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羅**（實名認證）
廣西
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天然氣
發動機
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方案設計
以及
計算
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XX設計(XX)開題報告學生姓名：XXXXX學號：XXXXXX學院：機電工程學院專業：XXXXX設計(論文)題目：488Q天然氣發動機-總體方案設計和計算指導教師：XXXXXXX年X月XX日1結合畢業設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫1500字左右的文獻綜述（包括研究進展，選題依據、目的、意義）文獻綜述一、天然氣發動機特點天然氣汽車是以油改天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車。天然氣甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發動機燃料。車用壓縮天然氣的壓力一般在20MPa左右。可將天然氣，經過脫水、脫硫凈化處理后，經多級加壓制得。其使用時的狀態為氣體。1、燃燒穩定，不會產生爆震，并且冷熱起動方便。2、壓縮天然氣儲運，減壓，燃燒都在嚴格的密封狀態下進行，不易發生泄露。另外其儲氣瓶經過各種特殊的破壞性試驗，安全可靠。3、壓縮天然氣燃燒安全，積碳少，減少氣阻和爆震，有利于延長發動機各部件的使用壽命，減少維修保養次數，大幅度降低維修保養成本。4、可減少發動機的機油消耗量。5、使用壓縮天然氣與汽油相比，可大幅度降低，一氧化碳，二氧化硫，二氧化碳等的排放。并且沒有苯，鉛等致癌和有毒物質危害人體健康。2、天然氣發動機業內評價1、天然氣汽車是清潔燃料汽車.天然氣汽車的排放污染大大低于以汽油為燃料的汽車，尾氣中不含硫化物和鉛，一氧化碳降低80%，碳氫化合物降低60%，氮氧化合物降低70%.因此，許多國家已將發展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段.2、天然氣汽車有顯著的經濟效益.可降低汽車營運成本，天然氣的價格比汽油和柴油低得多，燃料費用一般節省50%左右，使營運成本大幅降低.由于油氣差價的存在，改車費用可在一年之內收回.可節省維修費用.發動機使用天然氣做燃料，運行平穩、噪音低、不積炭，能延長發動機使用壽命，不需經常更換機油和火花塞，可節約50%以上的維修費用.3、比汽油汽車更安全首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料.這表現在：燃點高.天然氣燃點在650.c以上，比汽油燃點（427.c）高出223.c，所以與汽油相比不易點燃.密度低.與空氣的相對密度為0.48，泄漏氣體很快在空氣中散發，很難形成遇火燃燒的濃度.辛烷值高.可達130，比目前最好的96號汽車辛烷值高得多，抗爆性能好.爆炸極限窄.僅515%，在自然環境下，形成這一條件十分困難.釋放過程是一個吸熱過程.當壓縮天然氣從容器或管路中泄出時，泄孔周圍會迅速形成一個低溫區，使天然氣燃燒困難.其次，壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高.表現在：國家頒布有嚴格的天然氣汽車技術標準.從加氣站設計、儲氣瓶生產、改車部件制造到安裝調試等，每個環節都形成了嚴格的技術標準.設計上考慮了嚴密的安全保障措施.對高壓系統使用的零部件，安全系數均選用1.5-4以上，在減壓調節器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統中，安裝有緊急斷氣裝置.儲氣瓶出廠前要進行特殊檢驗.氣瓶經常規檢驗后，還需充氣作火燒、爆炸、墜落、槍擊等試驗，合格后,方能出廠使用.中外發展天然氣60年來，從未出現過因天然氣爆炸、燃燒而導致車毀人亡的事實證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的.4、CNG汽車的動力性略有降低.燃用天然氣時，動力性略下降515%.5、改裝一次性投資較大，改裝一輛CNG汽車大約需4000-6000元，隨著日后技術的不斷進步，費用會繼續降低。三、國內外研究現狀1.目前國內外大多廠家的天然氣發動機都是由柴油機改裝,天然氣與柴油相比其燃燒特性區別很大,相應關鍵部件必須重新設計1,主要有:1)氣缸蓋部件設計,加強火花塞周圍的冷卻效果,改進氣道渦流,減少火花塞周圍的渦流2,使缸內混合氣體更容易點燃;氣門和座圈的錐面結構改進和選用新型材料,減小由于排溫高和天然氣無潤滑性等因素造成的氣門和座圈磨損。2)凸輪軸設計,減小氣門重疊角,保證較高的充氣效率、減少掃氣帶來的燃料損失及HC排放、降低排氣溫度。3)活塞設計,實現更快和更充分的燃燒、縮短火焰傳播距離以降低爆震傾向。以上部件優劣是影響天然氣發動機性能的重要因素。2.目前天然氣發動機大部分采用稀薄燃燒技術,與當量燃燒相比發動機缸內燃燒溫度較低,因此,可以減小熱損失和熱負荷,提高了熱效率、改善了燃料經濟性,同時可以減少NOx排放。