周凯波　何逃逃

【摘要】本文首先就当今柴油机技术的发展现状及趋势进行了简单的介绍;而后在传统柴油机的基础上对其进行了增压改型设计。在概念设计部分，本设计曲轴部分进行了选型及结构设计，从节约石油资源和减小大气中二氧化碳的观点看，柴油机将是汽车合适的动力装置，而且柴油机的有害气体排放可以达到与采用三元催化装置后的汽油机一样低。

【关键词】柴油机 概念设计 增压 曲轴

一、国内外发展现状

柴油机工作原理是德国人狄赛尔在1882年（Rudolf Diesel）提出的，而第一台四冲程柴油机则是在1896年制成的。柴油机技术在一百多年来得到了全面的发展，应用领域起来越广泛。据专家预测，在今后20年，甚至更长的时间内柴油机成为世界车用动力的主流的发展趋势不会改变。世界汽车工业发达国家政府对柴油机发展也给予了高度重视，也同样采取了各个方面的措施来促进柴油机的普及与发展。

二、曲轴研究现状及发展趋势

曲轴轴系对于内燃机来说是最重要的系统之一，曲轴的强度、轴承的工作情况、减震器的减震性能直接关系到真个发动机的整机可靠性。现如今，曲轴的制造技术有一下几种：

1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术

（1） 熔炼（2） 造型

2、钢曲轴毛坯的锻造技术

3、机械加工技术

4、热处理和表面强化处理技术

而对于曲轴未来的发展趋势也是不可限量，以上的几种技术在以后也会得到很大的改进：

1、铸造技术

（1）熔炼

（2）造型

2、锻造技术

3、机械加工技术

4、热处理技术和表面强化技术

（1）曲轴中频感应淬火

（2）曲轴软氮化

（3）曲轴表面強化技术

三、曲轴设计

1、曲轴的结构形式及其选择

曲轴的结构型式的选择上要具有工作可靠、质量轻、刚度和强度较高的特点，所以本次设计选择整体式的总体结构。针对需要高强度和刚度的特点，采用全支承结构的曲轴，如图一所示

2、 曲柄的基本尺寸

（1）主轴颈和曲柄销

由图二选定曲柄的基本尺寸。

2.表中较小值用于非增压和中低增压柴油机，较大值用于高增压柴油机。

（2）、曲柄臂

因为曲柄臂的抗弯刚度和强度都较差，所以应选择适当厚度的曲柄臂。中高速柴油机整体曲轴的曲柄臂厚度h=（0.2-0.3）D;宽度b=（0.9-1.3）D。

根据以上所述，选择曲柄的宽度b=1.14D=1.14*105=120mm;曲柄的厚度h=0.26D=0.26*105=28mm

（3）、曲轴圆角

曲轴圆角的好坏能够影响曲轴弯曲强度疲劳强度，增加圆角是提高曲轴疲劳强度的方法之一。一般圆角半径的选择R不应小于2mm，否则不利于工件的加工。在这里取圆角半径R=4.5mm。

3、 润滑油通道

为保证曲轴轴承的工作可靠，必须要有良好而且充分的润滑，而要有充分的润滑，一个好的润滑油通道就是必须的。

润滑油一般是从机体的主油道通过主轴承的上轴瓦引入，因为上轴瓦仅承受惯性力的作用，比下轴瓦受力要低，所以从主轴颈向曲柄销供油一般采用斜油道。

如果曲柄销是空心的，斜油道又不能偏过空心的话，则可用一小油管来代替油孔。但是，轴颈上的油孔究竟布置在什么部位合适，应由曲轴的强度、轴承负荷轴心轨迹以及加工工艺等方面综合考虑决定。主轴颈上的油孔入口应保证向曲柄销供油足够充分，曲柄销上的油孔出口应设在负荷较低区，用以提高曲柄销的供油能力。从曲轴强度观点来看，曲柄销上扭转切应力分布呈椭圆形，它的长轴正是通过曲柄销中心的纵向轴线，而与这轴线垂直的截面内切应力最小。因此，曲柄销油孔多数选择在曲拐平面运转前方的范围内。

由于油孔穿过曲柄两侧构成应力集中的圆角处截面，成为第三个应力集中缺口。试验表明，若油孔偏向主轴颈圆角侧，则主轴颈圆角发生裂纹的时间提前，甚至导致破坏，因此，油孔轴线位置必须适中，不得偏向任何一方。

根据以上所述，选择主轴颈油孔为直通孔，其位置大概在离主轴颈中心轴偏下20mm处，而连接主轴颈和曲柄销的油道则采用斜油道的方法.

参考文献：

[1]《高速柴油机概念设计与实践》许道延 丁贤华主编 机械工业出版社 2004年第一版

[2]《汽车发动机现代设计》徐兀编著 人民交通出版社 1995年第一版