540kW柴油机总体设计仿真开题报告

中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名 王磊学号 1001024121 学院 机械与动力工程学院 专业 能源与动力工程 设计（论文）题目540kW 柴油机总体设计问题仿真 指导教师张志香 2014年3月10日 毕业设计开题报告 1.结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右 的文献综述 文献综述 1.1选题的目的和意义 随着世界工业化和经济一体化的不断加快，可持续发展的呼声越来越高。柴油机以 其优越的燃油经济性、动力性和可靠性得到了越来越广泛的应用。 笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，经过多年的研究和新 技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代柴油机一般采用电控喷射、高压 共轨E、涡轮增压中冷⑵等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽 油机的水平。对于中国来说柴油车是一个不错的选择。从目前我国重载柴油机的进口情 况看，大吨位、大功率重载柴油机在进口的比例中占据着主导地位，且所配装的发动机 功率范围有逐年不断上升的趋势，见表1。B] “重心”化竞争发展时期已经来临。在市 场机制条件下，设计、研发和使用柴油发动机的重型车辆动力领域、军用载具、特种车 辆领域，将会拥有更广阔的前景。 表1全球主要重载卡车柴油机产量汇总表 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 201 1 年 2012 年 亚洲 1212.8 1252.5 1238.0 1243.5 1321.8 1399.3 东欧 153.0 160. 1 166.4 172.5 176.7 171.4 北美 436.4 503.8 659.5 490. 4 627.0 663 南美 123. 3 124. 7 123.7 121.4 115.6 118 西欧 516. 5 498.6 506.9 524.4 542.5 549. 5 合计 2442. 0 2539.6 2694.5 2552.3 2783.6 2901.3 1.2国内外研究现状 1.2. 1国内外大功率柴油机发展 柴油机历经110多年的发展现已成为一种用途极为广泛的动力机械，技术水平发生 了质的飞跃。现代内燃机已经是融合了电子控制、新型化工和新型材料等诸多高新技术 的产品，成为一种技术含量很高的产品。成为高新技术的一个载体，车用柴油机就是一 个特别典型的例子。 ⑴增压中冷和多气门技术⑷ 现代增压直喷柴油机轿车进入普及阶段。直喷式柴油机的比例不断广泛采用增压、 增压中冷与多气门技术，柴油机气缸内能燃烧的燃料量取决于进入气缸内的充气量，因 此车用柴油机上采用先进的涡轮增压技术、中冷技术与四气门技术以提高充气效率。涡 轮增压技术通过涡轮增压器提高进气密度可以全面改善发动机的动力性、经济性以及排 放指标等综合性能,给内燃机发展注入强劲动力，被誉为内燃机发展史上的第二个里程 碑。 ⑵高压喷射与电控技术 在新的高压喷射系统中，喷射压力已超过150MPao电控系统可以实现更精确的燃油 喷射控制,监控整个发动机系统的运转及排放，故障报警或进行自动调整，综合调控发动 机的进气、燃油和废气再循环系统EGR。机械式喷油系统的柴油车可以达到欧洲。排放 标准，如果要达到欧洲6标准,就必须采用电控喷射系统。 ⑶高压共轨技术 尽管可以在传统的喷油系统基础上实施电控，但功能更优越和调节自由度更大的电 控共轨喷油系统近年来发展很快。共轨式电控燃油喷射技术通过共轨形成恒定的高压燃 油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，实现 喷油器的定时定量喷射。电控共轨喷油系统与传统喷油系统相比具有下述特点 ① 喷油压力柔性可调，对不同工况可采用最佳喷射压力，从而可以优化柴油机的综 合性能，特别是解决了传统喷油系统包括泵油嘴低速扭矩和低速烟度不好的固 有缺陷。 ② 系统紧凑、刚度大,可实现各种较高的喷射压力120170 MPa o ③ 可柔性控制喷油速率变化，实现各种灵活多样的喷油规律如预喷射、多段喷射、 /靴形0喷射等，以及与排气后处理技术配合使用的在排气行程中喷射。 ⑷EGR和废气后处理技术 采用全电脑ECU控制的废气再循环装置，对废气再循环量的控制更为精确，在降低 排放的同时,兼顾了发动机的动力性能。柴油机废气后处理技术中，氧化催化转化器、微 粒捕集器、NOx还原催化转化器得到了较广泛的应用，净化性能更好的稀燃型催化转化器 正逐步走向实用化。 ⑸柴油机噪声处理技术 柴油机噪声是一种污染,而且是城市的主要噪声源。应用低噪声设计技术和隔声技 术减少噪声源和噪声传播，降低内燃机发出的噪声。其中最基本的方法是降低声源噪声。 这包含气体动力噪声的控制、燃烧噪声的控制以及机械噪声的控制。降低燃烧噪声的关 键是控制爆发压力及最高压力升高率,也就是力求选用柔和的工作过程。对于柴油机而 言，要合理组织供油，减少喷油提前角，缩短滞燃期或在滞燃期内减少喷油量（预喷或多 次喷射）；采用废气涡轮增压技术，提高进气温度和进气压力，缩短滞燃期。 在国外，特种车辆动力领域，MTU公司囱高速大功率柴油机居于世界领先地位。德 国MTU公司在2000年推出的MTU8000系列柴油机和英国Ruston公司（德国MAN BW集 团）在2001年推出的RK280系列柴油机也代表着当代综合指标最先进的柴油机技术水 平，见表2这两种系列柴油机所具有的先进技术指标，是以下列标志性技术为依托 ① “智能型”柴油机电控技术、高压共轨式燃油系统气 ② 改善低工况性能的相继增压系统； ③ 结构简化、可靠性高的模块化设计。 大功率柴油机总体水平先进的国家大多设立专门的科研机构和研发体系，并实施专 项发展计划。如美国在研发以柴油机为核心的“先进的整体式推进系统”时，选择了在 柴油机研发和生产方面具备雄厚技术力量的“康明斯发动机公司”为总承包商，以总承 包商为中心开展研发和生产大协作，构成坦克车辆动力的研发体系。 表2国外几种高速大功率柴油机的主要技术参数表 机型 技术参方 MTU4000M90 MTU4000 MTU595 Wartsilal70 NigataV20FX 缸径,mm 165 165 190 170 205 行程,mm 190 210 1764 200 220 转速，/min 2100 1800 136 1800 1650 燃油消耗率，涉kWh 193 200 218 200 213 平均有效压力，MPa 2. 39 2.39 1.95 2.29 2.5 国内大功率柴油机在最近20年来通过引进国外先进技术和关键生产设备，产品的 总体水平取得了较大进展，但与国外先进水平相比存在较大差距地 ① 技术创新能力不足，产品竞争优势和核心竞争力尚未形成，在电控、高压共轨、 可调增压等关键技术受国外技术壁垒制约； ② 柴油机技术基础薄弱，国外普遍才有的技术