直喷式小型风冷柴油机的气缸盖气缸热负荷研究毕业设计

直喷式小型风冷柴油机的气缸盖气缸热负荷研究毕业设计 邵阳学院毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 目 录 摘要 ................................................................................. 错误～未定义书签。 Abstract ................................... 错误～未定义书签。 1绪论 ................................................................................................................ 1 2 风冷柴油机的热负荷分析 .......................................................................... 3 2.1 风冷柴油机的不足之处 ........................................................................... 4 2.2气缸盖热状态的初步分析 ........................................................................ 4 2.3喷油嘴热状态的分析 ................................................................................ 5 2.4 气缸热状态的初步分析 ........................................................................... 6 3 试验样机、试验台架及仪表设备 .............................................................. 7 3.1 试验样机的主要技术指标 ....................................................................... 7 3.2 试验样机的结构与技术特点 ................................................................... 7 3.3 试验台架.................................................................................................... 8 3.4试验涉及到的仪表设备 .......................................................................... 10 4 气缸盖、喷油嘴、气缸套温度场的测定方法 ........................................ 12 4.1硬度塞法................................................................................................... 13 4.2热电偶法................................................................................................... 13 4.3 铜——康铜热电偶的制作 ..................................................................... 14 4.5铜-康铜热电偶的标定及标定曲线 ......................................................... 17 4.5气缸盖、喷油嘴、气缸套上测温点的布置及钻孔 .............................. 18 5 试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ..................................................................................................... 20 邵阳学院毕业设计(论文) 5.1实验样机的调试 ...................................................................................... 20 5.2实验准备................................................................................................... 21 5.3具体实验方案 .......................................................................................... 22 5.4试验方案数据统计 .................................................................................. 22 5.5试验数据分析 .......................................................................................... 30 6 结论与建议................................................................................................. 35 6.1结论 ........................................................................................................... 35 6.1结论 ........................................................................................................... 36 7总结 .............................................................................................................. 37 参考文献 ......................................................................................................... 38 邵阳学院毕业设计(论文) 1绪论 随着全球经济危机和能源危机的不断爆发，以及气车的拥有量不断增加，如何降低气车的排放以及燃油消耗率已成为每个气车厂家的必须克服的难题，发动机就是气车的心脏，然而发动机的性能与它的热负荷有很大关系，因此如何降低发动机的热负荷才是最终目的，其中气缸盖和缸套的热负荷最为严重。 气油的价格不断上涨，柴油车的优势慢慢的被发现，柴油车的环保性能不仅优越，而且油耗低、功率大，低速大扭矩，安全性高，寿命长经济耐用，远比气油车经济。功率相同的发动机，柴油发动机比气油发动机要节省燃油近1/3，又加上柴油的价格比气油的价格便宜很多，所以能节省一半成本，并且柴油发动机没有点火系统，所以平时故障较少，因此柴油发动机在日常生活中使用率不断增加，特别对于小型风冷柴油机使用更为广泛。 科技不断发展，所以柴油机的转速不断提高体型的不断减小，但是柴油机零部件的热负荷却明显增加了，其主要表现在如下两个方面:(1)高温零部件材料的极限强度降低了。(2)各零部件在受热程度上存在温度差，温度低的地方就会制约温度高的地方热膨胀，因此而产生一定的温度梯度，然后因此而出现热应力，并且热应力随着温度梯度的增大而越大。 当柴油机在标况下运行时，气缸中的可燃气体的温度会出现周期性地变化，这样会使与高温气体接触的零部件的表面温度也随之变化，但是它只涉及零部件的表面的非常薄一层，并且它随不同材料的导热性能的差异所波及的深度而有所不同。当柴油机的运行工况变化时，气体循环的温度也会出现很大的变化，这也会导致各受热零部件表面温度随之变化。这样的温度变化产生响应的热应力，严重时会导致受热零部件的疲劳损坏，低周波影响尤为严重。 柴油机热负荷是其工作过程、材料特性等方面综合评定的指标，风冷柴油机热负荷往往成为风冷柴油机的可靠工作和进一步强化的主要障碍之一。 根据175F柴油机在实际使用过程中，有一部分用户反映该柴油机的气缸盖和气缸受热普遍很严重。所以怎样降低175F直喷式风冷柴油机气缸盖和气缸的热负荷，就成了提高该机性能的重要研究实验之一，而降低它的热负荷研究就具有相当好的实际意义。 本论文是在上届毕业设计--175F直喷式风冷柴油机气缸盖喷油嘴热负荷实验研究的基础为基础，并增加了发动机空载时的热负荷研究以及增加了气缸套的热负荷研究，该试验研究采用铜—康铜热电偶测量气缸盖、气缸套和喷油嘴某些 1 邵阳学院毕业设计(论文) 点的温度，得出它们的温度分布图，并且通过处理实验数据以及最后的结论，并提出有效可行的改善措施。 2 邵阳学院毕业设计(论文) 2 风冷柴油机的热负荷分析 随着科学技术的不断进步，风冷柴油机的造型和强化程度得到不断的提高, 也相应的引起了与燃烧室有关的受热零部件的热负荷大幅度地增加, 对发动机造成了一系列不良后果。如: 由于发动机受热的温度分布极不均匀, 使气缸盖难免会因此而产生翘曲变形进而破坏了气缸的密封性，从而影响发动机的正常使用;受热零部件局部受热流量集中的影响处可能会产生鼻梁区的裂纹; 过高的温度很有可能使活塞、缸套发生变形和热裂, 活塞环粘结和拉缸，甚至更严重; 在高温条件下气门出现早期磨损;喷油器得不到合理冷却而出现结炭现象等。因此柴油机热负荷将直接影响到它的工作可靠性和耐久性。热负荷高已成为柴油机高 [1]寿命的可靠工作和进一步强化的主要障碍风冷柴油机直接采用空气冷却，因空 [2] 气的传热系数只有水的1/40 因此, 研究柴油机热负荷就显得尤为重要。 热负荷是柴油机设计与运转中不可忽略的一个因素，向冷却液发散的总热量 [3] 反映了发动机热负荷的水平风冷柴油机的热负荷的研究可用受热零件的最高温度以及温度分布的情况来加以评测。通过柴油机受热零件温度场的测量来直接提供风冷柴油机热负荷分布的情况。内燃机从诞生到现在已有一百多年的历史,内燃机传热的研究也已有七八十年的历史。因此, 此篇论文就采用一种最原始且简单可靠易行的柴油机零件温度场的测量方法, 通过对175F 柴油机气缸盖、喷油嘴、气缸套的温度场的实测, 来研究风冷柴油机所受热零件的热负荷及其变化规律来研究该风冷柴油机的冷却系统的设计的合理性从而为风冷柴油机高强化的途径提供有利依据。 风冷柴油机热负荷直接决定了柴油机的性能和排放，向冷却介质发散的总热量反映了发动机热负荷的水平 。虽然现在大型发动机的冷却形式为水冷，但原理上，所有内燃机的基本冷却介质都是空气。风冷发动机的冷却原理是把热量直接传递给冷却空气。目前各个国家都在大力加强风冷柴油机的研究工作，使其性能与结构都日益完善，使用领域不断扩大与水冷柴油机相比，风冷柴油机具有结构简单、轻巧化、工作可靠;冷却效率高、对使用环境的适应性强;重量轻，成 [4] 本低，制造维修方便。 3 邵阳学院毕业设计(论文) 2.1 风冷柴油机的不足之处 (1)风冷柴油机的缸盖和缸壁的平均温度比水冷发动机要高50 ~ 70 ? ， 因此，发动机吸入空气的温度也变的要高，所以风冷柴油机的进气量比水冷的发动机要小，即容积效率比水冷发动机低。因此，最大升功率比同样的水冷发动机约低6 %; (2)因为风冷发动机的受热比较严重，因此必需选用较大的缸心距来合理的布置散热片，所以风冷柴油机的轴类零件如曲轴、油底壳、曲轴箱、凸轮轴、进排气管等比同容积的气缸工作的水冷柴油机轴向零件更长、更重; (3)风冷柴油机的另一个缺点是比水冷柴油机要装用更多的改善冷却的零件(例如空气导流板、罩带密封的盖带导流装置的铸造风扇液力离合器) , 这样难免就就增加了零件的制造、装配工作量和发动机的总体配重; (4)由于空气的冷却系数比水小很多，因此风冷柴油机的冷会比水冷的要困难很多，并且如果想要实现大排量和高功率就会相当的困难; (5)风冷柴油机的散热片是直接裸露在空气中和空气中的灰尘直接接触，因此会污染散热片，从而降低散热量; (6)散热片易于散发噪音，不如冷却水套有隔音作用; (7)风冷柴油机的气缸与活塞的间隙较大，导致润滑油消耗量上升，其消耗率为燃油的1%,1.5%，比水冷的通常要大一点。 (8)由于国内制造工艺条件的局限性，使气缸散热片的位置和尺寸等的铸造存在较大误差，表面的质量和光滑度也较差，各方面都加重了柴油机的热负荷。 (9)小型风冷柴油一般作为农用机械，用户经常会超负荷运行柴油机，因此热负荷大大提升。据试验测量的，当柴油机在以高出满负荷10%的条件下运行时，柴油机气缸盖三角区的温度比额定工况的温度大约高出15——20?，喷油嘴的温度甚至要高15?以上。 2.2气缸盖热状态的初步分析 气缸盖和活塞顶一样，直接与燃气相接触，被流动空气所带走的热量不是很 [5] 多，所以其热负荷是很高的 。气缸盖得作用是用来使气缸盖的顶部得到良好的密封，它与活塞的顶面以及气缸的内壁一起组成了内燃机的燃烧室。由于缸盖与可燃气体是直接接触，因此缸盖的温度非常高，而且缸盖的各部分的温度分布 4 邵阳学院毕业设计(论文) 曲线非常不均匀，特别是由于各部分温度分布的极不均匀而产生的热应力的反复作用而形成热疲劳裂纹，使气缸盖遭到破坏，如果因为气缸盖受热过大时务必会引起的它的变形也随之增大，因此会造成气缸漏气，漏水以及漏油等不良现象，使内燃机无法正常的运行。气缸盖和活塞顶部一样，都是直接和可燃气相接触，并且其散热方式主要是热对流与热辐射，这种散热方式是非常慢的，因此被流动的空气所带走的热量不是很多，所以其热负荷得不到改善而一直处于高热负荷状态，降低柴油机的各项性能指标。缸盖火力面的温度分布大概有如下规律: (1)气缸盖下圆周面方向的最高温度位于气缸出风口一侧和排气阀门所在的区域内。 (2)气缸盖火力面的最高温度区域一般是位于与可燃气接触的时间最长的区域，这区域一般是位于可燃气的一侧和阀门座之间的靠近排气阀门的一侧，以及隔开燃烧室的通道和喷油器的附近，温度随着与可燃气面距离的不断增加而不断下降。 (3)缸盖火力面得最高温度差一般是受进气和排气影响最大的二个排气门座与进气门座之间。 气缸盖经常出现的失效形式是气缸盖底板火力面的疲劳裂纹, 一般发生在排气门和喷油嘴附近,其主要是受高温蠕变和热应力所导致的, 这属于拉应力所对应的形式的破坏，一般来说气缸盖的热应力比机械应力大的多尤其在鼻梁三角区 [6] 热应力高出机械应力10倍。根据气缸盖疲劳寿命的试验显示疲劳特别是低循环热疲劳对气缸盖的损伤程度是最高的的,柴油机工作时间较长, 因此高温蠕变的影响也不可忽略不计, 高温蠕变的损伤率约占总损伤的1/3。因为气缸压力过大而引起的机械应力的破坏是很少的, 其只占热应力损伤很小的一部分，约为1/5-1/8, 因此, 气缸盖底部的温度分布是决定火力面裂损最主要的因素, 在风冷柴油机上通过实际测底板温度场来评价气缸盖的强度和可靠性, 对风冷柴油机的发展和改善是十分有效和必要的。 2.3喷油嘴热状态的分析 作为发动机的关键部件之一的喷油嘴，它的工作好坏将直接的影响发动机的各项性能。当柴油机工作时,喷油嘴的头部是直接暴露于温度很高的燃烧室内， 它直接与缸内高温高压可燃气体相接触，它的受热状态与气缸壁 ,尤其是缸盖的 5 邵阳学院毕业设计(论文) 火力面极其的相似。气缸内的燃气的瞬时温度一般在2000?左右，和喷油嘴之间的温度差可以达到1800 ?，甚至更大。喷油嘴头部外表面的温度相应在 [7] 230?,280 ?之间 ,甚至更高 。很明显,喷油嘴是柴油机的最主要受高温零件之一,对它进行受热研究具有非常大的意义。据理论研究 ,当柴油机在稳定工况运转时 ,柴油机的燃烧室内各零部件在高温燃气的冲击作用下 ,温度波动的频率非常高 ,但是这种波动发生的区域很小，仅发生在受热零件表面非常薄的一层区域内 ,并且振幅也很小 ,其波动的幅值大概是按指数规律迅速递减的。故我们可以 [8] 认为 ,喷油嘴所承受的热负荷是稳态恒定的。 由于喷油嘴所处的位置是气缸盖温度最高的地方，高温燃气对喷油嘴端面的直接加热，使喷油嘴端面的温度接近其制造的材料的回火温度，又因为冷却不良从而使喷油器会产生非常严重的积碳，并且出现结焦堵塞，针阀变形或卡死现象，从而使柴油机各项性能指标得以恶化。如何减少高温燃气对喷油嘴端面的直接冲刷，成为了当前研究的主要目标。喷油嘴端部最高温度不应超过280?，针阀座 [9] 温度相应为250?。这是防止因为温度过高而使燃油热分解从而堵塞喷孔。因此我们必须对喷嘴器进行适当的冷却，改善风冷柴油机的整体性能。 2.4 气缸热状态的初步分析 气缸虽然相对于气缸盖的的形状要简单很多，并且受热也不是那么复杂，但是因为气缸也是直接与高温可燃气接触，所以仍然需要保持良好的散热条件，使气缸的内外表面获得最合适的温度。评定气缸套热负荷的标志是气缸套内表面的温度高低及其周向温度分布是否均匀。风冷柴油机气缸内表面的温度主要活塞组的润滑和磨损有较大的影响，如果气缸内表面温度过低(100? 以下) , 那么发动机的腐蚀磨损就会明显增加;另一方面各个转动件的摩擦功率也会随温度下降而出现明显增高的趋势, 因此, 为了提高柴油机的机械效率也应该保持气缸套内表面温度不能低于100? ，另一方面缸套的温度过高对发动机的润滑是非常不利的。活塞在上止点时对应第一环附近的温度是最高的，内表面温度一般不应超过200?, 在较高的温度下润滑油会气缸的内表面发生碳化,而且活塞环的温度也将会增高，这样对发动机的危害是非常大的。此外, 气缸的周向温度分布应该尽可能的均匀, 以免引起气缸因受热不均而引起不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的变形, 造成局部磨损严 6 邵阳学院毕业设计(论文) 重, 甚至活塞环断裂, 发生拉缸等现象。气缸内壁的最高温度区是位于活塞位于上止点时所对应的第一道活塞环以上的出风口处，因为这里连续受到可燃气的冲刷并且气缸的外侧散热片的放热系数又很小的缘故。气缸沿圆周方向的温差变化比较大，该温差常常会使气缸呈椭圆形从而使润滑油的消耗量大大增加。 3 试验样机、试验台架及仪表设备 3.1 试验样机的主要技术指标 型号: BH175F3 型式: 单缸、风冷、四冲程、气缸倾斜度为45? 燃烧室形式 直喷式 缸径×行程(mm): 75×80 活塞排量 (L) 0.353 12小时功率(kW): 3.8 标定转速(r/min): 2600 平均有效压力(kPa): 577 最低燃油消耗率 g/(KW?h) ?280 压缩比: 20 标定工况时排气烟度(FSU): ?4 润滑方式: 飞溅润滑 冷却方式: 强制风冷 3.2 试验样机的结构与技术特点 该实验的样机是使用滨湖柴油机厂的F175F3单缸风冷柴油机，根据其使用说明书得知其结构与技术特点如下: (1)总体布置。BH175F3 型为四冲程、单缸高速风冷柴油机，采用机体、气缸、气缸盖三段式结构，进、排气道置于气缸盖两侧，喷油泵嵌入曲轴箱内，燃油箱、空气滤清器与消声器布置紧凑。整机外形基本呈方形结构。 (2)机体。因柴油机燃烧压力高，为提高其耐久性、可靠性和降低辐射噪声，以提高机体系统刚性为主要设计目标。采用隧道式整体结构，其下部扩展成 7 邵阳学院毕业设计(论文) 油底壳，齿轮室与机体为一整体，并用一盖板封闭。缘与加强筋，以减轻质量，增加局部强度、刚度和散热面积。从而减少了因机体变形而引起的零件不正常磨损和提高配。气机构的准确性。 (3)气缸盖。把燃烧室从缸盖移到活塞上，设计上采用气缸盖立式螺旋进气道及活塞顶燃烧室，组织中等强度的进气涡流，匹配四孔喷油器，大部分燃油冲击燃烧室壁，过量穿透造成燃油的再分布，以空间混合为主.燃烧室表面积较小，相对散热损失较少，热效率较高，从而降低了柴油机燃油消耗率，改善了低温起动性能。为提高生产率，气缸盖采用铝合金压铸成型。气门室盖上装有呼吸器，以利用单缸柴油机曲轴箱内的压力波动效应来实现曲轴箱通风和输送油雾润滑气门室内的运动件。 (4)活塞。采用热膨胀系数小的共晶铝硅合金材料制成的热流形头部、短度椭圆裙部的三气环一油环结构活塞，以提高燃烧室内高压高温工质的密封性。气环高度为2mm，第一道气环为镀铬桶面环，以利于在气缸壁面上涂布并保存油膜，减少摩擦损失与增加平顺性;第二道为扭曲环，由于其断面的不对称，在本身弹性内力的作用下产生扭曲，与气缸壁和环槽形成线接触，摩合性好，且兼有密封和刮油作用;油环为内衬螺旋弹簧胀圈，以降低机油消耗率。 (5)润滑系统。采用机油泵压力润滑结构，由原来的飞溅式润滑改进成"压力+飞溅"双保险润滑方式，确保各运动件得到良好的润滑，同时，降低了润滑油面高度，减少了机油用量，降低了柴油机的热负荷，提高了柴油机的可靠性，并有效地解决了原机型拉缸、烧瓦以及机油面高度范围较窄而造成柴油机无负压、冒机油等现象。 3.3 试验台架 本次设计任务是降低BH175F3柴油机气缸盖气缸热负荷试验研究，因此试验台架就必不可少。试验台架的优劣是试验结果成功的关键。在做实验之前对试验台架做了深入的了解，并在王本亮和唐维新老师耐心的指导下将试验台架重新安装调试，主要包括水力测功机扭矩的零点标定，发动机的气门间隙的重新调整，以及喷油提前角的设定。介绍本次设计的试验台架:该试验台架总共可分三部分，一是台架，起支撑作用，风冷柴油机和发动机底座和水力测功机以及调速架等都通过螺丝安装在台架上;二是控制系统,本次试验使用的是长沙普联公司的 8 邵阳学院毕业设计(论文) FC2000发动机自动控制系统，它由FC2020油门励磁驱动单元、FC2010发动机测控仪、FC2040多参数显示单元、FC2020数据采集仪、FC2210Z智能油耗仪组成。它的主要作用是对柴油机的功率、转速、扭矩、机油温度、油耗等参数进行时时监控;三是试验设备及器材，包括柴油机，测功机，调速架，机油传感器，排气传感器，进气传感器，大气温度传感器，水、油管等，这是试验的执行部分。本试验使用FC2000发动机自动控制系统，它由FC2010发动机测控仪、FC2020油门励磁驱动单元、FC2020数据采集仪、FC2040多参数显示单元、FC2210Z智能油耗仪组成。实行对柴油机功率、转速、扭矩、机油温度、油耗等参数时时监控。试验台架及控制设备见图3.1和图3.2 图3.1 试验台架 图3.2 控制设备 9 邵阳学院毕业设计(论文) 3.4试验涉及到的仪表设备 (1)FC2000发动机测控系统。FC2000 发动机测控系统是为适应现代发动机测控功能的要求而开发的。它在设计过程中采用了国际最流行的单片机技术、现场总线技术和模块化技术，并将奥地利AVL 公司在发动机自动测控领域的成功经验与国内的实际情况相结合而精心设计的大型测控系统。比起以往的测控系统，它更具有新的特点: 参数测量通道多且具备自动标定功能; 能够对发动机特殊特性如起动特性进行参数的瞬时测量; 具备自动控制发动机进行特性试验; 数据后处理系统可对试验数据进行存储及处理。为发动机在性能开发试验阶段获取第一手数据资料提供了有利的平台。该系统由FC2010发动机测控仪、FC2020油门励磁驱动单元、FC2020数据采集仪、FC2040多参数显示单元、FC2210Z智能油耗仪组成。 (2)电涡流测功机。电涡流测功机利用涡流损耗的原理来吸收功率的。由测功机、控制器及测力装置组成测功装置，可以测取被测机械的输出转矩和转速、从而得出输出功率。它可以取代磁粉测功机、水力测功机、直流发电机组等，用来测量各种电动机、气油机、柴油机、齿轮箱等动力机械的性能，成为形式实验的必要设备，与其它测功装置相比，CW系列测功装置具有更高的可靠性、实用性和稳定性。它具有结构简单、运行稳定、价格低廉、使用维护方便;采用水冷却，噪音低、振动小; 输入转速范围宽，可用于变频调速等各类电动机及动力机械的型式试验;控制器采用单相交流电源，控制功率小;转矩的测量可以采用电子磅秤、压力传感器或高精度转矩转速测量仪等，适用于不同测量精度的场合;该装置还能作制动器用，制动力矩大等优点。电涡流测功机主要由旋转部分(感应体)、摆动部分(电枢和励磁部分)、测力部分等组成。感应体形状犹如直齿轮,产生涡流的地方在导磁涡流环的孔壁上。励磁绕组通上直流电后,则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应体被原动机带动旋转时,气隙磁密随感应体的旋转而发生周期性变化,在涡流环孔壁表面及一定深度范围内将产生涡流电势,并产生涡流,该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用,就产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上,由力传感器将力的大小转换成电信号输出,从而达到测转矩的目的。转速测量采用非接触式的磁电式转速传感器,将转速信号转换成电信号，测功机的测量精度应符合测量要求，通常被测动力机械最大功率与 10 邵阳学院毕业设计(论文) 测功机工作范围的最大功率之比应不低于3:4[10]。 (3)FC2210智能油耗仪。FC2210、FC2210Z系列智能油耗仪是普联精心设计的FC2000系列发动机自动测控系统中的一个子系统。主要用于测量各种气油机、柴油机、电喷发动机的燃油消耗。其采用一体化设计技术，传感器和二次仪表集于一体，是一个独立而完整的油耗测量仪器，并可根据用户要求配置隔室控制仪表;采用先进的CANBUS现场总线技术，具有简化的网络特性，使多台测试仪器联网成为可能;保留了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的RS232串行接口，可方便的与通用微型计算机或其他智能仪表组成更高级的测试系统，或实现远程控制;兼有平均油耗和瞬时油耗测量的双重功能;平均油耗时间可任意设置，并有掉电保护功能;可以超量程测量;浮点数显示油耗量程或油耗率(基于CAN节点);任何油面都可进入测量，而不必每次测量前先充油，减少了电磁阀动作次数，从而延长了电磁阀使用寿命;采用先进的数字标定技术，使仪器的标定十分方便而简单。(4)DT9903C数字万用表。本仪表以大规模集成电路、双积分A/D(模/数)转换器为核心，配以全功能过载保护电路，可用来测量直流和交流电压、电流、电阻、电容、二极管、三极管、温度、频率、电路通断等。 (5)TK-12.24V.5A转换开关。其上有12个的接线柱，可以利用电烙铁将热电偶的正负极依次焊在转换开关的正负极上。我们只要转动开关，指针对应位置即为我们所要测量处的热电势。使用起来非常方便。 (6)保温杯。保温杯内放置足够的小冰块和一些纯净水形成冰水混合物，这样就可以保证热电偶的另一端的温度保持在0度，从而保证实验数据的准确性。 11 邵阳学院毕业设计(论文) 图3.3数字万用表 图3.4 转换开关 4 气缸盖、喷油嘴、气缸套温度场的测定方法 [11] 测量温度的方法有两大类:非电测法和电测法 ，非电测法主要为硬度塞法， 12 邵阳学院毕业设计(论文) 电测法为热电偶法。 在单缸小型风冷柴油机热负荷的研究中，通常用间接法来测试运动零件的温度如活塞，而直接法多用于测量固定部件的温度如气缸盖、气缸以及曲轴箱等。 4.1硬度塞法 硬度塞法是利用某些合金经淬火之后硬度随回火温度升高而下降的这一特性间接地来测量受热零件的温度，我们所用的合金当在回火加热后它就会产生永久性的硬度的变化，硬度的最终变化量不仅取决于它经受的最高温度而且还跟该温度的延续时间有关。 硬度塞法一般的测试方法是是将GCr6轴承钢制成的小螺塞拧入我们所要测量的受热零件的测温度部位， 当试验机在我们所要求的工况下稳定运转2h后， 然后再拆机卸下小螺塞并将其表面抛光处理，通过专业仪器测出准确的HV硬度值， 然后再根据HV-t的标定曲线来查找出该硬度下所对应的温度，该温度值即为该测点在我们所要求工况下的温度值。 4.2热电偶法 热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信 [12]号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度 。 热电偶法是利用热电现象来测试受热零件的温度，这种方法不仅测量可靠，精度较高，响应快，寿命较长，尤其是可以方便地测试各种工况下的零件温度，在小型单缸风冷柴油机气缸盖和气缸以及喷油嘴上安装热电偶都非常方便，并且持久耐用。因此在本次的小型单缸的风冷柴油机热负荷试验中，测量气缸盖和气缸以及喷油嘴的温度都是采用热电偶法。 我们这次测试采用的热电偶是铜—康铜热电偶，它有温差电动势较大，最高耐热温度可高达350? ，在最低的电压下也可以耐温高达300? ，铜线和康铜线外表面涂绝缘涂料，并有良好的耐油以及耐机械损伤等众多的优点，因此该方法能满足风冷柴油机受热零件温度测试的要求。 受热零件与热电偶的连接采用电容冲击法，此法是将热电偶测点端焊接在预先钻好的被测零件的各个测点小孔内，然后将热电偶引出导风装置，引出的热电偶丝的另一端分别与多挡转换开关的各接点对应相连，然后再用数字万用表的电压端，并将其量程调到200mv档，通过转换开关分别连续测量各测点的温差电动 13 邵阳学院毕业设计(论文) 势，并记录下来。在测量线路中我们接入的是冰点补偿，因此我们只要根据测量出来的热电势的值，我们就可以通过该热电偶的标定曲线来查出被测点的温度值。我们这次试验考虑到测温系统的要求和经济上的困难，我们采用了铜—康铜热电偶，铜丝的直径为0.3毫米，而康铜丝的直径为0.25毫米。测温范围为200, [13] 400?。其特点是灵敏度非常高，稳定可靠，并且抗震抗摔，一次安装好之后以后可以永久使用，互换性好，价格非常低，非常适合学校学生做研究性试验，可以适用于远距离测温和自动控制系统。这次试验利用铂铑-铂标准热电偶来较核铜-康铜热电偶。见下述。 4.3 铜——康铜热电偶的制作 铜—康铜热电偶我们又称之为铜—铜镍热电偶，是属T 型热电偶。铜—康铜热电偶是当我们所要测量的受热零件的的温度在?100?范围内最佳的廉价金属热电偶。它的正极是采用铜丝，其纯度为百分之百，负极采用铜镍合金，即康铜丝，其铜的含量为百分之五十五，镍的含量为百分之四十五。铜—康铜热电偶的测量原理是通过热电偶的感温测头端把温度这一信号转换成电动势的信号，然后通过数字万用表显示和记录所测介质的热电势。再根据铜—康铜热电偶的热电势与温度这一关系，查出每一热电势对应的温度值，该值即为我们测量的受热零件的测点的温度。铜—康铜热电偶是利用“塞贝克( Seebeck)效应”作为原理来测量受热零件的温度。该热电偶用两种不同材料的导体铜和康铜连接在一起，使其组成一个闭合的回路，当这闭合的回路的两端存在温度差时，不同的温度差产生不同的热动势，通过热电偶的这一特性即可测定该热电偶两端的热电势的大小，然后就可以得到被测点的温度值。 两种不同材料的均质导体铜丝和康铜丝作为热电极，在被测介质中，连接的一端为测量端，而另一端为参考端即为恒温端。在测量的过程中我们只要保持参考端温度的温度不变(我们采用冰水混合物来保持温度的恒定，即温度一直保持在零度)，则热电偶的输出热电势就是所测介质在该温度下的热电势。在热电偶的回路中，所测量的热电动势的值只与组成热电偶的金属材料的性质，测量端和参考端的温度梯度的大小有关， 而与热电偶的长短和直径以及形状等因素都没有关系，这就为我们制作铜—康铜热电偶时提供了方便，也减少了试验的误差，提高了精确度，并且我们还可以根据试验的需要选择线材和制作测头。 14 邵阳学院毕业设计(论文) 由于我们的实验室没有现成的铜—康铜热电偶，所以只能跟我的小伙伴亲手制作了，在王本亮和唐维新老师的耐心指导下，一步一步的开始了铜——康铜热电偶的制作。其制作方法如下;利用电容冲击焊接仪焊热电偶。自制电容冲击焊接仪(其电路原理见图4.1) 图4.1 电容冲击焊接仪电路原理图 各取1.3m左右的铜丝和康铜丝，去掉各丝一端的绝缘层，使其与康铜丝的一端一起接于电容冲击焊接仪引出线的正极。铜丝与康铜丝的另一端相互线绞合3,4圈，在铜与康铜丝上各缠7,10cm的聚四氟乙烯丝，聚四氟乙烯丝应该较接近焊好后热电偶的头部。修平偶丝端面，用木夹子把电偶丝夹紧，使其快速冲击接于电容冲击焊接仪负极的厚0.1mm的铜箔(见图4.2)，一触即离，以防粘紧。焊接好的热电偶头部应成球状，并且两根线在球的半径方向，既不能焊偏，然后给热电偶套上塑料偶丝保护管，这样，就完成了热电偶丝接点的焊接。 偶丝接点焊接时应注意的事项: (1)聚四氟乙烯丝要尽量靠近焊接好的热电偶的头部。 (2)一触即离很难做到，实际只要手法迅速就可以。 (3) 热电偶头部端的偶丝的绝缘层要打磨的非常干净，相互绞合3、4圈并且尽量绞紧，然后把偶丝前端面用剪刀修剪的非常平整。 (4)焊接时将修好的热电偶的头部的端面要垂直正对铜箔，焊接的一刹那不要用眼睛看，以免强光刺伤眼睛，最好戴墨镜。 (5)用聚四氟乙烯丝缠热电偶时要注意尽量缠的紧和小一点，以免后面与受热零件焊接时因缠的太多，而焊孔太小而不能焊接。 15 邵阳学院毕业设计(论文) 图4.2 偶丝焊接接线图热电偶 图4.3 热电偶与受热零件的焊接图 热电偶与受热零件的联接采用电容冲击的焊接方法，其接线图如图4.3所示: 热电偶与受热零件的焊接是否成功是此次试验的关键步骤，既不能出现假焊也不能出现短路等现象，焊接时将正极接在受热零件上，负极接在热电偶的非测量端，在焊接之前将卷好的纸导管插进受热零件的测点钻孔内，该纸管的作用是起导向，防止热电偶焊在孔的壁面上，以保证焊接位置的准确性，焊接时，偶丝要以尽可能快用手提之，检验是否焊牢;用万用表检验，以排除假焊、短路的现象。为了防止偶丝经常扭摆而脱落，在其孔内用环氧树脂胶粘住保护热电偶，而一般要24小时左右才能固化，固化后即可进行装机试验。 16 邵阳学院毕业设计(论文) 4.5铜-康铜热电偶的标定及标定曲线 这次试验使用的铜—康铜热电偶，因为是非标准热电偶，所以在做实验之前要进 [14] 行热电偶的标定，标准热电偶为铂铑—铂热电偶。本次铜-康铜热电偶的标定及标定曲线是参照实验室的数据。如下: 表4.1 铜-康铜热电偶标定数据表(冷端温度为0?) 温度(?) 热电势(mv) 温度(?) 热电势(mv) 0 0 170.4 5.94 25.8 0.75 191.0 6.79 40.2 1.20 217.0 7.91 69.9 2.16 237.0 8.83 93.4 2.96 264.4 10.09 117.2 3.83 291.6 11.39 139.2 4.67 299.9 11.80 图4.4 热电偶标定曲线图 17 邵阳学院毕业设计(论文) 4.5气缸盖、喷油嘴、气缸套上测温点的布置及钻孔 如何布置测温点是这个试验成功的关键步骤，测温点的布置应当根据不同受热零件的温度分布来确定。 对于气缸盖来说，其热负荷由传给冷却介质热量的配比所决定，这一配比与燃烧室的形式及材料结构有关。BH175 F3柴油机的燃烧室是直流式，因此缸盖 [15]火力面的温度分布偏向燃烧室以及鼻梁区。借鉴前人做过的某些工作 以及自己对气缸盖的了解，按图4.5所示的位置布置测温点。 4.5 气缸盖上的测温点布置图 ,?1,4个测点为沿75圆周方向均部的四个测点并且距离火力面1.8mm，其目的是测量圆周的温度，评定缸盖上在该圆周范围内的温度场的分布。 ?根据理论分析气缸盖的鼻梁区的温度应为受热最为严重的部位之一，因此在此布置一个5点，用来测量气缸盖的最高温度，为了进行对照，还布置一测点，和测点5加以对比。 6 ?喷油嘴与可燃气是直接接触的，因此受热会比较严重，又因为喷油器安装在喷油器座，所以其受热也应当会比较严重，所以在喷油座上布置了7，8，9三个测点用来了解气缸盖的热负荷对喷油嘴的影响。 18 邵阳学院毕业设计(论文) 对于缸套来说，其主要受周向、轴向温度，又由于此温度的变化而引起缸套的热裂变形，造成机油烧损窜漏等现象，所以在缸套的测点布置应该在周向和轴向上布置。因此按图4.6所示的位置布置测温点。 图4.6 气缸套俯视图的测温点布置 ?根据理论分析，气缸盖位于上止点时活塞顶上面的区域是直接暴露在高温的可燃气体之中，因此此处的温度应该是气缸的最高温度区，又因为在圆周方向存在进风口和出风口，所以在上止点的圆周方向均部1，2，3，4四个测点，用来了解气缸在此处的温度场的分布。 ?气缸从上止点到下止点，越往下温度应该越低，因此在气缸的下止点处布置了9，10，11，12四个测点，用来了解气缸的最低温度的分布。 ?在上止点和下止点之间的区域布置5，6，7，8四个测点，用来了解气缸的轴向的变化对温度场的变化。 对于喷油器来说，其上的温度分布也存在轴向和周向的差距，因此喷油器上 19 邵阳学院毕业设计(论文) 的测温点应在周向何轴向分布。因此按图4.7所示的位置布置测温点。 图4.7 喷油嘴上的测温点布置图 ?均布1，2，3，4这四个测点在喷油嘴针阀体与针阀导向配合面的中间截面上，用来了解喷油嘴在圆周方向上的温度场分布。 ?在离针阀体与针阀导向配合面13mm处均布置四个测点5，6，7，8。与1，2，3，4这四个测点进行对比，用来了解喷油嘴在轴向的温度场分布。 5 试验方案 5.1实验样机的调试 本实验的试验样机是BH175F3柴油机，为了保证实验能成功的进行，确保实验数据的准确性，我们对样机进行检查，并且重新拆装和调整气门间隙，根据使用说明书上标明的进气门间隙为0.15mm，排气门间隙为0.25，并连接好排气管机油温度传感器等附属装置，并且根据上届学长得出的结论，当喷油提前角为29?时，磁样机的各项性能最优，所以在本次的毕业设计中选用的喷油提前角为29?。 20 邵阳学院毕业设计(论文) 5.2实验准备 本次测试装置我一共布置了29个测温点。为了提高实验的准确性，使实际验测得受热零件的温度更加接近发动机在不同的实际工况下工作时的真实温度，所以测温点的布置应尽可能的接近受热零件的实际的火力面，但又不能因为钻了孔而对受热零件的温度场分布产生影响，因此我们选择距离火力面1.8mm的位置。我们自己动手拆下气缸盖和喷油嘴以及气缸套并且按上图测点位置用直径为,2.5的麻花钻钻孔，取距火力面的距离为1.8mm。在给受热零件钻孔时一定要小心翼翼，要做到慢，准，稳。千万不能把其他部位碰坏，否则会影响受热零件的温度分布。热电偶与受热零件焊好后要引出，并且用耐高温的硅胶粘起来，使之不容易被压断或拉断，并且把热电偶全部标上号码，然后使热电偶的非测量端用电烙铁焊在转换开关上，使热电偶上的标号与转换开关上的标号对应，且铜丝接转换开关正极，康铜接转换开关负极，然后把三个转换开关的正极用铜丝全部接在一起连在DT9903C数字万用表的正极，把三个转换开关的负极用康铜连接，并且与另一根外面的热电偶相接，并且使其转换开关引出线与DT9903C数字万用表联接，将外面的热电偶冷端置于保温瓶里的冰水混合物中。然后我们就可以直接通过万用表就直接读出电压值，并且精度可以达到0.01mv，对加快试验进程非常有帮助。当柴油机的油耗、排气温度、机油温度等指标基本符合正常时，就可以进行正式的试验了。尽量保证各测点布置的准确性。试验测量线路图如图5.2。 21 邵阳学院毕业设计(论文) 图5.2试验线路示意图 5.3具体实验方案 试验方案的对热负荷分析是非常关键的一步:既要考虑测试的可操作性，热电偶的可靠布置及连接;要使测试结果反映柴油机的热负荷水平，有利于研究喷 [16]油器卡死等故障的原因。本次设计中一共进行了以下四个试验方案的试验数据，并分别测量出负荷为0%、50%、 75%、，90%、100%四种工况下各受热零件的温度场情况，其3.8kw、2600r/min为标定转速下的100%工况。 方案1 对BH175F3柴油机原机的温度场测量试验; 方案2 在原机的基础上加99.5cm长增压管的温度场测量试验; 方案3 换新风扇的温度场测量试验; 方案4 加99.5cm长增压管和新风扇的温度场测量试验。 5.4试验方案数据统计 5.4.1对BH175F3柴油机原机的温度场测量试验 对BH175F3型柴油原机的热负荷进行测定用来以了解原机的气缸盖、喷油嘴、气缸的温度分布，为下步采取方案做准备。原机试验数据见表5.2。 22 邵阳学院毕业设计(论文) 实验环境:进气温度20.9?、大气压力99.8kpa、大气温度26.9?、相对湿度56.0RH%。 参 扭 矩 转 速 功 率 油 耗 排气温度 机油温度 数 负 (N/m) (r/min) (kW) (g/kW?h) (?) (?) 荷 0% 0 2600 0 135 56.7 50% 7 2600 1.9 289.7 256 63.5 75% 10.5 2600 2.9 251.3 335 68.4 90% 12.6 2600 3.4 244.7 375 71.8 100% 14 2600 3.8 234.8 397 73.3 表5.2 对BH175F3型柴油机原机的温度场测量试验数据表 0% 50% 75% 90% 100% 1 2.59 82.7 3.60 111.0 4.30 129.6 4.75 114.2 4.96 146.4 2 2.22 71.7 2.92 92.2 3.39 105.3 3.71 113.9 3.84 117.4 3 2.31 74.4 3.04 95.9 3.53 109.1 3.87 118.2 4.02 122.2 4 2.54 81.2 3.45 106.9 4.06 123.3 4.50 134.8 4.70 139.9 气缸5 2.65 84.4 3.61 111.2 4.31 129.9 4.76 141.4 4.95 146.2 盖 6 2.67 85.0 3.66 111.6 4.31 129.9 4.77 141.7 4.96 146.4 7 2.54 81.2 3.52 108.8 4.19 126.7 4.66 138.9 4.86 143.8 8 2.30 83.9 3.59 110.7 4.78 141.9 4.90 144.9 4.95 146.2 9 2.34 75.3 3.14 58.4 3.69 113.4 4.06 123.3 4.22 127.5 1 2.84 89.9 3.87 118.2 4.66 138.9 5.06 148.9 5.30 154.8 2 2.56 81.8 3.33 103.6 3.88 118.5 4.25 128.3 4.43 133.0 3 2.25 72.6 2.80 88.8 3.27 102. 0 3.58 110.4 3.73 114.5 4 2.52 80.6 3.28 102.3 3.82 116.9 4.22 127.5 4.39 131.9 5 2.83 89.6 3.56 109.9 4.08 123.8 4.44 133.2 4.61 137.6 气缸 套 6 2.58 82.4 3.17 99.2 3.61 111.2 3.93 119.8 4.08 123.8 7 2.39 76.8 2.91 91.9 3.33 103.6 3.63 111.8 3.78 115.8 8 2.78 88.2 3.46 107.2 3.96 120.6 4.34 130.6 4.51 135.1 9 2.76 87.6 3.44 106.6 3.97 120.9 4.30 129.6 4.46 133.8 10 2.58 82.4 3.12 97.8 3.60 111.0 3.91 119.3 4.05 123.0 23 邵阳学院毕业设计(论文) 11 2.62 83.6 3.18 99.5 3.65 112.3 3.98 121.0 4.14 125.4 12 2.83 89.6 3.50 108.3 4.01 122.0 4.36 131.2 4.53 135.6 1 1.63 53.6 2.01 65.3 2.25 77.6 2.40 77.1 2.45 78.5 2 1.53 50.5 1.86 60.7 2.07 67.7 2.20 71.1 2.25 72.6 3 1.62 53.3 1.98 64.4 2.21 71.4 2.36 75.9 2.42 77.7 4 1.67 54.8 2.06 66.8 2.30 74.1 2.45 78.5 2.52 80.6 喷油 嘴 5 1.21 40.5 1.43 47.4 1.56 51.4 1.64 53.9 1.67 54.8 6 1.17 39.2 1.37 45.5 1.50 49.6 1.57 40.2 1.60 52.7 7 1.25 41.7 1.49 49.2 1.63 53.6 1.73 56.7 1.76 57.6 8 1.27 42.4 1.52 50.2 1.67 54.8 1.76 57.6 1.78 58.2 5.4.2在原机的基础上加99.5cm长增压管的温度场测量试验 为使柴油机充分燃烧，通过加增压管来进行增压。增压管参数:长99.5cm，内径27.3mm，外径32.5mm。试验数据见5.3。 实验环境:实验环境:进气温度20.1?、大气压力99.8kpa、大气温度25.2?、相对湿度56.0RH%。 参 扭 矩 转 速 功 率 油 耗 排气温度 机油温度 数 负 (N/m) (r/min) (kW) (g/kW?h) (?) (?) 荷 0% 0 2600 0 0 143 56.6 50% 7 2600 1.9 303.4 260 63.2 75% 10.5 2600 2.9 257.7 343 69.9 90% 12.6 2600 3.4 250.3 388 72.8 100% 14 2600 3.8 237.3 409 75.8 24 邵阳学院毕业设计(论文) 表5.3 在原机的基础上加99.5cm长增压管的温度场测量试验数据 0% 50% 75% 90% 100% 1 2.61 83.3 3.53 109.1 4.29 129.3 4.76 141.4 5.04 148.4 2 2.18 70.5 2.87 90.8 3.35 104.2 3.71 113.9 3.84 117.4 3 2.30 74.1 3.01 94.8 3.51 108.5 3.86 118.0 4.01 122.6 4 2.62 83.3 3.43 106.4 4.08 123.8 4.50 134.8 4.75 141.2 气缸5 2.71 86.2 3.64 112.1 4.32 130.1 4.77 141.7 5.02 147.9 盖 6 2.78 88.2 3.64 112.1 4.35 130.9 4.80 142.4 5.04 148.4 7 2.63 83.9 3.50 108.3 4.20 127.0 4.67 139.2 4.94 145.9 8 2.22 71.7 3.52 108.8 4.72 140.4 4.87 144.2 4.94 145.9 9 2.37 76.2 3.11 97.6 3.68 113.1 4.05 123.0 4.26 128.6 1 2.87 90.8 3.84 117.4 4.62 137.9 5.11 150.1 5.37 156.5 2 2.59 82.7 3.26 101.7 3.87 118.2 4.25 128.3 4.49 134.5 3 2.22 71.7 2.74 87.1 3.24 101.2 3.55 109.6 3.71 113.9 4 2.54 81.2 3.22 100.6 3.85 117.7 4.22 127.5 4.42 132.7 5 2.80 88.8 3.44 106.6 4.07 123.5 4.45 133.5 4.66 138.9 6 2.51 80.3 3.05 95.9 3.60 111.0 3.94 120.1 4.11 124.6 气缸 套 7 2.33 75.0 2.82 89.4 3.28 102.3 3.60 111.0 3.78 115.8 8 2.70 85.9 3.37 104.7 3.92 119.6 4.30 119.6 4.52 135.3 9 2.68 85.3 3.34 103.9 3.94 120.1 4.31 129.9 4.50 134.8 10 2.52 80.6 3.06 96.2 3.58 110.4 3.92 119.6 4.09 124.1 11 2.54 81.2 3.12 97.8 3.63 111.8 3.98 121.2 4.16 125.9 12 2.77 87.9 3.42 106.1 3.96 120.6 4.33 130.4 4.54 135.8 1 1.57 51.7 1.92 62.5 2.18 70.5 2.33 75.0 2.42 77.7 2 1.43 47.4 1.79 58.5 2.00 65.0 2.15 69.5 2.23 72.0 3 1.53 50.5 1.88 61.3 2.13 68.9 2.30 74.1 2.40 77.1 4 1.58 52.0 1.97 64.1 2.23 72.0 2.39 76.8 2.48 79.4 喷油 嘴 5 1.07 36.0 1.31 43.6 1.46 48.3 1.56 51.4 1.61 53.0 6 1.03 34.8 1.25 40.2 1.40 46.4 1.50 49.6 1.55 51.1 7 1.04 35.1 1.37 45.5 1.55 51.1 1.65 54.2 1.72 56.4 8 1.17 39.2 1.39 46.1 1.58 52.0 1.70 55.8 1.76 57.6 5.4.3 换新风扇的温度场测量试验 25 邵阳学院毕业设计(论文) 为增大柴油机冷却风量，我们通过更换新风扇这一方法来提高气缸盖，油嘴区以及气缸的散热能力。通过实际测量的数据;原风扇尺寸:内径190mm，外径270mm，叶片宽度30mm，高度30mm，叶片数18片。新风扇尺寸: 内径178mm，外径255mm，叶片宽度30.6mm，高度36mm ，叶片数20片。见图5.2和5.3。试验数据见表5.4。 图5.2 导风罩(上图为新导风 罩，下图为原导风罩) 26 邵阳学院毕业设计(论文) 图5.3 冷却风扇(左为新风扇，右为原风扇) 实验环境:实验环境:进气温度23.5?、大气压力99.8kpa、大气温度30.4?、相对湿度56.0RH% 参 扭 矩 转 速 功 率 油 耗 排气温度 机油温度 数 负 (N/m) (r/min) (kW) (g/kW?h) (?) (?) 荷 0% 0 2600 0 0 146 53.7 50% 7 2600 1.9 285.8 245 58.2 75% 10.5 2600 2.9 232.7 306 62.3 90% 12.6 2600 3.4 215.5 333 63.5 100% 14 2600 3.8 210.5 359 65.6 表5.4 换新风扇的温度场测量试验数据 0% 50% 75% 90% 100% 27 邵阳学院毕业设计(论文) 1 2.52 80.5 3.25 102.0 3.62 111.7 3.81 116.6 4.06 123.3 2 2.15 69.5 3.64 117.2 2.87 90.7 2.99 93.4 3.12 97.8 3 2.23 71.9 2.77 86.9 3.02 93.4 3.14 98.4 3.30 102.8 4 2.51 80.2 3.16 93.4 3.50 108.6 3.69 117.2 3.91 119.3 气缸5 2.66 84.6 3.41 105.8 3.78 115.8 3.96 120.6 4.20 129.0 盖 6 2.74 87.0 3.44 106.5 3.81 116.6 3.96 120.6 4.18 126.5 7 2.57 82.0 3.28 103.3 3.64 112.2 3.86 118.0 4.11 124.6 8 2.37 76.1 2.96 93.4 3.26 102.3 3.42 106.1 3.62 111.5 9 2.36 75.8 2.94 92.8 3.23 101.5 3.38 105.0 