下面將本發(fā)明的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)做詳細(xì)的描述。
1.本發(fā)明的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)布置是從缸蓋上進(jìn)、排氣門，噴油咀座孔相對位置的確定開始的，考慮到進(jìn)氣喉口處的空氣流速不宜太高，否則就會(huì)加大阻力而影響性能，故選取進(jìn)氣道喉口處平均流速為71.8米/秒，進(jìn)氣喉口直徑為50mm進(jìn)氣門直徑為57mm。排氣喉口的空氣流速可以適當(dāng)高些，因此將排氣喉口處平均流速選為91.7米/秒，排氣喉口直徑為44mm排氣門直徑選為50.5mm。進(jìn)、排氣門尺寸選定后，從熱負(fù)荷和可靠性出發(fā)，應(yīng)將噴油咀座孔盡量布置在中間，氣門布置如圖1所示，本發(fā)明中設(shè)計(jì)傾斜角為不大于20度。
蓋缸螺栓數(shù)目與位置是保證發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可靠、不發(fā)生沖床的重要因素之一，本發(fā)明將缸蓋螺栓設(shè)計(jì)為8只，并且相對缸心基本均勻布置(圖2)通過在缸蓋上增寬進(jìn)排氣門間的鼻梁設(shè)計(jì)，減薄高溫處火力面厚度，噴油咀孔座鑲?cè)脬~套，增加熱三角區(qū)水夾層空間，使熱負(fù)荷區(qū)溫度下降到允許范圍，也是本發(fā)明的特征之一。
2.燃燒室的尺寸設(shè)計(jì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和活塞熱負(fù)荷，不同燃燒室有不同的供油匹配關(guān)系。本發(fā)明將燃燒室直徑D與深度H之比設(shè)計(jì)為一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹?，?.5。燃燒室口至活塞頂邊緣最小距離本發(fā)明中設(shè)計(jì)要求大于20mm，否則易造成結(jié)焦和熱負(fù)荷過高問題。
燃燒室口處的園角不宜過大，過大會(huì)引起排氣冒煙，過小易造成裂紋，本發(fā)明中設(shè)計(jì)為2mm。
燃燒室與噴油咀的相對位置，橫向偏移量不應(yīng)過大，而縱向兩個(gè)中心重合。這樣，本發(fā)明的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了四條油線長度基本相同。
3.進(jìn)、排氣道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要與燃燒室相配，直噴式進(jìn)氣道宜與中、低渦流比進(jìn)氣道相配，為此，要根據(jù)供油系統(tǒng)的噴射壓力而定。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道是中旋流氣道。進(jìn)、排氣道采用高流量系數(shù)結(jié)構(gòu)，具體參數(shù)是渦流比Ra為2.08理論充氣系數(shù)ηv在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分時(shí)是0.88
氣缸渦流強(qiáng)度Nc為4368轉(zhuǎn)/分燃燒室渦流強(qiáng)度Nα為13123轉(zhuǎn)/分缸徑與燃燒室直徑比為1.7334.凸輪設(shè)計(jì)的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的高、低速時(shí)的性能和可靠性。本發(fā)明設(shè)計(jì)了等加速-等速過渡段的高次方凸輪，其進(jìn)氣凸輪升程為8.533mm，型線的最高冪次為34次方。排氣凸輪升程為8.3mm，型線最高冪次為24次方。凸輪型線的上升、下降段兩面對稱。凸輪豐滿系數(shù)達(dá)0.57。
5.供油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因W燃燒系統(tǒng)要求較高的噴油率、噴油持續(xù)角不致太大。故本發(fā)明設(shè)計(jì)柱塞直徑取11.5mm時(shí)，升程為10mm時(shí)，幾何噴油角為4～5.5度，噴油持續(xù)角小于25度。噴油咀的四個(gè)噴孔直徑為0.37mm，燃油流出直線速度為256～334米/秒(在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2200轉(zhuǎn)/分時(shí))如此供油系統(tǒng)參數(shù)，可達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)油耗低、排煙小的目的。
6.發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)活塞的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)故障率與性能，本發(fā)明的活塞設(shè)計(jì)采用了符合工作要求的型線，其上裙部橢園度大于0.35，下裙部橢園度大于0.25，裙部桶面量不大于0.2mm?；钊袖N孔的兩側(cè)面，在規(guī)定的角度(上裙部在90°-100°，下裙部在70°-80°)范圍內(nèi)，用偏心切削的方法，將裙部直徑減小1mm，使裙部的接觸面減小，裙部桶面量適當(dāng)增大，使裙部形狀在工作時(shí)接近正常，下裙部接觸面積大于上裙部。
7.其他部分的設(shè)計(jì)與特征本發(fā)明的氣缸床采用的新的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)是在缸床封氣口處設(shè)計(jì)成用波紋不銹鋼片來密封，缸套止口平面為能均勻承受壓力、具有良好封氣性能的齒紋的結(jié)構(gòu)。
機(jī)油冷卻器在本發(fā)明中設(shè)計(jì)在新位置上，即移至水泵壓力腔，冷卻系統(tǒng)內(nèi)阻減小，水泵效率得以發(fā)揮，冷卻效果提高。從而使得即使在高溫地帶發(fā)動(dòng)機(jī)水溫也可保持正常。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了薄壁、高強(qiáng)度和剛度的機(jī)體，即將機(jī)體設(shè)計(jì)成與缸心等截面，外形成縱向波紋形、內(nèi)筋外移的薄壁多筋結(jié)構(gòu)。這不僅提高了機(jī)體的剛度，減小了噪聲，鑄造工藝性也大大提高。
配氣機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度本發(fā)明中通過加大搖臂軸直徑3～5mm和在搖臂座上開一槽增加一緊固螺栓消除間隙的結(jié)構(gòu)得以提高。
權(quán)利要求
1.一種采用W燃燒室直噴式燃燒系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特征在于根據(jù)合理的流速確定的進(jìn)、排氣喉口與氣門尺寸，防止沖床與降低缸蓋熱負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，燃燒室尺寸設(shè)計(jì)和進(jìn)、排氣道的高流量系數(shù)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，高次方配氣凸輪設(shè)計(jì)和供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2.本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的特征在于采用了符合工作要求的型線，其上裙部橢園度大于0.35，下裙部橢園度大于0.25，裙部桶面量不大于0.2mm?；钊袖N孔的兩側(cè)面，在規(guī)定的角度(上裙部90°-110°，下裙部70°-80°)范圍內(nèi)用偏心切削方法，將裙部直徑切小1mm，從而減小了活塞園周與缸壁的接觸面積。
3.本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的另一特征是氣缸床和缸套止口的新設(shè)計(jì)，機(jī)油冷卻器的新的位置和提高配氣機(jī)構(gòu)剛度的方法。
4.本發(fā)明設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的特征是采用薄壁多筋，高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)，機(jī)體內(nèi)部加強(qiáng)筋外移，機(jī)體設(shè)計(jì)成與缸心等截面，外形成縱向波紋形。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1.規(guī)定的缸蓋各結(jié)構(gòu)尺寸布置，其特征在于進(jìn)氣喉口直徑為50mm進(jìn)氣門直徑選為57mm，進(jìn)氣喉口直徑為44mm排氣門直徑選為50.5mm。噴油咀座孔盡量布置在中間，傾角不大于20度(圖1)。缸蓋螺釘位置相對缸心基本均勻分布，螺栓數(shù)為8只(圖2)，增寬進(jìn)、排氣門間的鼻梁設(shè)計(jì)，減薄高溫處火力面厚度，噴油咀座孔鑲?cè)脬~套，增加熱三角區(qū)水夾層空間，使熱負(fù)荷區(qū)溫度下降到允許范圍。
6.按照權(quán)項(xiàng)1.規(guī)定的燃燒室尺寸，其特征在于燃燒室直徑D與深度H之比，選為2.5，燃燒室口至活塞頂邊緣最小距離應(yīng)大于20mm，燃燒室口處園角為2mm。燃燒室與噴油咀的相對位置，橫向中心偏移量不應(yīng)過大，縱向兩個(gè)中心重合。
7.按照權(quán)項(xiàng)1.規(guī)定的本發(fā)明的進(jìn)氣道的特征是中旋流氣道。進(jìn)、排氣道采用高流量系數(shù)結(jié)構(gòu)，其參數(shù)為渦流比Ra為2.08理論充氣系數(shù)ηv在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分時(shí)是0.88氣缸渦流強(qiáng)度Nc為4368轉(zhuǎn)/分燃燒室渦流強(qiáng)度Nα為13123轉(zhuǎn)/分缸徑與燃燒室直徑比為1.733進(jìn)氣道喉口處平均流速在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2100轉(zhuǎn)/分時(shí)為71米/秒。排氣道喉口處平均流速在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2100轉(zhuǎn)/分時(shí)為91.7米/秒。
8.按照權(quán)項(xiàng)1.規(guī)定的高次方配氣凸輪設(shè)計(jì)的特征在于進(jìn)氣凸輪升程為8.533mm，排氣凸輪升程為8.3mm。多項(xiàng)高次方凸輪型線的上升、下降兩面對稱。進(jìn)氣凸輪型線最高冪次為34次方，排氣凸輪型線最高冪次為24次方。凸輪豐滿系數(shù)為0.57。本發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的供油系統(tǒng)的特征在于柱塞直徑為11.5mm，升程為10mm時(shí)，幾何噴油角為4°～5.5°，噴油持續(xù)角小于25度。噴油咀的4個(gè)噴孔直徑為0.37mm，燃料流出速度為256～334米/秒(當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2200轉(zhuǎn)/分時(shí))。
9.按照權(quán)項(xiàng)3.規(guī)定的氣缸床新設(shè)計(jì)其特征在于缸床封氣口處設(shè)計(jì)成用波紋不銹鋼片來密封，缸套上止口平面為能夠均勻承受壓力、具有良好封氣性能的齒紋。機(jī)油冷卻器的新位置的特征在于機(jī)油冷卻器移至水泵壓力腔，冷卻系統(tǒng)內(nèi)阻減小，冷卻效果提高。
10.按照權(quán)項(xiàng)3.規(guī)定的提高配氣機(jī)構(gòu)剛度的新方法其特征在于將搖臂軸的直徑增加3～5mm，在搖臂座上開一槽，增加一緊固螺栓來消除間隙。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種采用W燃燒室直噴式燃燒系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)具有全新的缸蓋結(jié)構(gòu)布置，最佳的燃燒室尺寸，進(jìn)、排氣道匹配特性和高次方配氣凸輪、供油系統(tǒng)以及高耐磨、符合工作要求的型線的活塞等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅可以克服一般發(fā)動(dòng)機(jī)的沖撞、發(fā)動(dòng)機(jī)過熱影響壽命等缺點(diǎn)；還具有性能指標(biāo)高、油耗低、排放煙度低、振動(dòng)噪聲小、結(jié)構(gòu)牢固，使用可靠等先進(jìn)性能。
文檔編號F02B9/02GK85106349SQ85106349
公開日1987年3月11日 申請日期1985年8月24日
發(fā)明者陳淦和, 言百慶, 宋賢進(jìn), 沈或林, 劉顯明 申請人:杭州汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan