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本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
注：頁眉，居中，楷體，五號。閱后刪除此文本框。
摘 要
柴油機(jī)在現(xiàn)代動力機(jī)械中起著重要的作用。為了解和研究柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及其動力性能，本次畢業(yè)設(shè)計涉及到“4110型柴油機(jī)總體設(shè)計”。文中詳細(xì)地闡述了柴油機(jī)的機(jī)體組件、活塞連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等七大系統(tǒng)的設(shè)計重點(diǎn)。理解柴油機(jī)工作原理、過程，并參照4110型柴油機(jī)原型及主要參數(shù)進(jìn)行了柴油機(jī)的總體布局設(shè)計。通過熱力、動力計算及使用情況的分析，對4110型柴油機(jī)提出了合理的建議并進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過改進(jìn)，柴油機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能得以提升，以適應(yīng)需求。此次畢業(yè)設(shè)計的選題意義在于提倡使用動力性能更好和節(jié)能環(huán)保的柴油機(jī)。
關(guān)鍵詞：4110；柴油機(jī)；總體設(shè)計；改進(jìn)；性能
Abstract
Diesel engine plays an important role in modern power machinery. In order to make a further research of diesel engine, this paper is mainly concerned with the system design of 4110 type diesel engine. It is within the significant designing of airframe components、piston and crank mechanism、modified atmosphere mechanism、fuel system、lubricating system、cooling system and electrical system in detail. With the better understanding of diesel engine working principle and process or 4110 type diesel engine primary form and main parameters, the general layout design can be conducted as soon as possible. What is more, through the analysis of heat calculation、power calculation and uers′ feedback, reasonable suggestions for the 4110 type diesel engine are put forward and then improved. As a result, power performance and economic performance are enhanced to meet demand for use. The important significance presented in this paper lies in advocating to use better power performance、energy conservation and environmental protection in diesel engine.
Key Words：4110; diesel engine; system design; improvement; performance
目 錄
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
第一章 4110型柴油機(jī)的工作原理及應(yīng)用范圍 4
第二章 4110型柴油機(jī)的總體設(shè)計 10
第三章 4110型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.1 機(jī)體組件設(shè)計 13
3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 16
3.3 配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計 25
3.4 燃油系統(tǒng)設(shè)計 32
3.5 潤滑系統(tǒng)設(shè)計 35
3.6 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 38
3.7電氣起動系統(tǒng)設(shè)計 40
第四章 4110型柴油機(jī)改進(jìn)建議 42
結(jié) 論 43
參考文獻(xiàn) 44
附錄A 熱力計算 45
附錄B 動力計算 55
致 謝 85
- III -
- 1 -
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
注：頁眉，居中，楷體，五號。閱后刪除此文本框。
摘 要
柴油機(jī)在現(xiàn)代動力機(jī)械中起著重要的作用。為了解和研究柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及其動力性能，本次畢業(yè)設(shè)計涉及到“4110型柴油機(jī)總體設(shè)計”。文中詳細(xì)地闡述了柴油機(jī)的機(jī)體組件、活塞連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等七大系統(tǒng)的設(shè)計重點(diǎn)。理解柴油機(jī)工作原理、過程，并參照4110型柴油機(jī)原型及主要參數(shù)進(jìn)行了柴油機(jī)的總體布局設(shè)計。通過熱力、動力計算及使用情況的分析，對4110型柴油機(jī)提出了合理的建議并進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過改進(jìn)，柴油機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能得以提升，以適應(yīng)需求。此次畢業(yè)設(shè)計的選題意義在于提倡使用動力性能更好和節(jié)能環(huán)保的柴油機(jī)。
關(guān)鍵詞：4110；柴油機(jī)；總體設(shè)計；改進(jìn)；性能
Abstract
Diesel engine plays an important role in modern power machinery. In order to make a further research of diesel engine, this paper is mainly concerned with the system design of 4110 type diesel engine. It is within the significant designing of airframe components、piston and crank mechanism、modified atmosphere mechanism、fuel system、lubricating system、cooling system and electrical system in detail. With the better understanding of diesel engine working principle and process or 4110 type diesel engine primary form and main parameters, the general layout design can be conducted as soon as possible. What is more, through the analysis of heat calculation、power calculation and uers′ feedback, reasonable suggestions for the 4110 type diesel engine are put forward and then improved. As a result, power performance and economic performance are enhanced to meet demand for use. The important significance presented in this paper lies in advocating to use better power performance、energy conservation and environmental protection in diesel engine.
Key Words：4110; diesel engine; system design; improvement; performance
目 錄
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
第一章 4110型柴油機(jī)的工作原理及應(yīng)用范圍 4
第二章 4110型柴油機(jī)的總體設(shè)計 10
第三章 4110型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.1 機(jī)體組件設(shè)計 13
3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 16
3.3 配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計 25
3.4 燃油系統(tǒng)設(shè)計 32
3.5 潤滑系統(tǒng)設(shè)計 35
3.6 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 38
3.7電氣起動系統(tǒng)設(shè)計 40
第四章 4110型柴油機(jī)改進(jìn)建議 42
結(jié) 論 43
參考文獻(xiàn) 44
附錄A 熱力計算 45
附錄B 動力計算 55
致 謝 85
- III -
引 言
柴油機(jī)是一種功率范圍廣、可適應(yīng)各種不同要求的動力機(jī)，較汽油機(jī)相比較，有其突出的特點(diǎn)。比如：(1)具有較高的熱效率，比汽油機(jī)高出30%，節(jié)約能源、降低燃料成本；（2）柴油機(jī)可以采用較大的缸徑或較高的增壓比來提高單缸功率；（3）功率大，壽命長，動力性能好，工作的可靠性和使用耐久性優(yōu)于汽油機(jī)；（4）柴油機(jī)排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比汽油低45%，一氧化碳與碳?xì)渑欧乓埠艿汀?
柴油機(jī)也有著其自身的劣勢，如：由于最高燃燒壓力高，結(jié)構(gòu)比較笨重，轉(zhuǎn)速低，加速較慢；燃燒比比較粗暴，噪聲較大，且容易出現(xiàn)震動；排氣微粒排放對人類健康產(chǎn)生很大威脅等。由于當(dāng)前世界提倡低碳、環(huán)保、節(jié)能的理念，所以，為了節(jié)能，各國都在注重改善燃燒過程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。目前，在燃燒與噴射技術(shù)、進(jìn)氣增壓技術(shù)、多氣門結(jié)構(gòu)、電控共軌技術(shù)都取得了豐碩成果。
本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容是“4110型柴油機(jī)總體設(shè)計”。根據(jù)熱力計算和動力計算來驗(yàn)證4110型柴油機(jī)各性能參數(shù)的正確性，通過分析其整體結(jié)構(gòu)及各個系統(tǒng)的選型來驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)的合理性是本次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計依據(jù)。柴油機(jī)的設(shè)計方法是在熱力計算和動力計算驗(yàn)證4110型柴油機(jī)各性能參數(shù)正確性的基礎(chǔ)上，并根據(jù)柴油機(jī)主要零部件的位置關(guān)系及配合間隙大小和標(biāo)準(zhǔn)件及非標(biāo)準(zhǔn)件正確畫法進(jìn)行CAD繪圖。
4110型柴油機(jī)也存在動力性能和經(jīng)濟(jì)性能的缺點(diǎn)，建議和改進(jìn)4110型柴油機(jī)的部分零件也是本次畢業(yè)設(shè)計的重點(diǎn)之一。如：提高4110型柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速可提高其動力性能，將額定轉(zhuǎn)速提高到2000r/min，在增加額定轉(zhuǎn)速的同時，活塞、連桿往復(fù)運(yùn)動也隨之增快，導(dǎo)致曲軸發(fā)生很大的扭轉(zhuǎn)變形。為了避免曲軸產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)共振，因此柴油機(jī)曲軸自由端安裝扭振減震器；4110型柴油機(jī)的進(jìn)氣管和排氣管安裝的同一側(cè)，為了使進(jìn)入氣缸的空氣不致受熱而影響進(jìn)氣量，可將進(jìn)氣管和排氣管分別安裝在氣缸蓋的兩側(cè)等。
4110型柴油機(jī)縱剖面圖
4110型柴油機(jī)橫剖面圖 第一章 4110型柴油機(jī)的工作原理及應(yīng)用范圍
一、柴油機(jī)工作原理
1.柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)
柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與原理如圖1.1所示。它是由活塞、連桿、曲軸等所構(gòu)成。
活塞只能沿氣缸直線往復(fù)運(yùn)動。曲軸是由兩個中心線不在一直線的軸所構(gòu)成，其中一個軸安置在集體中心孔內(nèi)，稱作主軸。主軸只能在機(jī)體座孔內(nèi)繞本身中心線轉(zhuǎn)動。另一個通過曲柄與主軸連接在一起，稱作連桿軸。連桿為兩端帶有孔的一直桿，一端與活塞相連；另一端與連桿軸相連。它隨著活塞移動和曲軸旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行擺動。
當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動時，通過連桿推動曲軸繞主軸中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?；钊苿优c曲軸轉(zhuǎn)動是相互牽連在一起的。因此，活塞移動位置與曲軸轉(zhuǎn)動位置是相對立的。
活塞能達(dá)到的最上端位置，叫做上止點(diǎn)。此時活塞與曲軸主軸中心距離最遠(yuǎn)。
活塞能達(dá)到的最下端位置，叫做下止點(diǎn)。此時活塞與曲軸主軸中心距離最近。
活塞從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn)，或從下止點(diǎn)移動到上止點(diǎn)時，所走過的距離叫做活塞行程（又叫做沖程）。通常用字母S表示。
曲軸沒轉(zhuǎn)動半圈（即180°），活塞邊移動一個沖程。若用字母r表示曲柄半徑（曲軸的主軸中心到連桿軸中心間的距離），則
即活塞行程等于兩倍的曲柄半徑長度
當(dāng)曲軸勻速轉(zhuǎn)動時，活塞往復(fù)直線運(yùn)動的速度卻在不斷變化著的?；钊苿拥缴?、下止點(diǎn)位置時速度等于零，而在中間某一位置時速度最高。根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)速和活塞行程，求出活塞在一個沖程內(nèi)速度的平均值，稱作活塞平均速度（單位米/秒）
活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的過程中，氣缸內(nèi)空間容積不斷變化著。當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)位置時，活塞頂上面的空間叫燃燒室。這個空間容積叫燃燒室容積，用字母表示。
活塞從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn)，它所掃過的空間容積叫做氣缸工作容積，用字母表示，
式中 D—?dú)飧字睆剑ɡ迕祝?
S—活塞行程（厘米）
活塞位于下止點(diǎn)位置時，氣缸內(nèi)的容積叫做氣缸總?cè)莘e，用字母Va表示，它等于燃燒室容積與氣缸工作容積之和，即
氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，叫做壓縮比，用字母ε表示，即
壓縮比表示了活塞從上止點(diǎn)移動到下止點(diǎn)時，氣體在氣缸內(nèi)被壓縮程度。壓縮比越大，表示氣體在氣缸內(nèi)被壓縮得越厲害，壓力和溫度也升高得越大。同時壓縮比也表明了燃?xì)馀蛎洉r體積變化倍數(shù)。
壓縮比是內(nèi)燃機(jī)的一個重要參數(shù)。不同型式的內(nèi)燃機(jī)，對壓縮比的大小有不同要求。一般柴油機(jī)都要求較大的壓縮比，ε=12—20，而汽油機(jī)的壓縮比較低，ε=6.5—10。
而4110型柴油機(jī)的壓縮比，ε=17。
多缸內(nèi)燃機(jī)所有氣缸工作容積之和，叫總排量，有稱發(fā)動機(jī)工作容積，如用字母表示，則
式中 —?dú)飧讛?shù)
綜上所述，內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律是：當(dāng)活塞移動一個沖程時，曲軸旋轉(zhuǎn)半圈（即180°），氣缸容積由最小變到最大（或由最大變到最?。?，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)一周時（即360°），活塞完成兩個沖程。
2.單缸四沖程柴油機(jī)工作原理
活塞連續(xù)運(yùn)行四個沖程（即曲軸旋轉(zhuǎn)兩周）的過程中，完成一個工作循環(huán)（進(jìn)氣—壓縮—燃燒膨脹—排氣）的柴油機(jī)，叫做四沖程柴油機(jī)。
圖1.2為單缸四沖程柴油機(jī)工作過程示意圖。下面對照單缸四沖程柴油機(jī)工作過程示意圖來說明它的工作過程：
1） 進(jìn)氣過程—將新鮮空氣吸入氣缸，提供燃料燃燒時所需要的氧氣。燃燒1公斤柴油，理論上需要14.3公斤空氣，但由于柴油與空氣的混合總是很不均勻，為了是使柴油得到充分的燃燒，空氣總是要供應(yīng)的富裕些，1公斤柴油往往要供給20多公斤空氣。
2） 壓縮過程—將吸入氣缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，使其溫度升高。對柴油機(jī)來講，壓縮后的空氣溫度，必須超過柴油的自然點(diǎn)溫度（約大于350℃）
3） 燃燒膨脹過程—將燃燒噴入氣缸，與氧發(fā)生急劇的氧化作用（即燃燒）將放出大量熱量，使氣體溫度和壓力急劇上升，推動活塞做功。
4） 排氣過程—將膨脹做功后的廢氣排出，以便再吸入新鮮空氣。
上述過程周而復(fù)始地不斷重復(fù)進(jìn)行著，如此周期循環(huán)地工作，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.多缸四沖程柴油機(jī)工作原理
多缸柴油機(jī)具有兩個或兩個以上氣缸，各缸的活塞連桿機(jī)構(gòu)，都連接在同一根曲軸上。4110型柴油機(jī)有四個氣缸組成，各氣缸的活塞連桿機(jī)構(gòu)都與曲軸相連接。對每個氣缸來講，卻又構(gòu)成一個完整的單氣缸，都按照前述單缸柴油機(jī)中各過程進(jìn)行工作。但在同一時刻，每缸所進(jìn)行的工作過程卻不相同，它是根據(jù)氣缸數(shù)目和結(jié)構(gòu)排列方式不同，并按照一定的工作，使各缸工作過程相互間隔一定的曲軸轉(zhuǎn)角。
四沖程柴油機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)動兩周（即720°）的時間內(nèi)，每個氣缸都要完成一個循環(huán)。為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)均勻性，必須使每缸的工作沖程均勻地分布在720°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。
若多缸柴油機(jī)有個氣缸，則間隔角度應(yīng)為：
則四缸柴油機(jī)為：
多缸柴油各缸發(fā)火順序，可用氣缸編號中間以短橫線連接起來表示。4110型柴油機(jī)發(fā)火順序?yàn)?-3-4-2。即表示：第1缸發(fā)火后，依次第3、4、2缸順序進(jìn)行。表1.1表示4110型柴油機(jī)各缸沖程交替順序表。
表1.1 4110型柴油機(jī)各缸沖程交替順序表
曲軸轉(zhuǎn)角
曲軸位置
各缸工作過程
0°
180°
360°
540°
720°（0°）
1 4
1
3
4
2
2 3
2 3
工
作
壓
縮
進(jìn)
氣
排
氣
1 4
1 4
排
氣
工
作
壓
縮
進(jìn)
氣
2 3
2 3
進(jìn)
氣
排
氣
工
作
壓
縮
1 4
壓
縮
進(jìn)
氣
排
氣
工
作
4110型柴油機(jī)的曲軸是由四個曲拐構(gòu)成，各曲軸平面之間的相互夾角為180°。當(dāng)活塞1和4運(yùn)行到上止點(diǎn)位置時，其中一個進(jìn)入工作沖程；另外一個進(jìn)入吸氣沖程。在曲軸轉(zhuǎn)過180°時，則活塞2和3運(yùn)行到上止點(diǎn)位置，如此循環(huán)，使四個氣缸每隔180°曲軸轉(zhuǎn)角，交替進(jìn)入工作沖程推動活塞做功。
二、4110型柴油機(jī)應(yīng)用范圍
4110柴油機(jī)可配以皮帶輪、聯(lián)軸器、離合器等作為農(nóng)業(yè)排灌、發(fā)電機(jī)、電焊機(jī)、空壓機(jī)、水泵、碎石機(jī)及建筑機(jī)械等動力；船用時，配上倒順車離合器、減速齒輪箱后，可用作漁輪船動力，內(nèi)河航運(yùn)主機(jī)及輪船輔機(jī)。
第二章 4110型柴油機(jī)的總體設(shè)計
一、4110型柴油機(jī)總體布置
4110型柴油機(jī)的機(jī)體為整體鑄件結(jié)構(gòu)，上端為氣缸體部分，有四個氣缸套座孔，呈直列式，座孔內(nèi)裝有濕式氣缸套。機(jī)體下端為曲軸箱部分，設(shè)有五個主軸承座，曲軸支撐在此座孔內(nèi)。連桿連接在曲軸的連桿軸頸上，連桿小頭一端通過活塞銷與活塞相連。活塞沿氣缸套內(nèi)孔上下移動，通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柴油機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
每個氣缸套上端裝有一個單體式氣缸蓋，將氣缸套頂端密封，構(gòu)成柴油機(jī)工作容積。氣缸蓋上裝有氣門組件、氣門搖臂和噴油器等，外面用罩殼密封。
油底殼倒掛在機(jī)體下方，將曲軸箱密封并貯存機(jī)油。
機(jī)體的一側(cè)裝有凸輪軸，凸輪軸的前端裝有正時齒輪，通過裝在機(jī)體前端的齒輪系，由曲軸驅(qū)動凸輪凸輪軸轉(zhuǎn)動。隨著凸輪行程的變化，通過挺柱推動推桿上下移動，又由推桿推動氣門搖臂控制著進(jìn)、排氣門的開啟與關(guān)閉。由此構(gòu)成了柴油機(jī)的配氣系統(tǒng)。
4110柴油機(jī)的潤滑系統(tǒng)各部件，集中布置在機(jī)體的右側(cè)。機(jī)油泵安裝在自由端下方。油底殼內(nèi)的機(jī)油經(jīng)機(jī)油泵壓出，經(jīng)單向閥、調(diào)壓閥、機(jī)油冷卻器和機(jī)油濾清器，經(jīng)主油道，然后通過機(jī)體內(nèi)的油路，分別送往各摩擦表面，構(gòu)成本柴油機(jī)機(jī)的潤滑系統(tǒng)。
