139甲醇发动机的设计

第1期内燃机2008年2月Internal Combustion EnginesFeb.2008就就,,,”,,的,高☆“岩139甲醇发动机的设计点,““…∵心8的的的“李萍锋张翠平杨敬张瑞亮12:“:“(太原理工大学机械工程学院山西太原03004)“的的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M00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P/E软件进行了相应的三维建模。关键词:M100;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-LiangCollege of Mechanical Engineering Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)Abstract: This design mainly takes 139 gasoline engines of motorbikes as an example to analyze its structure. The main parts oforiginal engine are improved. The main purpose 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 performances and lower exhaustperformances etc. Meanwhile, these parts are used to set up three-dimensional models with Pro/E 3D software.Key words: M100; methanol engine; substitute fuel; compression ratio概述经比较成熟,正在大力开发,推广应用。对于煤制甲醇能源利用率较髙,每3.5t煤可生产2t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(CH2OH)酒精、天然气(NG)及液甲醇对一些金属有溶蚀作用,对一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。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~C12却系统等零部件三维设计及装配密度(20℃)/(g·cm-3)0.69-0.800.7922设计内容44390理论混合气热值/(k·kg)293928482.1甲醇发动机的性能含氧量/%02.1.1甲醇燃料的生产与理化性质理论空气燃料比值甲醇可以从天然气、煤、生物等原料中提取,生蒸发潜热/(k·kg)1101产甲醇燃料的资源丰富生产工艺也较成熟,尤其是饱和中国煤化工用天然气及煤生产甲醇。同时,甲醇合成技术业已CNMHG基金项目:山西省高校科技研究开发项目(20051213)自燃点/℃作者简介:李萍锋(1985-),男,硕士,浙江诸暨人,研究燃烧速度/(m·s-1)0.33方向为代用燃料在内燃机上的应用。着火极限/%1.4-7.66.7-3620021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24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:9(7000r·min)L,压缩比e=8;139甲醇发动机的V=0.048L,压缩最大转矩/(N·m):1.6(5500r·min)比e=10。最低稳定转速/(r·min-1):1200由公式:润滑方式:压力飞溅VA+v=v启动方式:电/脚启动通过计算可知,139Q发动机改用燃烧M00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0.0016L即可,即139汽油发动机改为燃用M100的139甲醇发丌xd2h=0.0016L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中国煤化工求CNMHG五.砚什质安小,犹刚度要大。c.零件要可靠等26冷却系统设计图1139甲醇发动机总成在风冷内燃机中散热问题是一个既重要又复第1期李萍锋等:139甲醇发动机的设计杂的问题。而对气缸散热片的放热量作精确的计算,特别是气道空气阻力的计算,是非常困难的。因此在设计风冷内燃机时,要广泛地利用同类型内燃机车统计资料和试验资料。为了使内燃机可靠地工作,必须对内燃机进行必要的冷却,使它保持一定的温度状态,如不考虑机油散热器散出的热量,则由冷却空气所带走的热量由下列经验公式估算:Ag. n hQ6003零部件三维设计及装配图2139甲醇发动机的分解图“工程图”是工程师的语言”,在近现代工业的4结论设计、制造过程中技术思想的表达、传递与积累上,发挥了并仍然在发挥着极其重要的作用。可以说,且.汽油发动机直接燃用甲醇燃料时,其动力性没有“工程图”就没有飞机没有汽车没有楼房,没经济性及排放性能都有所提高。有桥梁,没有现代工业。然而随着现代计算机网络b.139汽油发动机燃用M100的代用燃料时,只信息技术的应用和发展在20世纪90年代出现了需要对原发动机作稍微改动就可以达到设计要求。甩图板”的浪潮,而在工业界日趋加速的三维数字c.本设计对连杆进行了适当的改进,提高了压化、网络协同化的发展方向上形成了一种“甩图纸缩比,同时得到较理想的发动机性能。的趋势[参考文献PRO/E,CATA,UG等绘图工具,它们的功能涵盖了概念设计、三维模型设计分析计算、动态模拟[1杨连生内燃机设计[M].北京:中国农业机械出版社,与仿真、工程图的输出、生产加工成产品和整个过程。它们还可以解决产品创新设计完成后大量的诺[2]张国强等.粗甲醇在内燃机上的清洁高效使用[冂].循环经济专题,2005细设计、工程设计等三维“造型”问题,而且具有强大[3]刘全山等,甲醇对点燃式发动机燃烧和性能的影啊的数据接口功能,可以有效地转化为工程图吉林大学学报,2004在139甲醇发动机的设计中,对每个零件都进[4] Liu Shenghua, Eddy R. Cuty Clemente, Hu tie行了PROE实体造型,并深刻感受到了三维软件制Yanj Study of spark ignition engine fueled with图的优势,PROE制作的139甲醇发动机的总成图 gasoline fuel blends[ Applied Thermal Engineer00(见图1)及分解图(见图2)。事》》》》》2》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》B2》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》方急》》方卫》》》》启事我刊各期刊登的文章将全文编入《-数字化期刊群》入网期刊、《中国核心期刊(遴选)数据库》收录刊、《中文科技期刊数据库》全文收录刊、《中国期刊网》用刊、《中国学术期刊(光盘版)》用刊、《中国学术期刊综合评价数据库》来YH中国煤化工以上各网和光盘版的稿酬。CNMHG特此通知。内燃机杂志社