1、中南大學(xué)課題設(shè)計(jì)說明書課 題_內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)_學(xué) 院_能源科學(xué)與工程學(xué)院_ 學(xué)生姓名_ 學(xué) 號_ 專業(yè)班級 _ _指導(dǎo)教師_ _ 2012年9月10日內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：柴油機(jī)熱力設(shè)計(jì)二、給定參數(shù)：1活塞排量： 1.5L2柴油重量成分：0.870， H=0.126，O=0.004。3柴油的低位發(fā)熱值：Hu=42860kJ/kg。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1方案選擇及總體設(shè)計(jì)（確定主要性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)）。2工作循環(huán)計(jì)算（包括最低轉(zhuǎn)速、最大扭矩、最大功率、最高速度工況）與示功圖。3熱平衡計(jì)算與熱平衡圖。4外特性計(jì)算與外特性曲線圖。5繪制曲軸零件圖（A1）。四、設(shè)計(jì)要求1編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，1.2

2、萬字左右（2025頁）。2用計(jì)算機(jī)書寫文本，用AutoCAD繪圖。3公式要有出處，符號要有說明。2方案選擇及總體設(shè)計(jì) 根據(jù)不同方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較，確定所設(shè)計(jì)的柴油機(jī)的沖程數(shù)、汽缸數(shù)，氣缸排列方式、發(fā)火次序，壓縮比及增壓形式、燃燒室形狀、燃油噴射系統(tǒng)，設(shè)定額定轉(zhuǎn)速、曲柄半徑與連桿長度比、缸徑、行程，因此得到活塞平均速度、缸心距。再對發(fā)動機(jī)的這個(gè)布置進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，包括凸輪軸，水泵，機(jī)油泵，齒輪傳動機(jī)構(gòu)，進(jìn)氣管的布置。2.1柴油機(jī)主要參數(shù)的確定 （1）沖程數(shù)的選擇 二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)相比，主要有以下優(yōu)缺點(diǎn)：二沖程柴油機(jī)的熱負(fù)荷較高，特別是活塞組的熱負(fù)荷較高（活塞頂?shù)钠骄鶞囟缺人臎_程柴油機(jī)高約5

3、0-60），而且氣缸內(nèi)壓力總是大于一個(gè)大氣壓，使活塞環(huán)在換槽中活動性較少，積碳不易排除，容易使活塞環(huán)失去工作能力；由于在軸承上的負(fù)荷是單方向的，這對潤滑不利。使二沖程柴油機(jī)的可靠性與使用壽命不如四沖程柴油機(jī)。換氣質(zhì)量較差，使燃燒條件變差，同時(shí)帶動換氣泵也需要消耗一部分功率，因此燃油經(jīng)濟(jì)性比較差。二沖程柴油機(jī)熱負(fù)荷較高，因而對機(jī)油質(zhì)量要求也較高；由于機(jī)油容易串入掃氣孔和排氣孔邊緣，隨氣流進(jìn)入氣缸燃燒或從進(jìn)氣管派出，因此，機(jī)油的消耗率較大。高壓泵和噴油嘴的工作較繁重，壽命較短。 此外，二沖程柴油機(jī)的噪聲、排放污染等都比四沖程柴油機(jī)嚴(yán)重，而且比較燒機(jī)油。市場上車用柴油機(jī)絕大多數(shù)采用四沖程的設(shè)計(jì)方式。

4、本設(shè)計(jì)中選取四沖程柴油機(jī)（=4）。（2）氣缸數(shù)和布置方式的選擇 發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)和氣缸布置方式，對其外形尺寸、平衡性和制造成本等都有很大影響。汽車發(fā)動機(jī)是按發(fā)動機(jī)排量分等級的，例如1L、2L、25L等指的就是發(fā)動機(jī)的排量。由于發(fā)動機(jī)排量等于氣缸的排量與氣缸數(shù)的乘積，而氣缸排量又是活塞頂面面積與發(fā)動機(jī)活塞行程的乘積，所以，在發(fā)動機(jī)排量相等的條件下，氣缸數(shù)越多，每一缸的尺寸就越小，零件尺寸也越小。在給定的功率要求下，如果平均有效壓力和活塞平均速度不變，則內(nèi)燃及的升功率將與缸數(shù)的平方根成正比。也就是說，多缸發(fā)動機(jī)比較緊湊輕巧，往復(fù)質(zhì)量平衡性較好，轉(zhuǎn)矩均勻性得到改善，使多缸發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平順，而且啟動容易，加

5、速響應(yīng)特性好。同時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也可以搞些，升功率也提高，但是，隨著缸數(shù)的增加，發(fā)動機(jī)零件數(shù)量增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠度下降，質(zhì)量和尺寸相對增大，制造成本相應(yīng)提高。 汽車發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)量有2缸、3缸、4缸、5缸、6缸、8缸、12缸等，其中3、4、6、8缸為最多。 對于發(fā)動機(jī)來說，一般采用兩種氣缸排列方式，一種是氣缸成一字形排列，稱為單列式發(fā)動機(jī)，亦稱L型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可以使用一個(gè)整體式氣缸，單列式發(fā)動機(jī)是氣缸直立的（亦稱直列式發(fā)動機(jī)）；也可以是斜置的（亦稱斜置式或臥式發(fā)動機(jī)）。發(fā)動機(jī)中氣缸直立斜置的用的較多。另外一種氣缸排列方式是兩列氣缸成V形布置的V型發(fā)動機(jī)i。本次設(shè)計(jì)采用4缸直列式內(nèi)燃機(jī)。

6、（3）壓縮比 壓縮比直接影響柴油機(jī)的性能、機(jī)械負(fù)荷、啟動性能以及主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸。在一定范圍內(nèi)，汽油機(jī)的熱效率隨壓縮比的增加而提高，增大壓縮比也可使柴油機(jī)的啟動性能活得改善。但壓縮比的提高將使氣缸最高爆發(fā)壓力相應(yīng)上升，機(jī)械負(fù)荷增加，對柴油機(jī)的使用壽命有影響。 壓縮比是另一個(gè)影響燃燒相位較大的因素，改變壓縮比可以改變混合氣體的密度和壓力，從而對其自燃溫度產(chǎn)生影響。改變壓縮比的主要方法是調(diào)整調(diào)整燃燒室容積、工作容積和改變配氣相位。在利用可變壓縮比控制HCCI（均質(zhì)充量壓縮著火）方面，Lund技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓縮比對燃燒效率的影響很大，壓縮比增加則熱效率增加，而燃燒效率減小，導(dǎo)致熱效率增加量

7、的減少，研究還發(fā)現(xiàn)，高壓縮比可替代進(jìn)氣預(yù)熱。當(dāng)壓縮比高達(dá)17：1時(shí)，絕對有效率上升，NOX排放下降，但是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間縮短，CO排放增加。隨著壓縮比提高，穩(wěn)定HCCI燃燒所需的熱EGR率降低，因此用冷EGR配合高壓縮比可以控制燃燒速度，從而擴(kuò)大運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍ii,選擇最佳壓縮比應(yīng)綜合分析燃燒室的形式、熱效率、啟動性能和機(jī)械負(fù)荷等各方面的影響。本設(shè)計(jì)取壓縮比值為16，渦輪增壓中冷。（）發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速對柴油機(jī)性能和結(jié)構(gòu)影響很大，且其范圍十分寬廣1000-6000 rpm）。各種類型柴油機(jī)的使用轉(zhuǎn)速范圍亦不同。轉(zhuǎn)速提高可使柴油機(jī)體積小、重量輕和功率大。但轉(zhuǎn)速提高后，摩擦功率和噪聲急劇增加，運(yùn)動件慣性

8、力大，給燃燒過程的組織增加困難，從而影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和使用壽命iii。目前車用汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到5000-6000，而車用柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000-4000 rpm。本設(shè)計(jì)選用的柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000 rpm。（）行程及其與缸徑的比值行程S及其與缸徑D的比值S/D是對柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和性能有重大影響的參數(shù)。合理的選擇S/D應(yīng)考慮以下因素：用較小的S/D，可減小柴油機(jī)的高度、寬度和重量。S/D減小時(shí)，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速可增加，提高了柴油機(jī)的升功率，但增加了運(yùn)動件的慣性力和柴油機(jī)的噪聲。S/D比值過小，特別是對直噴式燃燒室的柴油機(jī)，為保持一定的壓縮比以及燃燒室容積與壓縮容積比值，必將使活塞 與氣缸蓋

9、需要更小的間隙，這就增加制造上的困難。如間隙不能保證，將使發(fā)動機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)難以達(dá)到i。一般汽車用型柴油機(jī)大多選用較小的S/D值，直列式采用較大的S/D值；即使柴油機(jī)型號相同時(shí)，行程比也有長短，以滿足不同用途的需要。目前，車用汽油機(jī)的S/D值多數(shù)在0.9-1.1之間，而這用柴油機(jī)的S/D值多數(shù)在1.0-1.2之間iii。本次設(shè)計(jì)選取行程缸徑比S/D1.1。（）缸徑和行程由排量1.5L，而本設(shè)計(jì)氣缸數(shù)為，可知每缸工作容積0.375L；而由S/D1.1得S1.1D。由可計(jì)算得D75.83mm，S83.30mm，圓整得D75mm，S83mm。（）活塞平均速度活塞平均速度是表征柴油機(jī)高速性和強(qiáng)化程度的

10、一項(xiàng)主要指標(biāo)，對柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)和主要零件結(jié)構(gòu)形式影響很大。在功率給定以后，若平均有效壓力、活塞行程和缸數(shù)維持不變，提高活塞平均速度可使氣缸直徑減小，柴油機(jī)體積減小、重量輕iv。在活塞行程確定之后，活塞平均速度可由公式-（），求得，設(shè)計(jì)活塞平均速度8.3 。提高活塞平均速度受到下列因素的限制：提高活塞平均速度后，使運(yùn)動件的慣性力增大，同時(shí)活塞、缸套和汽缸蓋的熱負(fù)荷也相應(yīng)增加。提高活塞平均速度使柴油機(jī)零件的磨損加快，縮短了柴油機(jī)的大修期。活塞平均速度的提高，使摩擦功率迅速增加，機(jī)械效率降低，燃油消耗率升高。進(jìn)、排氣阻力隨活塞平均速度的提高而增加，使充氣效率降低。隨著活塞平均速度的提高，柴油機(jī)的平衡

11、、振動和噪聲等問題突出ii。（8）曲柄半徑與連桿長度比曲柄半徑與連桿長度比，即=Rl,是一項(xiàng)確定連桿長度的重要參數(shù)，行程S確定后，選擇值主要考慮一下因素：選擇較大的值，使連桿短、重量輕，往復(fù)和離心質(zhì)量小，有利于柴油機(jī)高速化，并可降低直列式柴油機(jī)的高度，減輕了柴油機(jī)的重量。較大的值，雖縮短了連桿長度，但增加連桿擺角和活塞側(cè)壓力，對缸套磨損不利。在選擇連桿長度時(shí)，要保證在上止點(diǎn)時(shí)不與曲軸平衡塊相碰，活塞在上止點(diǎn)時(shí)曲柄不與缸套相碰iii。小型高速柴油機(jī)值較高，一般為0.28-0.31，以適應(yīng)高速比的需求i。本設(shè)計(jì)取用的值為0.31。由活塞行程S可知曲柄半徑R=S2=41.5mm，可知連桿長度l=R=

12、480.31138mm。（9）發(fā)火次序的選擇柴油機(jī)的發(fā)火次序與柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性、主軸承和連桿軸承的負(fù)荷、軸系的扭振性能有密切關(guān)系。選擇發(fā)火次序時(shí)，主要考慮以下因素：使連續(xù)做功的兩缸盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的的載荷，同時(shí)避免進(jìn)氣行程中可能發(fā)生的搶氣現(xiàn)象。做功間隔應(yīng)力求均勻，也就是說，在發(fā)動機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個(gè)氣缸都都應(yīng)發(fā)火做功一次，而且各缸的間隔時(shí)間應(yīng)力求均勻iv。本設(shè)計(jì)選擇的發(fā)火次序?yàn)椋?-3-4-2。（1/）燃油系統(tǒng)和燃油室的選擇燃燒室的選型不僅關(guān)系到整機(jī)的性能指標(biāo)，而且在很大程度也決定了汽缸蓋和活塞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。燃燒室選型的主要依據(jù)是缸徑、轉(zhuǎn)速及使用要求，并充分考慮當(dāng)前的制造和

13、使用維護(hù)水平。不同的燃燒室適用不同的缸徑和轉(zhuǎn)速，只有在它的適用范圍內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)才能充分發(fā)揮出來。直噴式柴油機(jī)具有節(jié)約燃油的突出特點(diǎn)，所以直噴式燃油室在高速柴油機(jī)上應(yīng)用日益廣泛，并逐漸向小排量的方向發(fā)展ii。本設(shè)計(jì)用高壓共軌直噴式有渦流的深坑型燃燒室。2.2柴油機(jī)的總體布置（1）柴油機(jī)總體布置的一般要求：布置緊湊，外形尺寸小，外觀整齊，外接管路盡量較小。經(jīng)常需要保養(yǎng)的零件，如機(jī)油、燃油、空氣的濾清器，以及常用的機(jī)油加油口、放水閥和機(jī)油油尺等。對經(jīng)常檢查調(diào)整的氣門間隙和噴油提前角等有關(guān)零部件應(yīng)考慮到調(diào)整和拆裝方便。應(yīng)滿足用戶對柴油機(jī)配套所提出的各項(xiàng)合理要求。各種用途汽油機(jī)的總體布置，首先應(yīng)滿足主要用

14、途的配套要求，還要考慮到變形機(jī)型的有關(guān)問題。具有良好的加工和裝配工藝性。柴油機(jī)起吊、存放和安裝方便iv。（2）柴油機(jī)的總體布置：凸輪軸的布置 直列式柴油機(jī)凸輪軸的橫向位置，在不與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相碰的條件下，應(yīng)盡可能的靠近氣缸中心線，以求得柴油機(jī)的最小寬度。本設(shè)計(jì)采用雙頂置式布置方式，凸輪軸在汽缸蓋上部，直接驅(qū)動氣門，其配氣結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小，適用于高速柴油機(jī)。噴油泵的布置 本設(shè)計(jì)采用一只整體泵，布置在柴油機(jī)的側(cè)面，噴油器和噴油泵布置在同側(cè)，且布置在靠人行道一邊，縮短高壓油管的長度，也便于保養(yǎng)。齒輪傳動機(jī)構(gòu)的布置 由于傳動齒輪布置在自由端的優(yōu)點(diǎn)是曲軸前軸直徑小，齒輪尺寸也較小，拆裝方便，便于維護(hù)保養(yǎng)，多

15、用于中小功率柴油機(jī)。故本設(shè)計(jì)采用此種布置方式。機(jī)油泵的位置 機(jī)油泵的布置與其傳動方式、機(jī)油管路布置以及柴油機(jī)的用途有關(guān)。本設(shè)計(jì)中機(jī)油泵布置在主軸承蓋上，由主動齒輪通過惰性齒輪傳動，這種布置的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)油泵無需油封結(jié)構(gòu)，軸承潤滑條件好，機(jī)油泵安裝位置低，柴油機(jī)啟動后，瞬時(shí)既能吸上機(jī)油。水泵的位置 本設(shè)計(jì)采用離心式水泵。為避免水漏入機(jī)體導(dǎo)致機(jī)油變質(zhì)，在水泵體上設(shè)有旁瀉孔，露出封水圈的水可由旁瀉孔排出，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水并加以檢修。通常將水泵布置在柴油機(jī)的外部。進(jìn)排氣管的布置 本設(shè)計(jì)中將直列式柴油機(jī)的進(jìn)排氣管分別布置在柴油機(jī)的兩側(cè)，有利于汽缸蓋進(jìn)排氣道的設(shè)計(jì)，進(jìn)排氣管拆裝也方便v。2.3方案選擇結(jié)果 下

16、表即為柴油機(jī)選擇方案：表2-1 方案選擇結(jié)果技術(shù)參數(shù)選擇結(jié)果技術(shù)參數(shù)選擇結(jié)果沖程數(shù)4活塞平均速度C/ms-18.3汽缸數(shù)i4曲柄半徑與連桿長度比0.30額定轉(zhuǎn)速nN/rpm3000連桿長度l/mm138行程缸徑比S/D1.1氣缸中心距與缸徑比1.20汽缸直徑D/mm75氣缸中心距LO/mm90活塞行程S/mm83發(fā)火次序1-3-4-2將進(jìn)行下面四個(gè)工況的熱力計(jì)算： 最低轉(zhuǎn)速（怠速）工況，nmin=500rpm 最大扭矩工況，nTqmaz=2000rpm 標(biāo)定工況，nN=3000rpm 最大功率（速度）工況，umax=3500rpm3計(jì)算與熱平衡 熱計(jì)算將從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行技術(shù)分析：燃料、工質(zhì)

17、參數(shù)、周圍介質(zhì)參數(shù)和剩余氣體、進(jìn)氣過程、壓縮過程、燃燒過程、膨脹過程、工作循環(huán)指示參數(shù)、發(fā)動機(jī)有效指標(biāo)、柴油機(jī)示功圖的繪制、熱平衡、柴油機(jī)外特性計(jì)算等。3.1.1 燃料燃燒及成分確定 燃料的平均元素成分和分子量：C=0.870，H=0.126，O=0.004 燃料低熱值：Hu=42860J/kg工質(zhì)參數(shù) 燃燒1kg柴油燃料，理論上所必須的空氣量vi： Lo=10.21（C12+H4-O32） (3-1) =10.21（0。8712+0.1264-0.00432） =0.500kmol/kg Mlo=10.23（83C+8H-O）=14.425kg/kg 過量空氣系數(shù)是燃燒1kg燃料時(shí)，實(shí)際空氣

18、量1(或L)與理論必須空氣量lo(或L)之比。 降低值是強(qiáng)化發(fā)動機(jī)工作過程的有效方法之一。對于給定功率的發(fā)動機(jī)，減小過量空氣系數(shù)，則可以減小氣缸尺寸。但隨著的降低，會引起燃料繞少不完全，惡化了經(jīng)濟(jì)性，并增大了發(fā)動機(jī)的熱應(yīng)力。增壓柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)取值范圍為=1.30-2.2,但是增壓柴油機(jī)在=1.6-1.8時(shí)，在標(biāo)定工況下沒有嚴(yán)重過熱現(xiàn)象并能穩(wěn)定工作vii。對于增壓柴油機(jī)而言，由于隨負(fù)荷的增大，排氣能量加大，增壓轉(zhuǎn)速上升，從而使增壓壓力變大、進(jìn)氣密度提高，所以在高負(fù)荷時(shí)，其過量空氣系數(shù)以及指示熱效率變化不大。 本設(shè)計(jì)取額定工況=1.6,怠速工況時(shí)=1.38，最大扭矩工況時(shí)=1.5，最大功率工

19、況時(shí)=1.58。3.1.2 周圍介質(zhì)參數(shù)和剩余氣體 在增壓發(fā)動機(jī)工作時(shí)，參考本機(jī)特點(diǎn)及柴油機(jī)一般參考資料，選取參數(shù)如下：周圍環(huán)境壓力 P0=0.1MPa,周圍環(huán)境溫度293K周圍介質(zhì)壓力：采用中度增壓，則1.70.17MP周圍介質(zhì)溫度即壓氣機(jī)空氣后溫度為：Tk=T0（PkP0）nK-1nK (3-3)式中，為氣壓計(jì)（增壓器）中空氣的壓縮多變指數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)資料，取值范圍.vii。此外.則有，殘余廢氣壓力：殘余廢氣壓力取值為：（0.75-0,98），曲軸轉(zhuǎn)速高的發(fā)動機(jī)，取大一些的值。所以本設(shè)計(jì)額定工況取值為0.960.960.170.163MP對于其它轉(zhuǎn)速工況：（1.03510） (3-4)式中，

20、（1.035）10（）；為額定工況下的殘余廢氣壓力，MP；為額定工況下的曲軸轉(zhuǎn)速，rpm。帶入數(shù)據(jù)得：6.6 殘余廢氣溫度，額定工況時(shí)3.1.3進(jìn)氣過程充氣過程中，因?yàn)槌錃馐艿桨l(fā)動機(jī)熱零件的預(yù)熱，所以新鮮充量的溫度稍有提升，為T。對于增壓柴油機(jī)而言，T的取值范圍是-5+10。這里取額定工況時(shí)T=5。而其它轉(zhuǎn)速工況，T=AT（110-0.0125n） (3-5)式中，T（110-0.0125）5（110-0.01253000）0.069；T和分別為發(fā)動機(jī)在額定工況下的工作時(shí)的溫升和轉(zhuǎn)速。T=0.069(110-0,01253000)=5進(jìn)氣的充量密度10（）(3-6)式中：為進(jìn)氣充量密度，；為氣

21、體常數(shù)，287；其余符號如前所述，代入得0.1710（）.kg.進(jìn)氣壓損失由努伯利方程求得：（）102 (3-7)現(xiàn)代汽車柴油機(jī)在額定工況下，（）2.54.0，及50130，對于進(jìn)氣系統(tǒng)加工過的內(nèi)表面，可以?。ǎ?.8及87。這是根據(jù)發(fā)動機(jī)速度工況和增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣系數(shù)不大的流體阻力來選取的。這時(shí)，0.25v2.80.0291.641102進(jìn)氣終了壓力殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù)表征了柴油機(jī)汽缸中燃燒產(chǎn)物的排凈度。PPa-P （3-7）采用增壓時(shí)，殘余系數(shù)值降低v。進(jìn)氣終了溫度Ta Ta=(Tk+T+Tr)/(1) (3-8)進(jìn)氣終了溫度范圍為 320400Kiv。充量系數(shù) 充量系數(shù)是表征進(jìn)氣過程

22、特性的最重要參數(shù)，它是進(jìn)氣缸的實(shí)際新鮮的充量，與氣缸內(nèi)溫度和壓力周圍介質(zhì)或吸入氣缸前的介質(zhì)溫度和壓力相等時(shí)，氣缸工作容積中可能容納的充量的數(shù)量之比，是衡量內(nèi)燃機(jī)充氣性能的一個(gè)重要指標(biāo)。不考慮掃氣及過后充氣的四沖程柴油機(jī)充量系數(shù)為: =TkTk+T1-11Pk（Pa-Pr） (3-9)式中，新鮮充量溫升T，壓氣機(jī)后的空氣溫度Tk，周圍介質(zhì)壓力Pk，進(jìn)氣終了壓力Pa，為壓縮比vii。 充量系數(shù)值的大小，主要取決于柴油機(jī)的沖程、高速性及系統(tǒng)的完善程度計(jì)算結(jié)果。 進(jìn)氣過程參數(shù)不同工況不同轉(zhuǎn)速n500200030003500殘余廢氣壓力Pr/MPa0.1050.130.1630.184進(jìn)氣壓力損失Pa/

23、MPa0.00050.00770.01740.024進(jìn)氣終了壓力Pa/MPa0.1690.1620.1430.136殘余廢氣溫度Tr/K650700800850新鮮充量溫升T/K7.165.854.6殘余廢氣系數(shù)0.02290.02770.0350.0368進(jìn)氣終了溫度Ta/K368375381384充量系數(shù)(%)99.595.082.279.13.1.4壓縮過程壓縮過程的計(jì)算，歸結(jié)為求解壓縮過程的平均多變指數(shù)、壓縮終了的參數(shù)和 （1）壓縮絕熱指數(shù)和多變平均指數(shù)在柴油機(jī)的標(biāo)定工況工作時(shí)，可以取壓縮多變指數(shù)近似的等于絕熱指數(shù)。高速增壓 多變指數(shù)在1.28-1.37之間（2） 壓縮終了壓力和壓縮終

24、了溫度壓縮終了壓力=（3-10）壓縮終了溫度= （3-11） 壓縮過程中在=17.5 Ta=368,375,381,380K的情況下壓縮多變指數(shù)取值如下n=500，n1= 1.3628 n=2000，n1 =1.3627n=3000，n1 =1.3621 n=3500，n1 =1.3628 壓縮過程參數(shù)轉(zhuǎn)速500200030003500壓縮終了壓力/MPa7.3947.0856.2445.95壓縮終了溫度/K1006.21025.1103410503.1.5燃燒過程（1） 柴油機(jī)理論混合氣分子變更系數(shù) （3-12）（2） 柴油機(jī)實(shí)際混合氣分子變更系數(shù) （3-13）（5） 燃燒過程終了溫度空氣的

25、定容比熱（0） (3-14)燃燒方程常數(shù)項(xiàng) (3-15)燃燒方程一次項(xiàng)系數(shù) (3-16)燃燒方程二次項(xiàng)系數(shù) (3-17)燃燒終點(diǎn)溫度 （3-18）壓力升高比主要取決于燃料循環(huán)供給量和燃燒室形狀等因素，燃燒最高壓力不超過1112MPa。對于采用統(tǒng)一式燃燒室并采用容積式混合氣形成方式的柴油機(jī)，壓力升高比=1.62.5。這里對增壓柴油機(jī)取=1.6。（6） 柴機(jī)最高燃燒壓力= (3-19（7） 柴機(jī)初期膨脹比= (3-20)燃燒過程參數(shù)n500200030003500混合氣分子變更系數(shù)1.02861.02631.02471.0250實(shí)際混合分子變更系數(shù)1.0281.02561.02391.0241燃燒

26、過程終了溫度/K2211219422092201最高燃燒壓力/MPa11.8311.349.9369.52初期膨脹比1.4121.3721.3661.3423.1.6 膨脹過程（1）柴油機(jī)過后膨脹比= （3-21）式中，壓縮比，初期膨脹比柴油機(jī)平均膨脹絕熱膨脹指數(shù)和膨脹多變指數(shù)用以下方式選取。在標(biāo)定工況下，考慮到足夠大的氣缸尺寸可以取膨脹多變指數(shù)稍小于膨脹絕熱指數(shù)，本設(shè)計(jì)取膨脹多變指數(shù) 1.22（2） 柴油機(jī)膨脹終了壓力和溫度 柴油機(jī)膨脹終了壓力：= =0.494 （3-22）最高燃燒壓力，膨脹多變指數(shù)，過后膨脹比柴油機(jī)膨脹終了溫度：= （3-23） 膨脹過程參數(shù)n50020003000350

27、0過后膨脹比11.3311.6611.7111.92膨脹多變指數(shù)1.2681.2711.2751.273膨脹終了壓力/MPa0.5450.5000.4310.406膨脹終了溫度/K115311281123111932 工作循環(huán)參數(shù)3.2.1 發(fā)動機(jī)指示指標(biāo)(1) 理論平均指示壓力 = （3-24）(2) 柴油機(jī)平均指示壓力四沖程高速增壓柴油機(jī) 取豐滿系數(shù)=0.96，則：= （3-25）(3) 柴油機(jī)指示效率 = （3-26）(4) 柴油機(jī)指示燃料消耗率= （3-27）發(fā)動機(jī)指示參數(shù)n500200030003500理論平均指示壓力/MPa2.2241.9881.8061.654平均只是壓力/MP

28、a2.1351.921.7341.62指示效率0.4210.4460.4730.469指示燃料消耗率/ g/kWh199.5188.3175.7178.13.2.2 發(fā)動機(jī)有效指標(biāo)(1) 柴油機(jī)平均有效壓力和機(jī)械效率取機(jī)械效率 =0.8平均有效壓力： （3-28）(2) 柴油機(jī)有效效率和有效燃燒率消耗率汽油機(jī)有效效率:= （3-29）有效燃燒率消耗率:= （3-30）發(fā)動機(jī)有效指標(biāo)n500200030003500平均有效壓力/MPa1.7081.5361.381.296有效效率0.3280.34320.36880.3672有效燃燒消耗率/ g/kWh256244.75228.24228.753

29、.2.3 發(fā)動機(jī)的部分重要參數(shù)(1)活塞面積: Fn = D24 (2)活塞平均速度Cm: Cm=Sn3010-3 = 8.3 m/s(3) 有效功率 指示功率 （3-31）=Ni (3-32)(4) 扭矩= （3-33）(5) 耗油量= （3-34）(6) 發(fā)動機(jī)的升功率:= （3-35發(fā)動機(jī)部分重要參數(shù)n500200030003500有效功率/ kW11.6349.9361.2863.37扭矩/ Nm256.32236.72195.2187.78耗油量/ kg/h2.739.6213.98715.3升功率/ kW/L3.213.616.6817.253.3 示功圖的繪制 內(nèi)燃機(jī)的示功圖可以

30、利用工作過程的計(jì)算數(shù)據(jù)來繪制。選取活塞行程比例尺=1；選取壓力的比例尺=0.1。 示功圖上相當(dāng)于汽缸工作容積的長度為：S/=83mm 示功圖上相當(dāng)于燃燒室容積的長度為： =5.53mm 壓縮和膨脹多變曲線可以用分析法來制取，對布置在和之間的中間容積各點(diǎn)的計(jì)算按多變曲線方程=const進(jìn)行。示功圖最大高度（點(diǎn)z和z）和按縱坐標(biāo)軸線z點(diǎn)的位置 =9.936mm3.3.1 壓縮多變曲線各點(diǎn)計(jì)算：壓縮多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式：= 其中Va與Vx的比值范圍為116。為壓縮多變曲線各點(diǎn)壓力，為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積， ， 壓縮多變曲線各點(diǎn)取點(diǎn)橫坐標(biāo)Va/Vx(Va/Vx)n1Px/Mp(mm)Px(MPa)15

31、.531643.462.066.2125.91539.856.95.6936.321436.251.775.1246.81332.746.764.6857.3751229.442.044.268.051126.137.33.7378.851022.932.753.2889.83919.828.32.83911.06816.924.172.421012.6714.120.162.021117.758.912.731.271222.146.69.4380.941344.2522.63.7180.371488.5111.430.143.32 膨脹多變曲線各點(diǎn)計(jì)算壓縮多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式：= 為壓縮多

32、變曲線各點(diǎn)壓力，為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積， ， 膨脹多變曲線各點(diǎn)取點(diǎn)橫坐標(biāo)Vb/Vx(Vb/Vx)n1Px/Mp(mm)Px(MPa)15.531629.45145.514.625.91527.22134.413.436.321425.02123.612.446.81322.86112.911.357.3751220.73102.410.268.051118.6492.19.2178.851016.6081.98.1989.83914.672.17.21911.06812.6462.46.241012.6710.7453.15.311117.757.1235.23.521222.145.4326

33、.82.681344.2522.3311.51.151488.5114.940.49圖3-1 標(biāo)況下得示功圖3.4熱平衡（1） 加入汽油機(jī)的燃料的總熱量:= （3-36）(2)柴油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)有效功相當(dāng)?shù)臒崃?1000 （3-37）(3)柴油機(jī)傳給冷卻介質(zhì)的熱量:= 3-38）四沖程發(fā)動機(jī)的C，m，取C=0.5，m=0.65，D=76mm，(4) 廢氣帶走的熱量:Gexh是每消耗一千克柴油進(jìn)入柴油機(jī)空氣的重量和油的重量之和 t0是廢氣渦輪后面廢氣溫度 800 t0是入口空氣溫度273 Gexh=(0.829+1)13.987=338.46kgCr廢氣比熱取0.2372Qr=4.186GexhT

34、Cr(t0-t0) （3-39） (5)其他熱損失=-(+) （3-40）熱平衡計(jì)算結(jié)果n500200030003500燃料的總熱量Q0/Js-1323501145314166517182155有效功相當(dāng)?shù)臒崃縌e/Js-111630 499306128063370傳給冷卻介質(zhì)的熱量Qa/Js-18736.819791.524149.627032.6廢氣帶走的熱量Qr/Js-13496.521128.347328.948332.68其它熱損失Qocr/Js-18441.723681.633758.543419.72n500200030003500燃料的總熱量Q0/Js-110010010010

35、0有效功相當(dāng)?shù)臒崃縌e/Js-136 43.636.834.8傳給冷卻介質(zhì)的熱量Qa/Js-12717.314.514.8廢氣帶走的熱量Qr/Js-110.818.428.426.5其它熱損失Qocr/Js-126.220.720.323.93.5外特性計(jì)算以及曲線繪制 在繪制新設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)外特性時(shí)，常常利用熱計(jì)算的結(jié)果，而所進(jìn)行的熱計(jì)算是針對著發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷工作的一些規(guī)范。但是這個(gè)速度特性的計(jì)算方法只有按發(fā)動機(jī)在部分速度工況下工作的一系列參數(shù)，在具有足夠完整實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得情況下，才能得出可靠結(jié)果。 按發(fā)動機(jī)工作的一個(gè)工況最大功率工況進(jìn)行熱計(jì)算的結(jié)果和利用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的曲線，可以繪制發(fā)動機(jī)外特性并具有足

36、夠的精確性。 進(jìn)行外特性曲線的繪制，以柴油發(fā)動機(jī)的不同轉(zhuǎn)速取各個(gè)工況點(diǎn)，變化范圍(r/min)到。最高曲軸轉(zhuǎn)速受限于：工作過程質(zhì)量歷程的條件、零件的熱應(yīng)力以及慣性力的容許值等，最低的在滿負(fù)荷時(shí)由發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作條件確定。由于本機(jī)的轉(zhuǎn)速=4000r/min，在用C+程序進(jìn)行數(shù)據(jù)提取時(shí)，對變量初始值為500r/min，每一次迭代增量可通過設(shè)置一個(gè)const double DELN=500.0，通過計(jì)算，從而得出發(fā)動機(jī)的外特性的數(shù)據(jù)。（1） 有效功率= （3-41）500rpm1000rpm2000rpm3000rpm3500rpm11.6324.9749.9361.2863.37（2） 有效扭矩曲線的點(diǎn)按以下公式確定= （3-42500rpm1000rpm2000rpm3000rpm3500rpm222.2238.6243.5202.3192.2（3） 燃料有效油