從4110型柴油機(jī)的正面（設(shè)置高壓油泵面）看，中間設(shè)置分配式高壓油泵，4只高壓油管分別聯(lián)接各缸的噴油器，左面設(shè)置柴油濾清器，右邊設(shè)置飛塊離心全程式調(diào)速器和發(fā)電機(jī)，下面設(shè)置機(jī)油注入口。柴油機(jī)左面設(shè)置飛輪，飛輪上面設(shè)置儀表盤。柴油機(jī)的右面設(shè)置齒輪傳動機(jī)構(gòu)，皮帶輪依靠V帶帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。柴油機(jī)的后面設(shè)置機(jī)油冷卻器，起動電機(jī)，機(jī)油濾清器以及進(jìn)、排氣管道。
二、4110型柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
由于4110型柴油機(jī)是高速柴油機(jī)，所以要求提高各部分零件的剛度和強(qiáng)度。例如，連桿小頭橫截面增大，整個氣缸體采用曲面型設(shè)計，形成不斷彎曲的波浪形，而不是簡單的大平面。在氣缸體的內(nèi)壁和各缸之間的隔板上分別加加強(qiáng)筋和行架結(jié)構(gòu)。在滿足鑄造要求的條件下，基本壁面要盡可能薄，減輕氣缸體的重量，但局部要加厚，特別是在氣缸體的上下平面和前后壁面要加厚。主要載荷盡可能直線傳遞，避免產(chǎn)生附加彎曲和扭矩。氣缸體的過渡圓角要圓滑過渡，角度不能太小，不能為直角。
柴油機(jī)的動力性能通過參數(shù)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速來體現(xiàn)，并且功率正比于扭矩和轉(zhuǎn)速。增大扭矩或增加轉(zhuǎn)速可提高功率，從而提高動力性能。
柴油機(jī)的動力性能通過參數(shù)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速來體現(xiàn)，并且功率正比于扭矩和轉(zhuǎn)速。增大扭矩或增加轉(zhuǎn)速可提高功率，從而提高動力性能。
柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能
柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能主要通過柴油每馬力小時和機(jī)油每馬力小時的耗油量來衡量。柴油平均每馬力小時的耗油量為160，機(jī)油平均耗油量則為4～5。
為提高柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性能，可通過以下方式提高：
（1）進(jìn)氣量（即充氣系數(shù)）
①空氣濾清器有足夠大的過濾面積，孔的大小及密度要合適；②進(jìn)氣管道要有足夠大的斷面面積，曲率半徑盡量要圓滑，表面也要光滑；③進(jìn)、排氣門有足夠大的面積，進(jìn)氣門直徑應(yīng)大于排氣門直徑；④排氣系統(tǒng)、消聲器要合理，排氣道必須彎道最少，表面光滑，以使空氣暢通流出。
（2）燃油供給系統(tǒng)
①增加供油量可通過增加噴油泵柱塞直徑即可；②噴霧質(zhì)量要高，霧化效果好，射程足夠。
（3）配氣系統(tǒng)
①改變凸輪結(jié)構(gòu)，采用高次方凸輪；②時間斷面面積應(yīng)最大；③開啟、關(guān)閉時間要適時。
（4）減少功率損失，提高機(jī)械效率
①零部件間隙選擇要合適；②零部件的材料選擇要正確，在保證強(qiáng)度、剛度、硬度的條件下，還要保證其磨合性能最佳；③附件的選擇要合適，比如：風(fēng)扇直徑、機(jī)油泵的大小等；④潤滑油選擇要恰當(dāng)。
三、4110型柴油機(jī)性能參數(shù)
氣缸數(shù)目:4個；
機(jī)器型式：水冷四沖程直列渦流式燃燒室；
氣缸直徑：110；
活塞行程：150；
額定功率：60；
額定轉(zhuǎn)速：1500；
發(fā)火次序：1-3-4-2；
壓縮比：17：1；
活塞平均速度：7.5
平均有效壓力：6.3；
潤滑油消耗率：≦5；
燃油消耗率：≦200；
噴油提前角：上止點(diǎn)前22°±2°；
潤滑壓力：1.5～3；
柴油機(jī)總重量：815；
外形尺寸（長X寬X高）：1296 X 774 X 1102；
配氣定時：進(jìn)氣門----開：上止點(diǎn)前 20°±4°
關(guān)：下止點(diǎn)后40°±4°
排氣門----開：下止點(diǎn)前60°±4°
關(guān)：上止點(diǎn)后10°±4°。
第三章 4110型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 機(jī)體組件設(shè)計
機(jī)體組件包括機(jī)體（氣缸體-曲軸箱）、氣缸套、氣缸蓋、油底殼等零件，是柴油機(jī)的固定部分。
一、 機(jī)體
機(jī)體的主要功用：
（1） 支承柴油機(jī)所有的運(yùn)動件，使它們在工作時保持相互準(zhǔn)確的位置；
（2） 在機(jī)體上加工有水道和油道，保證各零件工作時必要的冷卻與潤滑；
（3） 安裝柴油機(jī)各輔助系統(tǒng)部件；
（4） 作為柴油機(jī)使用安裝時的支承，將柴油機(jī)固定在底盤或支架上。
機(jī)體一般采用鑄鐵制成。氣缸套嵌入機(jī)體內(nèi)，在氣缸套與機(jī)體壁之間行程冷卻水套，通過機(jī)體上平面上的孔與氣缸蓋的水套相通。機(jī)體前端的箱體內(nèi)安裝傳動齒輪和潤滑油泵；后端則為動力輸出端。噴油泵裝在機(jī)體左側(cè)（從飛輪端觀察），在裝噴油泵的座孔下面，有安裝凸輪軸和滾輪軸的軸承孔。機(jī)體的左側(cè)中部有兩個進(jìn)水孔，冷卻水即由此引入，機(jī)體兩側(cè)都有蓋板，揭開蓋板可以檢測曲軸連桿機(jī)構(gòu)和軸承情況。
圖3.1 4110型柴油機(jī)氣缸體的結(jié)構(gòu)型式
1．氣缸體
氣缸體部分作用是用來安裝氣缸套及其附件，要求其對氣缸套有可靠的冷卻條件。
4110型柴油機(jī)采用水冷式柴油機(jī)氣缸體，如圖3.1所示。依靠流經(jīng)氣缸體內(nèi)部的冷卻水進(jìn)行冷卻。氣缸體內(nèi)部鑄有冷卻水腔。冷卻水腔構(gòu)成型式是整個氣缸套座孔內(nèi)為一整體空腔，與氣缸套外壁構(gòu)成一個環(huán)形空間。
氣缸體的頂部裝有氣缸蓋螺栓，用作固定汽缸蓋。為保證氣缸蓋可靠地密封，防止螺栓松脫，氣缸蓋螺栓與氣缸體的連接都采用鎖緊措施固定。
2．曲軸箱
機(jī)體曲軸箱部分的主要作用是支承曲軸，使柴油機(jī)各運(yùn)動件在工作過程中保持一定的相對位置。
曲軸箱結(jié)構(gòu)可分為懸掛式、龍門式、底座式。而4110型柴油機(jī)采用龍門式，龍門式的曲軸箱的主軸承座為一整體結(jié)構(gòu)，與曲軸箱橫隔板連成一體。曲軸安裝是從機(jī)體軸向端面穿入。龍門式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：剛性最好，結(jié)構(gòu)緊湊，可大大縮短柴油機(jī)軸向尺寸，機(jī)體下平面的密封也最簡單，但重量最重，并且曲軸拆裝困難。曲軸箱為鑄鐵件。
為保證主軸承座孔在工作時具有一定的幾何精度，除要求主軸承座與蓋具有足夠的剛度外，還必須保持兩者之間可靠地連接。因此，裝配時主軸承螺母必須嚴(yán)格按照規(guī)定扭緊力矩旋緊。
要使主軸承座孔保持必要的幾何精度，除扭緊力矩的要求外，還要求主軸承蓋具有可靠額定位，以防止位置發(fā)生錯移。常見的主軸承蓋定位方式有：側(cè)面定位、套筒定位、鋸齒面定位，本設(shè)計為側(cè)面定位。
二、 氣缸套
氣缸套的主要功用：
（1） 與活塞、氣缸蓋構(gòu)成氣體壓縮、燃燒和膨脹的工作空間；
（2） 作為活塞往復(fù)運(yùn)動的導(dǎo)向面；
