专利名称:一种柴油发动机的设计与结构的制作方法
本发明涉及一种柴油机，特别是采用了W燃烧室直喷式燃烧系统的柴油机，适合于汽车用或其他动力设备的柴油发动机。
现有发动机采用“M”燃烧系统较多。但“M”燃烧系统存在着热效率低，低速性能差，低负荷时燃烧不好，排烟大，热负荷大等许多缺点。本发明是在能提高发动机性能的W燃烧室直喷式燃烧系统的基本结构上采取了本发明中的一系列设计和结构，使的按照本发明设计、结构制造出来的柴油发动机将具有性能指标先进、燃油耗油低、结构牢固、使用可靠、噪声小等优点。下面将本发明的设计和结构做详细的描述。
1.本发明的设计与结构布置是从缸盖上进、排气门，喷油咀座孔相对位置的确定开始的，考虑到进气喉口处的空气流速不宜太高，否则就会加大阻力而影响性能，故选取进气道喉口处平均流速为71.8米/秒，进气喉口直径为50mm进气门直径为57mm。排气喉口的空气流速可以适当高些，因此将排气喉口处平均流速选为91.7米/秒，排气喉口直径为44mm排气门直径选为50.5mm。进、排气门尺寸选定后，从热负荷和可靠性出发，应将喷油咀座孔尽量布置在中间，气门布置如图1所示，本发明中设计倾斜角为不大于20度。
盖缸螺栓数目与位置是保证发动机结构可靠、不发生冲床的重要因素之一，本发明将缸盖螺栓设计为8只，并且相对缸心基本均匀布置(图2)通过在缸盖上增宽进排气门间的鼻梁设计，减薄高温处火力面厚度，喷油咀孔座镶入铜套，增加热三角区水夹层空间，使热负荷区温度下降到允许范围，也是本发明的特征之一。
2.燃烧室的尺寸设计直接影响发动机性能和活塞热负荷，不同燃烧室有不同的供油匹配关系。本发明将燃烧室直径D与深度H之比设计为一个恰当的值，即2.5。燃烧室口至活塞顶边缘最小距离本发明中设计要求大于20mm，否则易造成结焦和热负荷过高问题。
燃烧室口处的园角不宜过大，过大会引起排气冒烟，过小易造成裂纹，本发明中设计为2mm。
燃烧室与喷油咀的相对位置，横向偏移量不应过大，而纵向两个中心重合。这样，本发明的设计中实现了四条油线长度基本相同。
3.进、排气道的设计结构要与燃烧室相配，直喷式进气道宜与中、低涡流比进气道相配，为此，要根据供油系统的喷射压力而定。本发明所设计的进气道是中旋流气道。进、排气道采用高流量系数结构，具体参数是涡流比Ra为2.08理论充气系数ηv在发动机转速为2000转/分时是0.88
气缸涡流强度Nc为4368转/分燃烧室涡流强度Nα为13123转/分缸径与燃烧室直径比为1.7334.凸轮设计的好坏直接影响发动机的高、低速时的性能和可靠性。本发明设计了等加速-等速过渡段的高次方凸轮，其进气凸轮升程为8.533mm，型线的最高幂次为34次方。排气凸轮升程为8.3mm，型线最高幂次为24次方。凸轮型线的上升、下降段两面对称。凸轮丰满系数达0.57。
5.供油系统的设计因W燃烧系统要求较高的喷油率、喷油持续角不致太大。故本发明设计柱塞直径取11.5mm时，升程为10mm时，几何喷油角为4～5.5度，喷油持续角小于25度。喷油咀的四个喷孔直径为0.37mm，燃油流出直线速度为256～334米/秒(在发动机转速为2200转/分时)如此供油系统参数，可达到发动机油耗低、排烟小的目的。
6.发动机活塞的设计与结构活塞的设计与结构关系到发动机故障率与性能，本发明的活塞设计采用了符合工作要求的型线，其上裙部椭园度大于0.35，下裙部椭园度大于0.25，裙部桶面量不大于0.2mm。活塞有销孔的两侧面，在规定的角度(上裙部在90°-100°，下裙部在70°-80°)范围内，用偏心切削的方法，将裙部直径减小1mm，使裙部的接触面减小，裙部桶面量适当增大，使裙部形状在工作时接近正常，下裙部接触面积大于上裙部。
7.其他部分的设计与特征本发明的气缸床采用的新的设计与结构是在缸床封气口处设计成用波纹不锈钢片来密封，缸套止口平面为能均匀承受压力、具有良好封气性能的齿纹的结构。
机油冷却器在本发明中设计在新位置上，即移至水泵压力腔，冷却系统内阻减小，水泵效率得以发挥，冷却效果提高。从而使得即使在高温地带发动机水温也可保持正常。
本发明设计了薄壁、高强度和刚度的机体，即将机体设计成与缸心等截面，外形成纵向波纹形、内筋外移的薄壁多筋结构。这不仅提高了机体的刚度，减小了噪声，铸造工艺性也大大提高。