天然氣動機的燃燒、排放及燃料消耗率隨過量空氣系數的變化情況,如圖1所示,綜合排放性和經濟性考慮,當過量空氣系數1.5左右時最佳,所以稀薄燃燒技術是天然氣發動機的最佳選擇3。3.目前天然氣發動機普遍采用單點噴射稀薄燃燒技術,優點是空氣和燃料預混合充分均勻,失火和爆能得到很好控制,但是發動機的響應速度略顯遲緩;而采用多點噴射技術面臨很多問題,因為目前中等功率以上天然氣發動機均由柴油機改制而成,原機各缸進氣量的差異約10%15%,加之噴射閥燃氣供給量差異約5%10%,這樣各缸的空燃比總體差異約15%25%。而稀薄燃燒一般失火極限控制在5%10%之間,同時還受到燃氣氣質和環境等因數的影響,多點噴射很可能造成發動機的失火和爆震等非正常燃燒。在多點噴射控制技術不成熟之前,預混合單點精確噴射控制在目前市場占主導地位。4.當量燃燒天然氣發動機需要點火能量是汽油機的3倍左右,而稀薄燃燒天然氣發動機需要的點火能量是當量燃燒的1.5倍左右,那么稀薄燃燒天然氣發動機是汽油機的4.5倍左右,可見天然氣燃料火性能更差。這樣傳統的汽油機點火系統根本不適應于天然氣發動機。因而需要采用高能量數字點火技術,計算機芯片來精確控制點火的能量和時間:1)點火能量太小不能滿足發動機性能要求,點火能量過大又是浪費,而且涉及到相應部件(點火線圈、高壓線和火花塞等)的承受力問題。在現有部件能夠承受的條件下,將點火能量控制到一個能夠滿足需要的合適程度是十分必要的。2)準確的點火時間對發動機的燃燒效率至關重要,利用計算機技術可以控制點火的時間,其精確度可以達到微秒級。四、研究目的以4G15S為原型，改進研發出488Q。綜合考核學生四年所學知識掌握程度，以此培養學生對課題的研究等綜合能力。使學生熟悉內燃機設計中項目計劃，工作進度安排，查閱相關資料，方案對比和最終方案確定，設計計算，圖紙表達和撰寫設計報告。設計答辯過程，鞏固和提高機械設計，內燃機知識，材料知識，工藝知識，計算機繪圖和答辯演講的能力，初步獲得運用所學的基礎知識和專業知識解決工程實際問題，達到綜合鍛煉的目的。五、研究意義本次發動機的機體設計，意在對4G15S進行改良升級，考慮我國壓縮天然氣燃料的燃燒特點以及國內外天然氣發動機的發展現狀制定出改良計劃，設計出具有優良動力性能，經濟性的實用機型。2本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、課題的研究內容1.本課題的主要任務以4G15S為模型，要求設計488Q天然氣發動機，具有特征：直列4缸缸徑88.0mm，自然吸氣，壓縮比12.5，雙頂置凸輪軸搖臂驅動氣門（DOHC），16氣門，多點噴射（MPI）鋁合金機體，干式氣缸套，用于經濟型轎車配置。由此可見，此設計關鍵之處是要將機體改為鋁合金，汽缸套為干式，進而優化設計，完成488Q天然氣發動機的的參數設計。2.本課題解決的問題本課題意在改進4G15S，鋁合金機體能充分減輕整機重量，以及改進之后能達到更好的動力性能和經濟性能。二、課題的研究步驟和方法1.查閱相關資料了解內燃機特別是車用天然氣發動機的國內外現狀，常規結構和典型升級技術，先進制造技術工藝技術，汽車對發動機技術性能的要求，環保對發動機排放的要求，發動機計算和設計方法。重點了解發動機機體的類型，結構和強度計算。鍛煉能熟練查閱技術文獻，資料，手冊，工具書等的能力。2.拆裝4G15S汽油發動機了解并分析結構，確定改型方案。重點了解機體總成的結構，冷卻方式，原機型的機體總成參數和對整機工作的影響。拆裝是要同步拍攝照片，注意方法，確保裝配準確。同時對實驗室同期拆裝的其它發動機機構進行了解和對比。3確定設計技術方案在方案設計階段，應當對多種方案進行研究和對比，經過篩選，留下少數方案，便于指導老師討論，做出最后的選擇。設計要點和需要考慮的問題：1.壓縮天然氣燃料CNG的燃燒特性和動力性能與汽油燃料的不同特點；2.原機型的機體總成結構和材料，冷卻方式，對整機工作的影響；3.新的機體總成結構，冷卻和潤滑通道，結構參數，設計理由：（由連桿運動軌跡確定內腔空間此存）4.機體為鋁合金，濕式氣缸套結構，如何減輕重量并保證足夠的強度和剛度，耐磨損和耐腐蝕性；汽缸套結構；冷卻水套；潤滑道結構；5.對曲軸的支承結構和油底殼及其他附件的安裝結構；6.機體的加工工藝；三、繪制圖紙采用CAXA或者CAD制圖，要求設計圖紙符合國家標準，結構表達完整，尺寸標注正確，必要的技術要求，標題欄符合規范。四、編寫設計說明書將方案經行全面的分析，論證，將自己在設計中考慮的問題的出發點，決策依據，計算和說明予以充分的表達。匯成一本設計說明書。說明設計書應該一邊設計一邊編寫五、準備演講PPT畢業答辯時需準備好PPT，務必在答辯之前將PPT精心制作完成。參考文獻1車用天然氣發動機關鍵技術研究與發展劉凱席躍進上海柴油機股份有限公司,上海2004382陳家瑞汽車構造（上下冊）第五版人民交通出版社，2006年6月3周龍保內燃機學M.北京：機械工業出版社4標準GB18047-2000車用壓縮天然氣5汽車發動機總成拆裝.華東科技大學出版社，20076朱仙鼎中國內燃機工程師手冊上海科學技術出版社2000年9月7王明華內燃機節能手冊化學工業出版社8劉克銘，黃永波遼寧工程技術大學機械工程學院，遼寧阜新（123000）9徐兀汽車發動機現代設計北京人民交通出版社1995年8月10工程熱力學沈維道，童鈞耕主編，高等教育出版社11機械設計（第八版），西北
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