第1期內(nèi)燃機(jī)No.12008年2月Intermal Combustion EnginesFeb. 2008139甲醇發(fā)動機(jī)的設(shè)計李萍鋒,張翠平,楊敬,張瑞亮x(太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山西太原030024 )摘要:以現(xiàn)有助力車的139汽油發(fā)動機(jī)為對象,對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,對原有發(fā)動機(jī)的主要零部件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計,改進(jìn)后燃用M100的甲醇發(fā)動機(jī)提高了發(fā)動機(jī)的壓縮比，使其能夠得到較理想的動力性能、經(jīng)濟(jì)性能和排放性能等。同時利用Pro/E軟件進(jìn)行了相應(yīng)的三維建模。關(guān)鍵詞:M10;甲醇發(fā)動機(jī);代用燃料;壓縮比中圖分類號:TK46文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號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經(jīng)比較成熟,正在大力開發(fā),推廣應(yīng)用。對于煤制甲1概述醇,能源利用率較高,每3.5 t煤可生產(chǎn)2 t甲醇。隨著汽車保有量的與日劇增和石油資源的日益甲醇是一種質(zhì)輕、無色、略有臭味、低污染的燃匱乏,對車用燃料提出了新的挑戰(zhàn)。同時，汽車排放料,與水能無限互溶。由于甲醇只有一個C原子,沒給人類的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響,這促進(jìn)世界有C-C鍵,且含有50%的氧,是一種燃燒后排氣污各國尋找新的、清潔的代用燃料。石油產(chǎn)品的主要染較少的含氧燃料。代用燃料有甲醇( CH,0H)、酒精、天然氣(NG)及液甲醇對- -些金屬有溶蝕作用,對-些橡膠有脹化石油氣(LPG)等,各種代用燃料都有其獨到的優(yōu)大作用。甲醇在燃油系統(tǒng)中可能產(chǎn)生不溶于醇的燃勢。但是基于我國“缺油、少氣、富煤”的基本國情,油氧化物沉淀,使過濾器堵塞。另外,甲醇具有一定發(fā)展煤制甲醇作為代用燃料,對解決能源和大氣污的毒性,易導(dǎo)致神經(jīng)衰弱,甚至雙目失明死亡。甲染問題,具有重要的理論與實際意義。筆者以139醇與汽油的理化性質(zhì)見表1。i 4汽油發(fā)動機(jī)為例,對改進(jìn)設(shè)計的以下內(nèi)容進(jìn)行闡述:表1甲醇與汽油的理化性質(zhì)燃用M100的139甲醇發(fā)動機(jī)的性能,實際循環(huán)熱計項目汽油甲醇算,以及氣缸體、氣缸蓋、活塞組、連桿、配氣機(jī)構(gòu)冷分子式C4~ C12CH,OH卻系統(tǒng)等零部件三維設(shè)計及裝配。密度(20.C)/(g.cm~3) 0.69 ~0.800. 792.熱值/(J.kg~')44 39020 1002設(shè)計內(nèi)容理論混合氣熱值/(J●kg-')2 8482.1甲醇發(fā)動機(jī)的性能含氧量/%0502.1.1甲醇燃料的生產(chǎn) 與理化性質(zhì)理論空氣/燃料比值14. 736.45甲醇可以從天然氣、煤、生物等原料中提取,生蒸發(fā)潛熱/(kJ.kg~")3491 101沸點/C35 ~ 20564.7產(chǎn)甲醇燃料的資源豐富,生產(chǎn)工藝也較成熟,尤其是用天然氣及煤生產(chǎn)甲醇。同時,甲醇合成技術(shù)業(yè)已飽和蒸氣壓(37.8 C)/kPa60~8032辛烷值/RON80-9722MON70~88)3自燃點/C49564基金項目:山西省高?？萍佳芯块_發(fā)項目(20051213)作者簡介:李萍鋒( 1985- ),男,碩士,浙江諸暨人,研究燃燒速度/(m.s~I)0. 52方向為代用燃料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用。著火極限/%1.4~7.66.7 ~36收稿日期:2007 -09 -21萬萬數(shù)據(jù)16內(nèi)燃機(jī)2008年2月2.1.2 甲醇燃料內(nèi)燃機(jī)的燃燒特性a改變?nèi)剂鲜业男螤罨蛉莘e。甲醇燃料的熱值較汽油及柴油小，完全燃燒時,b.改變活塞的行程。將產(chǎn)生較少的熱量及較多的水汽。對于相同的放熱c.改變曲軸的位置等。量,甲醇燃燒產(chǎn)物的總數(shù)較大,而且比熱較高,絕熱指139甲醇發(fā)動機(jī)的冷卻方式為風(fēng)冷,直接用空氣數(shù)也較大。燃燒產(chǎn)物較高的比熱對熱效率不利,而絕作為冷卻介質(zhì),當(dāng)空氣高速吹過散熱表面時,帶走了熱指數(shù)較高,又會使循環(huán)效率提高。