配气机构的强度本发明中通过加大摇臂轴直径3～5mm和在摇臂座上开一槽增加一紧固螺栓消除间隙的结构得以提高。
权利要求
1.一种采用W燃烧室直喷式燃烧系统的柴油发动机，其设计与结构特征在于根据合理的流速确定的进、排气喉口与气门尺寸，防止冲床与降低缸盖热负荷的结构，燃烧室尺寸设计和进、排气道的高流量系数结构及参数，高次方配气凸轮设计和供油系统设计。
2.本发明的发动机的活塞设计与结构的特征在于采用了符合工作要求的型线，其上裙部椭园度大于0.35，下裙部椭园度大于0.25，裙部桶面量不大于0.2mm。活塞有销孔的两侧面，在规定的角度(上裙部90°-110°，下裙部70°-80°)范围内用偏心切削方法，将裙部直径切小1mm，从而减小了活塞园周与缸壁的接触面积。
3.本发明发动机的另一特征是气缸床和缸套止口的新设计，机油冷却器的新的位置和提高配气机构刚度的方法。
4.本发明设计的发动机机体的特征是采用薄壁多筋，高强度和刚度的结构，机体内部加强筋外移，机体设计成与缸心等截面，外形成纵向波纹形。
5.根据权项1.规定的缸盖各结构尺寸布置，其特征在于进气喉口直径为50mm进气门直径选为57mm，进气喉口直径为44mm排气门直径选为50.5mm。喷油咀座孔尽量布置在中间，倾角不大于20度(图1)。缸盖螺钉位置相对缸心基本均匀分布，螺栓数为8只(图2)，增宽进、排气门间的鼻梁设计，减薄高温处火力面厚度，喷油咀座孔镶入铜套，增加热三角区水夹层空间，使热负荷区温度下降到允许范围。
6.按照权项1.规定的燃烧室尺寸，其特征在于燃烧室直径D与深度H之比，选为2.5，燃烧室口至活塞顶边缘最小距离应大于20mm，燃烧室口处园角为2mm。燃烧室与喷油咀的相对位置，横向中心偏移量不应过大，纵向两个中心重合。
7.按照权项1.规定的本发明的进气道的特征是中旋流气道。进、排气道采用高流量系数结构，其参数为涡流比Ra为2.08理论充气系数ηv在发动机转速为2000转/分时是0.88气缸涡流强度Nc为4368转/分燃烧室涡流强度Nα为13123转/分缸径与燃烧室直径比为1.733进气道喉口处平均流速在发动机转速为2100转/分时为71米/秒。排气道喉口处平均流速在发动机转速为2100转/分时为91.7米/秒。
8.按照权项1.规定的高次方配气凸轮设计的特征在于进气凸轮升程为8.533mm，排气凸轮升程为8.3mm。多项高次方凸轮型线的上升、下降两面对称。进气凸轮型线最高幂次为34次方，排气凸轮型线最高幂次为24次方。凸轮丰满系数为0.57。本发动机设计的供油系统的特征在于柱塞直径为11.5mm，升程为10mm时，几何喷油角为4°～5.5°，喷油持续角小于25度。喷油咀的4个喷孔直径为0.37mm，燃料流出速度为256～334米/秒(当发动机转速为2200转/分时)。
9.按照权项3.规定的气缸床新设计其特征在于缸床封气口处设计成用波纹不锈钢片来密封，缸套上止口平面为能够均匀承受压力、具有良好封气性能的齿纹。机油冷却器的新位置的特征在于机油冷却器移至水泵压力腔，冷却系统内阻减小，冷却效果提高。
10.按照权项3.规定的提高配气机构刚度的新方法其特征在于将摇臂轴的直径增加3～5mm，在摇臂座上开一槽，增加一紧固螺栓来消除间隙。
专利摘要
本发明涉及一种采用W燃烧室直喷式燃烧系统的发动机的设计和结构。按照本发明的设计与结构制造的发动机具有全新的缸盖结构布置，最佳的燃烧室尺寸，进、排气道匹配特性和高次方配气凸轮、供油系统以及高耐磨、符合工作要求的型线的活塞等结构特点。按照本发明的设计和结构制造的发动机，不仅可以克服一般发动机的冲撞、发动机过热影响寿命等缺点；还具有性能指标高、油耗低、排放烟度低、振动噪声小、结构牢固，使用可靠等先进性能。
文档编号F02B9/02GK85106349SQ85106349
公开日1987年3月11日 申请日期1985年8月24日
发明者陈淦和, 言百庆, 宋贤进, 沈或林, 刘显明 申请人:杭州汽车发动机厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan