发动机设计总论xulu.ppt
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1、 汽汽 车车 发动机发动机 设设 计计 主讲:毕玉华主讲:毕玉华 汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。发动机汽车的“心脏”概念设计(概念设计(CADCAD和和CAECAE、数据库支持平台)数据库支持平台)详细设计(产品设计和制造工艺并行详细设计(产品设计和制造工艺并行)CAECAE计算(计算(CADCAD和和CAECAE、数据库支持平台)数据库支持平台)样件制造和采购样件制造和采购 样机装配样机装配 燃烧开发燃烧开发 机械开发和试验验证设计与机械开发和试验验证设计与CAECAE计算计算 发动机台架完整试验标定发动机台架完整试验标定 零部件功能试验零部件功能试验 发动机耐久试验验证发动机耐久
2、试验验证 车辆和动力总成匹配和标定车辆和动力总成匹配和标定 批量生产产品技术支持批量生产产品技术支持 电控柴油机售后服务产品技术支持电控柴油机售后服务产品技术支持概念设计概念设计详细设计、详细设计、CAECAE总体布置总体布置样机制造和采购样机制造和采购发动机台架开发发动机台架开发车辆匹配和标定车辆匹配和标定批量生产批量生产 欧欧4、欧、欧5先进电控柴油机开发流程先进电控柴油机开发流程 性能开发 可靠性 开发 整车标定 产品设计 生产监控 技术培训/咨询 销售支持降低油耗提升功率优化燃烧室曲轴总成的强度测试曲轴总成的扭矩振动测试轴承强度测试设计气缸盖垫优化发动机的冷却系统降低发动机噪声 发动机
3、的悬置发动机寿命评估发动机和交接点的耐久以及专门测试性能开发性能开发可靠性开发可靠性开发绘制发动机的所有参数曲线测定发动机曲线图发动机各单元功能与可靠性试验循环测试热循环测试低温工况测试整车标定整车标定发动机装车和匹配匹配标定试验建立匹配标定系统平台产品设计产品设计四气门缸盖设计产品设计方案样机技术文档编制开发样机设计组装 生产监控生产监控生产工艺设计生产过程中工艺问题的分析与解决模具/夹具等的设计发动机零件外部采购车辆零件外部采购生产线设计以及必要部件和零件设计组织生产线机械招标设备安装支持试运行技术支持质量控制系统开发技术支持技术培训技术培训/咨询咨询设计技术铸造技术其它专业技术 销售支持
4、销售支持销售开发流程开发流程CAE分析计算集成到产品开发n 结构力学分析(有限元)n 非线性结构动力学计算 (多体动力学方法)n 声学计算n 热力学分析n 热传导分析n 流体动力学计算(CFD)n 发动机/整车匹配性能分析n 材料力学计算第三篇第三篇 发动机总体及主要零部件的设计发动机总体及主要零部件的设计(31课时)课时)第七章第七章 汽车发动机设计总论汽车发动机设计总论第八章第八章 发动机材科发动机材科第九章第九章 发动机的热负荷发动机的热负荷目目 录录第七章第七章 汽车发动机设计汽车发动机设计p 足够的功率足够的功率p 能在较宽的转速与负荷范围内稳定运转能在较宽的转速与负荷范围内稳定运转
5、p 燃料和机油消耗少燃料和机油消耗少p 体积小、重量轻体积小、重量轻p 工作可靠,寿命长工作可靠,寿命长p 对环境的污染少,振动及噪声小对环境的污染少,振动及噪声小p 能适应多种使用条件,制造成本低,维修方便。能适应多种使用条件,制造成本低,维修方便。7.1.1 7.1.1 对汽车发动机的要求对汽车发动机的要求 排放量及排放量及噪声水平噪声水平 使用方便性使用方便性制造成本和制造成本和产品系列化产品系列化 可靠性和耐久性可靠性和耐久性 结构紧凑性结构紧凑性 燃料经济性燃料经济性 发动机动力性发动机动力性 汽车发动机汽车发动机的要求的要求发动机动力性发动机动力性n汽车发动机应有足够的功率n良好的
6、扭矩特性n一定扭矩适应性系数和转速适应性系数 n发动机能平稳运转的转速范围 保证汽车的动力性(车速和牵引力)、加速性和克服突然增大的行驶阻力的能力,并应能迅速从怠速变换到全速全负荷。燃料经济性燃料经济性n汽车方面(1)汽车的设计情况(轮胎、车身、传动系等)(2)保养情况、道路质量、(3)常用车速与载荷、空车率(4)驾驶方法燃料经济性燃料经济性n发动机方面(1)在发动机功率和前述种种汽车情况及使用情况相同的条件下,发动机万有特性上的最低耗油率越低,同时低耗油率工况区域又越宽阔则汽车的使用油耗越低。(2)对同一汽车传动系来说,用较大功率的发动机可以得到较高的最高车速。结构紧凑性结构紧凑性发动机的重
7、量原材料消耗量汽车的自重使用油耗结构紧凑性结构紧凑性发动机的外形尺寸 发动机罩的高度 发动机的长度 发动机的宽度 车身外形的流线形驾驶员的视野有效装载面积 车架上的安装可能性 前置发动机的汽车 可靠性可靠性 n发动机的工作可靠性 指在设计规定的使用条件下能够持续工作,不致因故障而影响正常运行的能力。n在保证期内不发生故障的主要零部件 缸体、缸盖、曲轴、连杆、轴瓦、活塞、活塞销、活塞环、凸轮铀、气门、气门弹簧等件的断或裂,以及影响喷油泵和增压器功能 耐久性或使用寿命 n发动机的耐久性或使用寿命 指发动机从开始使用到第一次大修之前累计运行的里程数或小时数,也就是发动机的大修期。决定于气缸筒和曲轴的
8、磨损速率,一旦磨损量大与一定程度,使得气缸压缩压力、漏气举和机油消耗率达到不能接受的水平。排放量排放量 n定义 汽车发动机的有害排放物有co,Hc,No,Pb,碳烟和微粒。Pb是汽油机使用含Pb汽油时排放的,碳烟和微粒是柴油机排放的。实际上,微粒指的是排气中的固态及液态滤出物,其中包含了碳烟。n措施 自1970年以来各国先后以法令限制汽车发动机的有害排放量,这对汽车发动机的发展产生了很大的影响,因为必需采取多种措施降低有害排放量,同时又要补偿由此引起的功率和油耗损失。正是限制排放的严格规定促进了近年来电子控制汽油喷射与点火、三元催化转化、废气再循环等技术的发展。噪声要求 n要求 噪声对人身也有
9、害。因此各发达国家对各类汽车的加速行驶噪声均有法规限制,力逐年加严。例如欧共体1970年对各类汽车加速行驶噪声的限制为829ldB(分贝)。1985年为7580dB,我国日前规定1985年以后生产的车辆加速噪声不超过8289dB(轿车取下限,8吨以上货车取广限)。噪声要求n发动机中引起机件振动而产生噪声的来源有缸内气体燃烧过程中的压力升高进排气管系中气流的脉动冷却风扇鼓风在曲柄连杆机构、配气机构和传动机构运动中的机械撞击等等。噪声要求n措施 要降低汽车噪声:一靠适当的屏蔽;二靠降低动力传动系的噪声其中主要是发动机噪声。使用方便性使用方便性(1)起动性能n汽车发动机应有良好的起动性能,通常要求汽
10、油机在10、柴油机在一5的气温条件下,不采用特殊的低温起动措施就能迅速可靠地起动,在更低温度下利用辅助装置也能顺利起动。(2)安装性能n汽车发动机应便于安装、操纵和维修。(3)应不同的地理和气候条件制造成本和产品系列化制造成本和产品系列化 n制造成本方面与其重量、零部件数目、所用材料、附件等等有关,n另一方面又与其生产批量、制造工艺等有关。一般说来只有在大批量生产的条件下成本才能显著降低,因此发动机产品的系列化和零部件的通用化就有了重要意义。发动机的设计指标发动机的设计指标 n技术参数技术参数 与发动机的使用直接有关的参数与发动机的使用直接有关的参数(如功率、转速、重量、外形尺寸等如功率、转速
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