內(nèi)燃機課程設(shè)計

1、<p><b>　　課題設(shè)計說明書</b></p><p>　　課 題________內(nèi)燃機課程設(shè)計______</p><p>　　學(xué) 院______能源科學(xué)與工程學(xué)院___ </p><p>　　學(xué)生姓名______ </p><p>　　學(xué) 號_

2、_____ </p><p>　　專業(yè)班級 ____ __________</p><p>　　指導(dǎo)教師_______ ___________ </p><p><b>　　2011年9月5日</b></p><p><b>　　

3、內(nèi)燃機課程設(shè)計</b></p><p>　　1 方案選擇及總體設(shè)計</p><p>　　內(nèi)燃機總體設(shè)計和方案選擇是設(shè)計工作的第一階段，在產(chǎn)品總體設(shè)計中要選擇和確定內(nèi)燃機的主要設(shè)計參數(shù)，在進行熱計算和外特性計算及主要零部件設(shè)計前，首先要選擇零部件的類型、布局方式。如：氣缸的布局方式、燃燒室的選擇、缸心距的確定、壓縮比的選取、活塞行程比的選取、曲柄連桿比的選取等。</p>

4、;<p>　　汽油機主要參數(shù)的確定</p><p>　?。?）沖程數(shù)的選擇—四沖程</p><p>　　二沖程汽油機和四沖程汽油機相比，盡管當(dāng)二沖程發(fā)動機的工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動機相同時，在理論上它的功率應(yīng)該是四沖程的兩倍；且因其做功頻率較高，其工作運轉(zhuǎn)較均勻平穩(wěn)；并且其構(gòu)造簡單，質(zhì)量小，使用方便。但同時二沖程相比四沖程有以下主要缺點：</p><p&

5、gt;　　二沖程汽油機的熱負(fù)荷比較高，特別是活塞組的熱負(fù)荷比較高（活塞頂?shù)钠骄鶞囟缺人臎_程汽油機約高50~60℃）,而且氣缸內(nèi)壓力總是大于一個大氣壓，使活塞環(huán)在環(huán)槽中活動性減小，積碳不易排除，容易使活塞環(huán)失去工作能力；由于作用在軸承上的負(fù)荷是單向的，這對潤滑不利。使二沖程汽油機的使用可靠性與壽命不如四沖程汽油機。</p><p>　　二沖程汽油機換氣質(zhì)量差，使燃燒條件變差，同時帶動換氣泵業(yè)需要消耗一部分功率，且有

6、一部分新鮮可燃混合氣隨同廢氣排出，因此其經(jīng)濟性不如四沖程汽油機。</p><p>　　二沖程汽油機熱負(fù)荷較高，因而對機油質(zhì)量要求比四沖程汽油機高；由于機油容易竄入掃氣孔和排氣孔邊緣，隨氣流進入氣缸燃燒或從排氣管排出，因此，機油的消耗率較大。</p><p>　　高壓泵與噴油嘴的工作較繁重，壽命較短。</p><p>　　此外，二沖程汽油機的噪音、排氣污染都比四沖程汽

7、油機嚴(yán)重，因此二沖程汽油機在汽車上很少用，在摩托車上應(yīng)用較廣。</p><p>　　因此本設(shè)計中選四沖程汽油機（τ=4）。</p><p>　　（2）氣缸數(shù)和布置方式的選擇—三缸、單列式</p><p>　　發(fā)動機的汽缸數(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。由于發(fā)動機排量等于氣缸的排量與氣缸數(shù)的乘積，所以在發(fā)動機排量相等的條件下，氣缸數(shù)越多

8、，每一氣缸的尺寸就越小，零件尺寸也小。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)燃機的升功率和缸數(shù)的平方成正比。也就是說多缸發(fā)動機比較緊湊輕巧，往復(fù)質(zhì)量平穩(wěn)性好，轉(zhuǎn)矩勻稱性得到改善，使多缸發(fā)動機運轉(zhuǎn)平順，而且啟動容易，加速響應(yīng)性好。同時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也可以高些，升功率也提高，但是，隨著氣缸數(shù)的增加，發(fā)動機零件數(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，制造成本也相應(yīng)提高。</p><p>

9、　　汽車發(fā)動機的氣缸數(shù)量有2缸、3缸、4缸、5缸、6缸、8缸、12缸等，其中3、4、6、8缸最多。</p><p>　　對汽車發(fā)動機來說，一般采用兩種氣缸排列方式，一種是單列式，亦稱L式，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，可以使用一個整體式氣缸蓋，單列式發(fā)動機可以是氣缸直列的（即直列式發(fā)動機）；也可以是斜置式或水平安置的，發(fā)動機中氣缸直立的和斜置的比較多。令一種氣缸排列方式是兩列氣缸成V型排列，其特點是總體結(jié)構(gòu)比較緊湊，由于發(fā)動

10、機的長度和高度尺寸比較小，在汽車上布置起來比較方便，缺點是機體形狀比較復(fù)雜，至少需要使用兩個氣缸蓋，所以制造成本較高。</p><p>　　六缸以下的發(fā)動機絕大多數(shù)是單列的，其氣缸軸線坐在平面與地面垂直或傾斜醫(yī)德角度，后者是為了降低發(fā)動機的總高度多用于小轎車。氣缸軸臥式內(nèi)燃機，機器總高度大大減小，可以布置在汽車底盤中部的車廂地板下面，有利于改善汽車面積的利用率、視野性、操作性和機動性好，適用于大型客車和重型貨車。

11、</p><p>　　排量1L以下的轎車發(fā)動機絕大多數(shù)是L3發(fā)動機（單列式3缸發(fā)動機）；而排量在1L和2L發(fā)動機前置并前驅(qū)的轎車和輕型貨車大多數(shù)采用L4發(fā)動機；L5發(fā)動機常用在發(fā)動機前置，而用L4發(fā)動機長度太小，用L6發(fā)動機長度又太長的場合，但L5發(fā)動機平衡性差，需加上一套比較復(fù)雜的平衡機構(gòu)，所以相對來說，用的比較少；L6發(fā)動機常用在排量為2L-3L的中高級轎車的增壓發(fā)動機和中型以上的各種客貨載重車的自然吸氣和增

12、壓發(fā)動機上，其平衡性比4缸、5缸都要好，增壓時對排氣脈沖的利用率也最好。</p><p>　　V型排列，發(fā)動機空間利用率高，且很好的降低了工作重心，有利于提高汽車的操控性，和平衡性。</p><p>　　60度夾角的V型機是現(xiàn)在比較普遍的，由于夾角比90度的V型機要小，所以曲軸受發(fā)動機的剪力要小些，所以曲軸制造相對簡單些 90度的V型機（奔馳新S級裝備的V6機）承受的剪力就要大些

13、，但是它的好處是可以降低發(fā)動機的高度，從而降低整個發(fā)動機倉的高度，也就有益于降低整個車身的重心，這對于提高汽車的操控性能是很好的。</p><p>　　本次采用3缸，即=3，單列式內(nèi)燃機。</p><p>　?。?）行程及其缸徑的比值</p><p>　　行程S及其缸徑D的比值S/D是對汽油機結(jié)構(gòu)和性能有重大影響的參數(shù)。</p><p>　　

14、合理地選擇S/D應(yīng)考慮以下因素：</p><p>　　選用較小的S/D，可減小汽油機的高度、寬度和重量。</p><p>　　S/D減小是，汽油機的轉(zhuǎn)速可增加，提高了汽油機的升功率，但增加了運動件的慣性力和企業(yè)家的噪聲。</p><p>　　S/D比值過小，特別是對直噴式燃燒室的汽油機，為保持一定的壓縮比以及燃燒室溶劑與壓縮容積比值，必將使活塞與氣缸蓋之間需要更小的

15、間隙，這就增加制造上的困難。入間隙不能保證，將使發(fā)動機各性能指標(biāo)難以達到。</p><p>　　一般汽車用V型汽油機大多選用較小的S/D值，直列式采用較大的S/D值，即使汽車型號相同時，也可以采用不同的行程，以滿足不同用途的需要。</p><p>　　參考文獻【1】可知，目前高速柴油機來說S/D值在0.9~1.15范圍內(nèi)，中速柴油機為1~1.25，低速柴油機則為1.6~2.2，汽油機的S/

16、D則在0.8~1.2范圍內(nèi)。本次采用的是S/D值取1.05.</p><p><b>　　（4）缸徑和行程</b></p><p>　　由，代入S/D=1.05，=3，V=0.9L得：</p><p>　　D=68mm，S=71mm</p><p><b>　　（5）活塞平均速度</b></p

17、><p>　　活塞平均速度表征汽油機高速性和強化程度的一項主要指標(biāo)，對汽油機總體設(shè)計和主要零件結(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，汽油機體積小、質(zhì)量輕。在活塞行程確定后，活塞平均速度可由公式=Sn/30求得。本設(shè)計取額定轉(zhuǎn)速n=5500rpm，可得本設(shè)計活塞平均速度為=13.02m/s。</p><p>　　但的增加受到下

18、列因素的限制：</p><p>　　提高活塞平均速度，摩擦損失增加，機械效率下降，活塞組的熱負(fù)荷增加，機油溫度升高，機油承載能力下降，發(fā)動機壽命降低。</p><p>　　慣性力增加，導(dǎo)致機械負(fù)荷和機械振動加劇、機械效率降低、壽命降低。</p><p>　　進排氣流速增加，導(dǎo)致進氣阻力增加、充氣效率下降。</p><p>　　隨著活塞平均速度

19、的提高，汽油機的平衡、振動和噪聲等問題突出。一般汽油機總噪聲強度約與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。</p><p>　　根據(jù)文獻【3】有在一般情況下，值為：</p><p>　　汽油機≤17m/s，摩托車發(fā)動機更高一些，可以達到20m/s。</p><p>　　柴油機≤13m/s。</p><p>　　（6）氣缸中心距及其與缸徑的比值</p>

20、;<p>　　氣缸中心距其與缸徑的比值，是表征汽油機長度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)，它與汽油機的強化程度、氣缸排列和機體的剛度有關(guān)。</p><p>　　選擇氣缸中心距是應(yīng)考慮以下因素：</p><p>　　確定氣缸中心距的大小。首先考慮曲軸的曲柄臂的厚度和主軸頸、曲柄銷的長度，是主軸承和連連桿軸承有足夠的承壓面積，并保證曲軸有良好的強度和剛度。</p>&l

21、t;p>　　式中：為氣缸中心距，mm；為主軸承長度，mm；為曲柄銷長度，mm；為曲柄臂厚度，mm。</p><p>　　氣缸套型式和水套的布置。</p><p>　　氣缸蓋的布置。氣缸中心距與氣缸蓋固定螺栓、進排氣道和冷卻水道的布置密切相關(guān)，并將直接影響汽油機的性能、可靠性和壽命，對缸徑較小的多缸汽油機可采用整體式氣缸蓋以縮小氣缸中心距。</p><p>　　

22、從增強機體剛度著眼，目前高速汽油機缸心距有縮小的趨勢。據(jù)文獻【6】有目前汽油機的/D值：其值一般在1.10~1.25之間，本次設(shè)計取1.20。故本設(shè)計中/D取1.20，=1.20*68=81.6mm.</p><p>　?。?）曲柄半徑和連桿長度比</p><p>　　曲柄半徑和連桿長度比，即，曲柄半徑由可得，是一項確定連桿長度的重要參數(shù)，行程S確定以后，選擇主要考慮以下因素：</p

23、><p>　　選擇較大的值，使連桿短、重量輕，往復(fù)和離心重量小，有利于汽油機高速化，并可降低直列式汽油機的高度，減輕汽油機重量。</p><p>　　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。</p><p>　　在選擇連桿長度是，要保證在下止點時不與曲軸平衡塊碰，活塞在上止點時曲柄不與缸套相碰。</p><p>　

24、　由文獻【6】知，現(xiàn)代內(nèi)燃機的值一般在0.25~0.33之間。小型高速化汽油機值較高，一般在0.27~0.31之間，根據(jù)本機特點，本設(shè)計選值為0.29。</p><p>　　由活塞行程S可知曲軸半徑R=S/2=71/2=35.5mm，可知連桿長度l=R/=35.5/0.29=122.4mm</p><p><b>　?。?）燃燒室的選擇</b></p>

25、<p>　　燃燒室設(shè)計直接影響到發(fā)動機的充量系數(shù)，火焰?zhèn)鞑ニ俾始胺艧崧剩瑐鳠釗p失及爆燃，從而影響發(fā)動機的性能。</p><p>　　對燃燒室有兩點基本要求：一是結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，表面積要小，以減少熱量損失及縮短火焰行程；其次是使混合氣在壓縮終了時具有一定的氣流運動，提高混合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時和充分的燃燒。</p><p>　　汽油機常用燃燒室形狀有以下幾種：</p

26、><p>　　楔形燃燒室，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，在壓縮終了是能形成擠氣渦流；存在較大的激冷面積，對HC排放不利。</p><p>　　浴盆形燃燒室，其結(jié)構(gòu)較簡單，但不夠緊湊。</p><p>　　半球形燃燒室，其結(jié)構(gòu)較前兩種更緊湊，但因進、排氣門分別置于缸蓋兩側(cè)，故使配氣機構(gòu)較復(fù)雜。由于其散熱面積小，有利于促進燃料的完全燃燒和減少排氣中的有害氣體，故現(xiàn)代發(fā)動機上用得較多。&

27、lt;/p><p>　　碗形燃燒室，碗形燃燒室是布置在活塞中的一個回轉(zhuǎn)體，采用平底氣缸蓋，工藝性好，但燃燒室在活塞頂內(nèi)使活塞的高度和質(zhì)量增加，同時活塞的散熱也較差。</p><p>　　蓬形燃燒室，其性能與半球形相似，組織缸內(nèi)氣流進行擠氣運動要比半球形容易，燃燒室也可全部加工。是近年來在在高性能多氣門轎車發(fā)動機上廣泛應(yīng)用的燃燒室。</p><p>　　本設(shè)計選蓬型燃燒室

28、。</p><p><b>　?。?）壓縮比</b></p><p>　　壓縮比直接影響汽油機的性能、機械負(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)，汽油機的熱效率隨壓縮比的增加而提高，增大壓縮比也可使汽油機的啟動性能得到改善。但壓縮比的提高將使氣缸最高爆發(fā)壓力相應(yīng)上升，機械負(fù)荷增加，對汽油機的使用壽命有影響。</p><p>　　選擇

29、最佳壓縮比應(yīng)綜合分析燃燒室的型式、熱效率、啟動性能和機械負(fù)荷等方面的影響。目前，車用汽油機的壓縮比大多在6~12之間。根據(jù)國內(nèi)外市場上本機型的技術(shù)特點，本設(shè)計取=8.5.</p><p>　?。?0）發(fā)火次序的選擇 </p><p>　　汽油機的發(fā)火順序與汽油機的運作的均勻性、主軸承和連桿軸承的負(fù)荷、軸系的扭振性能密切的關(guān)系。隨著氣缸數(shù)目的增加，汽油機的發(fā)火次序可有更多的方案。選擇發(fā)火次

30、序時，主要考慮以下因素：</p><p>　　1)平衡性能和曲柄排列</p><p>　　發(fā)火次序和曲柄排列的關(guān)系密切，一定的發(fā)火次序具有相應(yīng)的曲柄排列，曲柄排列確定后，就決定了汽油機的平衡情況。</p><p><b>　　2)扭轉(zhuǎn)振動性能</b></p><p>　　在不同的共振轉(zhuǎn)速，扭振振幅的相對值決定于各臨界轉(zhuǎn)速

31、下各缸輸入能量的相對矢量和的大小，并和扭振形式有關(guān)。</p><p><b>　　3）軸承負(fù)荷</b></p><p>　　為減少軸承負(fù)荷，相鄰兩曲柄間的夾角應(yīng)盡可能大些，相鄰氣缸間發(fā)火間隔角也盡可能大些。</p><p>　　總之在選擇發(fā)火次序的時候，首先考慮發(fā)動機的平衡和軸系的扭轉(zhuǎn)振動。一般情況下，先按發(fā)動機的平衡性能，選擇曲柄的排列型式，

32、然后按扭振性能、軸承負(fù)荷和排氣管布置來確定發(fā)火次序。</p><p>　　根據(jù)本機特點，設(shè)計選取的發(fā)火次序為：.</p><p>　　現(xiàn)將本設(shè)計的方案選擇列表如下（表1）:</p><p>　　表1 方案選擇結(jié)果</p><p>　　技術(shù)參數(shù) 選擇結(jié)果 技術(shù)參數(shù) 選擇結(jié)果</p><p>　　氣缸數(shù)

33、 3 行程缸徑比 1.05</p><p>　　活塞平均速度 13.02 氣缸布置型式 單列式</p><p>　　沖程數(shù) 4 氣缸中心距/mm 81.6</p><p>　　中心距缸徑

34、比 1.20 壓縮比 10</p><p>　　連桿長度與曲柄半徑比 0.29 發(fā)火次序 ----- </p><p>　　活塞行程S/mm 71 活塞直徑D/mm 68</p><p&g

35、t;　　1.2汽油機的總體布置</p><p>　　（1）汽油機總體布置的一般要求如下：</p><p>　　布置緊湊，外形尺寸小，外觀整齊，外接管路盡量少。</p><p>　　經(jīng)常需要保養(yǎng)的零部件，如機油、燃油、空氣的濾清器，以及常用的機油加油口、放水閥和機油油尺等。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。</p>

36、<p>　　應(yīng)滿足用戶對汽油機配套所提出的各項合理要求。多種用途汽油機的總體布置，首先應(yīng)滿足主要用途的配套要求，還要考慮到變型機型的有關(guān)問題。</p><p>　　具有良好的加工和裝配工藝性。</p><p>　　汽油機起吊、存放和安裝方便。</p><p>　　總體布置要認(rèn)真貫徹執(zhí)行產(chǎn)品系列化、零部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p

37、>　　（2）汽油機的總體布置如下：</p><p><b>　　1）凸輪軸的布置</b></p><p>　　本設(shè)計凸輪軸布置在氣缸蓋上部，直接驅(qū)動氣門，其配氣結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小，適用也高速汽油機。</p><p>　　2）齒輪傳動機構(gòu)的布置</p><p>　　由于傳動齒輪布置在自由端的優(yōu)點是曲軸前軸直徑小，齒輪尺寸比

38、較小，拆裝方便，便于維護保養(yǎng)，多用于中小功率汽油機，故本設(shè)計采用此種布置方式。</p><p><b>　　３）機油泵的布置</b></p><p>　　機油泵的布置與其傳動方法、機油管路布置以及汽油機的用途有關(guān)。本設(shè)計中機油泵布置在主軸承蓋上，有主動齒輪通過惰齒輪傳動，這種布置的優(yōu)點是機油泵無需油封機構(gòu)，軸承潤滑條件好，機油泵安裝位置較低，汽油機啟動后，瞬時既能吸上

39、機油。</p><p><b>　?。矗┧玫牟贾?lt;/b></p><p>　　本設(shè)計采用離心式水泵，為避免水漏人機體導(dǎo)致機油變質(zhì)，在水泵體上設(shè)有旁泄孔，漏出封水圈的水可有旁泄孔排出，以便及時發(fā)現(xiàn)漏水并加以檢修。通常將水泵布置在汽油機的外部。</p><p><b>　　1.３本章小結(jié)</b></p><

40、;p>　　本章通過對汽油機重要參數(shù)的選擇和總體布置兩方面進行確定，并對確定原因做出了詳盡說明，得出了具體參數(shù)和發(fā)動機放入總體布置方式。</p><p>　　汽油機方案為：四沖程水冷，設(shè)計行程缸徑比為S/D=1.05，活塞平均速度=13.02m/s，氣缸布置型式為單列式，壓縮比為=8.5，氣缸中心距=81.6mm，曲柄連桿比為=0.29，為蓬形燃燒室，發(fā)火次序為-----。</p><p&

41、gt;<b>　　熱計算與熱平衡</b></p><p>　　內(nèi)燃機的主要參數(shù)是通過對其進行熱計算而得到的，因此，在設(shè)計發(fā)動機時，首先要選取一些基本參數(shù)并對其進行熱計算，在計算中要引進一些基本原則作為選取原始參數(shù)的依據(jù)，無論是發(fā)動機的熱計算，還是發(fā)動機的后續(xù)計算都可以采用這些參數(shù)。</p><p>　　對于車用汽油機的熱計算，其主要設(shè)計參數(shù)為六個氣缸（=6），熱計算用

42、分析法可以有足夠的準(zhǔn)確程度來確定新設(shè)計的發(fā)動機的主要參數(shù)以及校核現(xiàn)實工作汽油機實際循環(huán)的完善程度。</p><p>　　本章節(jié)將從以下幾個方面來進行計算分析：燃料、工質(zhì)參數(shù)、周圍介質(zhì)參數(shù)和剩余氣體、進氣過程、壓縮過程、燃燒過程、膨脹過程、工作循環(huán)指示參數(shù)、發(fā)動機有效指標(biāo)、汽油機示功圖的繪制、熱平衡、汽油機外特性計算等方面。</p><p><b>　　2.1 熱計算</b

43、></p><p>　　將進行下面四個工況的熱力計算：</p><p>　?。?）最低轉(zhuǎn)速（怠速）工況，n=800rpm,=0.70</p><p>　?。?）最大扭轉(zhuǎn)工況，n=2000rpm,=0.90</p><p>　?。?）標(biāo)定工況，n=3800rpm,=1.10</p><p>　?。?）最大功率（速度

44、）工況，n=4000rpm,=0.95</p><p>　　2.1．1 燃料燃燒及成分確定</p><p>　　燃料的平均元素成分和分子量：</p><p>　　C=0.855 H=0.145 O=0.000</p><p><b>　　燃料低熱值：</b></p><p>　

45、　=43960J/Kg</p><p><b>　　工質(zhì)參數(shù)</b></p><p>　　燃燒1Kg汽油燃料，理論上所必須的空氣量</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=0.513kmol/kg</p><p>　　==14.9kg/kg</p&

46、gt;<p>　　式中、、分別為三種元素質(zhì)量比。</p><p>　　過量空氣系數(shù)是燃燒1kg燃料時，實際空氣量與理論空氣量之比。</p><p>　　降低值是強化發(fā)動機工作過程的有效方法之一，對于給定功率的發(fā)動機，減小過量空氣系數(shù)，則可以減小氣缸尺寸。但是隨著的降低，會引起燃燒不完全，惡化了經(jīng)濟性，并增大發(fā)動機的熱應(yīng)力。參考文獻【9】可知，汽油機的取值范圍一般是0.8~0.

47、96之間。</p><p><b>　　本設(shè)計取=0.9</b></p><p><b>　　新鮮充量</b></p><p><b>　　==0.513</b></p><p>　　燃燒產(chǎn)物單獨成分?jǐn)?shù)量。</p><p><b>　　=<

48、;/b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：0.208為1km

49、ol容積的空氣中氧氣所占的比例;0.792為1kmol容積的空氣中氮氣所占的比例；K 為常數(shù)，它與燃燒產(chǎn)物中含有的一氧化碳與氫的比例有關(guān)（由文獻【5】知道汽油k=0.45~0.5），取k=0.50。</p><p><b>　　燃燒產(chǎn)物的總量</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>

50、;　　=</b></p><p>　　計算結(jié)果求得如下表（表2）：</p><p>　　表2 燃燒產(chǎn)物的成分質(zhì)量</p><p>　　n </p><p>　　800 0.7 0.513 0.36 0.0286 0.0427 0.0724 0.0064

51、0.2844 0.4282</p><p>　　2000 0.9 0.513 0.46 0.0570 0.0142 0.0725 0.0021 0.3657 0.5094</p><p>　　3800 1.1 0.513 0.56 0.0855 0 0.0725 0 0.4469 0.5907</p

52、><p>　　4000 0.95 0.513 0.49 0.0641 0.0071 0.0725 0.0011 0.3860 0.5297</p><p>　　2.1.2周圍介質(zhì)參數(shù)和剩余氣體</p><p>　　在非增壓發(fā)動機工作時，參考本機特點及汽油機一般參考資料，選取參數(shù)如下：</p><p><b>

53、;　　周圍介質(zhì)壓力：</b></p><p><b>　　周圍介質(zhì)溫度：</b></p><p><b>　　剩余氣體溫度：</b></p><p>　　查文獻【7】知道：殘余廢氣的溫度是根據(jù)發(fā)動機型式、壓縮比、轉(zhuǎn)速及過量空氣系數(shù)等因素決定的，其值處于下列范圍：汽油機900~1000k，這里取。</p&g

54、t;<p>　　在確定的過程中必須注意到，當(dāng)壓縮比提高和工作混合氣加濃時，殘余廢氣的溫度便下降，而發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速升高時則值升高。</p><p>　　剩余氣體壓力：由文獻【7】知道，對非增壓和機械式增壓的汽車拖拉機發(fā)動機的來說，其殘余廢氣壓力為:</p><p>　　曲軸轉(zhuǎn)速高的發(fā)動機取大些。</p><p>　　廢氣渦輪增壓的發(fā)動機，則</p&

55、gt;<p>　　這里取=1.05x0.1013=0.106MPa</p><p>　　充氣過程開始之前，發(fā)動機氣缸里總是含有一定數(shù)量的殘余廢氣，他們處于燃燒室容積之中。剩余氣體壓力值影響因素有氣門數(shù)量及氣門布置形式、進排氣通道的主阻力、配氣相位、增壓特征、發(fā)動機的高速性、負(fù)荷情況、冷卻系統(tǒng)及其他許多因素。隨著發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速降低，殘余廢氣壓力明顯地降低。根據(jù)一些內(nèi)燃機教材上的經(jīng)驗，汽油機排氣終點壓力

56、一般為=1.05x0.1013=0.106MPa</p><p>　　2.1.3 進氣過程</p><p>　　為得到良好的發(fā)動機充氣，在標(biāo)定速度工況上，對于四沖程汽油機，新鮮充量的預(yù)熱溫度△T的數(shù)值如下：（0℃--20℃）。這里取△T=20℃。</p><p>　　(1)進氣的充氣密度</p><p>　　式中：進氣充氣密度，kg/；為氣體

57、常數(shù)，=287J/kg.K；其余符號如前所述。</p><p>　　(2)進氣壓力損失△</p><p>　　由于進氣系統(tǒng)阻力和氣缸中充量運動速度的衰減所引起的壓力損失△，采用某些假設(shè)后可以有伯努利方程求得：</p><p><b>　　△=</b></p><p><b>　　=</b></

58、p><p>　　=0.00797MPa</p><p>　　根據(jù)文獻【7】，現(xiàn)代汽車汽油機在額定工況下：=2.5~4.0及=50~130m/s，對于進氣系統(tǒng)加工過的內(nèi)表面，可以取=2.7和=70m/s。這是根據(jù)發(fā)動機速度工況和考慮到在增壓和非增壓汽油機的進氣系數(shù)不大的流體阻力來選取的。</p><p><b>　　進氣終了壓力：</b></p

59、><p><b>　　=-△</b></p><p>　　=0.1013-0.00797=0.0933MPa</p><p>　　式中：為進氣終了時壓力，單位為MPa；△為進氣壓力損失，單位是MPa；其他符號如前所述。</p><p>　　(3)剩余氣體系數(shù)（殘余廢氣系數(shù)）</p><p>　　殘余廢

60、氣系數(shù)表征了汽油機氣缸中燃燒產(chǎn)物的排凈程度。值增大，即表示進氣過程中進入氣缸的新鮮充量減少。</p><p>　　若不考慮掃氣及過后充氣</p><p><b>　　==0.040</b></p><p>　　式中：為初始溫度，單位為K；為標(biāo)定速度工況上溫度變化量，K；為壓縮比；為剩余廢氣系數(shù)；其余符號如前所述。</p><

61、p>　　四沖程發(fā)動機的值與壓縮比、進氣終了時的工質(zhì)參數(shù)、轉(zhuǎn)速及其他許多因素有關(guān)。隨著壓縮及殘余廢氣溫度增大而減小，隨著殘余廢氣壓力和轉(zhuǎn)速n升高而增大</p><p>　　汽油機值處于下列范圍之內(nèi)：0.04~0.10.</p><p><b>　　(4)進氣終了溫度</b></p><p><b>　　=339k</b>

62、;</p><p>　　式中：為進氣終了溫度，單位為K；其余符號如前所述。</p><p>　　值主要取決于工質(zhì)的溫度，殘余廢氣系數(shù)、以及充量被加熱的程度，在較小的程度上也與殘余廢氣的溫度有關(guān)。現(xiàn)代四沖程發(fā)動機的進氣終了溫度的范圍為320~400k。</p><p><b>　　(5)充量系數(shù)</b></p><p>　

63、　充量系數(shù)是表征進氣過程特征的最重要參數(shù)，它是進入氣缸的實際新鮮充量的數(shù)量，與氣缸內(nèi)溫度與壓力與周圍介質(zhì)或吸入氣缸前的介質(zhì)溫度和壓力相等時，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)燃機充氣性能的一個重要指標(biāo)。</p><p>　　不考慮掃氣和過后充氣的四沖程汽油機充量系數(shù)為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　

64、式中：為充量系數(shù)；其余符號如前所述。</p><p>　　充量系數(shù)值的大小，主要取決于汽油機的沖程、高速性及配氣系統(tǒng)的完善程度。</p><p>　　參考文獻【7】可知各種型號的汽車發(fā)動機，在全負(fù)荷工作時其充量系數(shù)處于下列范圍之內(nèi)：</p><p>　　汽油機 0.70~0.90</p><p><b>　　2.1.4壓縮

65、過程</b></p><p>　　壓縮過程的計算，歸結(jié)為求解壓縮過程的平均多變指數(shù)、壓縮終了參數(shù)（及）以及確定壓縮終了時工質(zhì)的比熱。</p><p>　　壓縮絕熱指數(shù)和多變平均指數(shù)</p><p>　　在汽油機的標(biāo)定工況工作時，可以取壓縮多變指數(shù)近似的等于絕熱指數(shù)。</p><p>　　在，條件下，，由文獻【7】得：</p&

66、gt;<p>　　絕熱指數(shù)=1.375，多變平均指數(shù)。</p><p>　　(2)壓縮終了壓力和溫度</p><p><b>　　壓縮終了壓力</b></p><p><b>　　=2.21MPa</b></p><p>　　式中：為壓縮終了壓力，單位為MPa；其余符號如前所述。<

67、;/p><p><b>　　壓縮終了溫度</b></p><p><b>　　=804K</b></p><p>　　式中：為壓縮終了溫度，k；其余符號如前所述。</p><p>　　(3)壓縮終點平均摩爾比熱</p><p>　　新鮮混合氣體（空氣）</p>&l

68、t;p><b>　　查文獻【7】可知</b></p><p>　　=20.6+2.638</p><p>　　=20.6+2.638</p><p>　　=22KJ/Kmol.℃</p><p>　　式中：為新鮮混合氣體平均摩爾比熱，單位KJ/Kmol.℃；其余符號如前所述。</p><p>

69、;<b>　　剩余氣體</b></p><p>　　由=0.9，=631℃,按文獻【7】用插值法確定：</p><p>　　=24.402 KJ/Kmol.℃</p><p><b>　　工作混合氣</b></p><p>　　按文獻【7】，工作混合氣的平均摩爾比熱可按下列方程求解：</p&g

70、t;<p><b>　　=</b></p><p>　　=22.092 KJ/Kmol.℃</p><p>　　式中：為工作混合氣平均摩爾比熱，KJ/Kmol.℃；其余符號如前所述。</p><p><b>　　2.1.5燃燒過程</b></p><p>　?。?）汽油機理論混合氣分子

71、變更系數(shù)</p><p>　?。?)汽油機實際混合氣分子變更系數(shù)</p><p>　　(3)汽油機工作混合氣燃燒的熱量</p><p><b>　　KJ/Kmol</b></p><p>　　式中：為汽油機燃料低熱值，=43960KJ/kg；其余符號如前所述。</p><p>　　(4)汽油機燃燒

72、產(chǎn)物平均摩爾熱值</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=24.462+0.00205</p><p>　　汽油機發(fā)動機在全負(fù)荷工作時在0.8~0.95范圍內(nèi)變動。取=0.9.汽油機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，燃燒最高壓力最高不超過11~12MPa。汽油機的壓力升高比一般在3.2~4.2之間。參考

73、文獻【7】本設(shè)計取=3.6.</p><p>　　(5)燃燒過程終了溫度</p><p>　　燃燒過程終了溫度計算公式為：</p><p>　　式中：為燃燒終了溫度，k；為實際混合氣變更系數(shù)；為壓力升高比；其余符號如前所述。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得到：</b></p><p>&l

74、t;b>　　= </b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　=2745℃</b></p><p>　　(6)汽油機最高燃燒壓力</p><p>　　式中：為最高燃燒壓力，MPa；其余符號如前所述。</p><p>　　

75、(7)汽油機預(yù)脹比（初期膨脹比）</p><p>　　式中：為汽油機預(yù)脹比；其他符號如前所述。</p><p><b>　　2.1.6膨脹過程</b></p><p><b>　　汽油機過后膨脹比：</b></p><p>　　汽油機平均絕熱膨脹指數(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

76、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)。</p><p>　　參考文獻【7】查圖：</p><p><b>　　取，</b></p><p>　　得到汽油機膨脹終了壓力和溫度：</p><p><b>　　0.556MPa</b></p><p>　　式中：為膨

77、脹終了壓力，MPa；其余符號如前所述。</p><p>　　汽油機膨脹終了溫度：</p><p>　　式中：為膨脹終了溫度，K；其余符號如前所述。</p><p>　　取汽油機剩余氣體溫度校核：</p><p><b>　　計算兩者誤差為：</b></p><p>　　根據(jù)資料知道，允許誤差為，所

78、以，誤差在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　2.2工作循環(huán)參數(shù)</b></p><p>　　2.2.1發(fā)動機指示指標(biāo)</p><p>　?。?）理論平均指示壓力</p><p>　　式中：為理論平均指示壓力，MPa；其余參數(shù)如前所述。</p><p>　　（2）汽油機平均指示壓力</

79、p><p>　　由文獻【7】取豐滿系數(shù)，則：</p><p>　?。?）汽油機指示效率</p><p>　　式中：為汽油機指示效率；為平均指示壓力，MPa；為過量空氣系數(shù)；為所需理論空氣量；其余符號如前所述。</p><p>　?。?）汽油機指示燃料消耗率</p><p>　　式中：為指示燃料消耗率，g/KW.h；其余符號

80、如前所述。</p><p>　　2.2.2發(fā)動機有效指標(biāo)</p><p>　?。?）機械損失的平均壓力</p><p>　　據(jù)文獻【7】有 </p><p>　　式中：為機械損失平均壓力，MPa；其余符號如前所述。</p><p>　　（2）汽油機平均有效壓力和機械效率</p>&l

81、t;p><b>　　平均有效壓力：</b></p><p>　　式中：為平均有效壓力，MPa；其余符號如前所述。</p><p><b>　　機械效率：</b></p><p>　　式中：為機械效率；其余符號如前所述</p><p>　?。?）汽油機有效效率和有效燃燒效率</p>

82、<p><b>　　有效效率：</b></p><p>　　式中：為有效效率；其余符號如前所述。</p><p><b>　　有效燃料消耗率：</b></p><p>　　式中：為有效燃料消耗率，g/KW.h；其余符號如前所述。</p><p>　　2.2.3 發(fā)動機的部分重要參數(shù)<

83、;/p><p><b>　　(1)活塞面積</b></p><p>　　式中：為活塞面積，；其余符號如前所述。</p><p><b>　　（2）活塞平均速度</b></p><p>　　式中：為活塞平均速度，m/s；n為曲軸轉(zhuǎn)速，r/min；其余符號如前所述。</p><p>

84、<b>　　(3)有效功率</b></p><p>　　式中：為有效功率，KW；其余符號如前所述。</p><p><b>　　扭矩</b></p><p>　　式中：為發(fā)動機扭矩，N.m；其余符號如前所述。</p><p><b>　　(5)耗油量</b></p>

85、<p>　　式中：為油耗量，kg/h；為有效燃料消耗率，g/KW.h；其余符號如前所述。</p><p>　　(6)發(fā)動機的升功率</p><p>　　式中: 為發(fā)動機升功率，KW/L;其余符號如前所述。</p><p><b>　　2.3示功圖的繪制</b></p><p>　　內(nèi)燃機的示功圖可以利用工作

86、過程的數(shù)據(jù)來計算。選取活塞行程比例尺；選取壓力的比例尺。</p><p>　　示功圖上相當(dāng)于氣缸工作容積的長度為：</p><p>　　示功圖上相當(dāng)于燃燒室容積的長度為：</p><p>　　壓縮和膨脹多變曲線可以用分析法來制取，對布置在燃燒室容積和總?cè)莘e之間的中間容積各點的技術(shù)按多變曲線方程常數(shù)進行。</p><p>　?。?）示功圖最大高

87、度（點和Z）和按縱坐標(biāo)軸線Z點的位置</p><p>　　式中：為示功圖壓力比例尺；其余符號如前所述。</p><p>　?。?）壓縮多變曲線各點計算公式</p><p>　　式中：為壓縮多變曲線各點壓力，MPa；為壓縮多變曲線各點容積，；在1~10之間變化。</p><p>　　（3）膨脹多變曲線各點計算公式</p><

88、p>　　式中：為壓縮多變曲線各點壓力，MPa；為壓縮多變曲線各點容積，；在1~10之間變化。</p><p>　　在用分析法繪制示功圖時，可以采用列表的方法確定壓縮和膨脹多變曲線上各計算點的縱坐標(biāo)。</p><p>　　將示功圖個點計算結(jié)果列表2、表3如下：</p><p>　　表3 壓縮多變曲線各點</p><p>　　表4 膨脹多變

89、曲線各點</p><p>　　示功圖的繪制如圖3所示：</p><p><b>　　圖3 汽油機示功圖</b></p><p><b>　　2.4熱平衡</b></p><p>　?。?）加入汽油機的燃料的總熱量</p><p>　　式中：為燃料總熱量。J/s；為油耗量，kg

90、/h；為汽油燃料低熱值，J/kg。</p><p>　　（2）汽油機單位時間內(nèi)有效功相當(dāng)?shù)臒崃?lt;/p><p>　　式中：為有效功相當(dāng)?shù)臒崃?，J/kg；其余符號如前所述。</p><p>　　（3）汽油機傳給冷卻介質(zhì)的熱量</p><p>　　式中：為發(fā)動機傳給冷卻介質(zhì)的熱量，J/kg；C為比例系數(shù)，查文獻【7】知道，四沖程發(fā)動機C=0.45

91、~0.53；m為冪指數(shù)，四沖程發(fā)動機m=0.6~0.7；其余符號如前所述。</p><p>　　取C=0.5，m=0.65，D=68mm，</p><p><b>　　則可以得到：</b></p><p>　?。?）廢氣帶走的熱量</p><p>　　式中：為廢氣帶走的熱量，J/kg；其余符號如前所述。</p>

92、;<p><b>　　℃</b></p><p>　　在，℃時，查文獻【7】運用插值法得到：</p><p>　　在，℃時，查文獻【7】運用插值法得到：</p><p>　　=126210J/s</p><p><b>　?。?）其它熱損失</b></p><p&g

93、t;　　=263760-（32920+49294+88969）</p><p><b>　　=92577J/s</b></p><p>　　式中：為其它熱損失，J/s；其余符號如前所述。</p><p>　　對發(fā)動機熱平衡進行分析，并計算出各部分熱量占輸入燃料的總熱量的百分比，有助于設(shè)計時有針對性的降低熱消耗，從而提高發(fā)動機的整機熱效率。<

94、;/p><p><b>　　熱平衡組成列表4</b></p><p><b>　　表5 熱平衡組成</b></p><p>　　2.5外特性計算及曲線繪制</p><p>　　在繪制新設(shè)計的發(fā)動機外特性時，常常利用熱計算的結(jié)果，而所進行的熱計算是針對著發(fā)動機滿負(fù)荷工作的一些規(guī)范。但是這個速度特性的計算方

95、法只有按發(fā)動機在不該速度工況上工作的一系列參數(shù)，在具有足夠完整實驗數(shù)據(jù)的情況下，才能得出可靠結(jié)果。</p><p>　　按發(fā)動機佛你工作的有關(guān)工況-最大功率功功率工況進行熱計算的結(jié)果和利用經(jīng)驗關(guān)系的曲線，可以繪制發(fā)動機外特性并具有足夠的精確性。</p><p>　　進行外特性曲線的繪制，以汽油發(fā)動機的不同轉(zhuǎn)速取各個工況點，變化范圍從到。</p><p>　　最高曲軸

96、轉(zhuǎn)速受限于：工作過程質(zhì)量歷程的條件、零件的熱應(yīng)力及慣性力的容許值等，最低的-在滿負(fù)荷時有發(fā)動機穩(wěn)定工作條件確定。</p><p>　?。?）有效功率曲線的計算點每經(jīng)過按以下經(jīng)驗關(guān)系式來確定：</p><p>　?。?）有效扭矩曲線的點按以下公式確定：</p><p>　　（3）計算點的平均有效壓力按以下公式確定：</p><p>　?。?）活

97、塞平均速度：</p><p>　?。?）機械損失平均壓力：</p><p>　?。?）平均指示壓力曲線按公式求出：</p><p>　　（7）指示扭矩計算點由公式確定:</p><p>　?。?）燃料有效油耗率：</p><p>　　（9）每小時油耗量：</p><p>　　在汽油發(fā)動機按速度特

98、性工作時，隨著轉(zhuǎn)速的提高值有些變稀。汽油機的過量空氣系數(shù)一般取，可取值為線性變化，則得到所有計算點用的值。</p><p><b>　　（10）充量系數(shù)：</b></p><p>　　計算各特性點數(shù)據(jù)整理為表5.</p><p>　　表6 外特性曲線各特性點數(shù)據(jù)</p><p>　　外特性曲線如圖4所示：</p&g

99、t;<p>　　比較所得數(shù)據(jù)和按熱計算的結(jié)果繪制的曲線（圖4）的基礎(chǔ)上，可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　1)發(fā)動機扭矩在轉(zhuǎn)速較低時隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸升高，在轉(zhuǎn)速達到3000r/min時達到最大值170.6N.m，隨后隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸降低；在發(fā)動機的整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩變化平衡，具有良好的操控性能。</p><p>　　2）發(fā)動機功率隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸增大，在轉(zhuǎn)速

100、達到5500r/min時達到額定功率，若進一步提高轉(zhuǎn)速，則功率下降；</p><p>　　3）油耗率的變化規(guī)律大致為：隨著轉(zhuǎn)速的提高縣降低后升高，高效經(jīng)濟工作區(qū)寬，在3000~4000r/min工作區(qū)內(nèi)有較經(jīng)濟的油耗，轉(zhuǎn)速為4000r/min時油耗率達到最低為276.98g/kW.h。</p><p>　　圖4 汽油機外特性曲線圖</p><p><b>

101、　　2.6本章小結(jié)</b></p><p>　　熱計算從工作參數(shù)入手，對周圍介質(zhì)和剩余氣體的參數(shù)進行確定，然后對氣缸的進氣、壓縮、燃燒以及膨脹和排氣四個過程進行詳細(xì)的分析計算，進一步確定發(fā)動機的工作循環(huán)指示參數(shù)和有效指標(biāo)，繪制汽油機的示功圖和外特性曲線，同時進行熱平衡分析。</p><p>　　由熱計算得到，工作循環(huán)的充量系數(shù)為，工作循環(huán)的剩余氣體系數(shù)，汽油機的最高燃燒壓力為，

102、有效效率，有效燃料消耗率為，活塞平均速度為，有效功率，耗油量，發(fā)動機升功率。</p><p><b>　　3 曲軸的計算</b></p><p>　　曲軸是發(fā)動機中最重要的零件 之一，發(fā)動機的全部功率都是通過它輸出的。并且曲軸是不斷周期性變化的力、力矩（包括扭矩和彎矩）的共同作用下工作的，極易產(chǎn)生疲勞破壞。另外曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，因此在設(shè)計中必須要曲軸有足夠的

103、疲勞強度，以保證正常工作。</p><p>　　根據(jù)前面的計算我們知道：曲軸是全支承的，曲軸對此布置，但是平衡重是不對稱布置的，曲軸半徑R=35.5mm，連桿長度=122.4mm。根據(jù)文獻【6】有關(guān)曲軸各部分的主要結(jié)構(gòu)關(guān)系，我們?nèi)∠铝星S曲拐的主要參數(shù)：</p><p>　　主軸頸的外徑，長度；</p><p>　　連桿軸頸的外徑，長度；</p>&l

104、t;p>　　曲柄臂的計算截面，寬度，厚度。</p><p><b>　　4 參考文獻</b></p><p>　　袁兆成 內(nèi)燃機設(shè)計[M] 北京.機械工業(yè)出版社</p><p>　　周龍寶 內(nèi)燃機學(xué)[M] 第二版 北京.機械工作出版社</p><p>　　楊連生 內(nèi)燃機設(shè)計[M] 北京.中國農(nóng)業(yè)機械出版社</