3.57 101.2 1 2.69 85.5 3.43 106.7 3.78 115.8 4.00 121.7 4.23 127.8 2 2.41 77.3 2.92 93.4 3.21 101.0 3.35 101.4 3.53 109.1 3 2.20 71.0 2.59 82.6 2.84 89.9 2.96 93.4 3.10 97.2 4 2.36 75.8 2.86 90.4 3.15 99.4 3.28 102.3 3.44 106.6 5 2.51 80.2 2.95 93.1 3.18 100.2 3.33 103.6 3.46 107.2 6 2.38 76.4 2.76 87.4 2.99 93.4 3.12 97.8 3.25 101.4 气缸 套 7 2.10 68.6 2.41 77.3 2.60 82.9 2.73 86.8 2.82 84.4 8 2.41 77.3 2.82 89.3 3.06 93.4 3.18 99.5 3.32 103.4 9 2.49 79.6 2.90 91.6 3.12 93.4 3.26 101.7 3.39 105.3 10 2.25 72.5 2.59 82.6 2.79 88.4 2.90 91.6 3.02 95.0 11 2.35 75.5 2.72 86.4 2.94 93.4 3.06 96.2 3.20 100.1 12 2.63 75.8 3.04 93.4 3.30 103.8 3.43 106.4 3.58 110.4 1 1.60 52.7 1.85 60.4 1.93 62.9 2.00 65.0 2.21 71.4 2 1.52 50.2 1.75 57.4 1.81 59.2 1.86 60.7 1.91 62.2 3 1.60 52.7 1.84 60.1 1.93 62.9 1.98 64.4 2.05 66.5 4 1.64 53.9 1.90 62.0 1.98 64.4 2.04 66.2 2.11 68.3 喷油 嘴 5 1.19 79.8 1.32 43.9 1.34 44.6 1.37 45.5 1.38 45.8 6 1.16 38.9 1.27 42.4 1.29 43.0 1.31 43.6 1.33 44.2 7 1.23 40.2 1.38 45.8 1.42 47.1 1.45 48.0 1.47 48.6 8 1.26 42.0 1.40 46.4 1.44 47.7 1.47 48.6 1.50 49.6 5.4.4 加99.5cm长增压管和新风扇的温度场测量试验 通过结合方案二和方案四后对柴油机的热负荷有啥影响。试验数据见下表5.5。 实验环境:进气温度20.3?、大气压力99.8kpa、大气温度26?、相对湿度56.0RH%。 参 扭 矩 转 速 功 率 油 耗 排气温度 机油温度 数 负 (N/m) (r/min) (kW) (g/kW?h) (?) (?) 荷 0% 0 2600 0 0 136 51.9 28 邵阳学院毕业设计(论文) 50% 7 2600 1.9 299.8 249 57.8 75% 10.5 2600 2.9 249.9 324 61.9 90% 12.6 2600 3.4 243.5 359 63.7 100% 14 2600 3.8 233.2 384 65.8 表5.5 加99.5cm长增压管和新风扇的温度场测量试验数据表 0% 50% 75% 90% 100% 1 2.36 75.9 3.16 99.0 3.70 113.7 3.99 121.4 4.20 127.0 2 2.01 65.3 2.58 82.4 2.91 91.9 3.07 96.4 3.22 100.6 3 2.17 70.2 2.73 86.8 3.07 96.4 3.27 102.0 3.44 106.6 4 2.42 77.7 3.12 97.8 3.61 111.2 3.92 119.6 4.13 125.1 气缸5 2.49 79.7 3.33 103.6 3.86 118.0 4.12 124.9 4.36 131.2 盖 6 2.63 83.9 3.42 106.1 3.90 119.0 4.20 127.0 4.44 133.2 7 2.43 78.0 3.28 102.3 3.77 115.5 4.10 124.3 4.33 130.4 8 2.24 72.3 2.92 92.2 3.35 104.2 3.60 111.0 3.87 118.2 9 2.24 72.3 2.90 91.6 3.32 103.4 3.54 109.4 3.74 114.7 1 2.57 82.1 3.41 105.8 4.00 121.7 4.22 127.5 4.44 133.2 2 2.33 74.0 2.92 92.2 3.33 103.6 3.60 111.0 3.78 115.8 3 2.08 67.4 2.56 81.8 2.88 91.1 3.10 97.2 3.25 101.4 4 2.22 71.7 2.80 88.8 3.18 99.5 3.38 105.0 3.53 109.1 5 2.38 76.5 2.89 91.4 3.24 101.2 3.46 107.2 3.62 111.5 6 2.30 74.1 2.74 87.1 3.11 97.6 3.29 102.5 3.43 106.4 气缸 套 7 1.99 64.7 2.33 75.0 2.65 84.4 2.84 89.9 2.99 94.2 8 2.30 74.1 2.78 88.2 3.10 97.3 3.29 102.5 3.43 106.4 9 2.36 75.9 2.85 90.2 3.20 100.1 3.41 105.8 3.57 110.2 10 2.13 68.9 2.53 80.9 2.83 86.6 3.02 97.0 3.18 99.5 11 2.23 72.0 2.65 84.4 3.01 94.8 3.21 100.3 3.36 104.5 12 2.51 80.3 2.96 93.4 3.33 103.6 3.43 106.4 3.67 112.1 1 1.45 48.0 1.73 56.7 1.88 61.3 2.01 65.3 2.08 67.4 2 1.40 46.4 1.64 53.9 1.79 58.5 1.86 60.7 1.93 62.8 喷油3 1.46 48.3 1.73 56.7 1.95 63.5 2.00 65.0 2.08 67.4 嘴 4 1.51 49.9 1.81 59.2 1.94 63.2 2.06 66.8 2.14 69.2 5 1.05 35.4 1.21 40.5 1.28 42.7 1.33 44.2 1.36 45.2 29 邵阳学院毕业设计(论文) 6 1.02 34.5 1.16 38.9 1.23 41.1 1.28 42.7 1.33 44.2 7 1.10 37.0 1.26 42.0 1.37 41.5 1.42 47.1 1.47 48.6 8 1.11 37.3 1.30 43.3 1.39 46.1 1.45 48.0 1.51 49.9 5.5试验数据分析 本数据分析只针对标况下100%负荷，现将各方案下100%负荷时测温点数据集合在一起，便于对比分析。见表5.6和表5.7 表5.6 各方案下100%负荷时参数值 参 数 扭 矩 转 速 功 率 油 耗排气温度 机油温度 方 (N/m) (kW) (g/kW?h) (r/min) (?) (?) 