同時,甲醇具有散出的熱量, 因而取消了水冷式內(nèi)燃機(jī)冷卻水循環(huán)較寬的可燃極限，燃燒速度快,適合稀燃?？焖偃紵O(shè)備-冷卻水套、水泵、水管和散熱器等。為了增加又使定容放熱量部分增加，熱量利用高。綜上所述，散熱面積,在氣缸 和燃燒室外壁上配置了許多散熱燃用甲醇對提高循環(huán)熱效率的有利因素是主要的。片;為了合理地分配冷卻空氣,并提高其利用率,還.2.2 實際循環(huán)熱計算配置了導(dǎo)風(fēng)罩;為了便于制造氣缸體和氣缸蓋,采用熱力學(xué)中對于理論循環(huán)所作的種種假設(shè),從許多單體式氣缸體和氣缸蓋結(jié)構(gòu)。方面忽略了實際循環(huán)所必不可免的損失,考慮到理論2.4 活塞組及連桿設(shè)計循環(huán)與實際循環(huán)的差異所在,以及引起各項損失的原2.4.1活塞組因,在進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的熱計算分析時，需考慮活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里以下幾方面影響:工質(zhì)的影響換氣損失、氣缸壁的傳作往復(fù)運動的零件,它們是活塞式發(fā)動機(jī)中工作條熱損失、時間損失、燃燒損失以及其他損失。件最嚴(yán)酷的組件。實踐經(jīng)驗證明,活塞組零件的壽下面是關(guān)于實際循環(huán)的近似熱力計算所用到的命決定發(fā)動機(jī)的修理間隔。由此可見,提高活塞組原始數(shù)據(jù):零件的工作可靠性和耐久性具有極重要的意義。發(fā)動機(jī)型號:139甲醇發(fā)動機(jī)2.4.2連桿型式:單缸、四沖程、自然風(fēng)冷、凸輪軸下置、浴連桿是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸旋轉(zhuǎn)運動盆形燃燒室的中間構(gòu)件。連桿由連桿小頭,桿身,連桿大頭三部氣缸直徑/mm; 39分組成。活塞沖程/ mm: 41在該設(shè)計中主要是改變連桿的尺寸來達(dá)到設(shè)計壓縮比: 10: 1的目的,具體計算如下:139Q汽油發(fā)動機(jī)的V, =0. 048最大功率/ W:1.9 (7 000r. min~')L,壓縮比g= 8;139 甲醇發(fā)動機(jī)的V% =0. 048 L,壓縮最大轉(zhuǎn)矩/(N.m):1.6 (5500r● min ")比ε= 10。最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速/(r. min-'): 1 200由公式:潤滑方式:壓力飛濺V+V.=V。啟動方式:電/腳啟動→=ε通過計算可知, 139Q發(fā)動機(jī)改用燃燒M100甲醇燃料以后,可以得到較理想的熱力學(xué)性能。由上面公式可知,只要把燃燒室的容積減少2.3 氣缸體和氣缸蓋設(shè)計0.001 6L即可,即139汽油發(fā)動機(jī)改為燃用M100的139甲醇發(fā)開xdh=0.0016 L動機(jī)(如圖1)最需要考慮的是壓縮比的提高問題，壓縮比的提高將在很大程度上影響到發(fā)動機(jī)的許多式中,d為氣缸內(nèi)徑,h為連桿長度變化量。性能。當(dāng)然改變壓縮比以后對發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)也提出由活塞連桿的運動特性可知，只要將連桿的中了相應(yīng)的要求,還有對發(fā)動機(jī)的強(qiáng)度、剛度也是一個心距加長h就可以達(dá)到所需要的壓縮比。很大的考驗。要想提高發(fā)動機(jī)的壓縮比,就必須對2.5配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計原有發(fā)動機(jī)作一些改變,具體措施如下:配氣機(jī)構(gòu)主要是由配氣凸輪機(jī)構(gòu)、氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)、氣門組件等組成。其功能是:凸輪軸通過該機(jī)構(gòu)開啟或關(guān)閉四沖程發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣門,或直流換氣二沖程發(fā)動機(jī)的排氣門。配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足下列基本要求:a準(zhǔn)確地開閉氣門。b.運動件質(zhì)量要小,系統(tǒng)剛度要大。.c.零件要可靠等。2.6 冷卻系統(tǒng)設(shè)計圖1 139甲醇發(fā)動機(jī)總成在風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)中,散熱問題是- -個既重要又復(fù)