发动机设计相关技术要求.docx
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发动机设计相关技术要求
车用柴油机配套设计技术要求
1范围
本标准规定了车用柴油机配套设计的技术要求,适用于车用柴油机的配套开发设计。
2发动机悬置系统
发动机悬置设计必需知足以下要求:
a)发动机悬置软垫的自振频率应小于规定值;
b)限制发动机由于惯性、撞击或其它外力作用下产生的运动和位移,以幸免发动机与底盘上的部件发生碰撞。
悬置结合面位置
悬置结合面位置见附录A(标准性)。
发动机悬置的布置
一样采纳四点式布置,6112系列前悬置对称布置在气缸体前端面;其它机型对称布置在气缸体双侧;后悬置对称布置在飞轮壳双侧。
悬置软垫必需进行匹配选择,以幸免发动机或悬置由于振动的激化而损坏,这一点在四缸机上和客车上专门重要。
发动机悬置设计的注意事项
对悬置软垫自振频率的要求
.1发动机悬置的要紧作用是隔离振动,为保证怠速区有足够的隔振成效(转速越高隔振成效越好),悬置软垫的自振频率应小于必然数值,当悬置软垫的自振频率小于发动机外激振动频率的≈70%时,方才产生隔振作用。
因此,一样要求悬置软垫的自振频率应小于发动机外激振动频率的60%,发动机外激振动频率由以下公式计算求出:
(Hz)
其中:
n--发动机转速r/min;
i--气缸数;
a--系数,关于四冲程发动机a=2。
.2玉柴排放达标机怠速均为750r/min,悬置软垫的自振频率关于四缸机应小于15Hz;关于六缸机应小于Hz。
.3软垫的自振频率越低,隔振成效越好,但应依照悬置底座的刚度、发动机许诺变形量、软垫经受的负荷和对悬置软垫变形量的要求来综合考虑匹配选择。
对悬置软垫变形量的要求
依照单个软垫经受的负荷、选定的软垫自振频率和软垫的结构选择软垫的变形量。
软垫变形量确信以后,应设计软垫的正确的安装位置,并校核安装发动机以后(指拧紧悬置的紧固螺栓以后),应保证发动机曲轴的轴线与底盘传动系主传动轴的轴线相一致。
悬置的结构型式与正确安装
.1前悬置推荐采纳对称斜置式,现在悬置软垫部份受紧缩,部份受剪切,能够利用橡胶的剪切高弹性,提高隔离扭振的能力;同时软垫布置在发动机前、中部双侧,能够降低发动机重心,提多发动机稳固性;还能够调整前后悬置平面的弹性中心,在设计时使前后悬置平面的弹性中心落在发动机的主惯性轴上,有利于振动解耦,可进一步提高隔振性能,但斜置式布置的制造精度和装配精度要求相对较高。
.2后悬置推荐采纳对称斜置式或轴套式,重型车用发动机更多的是采纳轴套式,这种结构能提供360°的紧缩支承,能排除车架变形对发动机的阻碍,能克服轴向外力及惯性力,能吸收水平方向的力偶,制造精度和装配精度要求相对没那么高。
.36105和6108等系列发动机,受传统结构阻碍,其后悬置也许诺采纳圆柱形软垫垂直布置,这种形式隔振成效较差,为提高隔振性能,悬置软垫的厚度应尽可能设计得大一些。
.4采纳斜置式悬置,推荐悬置螺栓的安装孔设计成长孔,以便于安装发动机。
.5紧固发动机悬置螺栓时,不要使软垫变形太大,以避免破坏隔振性能,但要有靠得住的防松结构,以保证长期利历时,紧固螺栓不致松脱。
推荐采纳双螺母防松结构,幸免利用弹簧垫圈。
.6发动机悬置的设计与安装应保证在任何利用条件下,悬置软垫都可不能发生刚性接触。
各型发动机的毛重、质心座标见表1。
注意计算单个悬置的负荷时,应考虑机油和冷却液的重量。
表1各机型净重及质心座标
机型净重量(kg)质心座标(mm)
4108Q(,,)
4108ZQ/ZLQ
4110ZQ/ZLQ500(,+,)
4112ZQ/ZLQ600(,+,)
6105Q(,,)
6105ZQC/ZLQ733
6108ZQ781(459,,
6108ZQB/ZLQB(412,+,142)
6112ZQ/ZLQ(,+,)
6L
6M
悬置系统的安装检查
a)软垫的变形量与设计值相一致;
b)悬置软垫无刚性接触;
c)悬置软垫的紧固螺栓有靠得住的防松;
d)检查怠速运转时整车振动情形。
3进气系统
a)各类安装方式都必需充分保证空气中飘浮的尘埃不进入到进气系统中。
b)进气口的安装应避免吸入雨、雪或发动机的排气。
c)空滤器选型和进货检查时应确保滤芯安装无短路现象。
d)进气系统的安装及管路布置应保证发动机进气温度不高于环境温度15℃,不然空气密度下降,阻碍柴油机的功率发挥,并使排放恶化。
