139甲醇发动机的设计

第1期内燃机No.12008年2月Intermal Combustion EnginesFeb. 2008139甲醇发动机的设计李萍锋,张翠平,杨敬,张瑞亮x(太原理工大学机械工程学院,山西太原030024 )摘要:以现有助力车的139汽油发动机为对象,对其进行了结构分析,对原有发动机的主要零部件进行了改进设计,改进后燃用M100的甲醇发动机提高了发动机的压缩比，使其能够得到较理想的动力性能、经济性能和排放性能等。同时利用Pro/E软件进行了相应的三维建模。关键词:M10;甲醇发动机;代用燃料;压缩比中图分类号:TK46文献标识码:A文章编号1000 -6494(2008)01 -0015 -003Design of 139 Methanol EngineLI Ping - feng ,ZHANG Cui - ping, YANG Jing,ZHANG RUI - Liang( College of Mechanical Engineering Taiyuan University of Technology ,Taiyuan 030024 ,China)Abstract:This design mainly takes 139 gasoline engines of motorbikes 8 an example to analyze its strucure. The main parts oforiginal engine are inmproved. The main purpoee of this design is mainly to raise compression ratio (CR)of engine The M100substitute fuel 139 methanol engine designed here can get higher motive, better economic perfornances and lower exhaustperformances etc. Meanwhile ,these parts are used to Bet up three - dimensional models with Pro/E 3D software.Key words: M100;methano engine ; substite fuel ;compression ratio经比较成熟,正在大力开发,推广应用。对于煤制甲1概述醇,能源利用率较高,每3.5 t煤可生产2 t甲醇。随着汽车保有量的与日剧增和石油资源的日益甲醇是一种质轻、无色、略有臭味、低污染的燃匮乏,对车用燃料提出了新的挑战。同时，汽车排放料,与水能无限互溶。由于甲醇只有一个C原子,没给人类的生存环境造成了严重的影响,这促进世界有C-C键,且含有50%的氧,是一种燃烧后排气污各国寻找新的、清洁的代用燃料。石油产品的主要染较少的含氧燃料。代用燃料有甲醇( CH,0H)、酒精、天然气(NG)及液甲醇对- -些金属有溶蚀作用,对-些橡胶有胀化石油气(LPG)等,各种代用燃料都有其独到的优大作用。甲醇在燃油系统中可能产生不溶于醇的燃势。但是基于我国“缺油、少气、富煤”的基本国情,油氧化物沉淀,使过滤器堵塞。另外,甲醇具有一定发展煤制甲醇作为代用燃料,对解决能源和大气污的毒性,易导致神经衰弱,甚至双目失明死亡。甲染问题,具有重要的理论与实际意义。笔者以139醇与汽油的理化性质见表1。i 4汽油发动机为例,对改进设计的以下内容进行阐述:表1甲醇与汽油的理化性质燃用M100的139甲醇发动机的性能,实际循环热计项目汽油甲醇算,以及气缸体、气缸盖、活塞组、连杆、配气机构冷分子式C4~ C12CH,OH却系统等零部件三维设计及装配。密度(20.C)/(g.cm~3) 0.69 ~0.800. 792.热值/(J.kg~')44 39020 1002设计内容理论混合气热值/(J●kg-')2 8482.1甲醇发动机的性能含氧量/%0502.1.1甲醇燃料的生产 与理化性质理论空气/燃料比值14. 736.45甲醇可以从天然气、煤、生物等原料中提取,生蒸发潜热/(kJ.kg~")3491 101沸点/C35 ~ 20564.7产甲醇燃料的资源丰富,生产工艺也较成熟,尤其是用天然气及煤生产甲醇。