（3） 向周圍冷卻介質(zhì)傳遞一部分熱量，以保證活塞組件和氣缸套本身在高溫、高壓環(huán)境中正常的工作。
氣缸套的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：
(1) 有足夠的強(qiáng)度，能承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷作用；
(2) 內(nèi)表面具有較高精度、光潔度和耐磨、抗腐蝕的能力；
(3) 外表面對冷卻水應(yīng)有一定抗腐蝕能力；
(4) 應(yīng)保證對氣缸工作容積及冷卻水具有可靠的密封。
氣缸套一般采用高磷鑄鐵和球墨鑄鐵。
氣缸套的內(nèi)壁為一光滑的圓柱面，具有較高的精度和光潔度。氣缸套的上端有一凸緣作為氣缸套安裝定位用，安裝時凸緣下端面與機(jī)體缸套座孔上端面應(yīng)緊密貼合，上端面則與氣缸蓋下平面緊密貼合，在兩貼合面中間加有墊片，以密封氣缸工作容積及冷卻水腔，如圖3.2所示。
氣缸套外圓有上定位面和下定位面。上定位面直徑略大，與氣缸套座孔尺寸配合較緊密。下定位面與座孔配合較松，通常裝有橡膠密封圈以密封冷卻水腔，并減震，減少沖擊力、磨損和穴蝕。
三、氣缸蓋
氣缸蓋壓在氣缸套上凸緣平面上，用氣缸蓋螺栓緊固在氣缸體上。它的主要功用：
（1） 密封氣缸，與氣缸套、活塞構(gòu)成燃燒室空間；
（2） 構(gòu)成柴油機(jī)的進(jìn)、排氣通道；
（3） 柴油機(jī)很多零部件安裝在氣缸蓋上，如進(jìn)排氣門、氣門搖臂、噴油器等
氣缸蓋結(jié)構(gòu)必須滿足以下要求：
(1) 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證在氣體壓力和熱應(yīng)力作用下可靠地工作，并與氣缸套接合面具有良好的密封性；
(2) 氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)排氣通道應(yīng)使氣體通過時流動阻力最??；
(3) 具有可靠的冷卻，以保證安裝在氣缸蓋上面的各零部件可靠地工作。
氣缸蓋采用球墨鑄鐵制成。
氣缸蓋結(jié)構(gòu)型式分為單缸式，即每個氣缸有一個單獨(dú)氣缸蓋；雙缸式，即每兩個氣缸共用一個氣缸蓋；多缸式，即沒拍氣缸共用一個氣缸蓋。4110型柴油機(jī)采用單缸式。
氣缸蓋底平面壓在氣缸套上凸緣平面上，兩者之間裝有氣缸墊，用以密封燃燒室。底面上有氣門座孔，通過內(nèi)部的氣道，將燃燒室空間與大氣相通。
氣缸蓋內(nèi)布置有冷卻水腔，冷卻水從氣缸蓋地步串水孔進(jìn)入水腔，然后從氣缸蓋頂部回水孔流回散熱水箱。
四、油底殼
油底殼的作用封閉曲軸箱，防止贓物進(jìn)入柴油機(jī)機(jī)體內(nèi)。同時，收集和貯存由柴油機(jī)各摩擦面流回的機(jī)油，以供潤滑系統(tǒng)用。
油底殼用鋼沖壓而成。
油底殼結(jié)構(gòu)簡單，是由一個盆狀薄殼體構(gòu)成，上面裝有防泡板、放油口以及用來檢查油面高度的游標(biāo)尺等。
3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計
曲柄連桿機(jī)構(gòu)是由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪等部件所組成。
一、活塞組
活塞組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等零件組成，如圖3.3所示。
活塞組的功用
1） 與氣缸套、汽缸蓋構(gòu)成氣缸工作容積和燃燒室，依靠活塞上下移動，使氣缸容積周期地改變著，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣等過程。
2） 承受燃?xì)獾膲毫ψ饔?，并通過連桿傳給曲軸。
3） 密封氣缸，防止燃?xì)饴┤肭S箱內(nèi)，并阻止過多的機(jī)油竄入氣缸內(nèi)。
活塞組的工作要求
1）活塞承受著很高的氣體壓力作用，要求活塞應(yīng)具有較高的強(qiáng)度。
2）活塞組承受著往復(fù)慣性力的作用，要求活塞組在保證足夠強(qiáng)度的前提下，盡量減輕重量。
3）活塞組承受高溫燃?xì)獾募訜嶙饔?，要求受熱后材料?qiáng)度降低盡量小。
4）活塞組沿氣缸內(nèi)壁高速往復(fù)運(yùn)動，有承受連桿擺動運(yùn)動時的側(cè)壓力作用，引起嚴(yán)重的磨損，要求活塞組各零件具有良好的耐磨性。
1.活塞
活塞用鋁合金制成，裝有三道氣環(huán)和兩道油環(huán)，第一道氣環(huán)的圓柱形外表面鍍多孔性鉻，這樣可使氣缸套和活塞環(huán)的磨損大大地降低。有一道油環(huán)位于活塞銷座的下面，油環(huán)環(huán)槽內(nèi)鉆有徑向的導(dǎo)油孔，槽下倒角上也有斜油孔，都是引出潤滑油用的。
活塞結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。
鋁合金的特點(diǎn)是：比重小，僅為鑄鐵的三分之一；導(dǎo)熱性好，導(dǎo)熱系數(shù)比鑄鐵高1—2倍；加工工藝性好；耐磨性好。其主要尺寸為：活塞總高度=130mm，壓縮高度=70mm，火力岸高度h =20mm，活塞銷直徑d =38mm，活塞裙部的長度=80mm。
活塞頂?shù)墓ぷ骺煽啃?，很大程度上取決于它的散熱效果?；钊斔盏臒崃恐饕峭ㄟ^活塞環(huán)傳給氣缸套，再由氣缸套外面的冷卻水帶走。此外還借助于飛濺到活塞內(nèi)腔的機(jī)油帶走一部分熱量。有的活塞在頂部內(nèi)壁上設(shè)有加強(qiáng)筋，一方面用以提高活塞頂?shù)膹?qiáng)度；另一方面又可使活塞頂散熱面積增加。
裙部是活塞往復(fù)運(yùn)動的導(dǎo)向部分。由于連桿的搖擺運(yùn)動，而產(chǎn)生活塞對其港幣的側(cè)壓力。為使活塞裙部承受側(cè)壓力的兩側(cè)承壓均勻，并使裙部與缸壁間保持最小而又安全的間隙，要求活塞在工作時必須具有正確的圓柱形。
由于活塞結(jié)構(gòu)厚度很不均勻，工作時在氣體壓力、側(cè)壓力和熱負(fù)荷的作用下，活塞外形產(chǎn)生很大變形。從活塞高度方向來看，活塞頂部受到熱負(fù)荷和氣體壓力作用大，變形也大，而裙部變形??；從活塞銷座處來看，沿活塞銷軸向的變形要比銷軸垂直方向大得多。因此，為使活塞工作時，在上述負(fù)荷作用下發(fā)生變形后，形成正確的圓柱形，就必須在常溫下將活塞加工成圓錐體形狀，是變形較大的頂部尺寸比裙部小些,如圖3.5所示；同時在活塞銷座處，使變形較大的銷孔軸線方向尺寸比垂直方向小些，形成一橢圓形。使活塞在外負(fù)荷作用下變性后，形成圓柱體形狀。
2.活塞環(huán)
活塞環(huán)的功用：氣環(huán)的功用是密封氣缸，防止燃?xì)饴┤肭S箱；比傳送活塞頂部所吸收的熱量。油環(huán)的功用是將氣缸壁上過多的潤滑油刮下，防止機(jī)油竄入燃燒室。
活塞環(huán)的工作要求：活塞環(huán)在自由狀態(tài)下外形不是整圓，而是比氣缸直徑大的開口環(huán)。它裝在活塞環(huán)槽里，并隨同活塞裝入氣缸內(nèi)，依靠自身彈性保持著外圓工作面與氣缸壁緊密貼合。
工作時，活塞環(huán)受到高溫燃?xì)獾亩嫌绊?，特別是第一道氣環(huán)，活塞所傳遞全部熱量的40％—50％要通過它傳到氣缸壁上去。高溫使環(huán)的彈性和疲勞強(qiáng)度大大削弱。
活塞工作環(huán)境的潤滑條件又受到限制，使活塞環(huán)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，并造成很大磨損功率損失，一般柴油機(jī)總摩擦功率損失有一半以上是由活塞環(huán)所造成的。
因此，要求活塞環(huán)具有較高的密封性能；有利于磨合；有較強(qiáng)的抗熔著磨損能力。
活塞環(huán)用特種鑄鐵制成，氣環(huán)的截面呈矩形。油環(huán)的外表面有環(huán)形槽，槽底有穿通的開口，用來引出積聚在槽內(nèi)的潤滑油。環(huán)的開口都是直的，在將活塞裝入氣缸套時，活塞環(huán)開口在槽內(nèi)的位置應(yīng)該依次錯開，互隔120°，并且開口應(yīng)避開銷孔位置。
3.活塞銷
活塞銷的功用是連接活塞與連桿，將活塞承受的力傳給連桿。
活塞銷承受著復(fù)雜的力的作用，這些力的大學(xué)大小和方向都在不斷地改變著。它還受到活塞傳來的高溫影響，潤滑條件又很差。因此要求活塞銷具有很高的強(qiáng)度、韌性好、買模型好、重量輕。
活塞銷用低碳鋼制成，表面滲碳淬硬。在取出和裝入活塞時，要現(xiàn)將活塞放在水中加熱到90—120℃，然后用木錘輕輕敲進(jìn)或敲出；不可強(qiáng)行敲打或硬壓?；钊N兩側(cè)用擋圈鎖住，防止其軸向移動。為了考慮到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此，在同一臺柴油機(jī)中，各活塞重量相差不大于10克，連桿重量相差不大于20克。
活塞銷結(jié)構(gòu)為一中空的圓柱體。外圓有很高的精度和光潔度，不允許有鉆孔、開槽或出現(xiàn)梢紋、缺口現(xiàn)象，內(nèi)控做成圓柱形、圓錐形或圓柱與圓錐組合形。
活塞銷的連接方式有三種：（1）活塞銷固定在活塞銷座上；（2）活塞銷固定在連桿小頭中；（3）活塞銷浮動于銷座及連桿小頭中，稱作浮動式活塞銷。
浮動式活塞銷的連接方式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，工作中又能在銷座中產(chǎn)生緩慢的轉(zhuǎn)動，使磨損均勻，此外由于活塞銷載荷分布均勻，可提高活塞銷的疲勞強(qiáng)度。
二、連桿組
連桿是由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓、螺母、連桿軸瓦、小頭銅套等部分組成，如圖3.6所示。
連桿的作用是連接曲軸和活塞，把作用在活塞上的力傳給曲軸，將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成為曲軸的旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動。
連桿在工作時進(jìn)行著復(fù)雜的擺動運(yùn)動，同時還承受著活塞傳來的氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動慣性力和它本身擺動運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力的作用，這些作用力的大小和方向不斷的變化著。
因此，要求連桿應(yīng)具備做夠的強(qiáng)度和剛度。為了減輕慣性力的影響，應(yīng)盡量減輕連桿的重量。
連桿一般用中碳鋼模鍛或球墨鑄鐵制成。
連桿的構(gòu)造：
1.連桿小頭
連桿小頭是連桿與活塞銷相連接的部分。它的作用是通過活塞銷與活塞組相連，將作用于活塞上的氣體壓力和往復(fù)慣性力傳遞給連桿。工作時連桿小頭在活塞銷上作擺動運(yùn)動。
連桿小頭一般都做成空心圓柱體形狀，下端與連桿身連成一體。連桿小頭孔中裝有銅套，通常用鋁青銅或錫青銅制成。連桿小頭直徑40。
為減少連桿銅套與活塞銷之間摩擦，要求銅套處必須具有一定潤滑條件。常用有以下潤滑方式：
1） 飛濺潤滑 在連桿小頭上方或側(cè)邊鉆有集油孔，曲軸箱內(nèi)飛濺起的潤滑油通過此孔進(jìn)入襯套工作面，以供潤滑。
2） 強(qiáng)制潤滑 在連桿桿身內(nèi)鉆有有空，將連桿大頭與連桿小頭連通，潤滑油通過此孔從連桿軸頸處壓送到連桿小頭。
2.連桿桿身
連桿桿身是大頭與小頭之間的連接部分。通常都做成“工”字型截面的直桿。因?yàn)椤肮ぁ毙蛿嗝嬖谕瑯訑嗝婷娣e下，抗彎性能最好，可獲得較高的剛度與強(qiáng)度，并使連桿重量大大減輕。連桿長度240。
當(dāng)連桿小頭銅套采用強(qiáng)制潤滑時，一般在桿身工字截面內(nèi)鉆有油孔。
3.連桿大頭
連桿大頭是連桿和曲軸箱連接部分。包括連桿體上的大頭部分以及連桿蓋、連桿軸瓦、連桿螺栓等零件。連桿大頭直徑70。
連桿大頭一般都做成分開型式。連桿體上的大頭部分與連桿蓋組合在一起構(gòu)成曲軸連桿軸頸的軸承。連桿大頭剖分型式有兩種
1） 平切口型式 剖分面垂直于連桿中心線。
2） 斜切口型式 剖分面與連桿中心線呈30°—60°夾角。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是使連桿大頭橫向（與連桿中心線垂直方向）尺寸縮小，從而保證在較大的連桿軸徑情況下，使連桿仍能從氣缸套處進(jìn)行拆裝。
4110型柴油機(jī)連桿大頭剖分型式為平切口型式。
連桿大頭的兩部分用連桿螺栓連接在一起。為保證兩部分裝配精度，在工作中不產(chǎn)生位置錯移，除連接時要求螺栓按一定扭緊力矩上緊外，還要求具有可靠的定位。連桿大頭切口定位型式與主軸承蓋定位型式相同，常見有套筒定位、止口定位、鋸齒面定位。
連桿螺栓是承受負(fù)荷最嚴(yán)重的零件之一。經(jīng)常承受著交變負(fù)荷作用，很容易引起疲勞破壞而斷裂，因此連桿螺栓一般都采用韌性較高的優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成。
三、 曲軸組
曲軸組的作用是把活塞往復(fù)運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將做那個用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機(jī)械和柴油機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作。其基本組件如圖3.7所示。
曲軸在工作時受到很大的氣體壓力和慣性力的作用，傳遞很大的扭矩，因此使曲軸受到數(shù)值很大而方向變化著的扭矩、彎曲、壓縮和拉伸等周期性的交變負(fù)荷作用，引起曲軸的疲勞破壞和振動。同時曲軸軸頸與軸承間產(chǎn)生摩擦而造成嚴(yán)重的磨損。因此，要求曲軸具有足夠的強(qiáng)性和剛度；軸頸表面應(yīng)耐磨，保證良好的潤滑條件；在使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動共振現(xiàn)象；具有良好的平衡，保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；重量要輕。
曲軸的基本組成：自由端、功率輸出端、若干個曲拐所構(gòu)成。曲拐是由軸頸、連桿軸頸和曲柄所構(gòu)成。根據(jù)柴油機(jī)數(shù)目和排列方式不同，若干個曲拐按照一定的方位排列構(gòu)成完整的曲軸。如圖3.8所示。
曲軸自由端（又稱前端）是指曲軸第一個曲拐以前的部分，上面裝有正時齒輪，軸端密封裝置和柴油機(jī)輔助系統(tǒng)的傳動裝置（如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)傳動皮帶輪）。高速柴油機(jī)上還裝有扭振減振器。
曲軸功率輸出端（又稱飛輪端）是指曲軸最后一個曲拐以外的部分，用來安裝飛輪，并作為與被驅(qū)動機(jī)械連接用。此處也裝有軸端密封裝置。
為增大主軸頸直徑有利于曲軸扭轉(zhuǎn)剛度的提高而且沒有加大連桿和平衡塊等副作用。一般取主軸頸直徑大于曲柄銷直徑，故取主軸頸直徑為77；而為減少軸頸變形所造成的軸承負(fù)荷不均性應(yīng)適當(dāng)縮短主軸領(lǐng)長度，故取主軸頸長度為50。曲柄銷直徑與連桿軸承比壓、曲軸強(qiáng)度、剛度、連桿尺寸、曲軸旋轉(zhuǎn)質(zhì)量、曲軸扭振頻率有關(guān)。因而取曲柄銷直徑為70，對于曲柄銷長度則選45。曲柄臂厚度的增加使曲拐的彎曲強(qiáng)度加大，但增加曲柄臂厚度會減小曲柄銷長度和主軸頸長度，考慮到彎曲強(qiáng)度和軸承比壓間矛盾取曲柄臂厚度30。曲柄臂寬度120。綜述，4110型柴油機(jī)采用的是整體式曲軸且是全支撐結(jié)構(gòu)，其中曲柄銷的直徑和長度分別為和，主軸頸的直徑和長度分別為和，曲柄臂厚度和寬度分別為和，曲柄圓角R=2。
飛輪是一個具有很大轉(zhuǎn)動慣量圓盤形零件，安裝在柴油機(jī)曲軸上。柴油機(jī)工作過程中，當(dāng)動轉(zhuǎn)到燃燒膨脹沖程時，氣體壓力通過活塞、連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)，而飛輪也被帶動著轉(zhuǎn)動。此時飛輪將一部分能量“儲存”起來。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到三個輔助沖程時，飛輪便放出所“儲存”的能量，使曲軸仍然保持原有轉(zhuǎn)速，使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)保持較好的均勻性。
飛輪用孕育鑄鐵制成，用六只螺栓緊固在曲軸后端的凸緣上。飛輪上套有啟動齒圈，在啟動柴油機(jī)時，與啟動電動機(jī)的齒輪相嚙合。在飛輪殼上設(shè)有檢視窗和刻度準(zhǔn)線，便于檢查配氣定時和噴油時間。
曲軸結(jié)構(gòu)型式可分為整體式與組合式兩大類。整體式曲軸是將所有曲拐及自由端、功率輸出端做成一個整體零件。它的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)緊湊。重量輕。它的缺點(diǎn)是加工困難。組合式曲軸是將曲軸分成若干個零件，分別進(jìn)行加工，然后組裝在一起，構(gòu)成完整的曲軸。它的優(yōu)點(diǎn)的是加工方便，便于系列產(chǎn)品通用。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度較差，裝配工作復(fù)雜。4110型柴油機(jī)采用整體式。
主軸頸和連桿軸頸工作時都在軸承內(nèi)高速地轉(zhuǎn)動，并承受著很大的負(fù)荷作用，因此，表面要求具有很高的光潔度和精度，表面通常都進(jìn)行淬火或氮化處理，以提高耐磨性。
主軸頸與連桿軸頸一般都做成空心的，以減少曲軸的重量，提高曲軸自振頻率。并可利用空心孔作為曲軸內(nèi)部潤滑油路。
潤滑油一般是由機(jī)體上的油道主軸承處，然后再通過曲軸內(nèi)部的油道送到連桿軸頸上去。以連桿軸頸空心孔做為潤滑油路，可利用李新作用使機(jī)油進(jìn)一步進(jìn)行凈化。進(jìn)入連桿軸頸孔的潤滑油，隨同連桿軸頸一起高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，潤滑油中所含的較重的護(hù)體雜志和膠質(zhì)物，被甩向內(nèi)孔外側(cè)，干凈的潤滑油則通過一短銅管從油口流到軸頸表面。
曲柄與主軸頸、連桿軸頸的連接，是曲軸最關(guān)鍵的部位，因此此處結(jié)構(gòu)形狀變化突然，存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。曲軸斷裂裂縫大多數(shù)都出現(xiàn)在這個部位。為減少曲軸軸頸與曲柄連接處的應(yīng)力集中，提高曲軸的強(qiáng)度，連接處均采用過渡圓角連接，過渡圓角半徑越大，應(yīng)力集中現(xiàn)象則越小。但，過渡圓角半徑增大，使軸承承壓面積相應(yīng)縮小，或使柴油機(jī)軸向尺寸加大。為解決這一矛盾，出現(xiàn)了內(nèi)圓弧連接結(jié)構(gòu)型式，即將連接圓弧凹入曲柄平面內(nèi)，這樣即可以使曲軸軸頸以較大半徑圓弧與曲柄相連，又保證軸承具有足夠的承壓面積。
為防止工作時曲軸產(chǎn)生軸向竄動，曲軸上均設(shè)有止推面，裝置在機(jī)體的止推軸承內(nèi)，使兩者之間保持一定的配合間隙。
4110型柴油機(jī)曲軸中間兩個曲臂和前后兩個曲臂裝有平衡塊，平衡塊用兩只螺釘緊固在曲柄上，這種結(jié)構(gòu)的曲軸，經(jīng)動平衡校正，可以減輕主軸承負(fù)荷，并使柴油機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.3 配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計
配氣機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)進(jìn)氣過程和排氣過程的控制機(jī)構(gòu)。它的作用是按照柴油機(jī)的工作次序，定時地打開或關(guān)閉氣缸的進(jìn)氣門和排氣門，使新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并把燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排除出去。
柴油機(jī)工作時，每一工作循環(huán)中，進(jìn)氣和排氣過程所占時間極為短暫。高速柴油機(jī)在百分之幾秒或千分之幾秒的時間內(nèi)就要完成一次進(jìn)氣或排氣過程。配氣機(jī)構(gòu)的零件在急劇變化的速度下運(yùn)動著，由于慣性作用，而受到很大的沖擊力，同時還受到很高的熱負(fù)荷作用和高溫廢氣的腐蝕。
對配氣機(jī)構(gòu)的主要要求是要有足夠大的氣體流通面積，保證適時地開啟與關(guān)閉進(jìn)排氣孔，以使廢氣充分地排除干凈，盡可能的吸進(jìn)新鮮空氣。并要求結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，調(diào)整維修方便。
4110型柴油機(jī)配氣結(jié)構(gòu)采用氣門式配氣機(jī)構(gòu)，它是由凸輪驅(qū)動氣門來控制進(jìn)排氣過程。其由凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門、氣門彈簧和定時齒輪傳動機(jī)構(gòu)等所組成。如圖3.9所示。
一、氣門組件
氣門組件包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧和彈簧座及其鎖緊裝置等零件。
1.氣門
氣門的功用是控制進(jìn)排氣道的開啟和關(guān)閉。分為進(jìn)氣門和排氣門兩種。
氣門工作時直接與高溫燃?xì)饨佑|，受熱特別嚴(yán)重，并且承受著頻繁的沖擊力。因此，對氣門提出以下要求：
（1） 具有足夠的熱強(qiáng)度，在高溫下能夠承受很大的沖擊負(fù)荷作用。
（2） 具有合理的外形和尺寸，對氣流的阻力小，以增加充氣效率。
（3） 具有良好的耐磨性和抗腐蝕性。
氣門采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造。由于進(jìn)排氣工作條件不同，故采用不同材料做成。進(jìn)氣門工作溫度較低，采用合金結(jié)構(gòu)剛。排氣門工作溫度高，采用耐高溫的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。
氣門結(jié)構(gòu)由頭部和桿部組成。如圖3.10所示。桿部是氣門運(yùn)動的導(dǎo)向部分，用以保持頭部錐面準(zhǔn)確地與氣門座面緊密貼合，因此，要求氣門桿部和氣門導(dǎo)管脾氣和間隙很小，表面經(jīng)過磨光。桿部頂端與搖臂接觸，受到頻繁的沖擊力和摩擦作用，磨損嚴(yán)重，因此要進(jìn)行淬火處理硬度在HRc50以上。
進(jìn)氣門錐角選擇30°，排氣門錐角選擇45°，這樣有利于提高氣門的剛度，當(dāng)氣門落座時有良好的自位作用，而且氣門與氣門座之間座合壓力較大，有利于傳熱和密封。進(jìn)氣門直徑為50，升程為12.5；排氣門直徑為42，升程為10.5。進(jìn)、排氣門閥盤厚δ=5 ，氣門桿直徑d=８，頭部厚度t=4，氣門高h(yuǎn)=110。氣門冷間隙：進(jìn)氣門為0.30，排氣門0.35。熱間隙：進(jìn)氣門0.20，排氣門0.20。
氣門桿部與頭部之間采用大半徑圓弧連接，一方面可減少氣體流通阻力；另一方面可減少應(yīng)力集中，提高氣門強(qiáng)度。
2.氣門導(dǎo)管
氣門導(dǎo)管為以光滑的圓柱筒，外面有一凸肩。裝在氣缸蓋內(nèi)。
氣門導(dǎo)管的作用是做為氣門運(yùn)動的導(dǎo)向面，控制氣門運(yùn)動方向，保證氣門準(zhǔn)確地座落到氣門座上，不致發(fā)生歪斜而造成漏氣。氣門所吸收的一部分熱量，也要通過它傳送出去
工作時氣門導(dǎo)管處的溫度較高，可達(dá)250—300℃，很容易形成積炭，而阻礙氣門在導(dǎo)管中運(yùn)動。導(dǎo)管中沒有專門潤滑油路供油，幾乎在沒有潤滑條件下工作，因此要求氣門導(dǎo)管應(yīng)具有良好的耐磨性。
氣門導(dǎo)管一般采用鑄鐵或鐵基粉末冶金制成。
3.氣門彈簧及其鎖緊裝置
氣門彈簧作用是：保證氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)不因運(yùn)動質(zhì)量慣性力使各構(gòu)件在接觸處分離；氣門關(guān)閉時保持氣門與氣門座之間嚴(yán)密密封。
氣門彈簧受到頻繁的交變負(fù)荷作用，容易造成疲勞破壞而斷裂。對氣門彈簧主要要求是應(yīng)具有足夠的彈力，出了能夠克服氣門機(jī)構(gòu)慣性力外，還必須克服氣門機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生振動引起的附加載荷。另外還要求彈簧具有較高的疲勞強(qiáng)度。
氣門彈簧是用優(yōu)質(zhì)冷拔彈簧鋼絲繞制成，表面進(jìn)行拋光或噴丸處理，以提高它的疲勞強(qiáng)度。氣門彈簧一般為等螺距圓柱形螺旋彈簧，一個氣門上裝有兩個氣門彈簧（內(nèi)彈簧和外彈簧），采用雙彈簧可減少彈簧高度尺寸，降低彈簧應(yīng)力，并且由于兩個彈簧自振頻率不同，又可防止共振造成斷裂的危險，提高彈簧工作的可靠性。即使一個彈簧斷裂，另外一個彈簧還可以支住氣門，不致落入氣缸內(nèi)造成重大事故。兩個彈簧制成不同旋向，以防止一根彈簧斷裂后掉入另一彈簧圈內(nèi)卡住。
4110型柴油機(jī)鎖緊裝置是由卡塊和彈簧座所組成。如圖3.11所示?？▔K為兩個半錐體的組合件。彈簧座中間有一倒錐孔。彈簧座壓在彈簧上，卡塊嵌在氣門桿上端槽內(nèi)，彈簧座中間倒錐孔套在它外面，使其鎖緊。
二、氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)
氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)是由凸輪軸、挺柱、推桿和氣門搖臂等零件所組成。
1.凸輪軸
凸輪軸的作用是通過傳動機(jī)件（挺柱、推桿、搖臂），準(zhǔn)確地按一定時間控制氣門的開啟與關(guān)閉，保證柴油機(jī)按一定規(guī)律進(jìn)行換氣。
凸輪軸是由若干個氣門與排氣凸輪和支承軸頸所構(gòu)成，通常做成一個整體軸。
凸輪軸用球墨鑄鐵制成，中心有油孔，潤滑油由曲軸止推軸承流入油孔，經(jīng)此通到各軸承。相鄰兩軸承之間有三個凸輪；分別管理近期、燃油供給和排氣。
凸輪軸工作時凸輪外表面與挺柱間呈線接觸而不是面接觸，它又受到傳動機(jī)件沖擊力作用，接觸應(yīng)力很大。因此，對凸輪軸的要求是凸輪表面具有較高的耐磨性，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度，能承受沖擊載荷，受力后變形較小。
凸輪軸通過支承軸頸在機(jī)體的軸承上。凸輪軸軸承通常都采用不可分的，凸輪軸是從機(jī)體的一端插入軸承內(nèi)，因此支持軸頸尺寸都大于凸輪外形尺寸。為防止凸輪軸產(chǎn)生軸向竄動，在凸輪軸的一端（通常自由端）設(shè)有止推軸承。
凸輪軸有鑄鐵軸承，前端軸承有凸緣，用以承受軸向力，凸輪軸承必須按記號成對裝配。
進(jìn)排氣凸輪的傳動，經(jīng)過推桿和氣門搖臂，控制進(jìn)排氣的啟閉時間。油泵凸輪的傳動，推動滾輪軸上搖臂而使噴油泵供油。油泵搖臂可繞一偏心軸套擺動。軸套用鍵連接在滾輪軸上，轉(zhuǎn)動滾輪軸就可以改變了搖臂和凸輪間的相對位置，從而改變了凸輪考試推動搖臂的時間，噴油泵供油時間也就得到調(diào)節(jié)。
滾輪軸的尾端伸出機(jī)體外（飛輪端），扳動螺母套帽，可以調(diào)節(jié)噴油泵供油時間；向右轉(zhuǎn)動螺母套帽（面對飛輪），供油時間就提前，向左側(cè)延遲，出廠時已經(jīng)調(diào)整為最佳位置，一般不必扳動，如在運(yùn)動中，發(fā)現(xiàn)排氣管冒黑煙嚴(yán)重，耗油不正常燃燒不良等情況，可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，滾輪軸上的進(jìn)排氣搖臂與軸同心，所以滾輪軸的轉(zhuǎn)動并不影響進(jìn)氣門的啟閉時間。
2.挺柱和推桿
挺柱和推桿的作用是把凸輪的運(yùn)動傳到氣門機(jī)構(gòu)去，以控制氣門的開啟。
4110型柴油機(jī)采用滾子挺柱。如圖3.12所示。在挺柱下面裝一個滾輪，使挺柱與凸輪接觸面間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，以減少凸輪磨損，增加使用壽命。
使用時，滾子軸承必須控制不使其繞自身軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，一般采用導(dǎo)向銷釘來控制。
3．搖臂
搖臂是推桿與氣門間的傳動元件。它的作用是改變推桿的運(yùn)動方向，驅(qū)動氣門啟閉。4110型柴油機(jī)搖臂其中部圓孔內(nèi)鑲有襯套，通過搖臂軸支承在搖座上，并可以靈活轉(zhuǎn)動。如圖3.13所示。前后端一般為不等長的臂，長臂與氣門接觸，短臂則通過調(diào)整螺釘與推桿相接觸。這樣可借助推桿較小的移動而得到必要的氣門移動距離。搖臂比為1.2—1.8。
搖臂上加工有油孔，機(jī)油通過搖臂座上的油孔，達(dá)到搖臂軸內(nèi)，一部分做為搖臂襯套潤滑用；另一部分則通過搖臂軸內(nèi)的油孔送到搖臂兩端供傳動元件潤滑用。
三、傳動系統(tǒng)
柴油機(jī)傳動系統(tǒng)的功用是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳到各輔助系統(tǒng)（如凸輪軸、噴油泵、機(jī)油泵、水泵等），帶動他們運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖3.14所示
為保證柴油機(jī)各系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)，有些輔助系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)速度和與曲軸相對位置要求保持嚴(yán)格的關(guān)系。因此，柴油機(jī)傳動系統(tǒng)一般都采用齒輪傳動，并通過齒輪嚙合位置來保證曲軸和輔助系統(tǒng)之間的相互位置關(guān)系。
