1、中南大学课题设计说明书课 题_内燃机课程设计_学 院_能源科学与工程学院_ 学生姓名_ 陈守涛 学 号_ 1003090312 专业班级 _ 热动 0902_指导教师_ 蒋受宝_ 2012 年 9 月 10 日内 燃 机 课 程 设 计 任 务 书一、题目：柴油机热力设计二、给定参数：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 发 热 值 ：Hu=42860kJ/kg。三 、 设 计 内 容1方案选择及总体设计（确定主要性能参数和结构参数） 。2工作循环计算（包括最低转速、最大扭矩、最大功率、最高速度工况）与示功
2、图。3热平衡计算与热平衡图。4外特性计算与外特性曲线图。5绘制曲轴零件图（A1） 。四、设计要求1编写设计计算说明书一份，1.2 万字左右（2025 页） 。2用计算机书写文本，用 AutoCAD 绘图。3公式要有出处，符号要有说明。2 方案选择及总体设计根据不同方案优缺点的比较，确定所设计的柴油机的冲程数、汽缸数，气缸排列方式、发火次序，压缩比及增压形式、燃烧室形状、燃油喷射系统，设定额定转速、曲柄半径与连杆长度比、缸径、行程，因此得到活塞平均速度、缸心距。再对发动机的这个布置进行总体设计，包括凸轮轴，水泵，机油泵，齿轮传动机构，进气管的布置。2.1 柴油机主要参数的确定（1）冲程数的选择二
3、冲程柴油机与四冲程柴油机相比，主要有以下优缺点：二冲程柴油机的热负荷较高，特别是活塞组的热负荷较高（活塞顶的平均温度比四冲程柴油机高约 50-60） ，而且气缸内压力总是大于一个大气压，使活塞环在换槽中活动性较少，积碳不易排除，容易使活塞环失去工作能力；由于在轴承上的负荷是单方向的，这对润滑不利。使二冲程柴油机的可靠性与使用寿命不如四冲程柴油机。换气质量较差，使燃烧条件变差，同时带动换气泵也需要消耗一部分功率，因此燃油经济性比较差。二冲程柴油机热负荷较高，因而对机油质量要求也较高；由于机油容易串入扫气孔和排气孔边缘，随气流进入气缸燃烧或从进气管派出，因此，机油的消耗率较大。高压泵和喷油嘴的工作
4、较繁重，寿命较短。此外，二冲程柴油机的噪声、排放污染等都比四冲程柴油机严重，而且比较烧机油。市场上车用柴油机绝大多数采用四冲程的设计方式。本设计中选取四冲程柴油机（=4） 。（2）气缸数和布置方式的选择发动机气缸数和气缸布置方式，对其外形尺寸、平衡性和制造成本等都有很大影响。汽车发动机是按发动机排量分等级的，例如 1L、2L、25L 等指的就是发动机的排量。由于发动机排量等于气缸的排量与气缸数的乘积，而气缸排量又是活塞顶面面积与发动机活塞行程的乘积，所以，在发动机排量相等的条件下，气缸数越多，每一缸的尺寸就越小，零件尺寸也越小。在给定的功率要求下，如果平均有效压力和活塞平均速度不变，则内燃及的
5、升功率将与缸数的平方根成正比。也就是说，多缸发动机比较紧凑轻巧，往复质量平衡性较好，转矩均匀性得到改善，使多缸发动机运转平顺，而且启动容易，加速响应特性好。同时发动机转速也可以搞些，升功率也提高，但是，随着缸数的增加，发动机零件数量增加，结构复杂，可靠度下降，质量和尺寸相对增大，制造成本相应提高。汽车发动机的气缸数量有 2 缸、3 缸、4 缸、5 缸、6 缸、8 缸、12 缸等，其中 3、4、6、8 缸为最多。对于发动机来说，一般采用两种气缸排列方式，一种是气缸成一字形排列，称为单列式发动机，亦称 L 型。其特点是结构简单，可以使用一个整体式气缸，单列式发动机是气缸直立的（亦称直列式发动机）