e)系统最大进气阻力对自然吸气发动机不超过5kPa;对增压和增压中冷发动机不超过6kPa。
系统应安装阻力报警装置,达到上述阻力限值时,应及时报警显示,以指导客户及时保护保养进气系统。
f)在发动机的日常保护保养和操作进程中,应保证管路的完好性和管路接口的密封性。
进气口的安装
空滤器原始进气口必需设置在雨、雪、尘埃不易进入的部位;应幸免将机仓内热空气、散热器排出的热风和发动机排出的废气吸入进气系统;原始进气口之前不该有其它零部件阻挡。
原始进气口位置要求尽可能高,外露的原始进气口必需设置雨、雪过滤装置,将吸入空气中所含的水分离出来,避免雨、雪进入进气系统,幸免损坏发动机。
后置客车空滤器入口不许诺作为原始进气口,且原始进气口不能设在车辆行驶时产生的负压区。
空滤器
空滤器的额定流量应不小于表2的规定值,考虑进气系统的保护保养周期,空滤器的额定流量是按发动机在标定工况下实测的流量的~倍来选取的。
轻型和中型车用发动机应采纳带平安滤芯的双级空气滤清器;主滤芯和平安滤芯应选用干式纸质滤芯;在额定流量下,原始阻力不大于kPa,叶片环旋流粗滤器的粗滤效率不低于85%,总成原始滤清效率不低于%,空气滤清器容灰能力应不小于6.4g/L·s。
重型车用发动机和在恶劣环境下利用的中型车用发动机(如自卸车等工程车辆和运煤车等)应采纳三级滤清器,在知足上述要求的双级滤清器的基础上,增加一级粗滤器,推荐采纳切向或轴向旋流粗滤器(最好带有引射排尘管),或考虑采纳油浴式粗滤器,在额定流量下粗滤效率不低于93%;当增加一级推荐的粗滤器时,在额定流量下空滤器总成的原始阻力许诺不大于kPa,总成原始滤清效率不低于%,空气滤清器容灰能力应不小于53g/L·s。
空滤器必需带有排尘装置,排尘口的安装位置应尽可能远离发动机表面和迎风面。
客车用发动机空滤器的安装位置不得低于底盘车架大梁上部,以避免在积水路面行驶时通过空滤器排尘口直接吸入水。
各类柴油机对空滤流量的要求见表2。
附表2各机型空气额定流量
机型标定功率(kW)/
转速(r/min)进气流量
(m3/h)空压机流量
(m3/h)空滤器额定流量
4108Q75/30003366400
4108ZQ93/28004906600
4108ZLQ96/28005606650
4110ZQ100/2800520650
4110ZLQ110/2800606700
4112ZQ105/2300571700
4112ZLQ132/2300667800
6105ZQC118/2600678800
6105ZLQ140/25009151200
6105ZLQ155/25009451200
6108ZQ132/260077712950
6108ZQB155/24008381000
6108ZLQB177/230010451200
6108ZLQB191/230011201400
6112ZQ155/2500980181200
6112ZLQ177/2300987211200
6112ZLQ199/23001173211400
6112ZLQ221/23001230211600
6L-330243/220013001600
6L-350258/220013331600
6M
进气管路
进气管路的安装应考虑在适当的位置增加固定支架,以避免因其自重或相应的运动使进气岐管或增压器经受各类应力。
在空滤器到发动机之间必需利用一段胶管,以抵消发动机和底盘之间的相对位移,该软管应有足够的刚度,以避免负压造成吸扁、破损和局部狭小,或由于振动而变形;该软管还应能在-40℃~120℃下长期利用,有足够的耐老化能力。
从空滤器到发动机入口之间应采纳金属成形管或硬塑料成形管;从空滤器出口管径到发动机入口管径要慢慢过渡,并尽可能幸免方向的急剧改变;管路应尽可能幸免焊接,若是不能不焊接时,应避免假焊、脱焊显现裂缝,并应完全清除焊渣;硬管与橡胶连接位置不许诺用钢板搭接焊接成管,应用无缝钢管制作而且管口部位有凸缘,保证橡胶管与硬管为过盈配合连接;管路内腔应滑腻、清洁,不许诺残留任何杂物;管路连接应密封靠得住,不准有短路现象;硬管管口应有凸缘,插入橡胶管的长度确保在50mm左右,并利用平板带式卡箍紧固胶管;此段管路的固定方式要十分靠得住,不得因振动而致使各管接头松脱,使未通过滤的空气直接进入增压器和发动机,引发增压器的损坏和发动机的非正常磨损。
空气中冷系统
中冷器的额定流量应不低于表3的规定值;在额定流量下中冷器的压力降应不超过kPa,为知足利用要求,中冷器的额定流量一样按发动机标定工况下进气量的倍来确信。
中冷器应有足够的散热面积和迎风面积,以保证发动机在标定工况下出口温度不高于规定值:
在最终选定的风扇流量、冷风压降的情形下,车辆行驶的全负荷工况,中冷器的出口温度相关于环境温度的温升,关于载货汽车和前置客车不该大于25℃;关于后置客车不该大于30℃,设计完成后要经实验验证。
中冷系统的管路布置应简练,固定牢靠,并尽可能减少方向的改变,方向改变处应利用金属管,不得利用橡胶管;中冷系统管路安装应可不能因其自重或相应的运动使进气岐管和增压器经受各类应力;中冷系统的管路应采纳金属管连接,对管件的要求同进气管路;管口之间的联接必需采纳耐热耐压橡胶管,应能耐高温250℃和高压400kPa以上,推荐采纳夹布硅胶或硅胶编织管;刚性管口之间的间隙推荐20mm~1/2管径;金属管插入橡胶管的长度确保在50mm以上,并利用平板带式卡箍紧固胶管。
绝对不许诺管路中存在任何漏气现象,不然发动机无法发出正常功率,阻碍加速性和最高车速都达不到设计要求。
中冷器和联接管路的清洁度对柴油机相当重要,整个中冷系统所有零部件所含杂质的总和不得超过90mg,且杂质颗粒最大不得超过μm。
增压器压气机出口连接管建议设计成一直的管件,圆锥形扩压角为7°max,以取得最好的性能,长度取决于装配位置,或直到联接管出口处直径相当于压气机出口面积的2倍。
中冷器额定流量推荐的中冷器散热面积见表3。
表3各机型中冷器额定流量、推荐散热面积
机型标定功率(kW)/转速(r/min)进气流量(kg/s)中冷器额定流量(kg/s)推荐散热面积(m2)前置货车
后置客车
4110100/280011/14
4110110/280011/14
4112132/230014/16
6105140/250014/16
6105155/250014/16
6108177/230014/16
6108191/230016/20
6112177/230014/16
6112199/230016/20
6112221/230016/20
6L-330243/220018/22
6L-350258/220018/22
6M
进气系统的安装检查
空滤器原始阻力,在发动机的标定工况下,关于两级空滤器应不大于kPa;关于三级空滤器应不大于kPa。
检查空滤器规格是不是知足流量要求,滤芯安装无短路现象。
中冷器的压力降,在发动机的标定工况下应不大于kPa。
中冷器的出口温度,与冷却系统的平稳温度实验同时进行,在发动机的标定工况下,不大于规定值。
检查进气管路的密封性、管件固定和管口紧固的靠得住性。
检查进气口位置的合理性和防雨雪功能。
测试评判新车空滤系统进气阻力值,在发动机标定状态下,达到规定的≤5kPa的要求。
4排气系统
排气系统的要紧作用是降低排气噪声,避免排气泄漏,维持排气畅通,专门是排气系的阻力超级重要,在任何情形下,最大排气阻力不得超过10kPa,不然将引发发动机输出功率降低,油耗增加,自由加速烟度过大,有害排放物增多,整车加速也将受到阻碍,因此对排气系统的结构设计应给予足够重视。
排气消声器
排气消声器是排气系统的要紧部件,要紧起到降噪作用,它既要知足车辆噪声的要求,又要知足排气阻力的要求,还要知足消耗功率尽可能少的要求。
排气消声器的容积应依照发动机最大排气流量来确信,各机型排气流量见表4。
表4各机型排气流量表
机型标定功率(kW)/转速(r/min)排气流量(m3/h)
4108Q75/30001015
4108ZQ93/28001343
4108ZLQ96/28001525
4110ZQ100/28001525
4110ZLQ110/28001540
4112ZQ105/23001660
4112ZLQ132/23001913
6105ZQC118/26001767
6105ZLQ140/25002679
6105ZLQ155/25002737
6108ZQ132/26002085
6108ZQB155/24002269
6108ZLQB177/23002558
6108ZLQB191/23003032
6112ZQ155/25002500
6112ZLQ177/23002793
6112ZLQ199/23003428
6112ZLQ221/23003780
6L-330243/22003536
6L-350258/22003634