案 14 2600 3.8 234.8 397 73.3 原机试验 加增压管试14 2600 3.8 237.3 409 75.8 验 14 2600 3.8 210.5 359 65.6 加新风扇 加增压管和14 2600 3.8 233.2 384 65.8 风扇试验 表5.7 各方案下100%负荷时测温点温度值 加增压管和新风原机试验 加增压管的实验 加风扇试验 扇 1 4.96 146.4 5.04 148.4 4.06 123.3 4.20 127.0 2 3.84 117.4 3.84 117.4 3.12 97.8 3.22 100.6 3 4.02 122.2 4.01 122.6 3.30 102.8 3.44 106.6 4 4.70 139.9 4.75 141.2 3.91 119.3 4.13 125.1 气缸盖 5 4.95 146.2 5.02 147.9 4.20 129.0 4.36 131.2 6 4.96 146.4 5.04 148.4 4.18 126.5 4.44 133.2 7 4.86 143.9 4.94 145.9 4.11 124.6 4.33 130.4 8 4.95 146.2 4.94 145.9 3.62 111.5 3.87 118.2 9 4.22 127.5 4.26 128.6 3.57 101.2 3.74 114.7 1 5.30 154.8 5.37 156.5 4.23 127.8 4.44 133.2 气缸套 2 4.43 133.0 4.49 134.5 3.53 109.1 3.78 115.8 3 3.73 114.5 3.71 113.9 3.10 97.2 3.25 101.4 30 邵阳学院毕业设计(论文) 4 4.39 131.9 4.42 132.7 3.44 106.6 3.53 109.1 5 4.61 137.6 4.66 138.9 3.46 107.2 3.62 111.5 6 4.08 123.8 4.11 124.6 3.25 101.4 3.43 106.4 7 3.78 115.8 3.78 115.8 2.82 84.4 2.99 94.2 8 4.51 135.1 4.52 135.3 3.32 103.4 3.43 106.4 9 4.46 133.8 4.50 134.8 3.39 105.3 3.57 110.2 10 4.05 123.0 4.09 124.1 3.02 95.0 3.18 99.5 11 4.14 125.4 4.16 125.9 3.20 100.1 3.36 104.5 12 4.53 135.6 4.54 135.8 3.58 110.4 3.67 112.1 1 2.45 78.5 2.42 77.7 2.21 71.4 2.08 67.4 2 2.25 72.6 2.23 72.0 1.91 62.2 1.93 62.8 3 2.42 77.7 2.40 77.1 2.05 66.5 2.08 67.4 4 2.52 80.6 2.48 79.4 2.11 68.3 2.14 69.2 喷油嘴 5 1.67 54.8 1.61 53.0 1.38 45.8 1.36 45.2 6 1.60 52.7 1.55 51.1 1.33 44.2 1.33 44.2 7 1.76 57.6 1.72 56.4 1.47 48.6 1.47 48.6 8 1.78 58.2 1.76 57.6 1.50 49.6 1.51 49.9 从上表中的试验数据可以看出柴油机在标准工况下原机的油耗和机油温度 /kW?h内。(该值为Q/NAAC102.24—2002企业标准都不高，油耗在规定值280g [17]规定的合格品油耗?280 g/kW?h) 图5.2 各方案下的燃油消耗率 31 邵阳学院毕业设计(论文) 图5.3 各方案下的排气温度 由上图5.2可以看出，在100%负荷时，单独加新风扇时油耗下降明显，当单独加增压管时油耗反而增加，当同时加增压管和新风扇时油耗下降的很少，效果不是很明显，这说明在增加发动机冷却风量的时候对降低燃油消耗效果显著。由上图5.3可以看出当单独加风扇和单独加增压管对排气温度的改善较小，效果不明显，加增压管反而排气温度高了两度，但当增压管和风扇相结合时排气温度下降比较明显，这说明同时改善充量系数和增加冷却风量对降低排气温度还是效果很明显的。 32 邵阳学院毕业设计(论文) 图5.4 各方案下100%负荷时各测点的温度 从上图5.4可以看出当单独加增压管的温度场线和原机的得温度场线基本是吻合的，这说明单独加增压管对改善各个受热零件的效果不明显，有些甚至比原机的温度还要高一两度，出现这种情况很有可能是我们选的这跟增压管的长度不是最合适的。当单独加新风扇时，各受热件上各测点的温度下降非常明显，这说明增加冷却风量对降低各受热零件的热负荷非常有帮助。当同时加增压管和新风扇时，改善热负荷也比较明显。根据理论分析，当增加增压管时各受热零件的温度因该明显下降，但测量的结果却不是，这说明原机的冲量系数已经相当好了，在这种情况下要想大幅度改善各受热件的热负荷就只能从外部条件下手了，即从外部加强冷却。 33 邵阳学院毕业设计(论文) 34 邵阳学院毕业设计(论文) 6 结论与建议 6.1结论 (1)对内燃机受热零件温度的测定，不论在热状态方面还是在传热研究方面都是十分重要，不断完善零件温度的测量方法，提高测量精度是很有必要的，到目前为止，各种测量方法中用热电偶测量零件温度是最可靠、精度较高且简单 [18]易行的方法。 (2)从我们测试的各受热零件的结果可以看出，该样机的总体热负荷还是相当好的，当发动机在满负荷运转的时候气缸盖的最高温度为单独加增压管时的148.4?，远远低于气缸盖允许的最高温度250?，而对于喷油嘴，虽然不是直接测量，但是测点的位置距离喷油嘴相当近，测点的温度可以近似的代替喷油嘴的温度，从试验结果可以看出，最高的温度也才80.6?，也远低于回火的温度190, [19]200?。铸铁的气缸应不大于180?，而我们测量的最高为154.8，在最高允许的范围内。 (3)对于气缸，在同一圆周面内，根据试验的结果可以看出进风口的温度最低，出风口的温度最高，但当单独加新风扇时，出风口的温度为127.8?，比原机的154.8?远远要低，对于进风口，原机的温度为114.5?，单独加风扇后温度变为97.2?，也降低的比较明显，这说明改善外部冷却条件对降低气缸的热负荷效果显著。在轴向方向根据试验测得的数据可以看出，离上止点越远，温度就越低，这与我们理论分析的一样，所以说这次试验数据还是有说服力的。 (4)对于气缸的出风口比进风口的温度高出了40.8?，这个温度梯度还是比较大的，因此容易产生较大的热变形，这说明气缸的散热片的布置还不是相当的合理，还存在较大的改善空间。 (5)在改进的这4个方案中，只有单独加增压管的跟原机的温度相差不大，这与我们理论分析的不相符，对于这我认为有两种原因,增压管的长度不是最合适的，从而改善效果不明显，甚至还不如原机的性能;,原机的冲量系数以及很充足，并不需要通过加增压管来提高冲量系数。而其他的两个方案各个测点的温度都明显的下降了，说明这两个办法是可行的。 35 邵阳学院毕业设计(论文) (6)做完实验后，我对比了涡流式的发动机BW175F1A，发现在100%负荷时直喷式的气缸盖的温度比涡流式的明显要低，这说明直喷燃烧系统是降低风冷 [20] 柴油机热负荷的最有效手段。 6.1结论 [21](1)优化冷却系统设计。调整气缸体、气缸盖处导风罩的形状和位置 通过优化导风罩，优化气缸和气缸盖的散热片布置，或者改善风扇的的形状，叶片的数目，使冷却系统得到良好的优化。 (2)热电偶与受热零件的焊接时，要非常细心，焊好之后要用万用表检查两根偶丝之间的通断以及没跟偶丝与受热零件的通断，否则一旦在装机后出现问题，将会给试验带来非常大的麻烦。 (3)做试验时要尽量挑大气温度变化较小的时候做，并且要一次性全部做完，不能做几天歇几天，这样试验会因为天气变化较大而出现较大的波动，那样试验数据就会没有可比性。 (4)对于热电偶的标定曲线，我建议用CAD制作，通过制定拟合的样条曲线，再通过CAD的对象捕捉，这样就不会出现热电势大，但温度还要小的现象，提高温度的精度。 [22](5)改进结构设计，减少从排气道通向气缸盖的加热。 36 邵阳学院毕业设计(论文) 7总结 本毕业设计从3月14日开始，历时两个多月，一开始的时候非常迷糊，不知道从何下手，但经过唐老师的耐心指导，一步一步的迈向正轨，通过不断查资料，对自己的毕业设计有了初步的认识，使我的思路渐渐清晰，直到今天全部实验的完成都离不开我们的努力与坚持，要特别感谢指导老师唐老师，以及王老师和钟老师对我们的耐心指导，唐老师不辞辛苦，坚持每天来实验室。经过这一两个月的实验使我学会了很多，在大一大二的时候我们主要针对的是理论学习，动手能力相当有限，今天我的动手能力明显提升，我们从设计实验方案，到试验数据的测量，这都是自己亲手做的，包括热电偶的制作，热电偶与受热零件的焊接，发动机的调试，发动机的安装等等。从以前每拆一个零件都要问下指导老师到今天自己可以指导自己工作。在这次试验中出现了各种问题，包括我们自己的操作不当以及发动机老化等，但最后都被我们一一解决了，做实验非常累，我们经常在实验室从每天早上八点一直待到晚上十一点，现在我终于相信了一句话“你不逼自己一把，你不知道自己有多强”在后面的实验数据处理以及论文编写过程中，要用到各种软件如Word、Excel、AutoCAD，使我对这些软件又熟练了一点。 当然设计中也存在较多的不足之处，包括准备不充分，做实验拖拖拉拉等现象，使实验出现很多没必要的麻烦，也让我认识到了自己的不足，以后还要多加努力。 37 邵阳学院毕业设计(论文) 参考文献 [1]肖永宁.内燃机热负荷与热强度[M].北京:机械工业出版社，1988. 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