同时,甲醇合成技术业已饱和蒸气压(37.8 C)/kPa60~8032辛烷值/RON80-9722MON70~88)3自燃点/C49564基金项目:山西省高校科技研究开发项目(20051213)作者简介:李萍锋( 1985- ),男,硕士,浙江诸暨人,研究燃烧速度/(m.s~I)0. 52方向为代用燃料在内燃机上的应用。着火极限/%1.4~7.66.7 ~36收稿日期:2007 -09 -21万万数据16内燃机2008年2月2.1.2 甲醇燃料内燃机的燃烧特性a改变燃料室的形状或容积。甲醇燃料的热值较汽油及柴油小，完全燃烧时,b.改变活塞的行程。将产生较少的热量及较多的水汽。对于相同的放热c.改变曲轴的位置等。量,甲醇燃烧产物的总数较大,而且比热较高,绝热指139甲醇发动机的冷却方式为风冷,直接用空气数也较大。燃烧产物较高的比热对热效率不利,而绝作为冷却介质,当空气高速吹过散热表面时,带走了热指数较高,又会使循环效率提高。同时,甲醇具有散出的热量, 因而取消了水冷式内燃机冷却水循环较宽的可燃极限，燃烧速度快,适合稀燃。快速燃烧设备-冷却水套、水泵、水管和散热器等。为了增加又使定容放热量部分增加，热量利用高。综上所述，散热面积,在气缸 和燃烧室外壁上配置了许多散热燃用甲醇对提高循环热效率的有利因素是主要的。片;为了合理地分配冷却空气,并提高其利用率,还.2.2 实际循环热计算配置了导风罩;为了便于制造气缸体和气缸盖,采用热力学中对于理论循环所作的种种假设,从许多单体式气缸体和气缸盖结构。方面忽略了实际循环所必不可免的损失,考虑到理论2.4 活塞组及连杆设计循环与实际循环的差异所在,以及引起各项损失的原2.4.1活塞组因,在进行内燃机实际循环的热计算分析时，需考虑活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里以下几方面影响:工质的影响换气损失、气缸壁的传作往复运动的零件,它们是活塞式发动机中工作条热损失、时间损失、燃烧损失以及其他损失。件最严酷的组件。实践经验证明,活塞组零件的寿下面是关于实际循环的近似热力计算所用到的命决定发动机的修理间隔。由此可见,提高活塞组原始数据:零件的工作可靠性和耐久性具有极重要的意义。发动机型号:139甲醇发动机2.4.2连杆型式:单缸、四冲程、自然风冷、凸轮轴下置、浴连杆是将活塞的往复运动转变成曲轴旋转运动盆形燃烧室的中间构件。连杆由连杆小头,杆身,连杆大头三部气缸直径/mm; 39分组成。活塞冲程/ mm: 41在该设计中主要是改变连杆的尺寸来达到设计压缩比: 10: 1的目的,具体计算如下:139Q汽油发动机的V, =0. 048最大功率/ W:1.9 (7 000r. min~')L,压缩比g= 8;139 甲醇发动机的V% =0. 048 L,压缩最大转矩/(N.m):1.6 (5500r● min ")比ε= 10。最低稳定转速/(r. min-'): 1 200由公式:润滑方式:压力飞溅V+V.=V。启动方式:电/脚启动→=ε通过计算可知, 139Q发动机改用燃烧M100甲醇燃料以后,可以得到较理想的热力学性能。由上面公式可知,只要把燃烧室的容积减少2.3 气缸体和气缸盖设计0.001 6L即可,即139汽油发动机改为燃用M100的139甲醇发开xdh=0.0016 L动机(如图1)最需要考虑的是压缩比的提高问题，压缩比的提高将在很大程度上影响到发动机的许多式中,d为气缸内径,h为连杆长度变化量。性能。当然改变压缩比以后对发动机的结构也提出由活塞连杆的运动特性可知，只要将连杆的中了相应的要求,还有对发动机的强度、刚度也是一个心距加长h就可以达到所需要的压缩比。很大的考验。要想提高发动机的压缩比,就必须对2.5配气机构设计原有发动机作一些改变,具体措施如下:配气机构主要是由配气凸轮机构、气门驱动机构、气门组件等组成。其功能是:凸轮轴通过该机构开启或关闭四冲程发动机进排气门,或直流换气二冲程发动机的排气门。配气机构应满足下列基本要求:a准确地开闭气门。b.运动件质量要小,系统刚度要大。.c.零件要可靠等。2.6 冷却系统设计图1 139甲醇发动机总成在风冷内燃机中,散热问题是- -个既重要又复