6M
排气消声器已有许多成熟产品可供选择,选历时最好能取得消声器专业厂的技术支持,选定后还必需经整车实验验证。
检测排气阻力时,应尽可能靠近发动机,并在排气直管段检测。
专门要注意的是,最近几年来由于排放法规的要求日趋严格,增压和增压中冷机型进展专门快,这些发动机的排气流量远大于自然吸气式发动机,必需从头选择消声器,不能一直延用原自然吸气式发动机的消声器。
由于发动机与排气管之间有相对位移,消声器与排气管件要用浮动式支架固定,即消声器通过橡胶软垫固定到车架上,以减少车架与发动机之间的相对位移造成对增压器排气口的附加弯矩。
增压器排气端安装面最大静弯矩应小于27N·m。
排气口
排气口保证雨、雪或洗车时飞溅的水不能进入排气管和消声器,必要时应采纳罩帽或类似的东西进行遮挡。
排气出口方向应躲开燃油箱、散热器、中冷器、空滤器进气口及驾驶室舱等,这一点对后置客车尤其重要。
排气管路
排气管路的安装应保证可不能因其自重、热膨胀及相关的各类运动而使排气岐管或增压器经受附加应力。
排气管路与发动机排气口之间的连接,必需用一段柔性的金属波纹管连接,以排除或减少增压器出口处所经受的附加应力,并使发动机的振动与车架的变形相互隔离,有利于发动机的隔振和提高靠得住性。
增压柴油机的涡轮后排气管,应有靠得住的支撑与发动机相连,以幸免排气管路对增压器产生附加应力。
为减小排气阻力,排气管路应尽可能直,关于后置客车等,总布置需要管路弯曲时,弯道的曲率半径也应尽可能大。
增压器涡轮机出口建议设计为一直的管件,圆锥形扩压角为10°max,以取得最好的性能,长度取决于装配位置,或直到连接管出口处直径相当于涡轮机出口面积的2倍。
排气制动器
排气制动器选型时应注意,当其阀门打开时,不得增加额外的排气阻力;当其工作时,不得施加超过发动机所能经受的背压,如YC610八、YC6112系列机型不得超过241kPa(表压)。
排气制动器的正确安装应幸免向增压器施加附加应力。
排气制动器的操纵,应与发动机的停油装置联动,绝对不许诺单独用排气制动器来刹车或减速。
排气系统的防火注意事项
排气系统都是高温部件和管件,其布置设计与安装对车辆专门是客车的火灾事故关系专门大,必需有完善的防火方法。
排气系统各管件的连接必需密封牢靠,紧固件要有靠得住的防松方法,避免管件和接口泄漏,避免因发动机、支架的振动而引发接口松脱,因排出的高温气体,乃至火焰、火星都容易引发火灾。
消声器前排气管与发动机的连接,建议用双螺母防松,禁止用弹簧垫片。
为避免排气系统各部件及管路释放的热量返回到发动机舱,造成各类零部件的热变形乃至火灾,应充分考虑设计隔热方法,这一点客车机尤其重要。
排气管和消声器等高温的外露零部件,要确保和周边零部件有足够的距离:
a)与客车车身木质等可燃零部件的距离应大于100mm;
b)与电线束的距离应大于200mm;
c)与发动机悬置橡胶软垫、水箱悬置橡胶软垫、消声器悬置橡胶软垫等的距离应大于200mm;
d)与起动机、怠速提速装置、电动停油装置等电器设备的距离应大于200mm;
e)与燃油、机油滤清器及管路的距离应大于200mm;
f)若是受结构限制不能确保上述距离的地址,应设置隔热板进行隔热,设置有效的隔热板后,与隔热板的距离应大于35mm。
高压油泵、喷油器、燃油机油滤清器、燃油机油管件及接头、机油标尺管口、呼吸器管口的正下方不许诺布置消声器和排气管等高温外露零部件,以避免因燃油、机油滴漏引发火灾。
若是因结构限制需要布置时,必需设置有效的挡板。
排气系统的安装检查
排气背压,在发动机的标定工况下,当排气制动器阀门全开时不该大于10kPa;当排气制动阀关闭时不得超过规定限值,如超过规定值时,应设置阀门限位挡块或在阀门上钻孔加以调整。
检查排气系统悬置的合理性和管件联接的靠得住性。
检查排气系统的隔热和防火方法。
5冷却系统
a)冷却系统的设计应保证散热器上水室的温度不超过99℃。
b)采纳105kPa压力盖,在不持续工况运行下,最高水温许诺到110℃,但一年中水温达到和超过99℃的时刻不该超过50h。
c)冷却液的膨胀容积应等于整个系统冷却液容量的6%。
d)冷却系统必需用不低于19L/min的速度加注冷却液,直至达到应有的冷却液平面,以保证所有工作条件下气缸体水套内冷却液能维持正常的压力。
散热器
散热器是冷却系统中的重要部件,其要紧作用是对发动机进行强制冷却,以保证发动性能始终处于最适宜的温度状态下工作,以取得最高的动力性、经济性和靠得住性。
发动机最适宜的冷却液温度为85℃~95℃,测量位置在散热器的上水室。
散热器和风扇组合匹配效率是当散热器芯子未被气流扫过的面积最小时为最高,因此,最好采纳接近正方形的散热器芯子。
散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、结构形状和结构尺寸要通过发动机冷却系统所需最大散热量来计算确信,并应通过实验评判来最终确信。
但一样可按散热器芯子的迎风面积来估算:
~/100kW,载货车和前置客车通风良好时,可取下限值;后置客车通风欠佳时可取上限值;城市公交车长期低速运转可偏下限值;自卸车、牵引车、山区远程客运车等常常大负荷运行的车辆可偏上限值。
散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80%,以避免散热能力下降。
后置客车散热器的进风通道要与发动机舱密封隔离,散热器周围要安装密封橡胶,以避免发动机舱的热风回流到进风通道,阻碍散热性能;进风通道的面积应不小于散热器芯子的迎风面积。
在尘埃多的脏环境下利历时,应选用直排或斜排冷却管,且管子距离要大,以幸免散热器芯子堵塞,阻碍散热成效。
散热器安装时,紧固必需牢靠,与车架的连接必需采纳减振垫,采纳减振垫的目的是为了隔离和吸收来自车架的部份振动和冲击,使散热器在车辆运行中,不致发生振裂、扭曲等非正常损坏,延长散热器寿命。
因为散热器与车架之间安装有隔振橡胶,因此形成了绝缘状态,通过冷却液介质,在散热器与车架之间产生了电位差,在冷却液中产生了微弱电流,使冷却系统的零部件发生电侵蚀。
因此,必然要采取散热器负极接地等方法,排除电位差,避免电侵蚀。
各机型冷却系统要求见表5。
冷却风扇
冷却风扇第一要知足冷却系统对风量和压头的需要;同时要消耗功率小、风扇效率高,且有较宽的高效率区;风扇噪声小,重量轻,本钱低等。
目前普遍采纳的有金属风扇和塑料风扇两种,风扇叶片应具有足够的强度,以防车辆涉水时,折断风叶;在严寒地域利用,推荐选用带硅油聚散器的风扇。
确信风扇直径与转速时,要注意风扇叶尖的圆周速度不大于91m/s,后置客车不大于100m/s,不然对风扇噪声和强度都不利。
风扇直径尽可能与散热器芯子迎风尺寸大体相同,以便风扇扫过的面积尽可能大地覆盖散热器芯子的迎风面积,使气流全面地通过散热器。
表5各机型冷却系统要求
机型标定功率(kW)/转速(r/min)散热功率(kW)推荐风扇直径(mm)前置货车推荐水箱散热面积(m2)前置货车
后置客车后置客车
4108Q75/3000425/50016/18
4108ZQ93/2800425/50016/18
4108ZLQ96/2800450/50016/18
4110ZQ100/2800450/50018/20
4110ZLQ110/2800450/50018/20
4112ZQ105/2300450/50018/20
4112ZLQ132/2300490/55020/26
6105ZQC118/2600490/55018/20
6105ZLQ140/2500490/55020/26
6105ZLQ155/2500550/60026/30
6108ZQ132/2600490/55018/20
6108ZQB155/2400550/60026/30
6108ZLQB177/2300600/60028/32
6108ZLQB191/2300600/60032/34
6112ZQ155/2500570/60026/30
6112ZLQ177/2300600/60030/32
6112ZLQ199/2300600/60030/34
6112ZLQ221/2300620/66032/36
6L-330243/2200620/66036/39
6L-350258/2200620/66036/41
6M
为考虑冷却系整体阻力,通过散热器芯部的压差不该大于所选风扇特性曲线中最大工作压力的70%;风扇的风压、风速等设计应按发动机在标定工况下和在最大扭矩工况下冷却水所需最大散热量来计算确信,并经整车冷却系统的实验评判来最终确信。
为充分利用车辆行驶时的迎风速度,车用发动机风扇都采纳吸风式;风扇前端面至散热器芯子的距离应大于50mm,有利于气流均匀通过散热器芯部整个面积,尤
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