发动机设计总论.ppt
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1、车辆工程系,汽 车 发动机 设 计,主讲:毕玉华,车辆工程系,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”,车辆工程系,概念设计(CAD和CAE、数据库支持平台)详细设计(产品设计和制造工艺并行)CAE计算(CAD和CAE、数据库支持平台)样件制造和采购 样机装配 燃烧开发 机械开发和试验验证设计与CAE计算 发动机台架完整试验标定 零部件功能试验 发动机耐久试验验证 车辆和动力总成匹配和标定 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,概念设计,详细设计、CAE,总体布置,样机制造和采购,发动机台架开发,车辆匹配和标定,批量生产,欧4、欧5先进电控柴油机开发流程,
2、开发流程,CAE分析计算集成到产品开发,结构力学分析(有限元)非线性结构动力学计算(多体动力学方法)声学计算 热力学分析 热传导分析 流体动力学计算(CFD)发动机/整车匹配性能分析 材料力学计算,车辆工程系,第三篇 发动机总体及主要零部件的设计(31课时)第七章 汽车发动机设计总论第八章 发动机材科第九章 发动机的热负荷,目 录,车辆工程系,第七章 汽车发动机设计,足够的功率 能在较宽的转速与负荷范围内稳定运转 燃料和机油消耗少 体积小、重量轻 工作可靠,寿命长 对环境的污染少,振动及噪声小 能适应多种使用条件,制造成本低,维修方便。,车辆工程系,车辆工程系,7.1.1 对汽车发动机的要求,
3、车辆工程系,车辆工程系,发动机动力性,汽车发动机应有足够的功率良好的扭矩特性一定扭矩适应性系数和转速适应性系数 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。,车辆工程系,车辆工程系,燃料经济性,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,车辆工程系,燃料经济性,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
4、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。,车辆工程系,结构紧凑性,车辆工程系,结构紧凑性,前置发动机的汽车,车辆工程系,可靠性,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。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,车辆工程系,耐久性或使用寿命,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
5、机油消耗率达到不能接受的水平。,车辆工程系,排放量,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。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。,车辆工程系,噪声要求,要求 噪声对人身也有害。因此各发达国家对各类汽车的加速行驶噪声均
6、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)。,车辆工程系,噪声要求,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。,车辆工程系,噪声要求,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。,车辆工程系,使用方便性,(1)起动性能汽车发动机应有良好的起动性能,通常要求汽油机在10、
7、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,车辆工程系,制造成本和产品系列化,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,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。,车辆工程系,发动机的设计指标,技术参数 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)评价指标 比较不同发动机的强化程度和设计水平的参数(如平均有效压力、活塞平
8、均速度、升功率、比重量、功率密度等),车辆工程系,额定功率和升功率,(1)额定功率 发动机发出的功率与环境空气状态(压力、温度、湿度)以及台架试验时所带附件的多少有关。实测有效功率 根据台架试验实测的扭距和曲轴转速数据计算出来的实际环境空气状态下的有效功率叫做实测有效功率;校正有效功率 按主管部门颁行的标淮方法对实测有效功率进行标准大气状态修正所得出的功率是校正有效功率;,车辆工程系,额定功率和升功率,(1)额定功率 发动机发出的功率与环境空气状态(压力、温度、湿度)以及台架试验时所带附件的多少有关。净功率 发动机带上全部附件(包括空气滤清器,汽车排气系,水冷却系的节温器、散热器、风扇和护风圈
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