凸輪軸前端裝正時齒輪，由曲軸前端的主動齒輪經(jīng)由惰齒輪傳動，轉(zhuǎn)速為曲軸之一半。安裝齒輪時，必須對準(zhǔn)各齒輪上的定時記號，方能保證正確的進(jìn)排氣門啟閉時間和噴油泵供油時間。
四、進(jìn)排氣系統(tǒng)
進(jìn)排氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、排氣管、空氣濾清器和消聲器。如圖3.15所示。
進(jìn)氣管和排氣管都安裝在氣缸蓋左側(cè)，分別與各缸進(jìn)排氣道相連。
進(jìn)氣管一般是用鋼板沖壓焊接制或用鑄鋁、鑄鐵制成。
排氣管的排氣溫度很高，必須能夠承受高溫作用。排氣管一般采用鑄鐵制成。
空氣濾清器為慣性油浴式。被吸入的空氣中的灰塵雜質(zhì)，在通過濾芯時被濾網(wǎng)阻住，于是保證了清潔的空氣進(jìn)入進(jìn)氣管。
慣性油浴式空氣濾清器油槽內(nèi)的潤滑油量，應(yīng)保持在規(guī)定的油平面刻線處。油面太高會導(dǎo)致潤滑油進(jìn)入氣缸內(nèi)行程積炭，油面太低，就會降低濾清的作用。
消聲器是用以降低柴油機(jī)的排氣噪聲，并熄滅排氣中的火花。
3.4 燃油系統(tǒng)設(shè)計
燃油系統(tǒng)由燃油箱、燃油濾清器、噴油泵、噴油器和燃油管組成。如圖3.16所示。
高置油箱里的燃油，可借其自身重力流入燃油濾清器里，濾清后的燃油才可以進(jìn)入噴油泵，經(jīng)噴油泵以高壓送到噴油器后，成霧狀噴入燃燒室，從噴油泵和噴油器的精密偶件間泄漏的一部分回油，經(jīng)回油管流入集油回油筒內(nèi)。
燃油濾清器為毛氈式。濾清器蓋上有放氣螺釘，可以放出濾清器中的空氣，保證供油暢通。濾清底側(cè)有放油螺塞，旋下螺塞，可以放出沉淀污物和積水。
柴油機(jī)在氣缸內(nèi)燃燒是一個復(fù)雜的物理-化學(xué)變化過程，燃燒過程的完善程度，直接影響著柴油機(jī)的做功能力、熱效率和使用期限。
柴油噴入氣缸后，并不能立即燃燒，必須經(jīng)過一段準(zhǔn)備時間，以完成燃料的霧化、加熱和混合等物理準(zhǔn)備，以及分解、緩慢氧化等化學(xué)準(zhǔn)備過程，獲得適當(dāng)?shù)目扇蓟旌蠚鉂舛?，溫度達(dá)到自燃點(diǎn)后，柴油才開始燃燒。
燃料噴入氣缸后與空氣混合形成可燃混合氣的質(zhì)量，對燃燒過程有著決定性的影響。
燃燒室的作用是合理地組織燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動，促進(jìn)燃料與空氣更完善的混合，并迅速地分布到整個燃燒室的每一角落，保證燃燒過程更加完善。
柴油機(jī)的燃燒室可分為兩種類型：
(1) 直接噴射燃燒室。該類燃燒室設(shè)在活塞頂上，是一個統(tǒng)一的空間。主要靠噴射油束與燃燒室形狀相互配合，使燃油與空氣均勻的混合。直接噴射燃料室又可分為統(tǒng)一式、半分開式、球形油膜式及復(fù)合式等型式。
(2) 分隔式燃燒室。燃燒室分為兩部分，利用兩部分之間氣體流動，實(shí)現(xiàn)燃料與空氣的均勻混合。分隔燃燒室又分為渦流式和預(yù)燃室兩種型式。
一、噴油泵
4110型內(nèi)燃機(jī)采用轉(zhuǎn)子分配泵，噴油泵為單體式，安裝在柴油機(jī)右側(cè)操作的已滿。噴油泵內(nèi)的柱塞和套筒系精密偶件，不能互換。套筒兩側(cè)有進(jìn)油孔和回油孔，均與進(jìn)油腔相同。泵體上有定位螺釘，其尾端插入回油孔內(nèi)，作套筒定位之用，柱塞頭部有環(huán)槽。由直槽和螺旋槽與頂部溝通。柱塞下部有凸出的榫舌嵌入調(diào)節(jié)齒輪的槽內(nèi)，榫舌和槽上都有記號，裝配時必須對準(zhǔn)記號。噴油泵柱塞上的調(diào)節(jié)齒輪與調(diào)節(jié)齒桿相嚙合，裝配時必須對準(zhǔn)齒輪和齒桿上的記號，拉動調(diào)節(jié)齒桿就可以使油泵柱塞轉(zhuǎn)動。
出油閥和出油閥座系精密偶件，不可互換。出油閥座緊壓在油泵套筒的頂面上，閥座和套筒的貼合平面經(jīng)過精密研磨，可以在燃油的高壓下仍能保持緊密不漏，出油閥在出油閥彈簧的作用下與閥座密合。
噴油泵上有放氣螺釘，用以排除噴油泵內(nèi)的空氣，噴油泵的柱塞在油泵凸輪的推動下作往復(fù)運(yùn)動。柱塞的行程由凸輪決定，始終保持不變。當(dāng)柱塞未將進(jìn)油口關(guān)閉時，燃油不斷流入套筒，充滿柱塞頂部的空間，柱塞上升到關(guān)閉進(jìn)油口后燃油管而達(dá)噴油器，柱塞繼續(xù)上升。當(dāng)柱塞螺旋槽將套筒回油孔開啟時，燃油即油柱塞頂部直槽流向被螺旋槽開放的回油孔，于是高壓解除，供油停止。柱塞再上升，回油孔保持在開放位置，因而噴油泵不供油。自柱塞關(guān)閉進(jìn)油孔噴油泵停止供油起，到柱塞螺旋槽開放油孔體質(zhì)供油為止，柱塞的行程稱為柱塞有效行程，有效行程決定了噴油泵的供油量，有效行程由柱塞和套筒的相對位置所決定。所以只要傳動油泵柱塞就可以改變供油量。
噴油泵裝在機(jī)體上，用墊片來調(diào)節(jié)它的誒之的高低，增減墊片可以使各噴油泵的開始供油時間調(diào)節(jié)到一致。
各缸噴油泵齒桿用螺桿連接，螺桿兩端螺紋旋向相反，轉(zhuǎn)動螺桿就可以干煸齒桿間的相對位置。柴油機(jī)在出廠時已將齒桿調(diào)節(jié)到個噴油泵油量相同的位置。
二、噴油器
4110型柴油機(jī)采用針閥向內(nèi)開啟的閉式噴嘴，噴油器裝在汽缸蓋上，噴油咀為軸針式，由針閥和針閥體組成，是經(jīng)過研磨的精密偶件，不可互換。
自噴油泵壓出的高壓燃油，經(jīng)過高壓油管進(jìn)入噴油器，再經(jīng)過油道和針閥體上的三個油孔進(jìn)入壓力室，當(dāng)燃油壓力超過規(guī)定時，壓力油迫使針閥升起，燃油通過軸針周圍環(huán)形空間噴出，成為空心圓錐狀的油霧。
三、調(diào)速器
調(diào)速器為全程機(jī)械離心式，裝置于機(jī)體前端蓋板內(nèi)，由正時齒輪驅(qū)動。
調(diào)速器的兩塊飛鐵用銷子連接在齒輪上，隨同齒輪旋轉(zhuǎn)。柴油機(jī)工作負(fù)荷減少時，曲軸轉(zhuǎn)速就會升高，轉(zhuǎn)速的升高使飛鐵離心力增加，此力借飛鐵鉤腳經(jīng)滾珠軸承傳遞給滑管，當(dāng)飛鐵的離心力因轉(zhuǎn)速的增加而超過彈簧力時，滑管就被迫向上移動，滑管的動作通過搖桿和推桿，就推動了噴油泵的調(diào)節(jié)齒桿使供油量減少，曲軸轉(zhuǎn)速因之停止上升，當(dāng)飛鐵的離心力和彈簧力平衡式，滑管即重新維持在平衡位置。
當(dāng)柴油機(jī)工作負(fù)荷增加時，轉(zhuǎn)速勢必降低，飛鐵的離心力隨著減少，作用于滑管的彈簧力超過了飛鐵的離心力，迫使滑管向下移動，拉動了噴油泵的調(diào)節(jié)齒桿，使供油量增大，曲軸轉(zhuǎn)速因之停止降低。
柴油機(jī)前端有速率控制柄，它通過杠桿機(jī)構(gòu)可以改變調(diào)速器拉力彈簧的彈簧力，從而改變柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。
速率控制柄上有調(diào)節(jié)螺桿，用以對柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速的微量調(diào)節(jié)。
3.5 潤滑系統(tǒng)設(shè)計
柴油機(jī)工作時，各運(yùn)動零件接觸面間，以很高的速度相對運(yùn)動著。當(dāng)兩零件相對運(yùn)動時，表面上微觀凸起處產(chǎn)生相互擠壓而