6、；也可以是斜置的（亦称斜置式或卧式发动机） 。发动机中气缸直立斜置的用的较多。另外一种气缸排列方式是两列气缸成 V 形布置的 V 型发动机 i。本次设计采用 4 缸直列式内燃机。（3）压缩比压缩比直接影响柴油机的性能、机械负荷、启动性能以及主要零件的结构尺寸。在一定范围内，汽油机的热效率随压缩比的增加而提高，增大压缩比也可使柴油机的启动性能活得改善。但压缩比的提高将使气缸最高爆发压力相应上升，机械负荷增加，对柴油机的使用寿命有影响。压缩比是另一个影响燃烧相位较大的因素，改变压缩比可以改变混合气体的密度和压力，从而对其自燃温度产生影响。改变压缩比的主要方法是调整调整燃烧室容积、工作容积和改变配气
7、相位。在利用可变压缩比控制 HCCI（均质充量压缩着火）方面，Lund 技术学院实验结果表明，压缩比对燃烧效率的影响很大，压缩比增加则热效率增加，而燃烧效率减小，导致热效率增加量的减少，研究还发现，高压缩比可替代进气预热。当压缩比高达 17：1 时，绝对有效率上升，NO X排放下降，但是因为反应时间缩短，CO 排放增加。随着压缩比提高，稳定 HCCI 燃烧所需的热 EGR 率降低，因此用冷 EGR 配合高压缩比可以控制燃烧速度，从而扩大运转工况范围 ii,选择最佳压缩比应综合分析燃烧室的形式、热效率、启动性能和机械负荷等各方面的影响。本设计取压缩比 值为 16，涡轮增压中冷。（）发动机额定转速
8、转速对柴油机性能和结构影响很大，且其范围十分宽广 1000-6000 rpm） 。各种类型柴油机的使用转速范围亦不同。转速提高可使柴油机体积小、重量轻和功率大。但转速提高后，摩擦功率和噪声急剧增加，运动件惯性力大，给燃烧过程的组织增加困难，从而影响柴油机的经济性、可靠性和使用寿命 iii。目前车用汽油机的转速达到 5000-6000，而车用柴油机的转速为2000-4000 rpm。本设计选用的柴油机的额定转速为 3000 rpm。（）行程及其与缸径的比值行程 S 及其与缸径 D 的比值 S/D 是对柴油机结构和性能有重大影响的参数。合理的选择 S/D 应考虑以下因素：用较小的 S/D，可减小柴
9、油机的高度、宽度和重量。S/D 减小时，柴油机的转速可增加，提高了柴油机的升功率，但增加了运动件的惯性力和柴油机的噪声。S/D 比值过小，特别是对直喷式燃烧室的柴油机，为保持一定的压缩比以及燃烧室容积与压缩容积比值，必将使活塞 与气缸盖需要更小的间隙，这就增加制造上的困难。如间隙不能保证，将使发动机各项性能指标难以达到i。一般汽车用型柴油机大多选用较小的 S/D 值，直列式采用较大的 S/D 值；即使柴油机型号相同时，行程比也有长短，以满足不同用途的需要。目前，车用汽油机的 S/D 值多数在 0.9-1.1 之间，而这用柴油机的 S/D 值多数在 1.0-1.2 之间 iii。本次设计选取行程
10、缸径比 S/D1.1。（）缸径和行程由排量 1.5L，而本设计气缸数为，可知每缸工作容积 0.375L；而由 S/D1.1 得 S1.1D。由 可计算得 D75.83mm，S83.30mm，圆整得 D75mm，S83mm。（）活塞平均速度活塞平均速度是表征柴油机高速性和强化程度的一项主要指标，对柴油机总体设计和主要零件结构形式影响很大。在功率给定以后，若平均有效压力、活塞行程和缸数维持不变，提高活塞平均速度可使气缸直径减小，柴油机体积减小、重量轻 iv。在活塞行程确定之后，活塞平均速度可由公式 （） ，求得，设计活塞平均速度 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
11、运动件的惯性力增大，同时活塞、缸套和汽缸盖的热负荷也相应增加。提高活塞平均速度使柴油机零件的磨损加快，缩短了柴油机的大修期。活塞平均速度的提高，使摩擦功率迅速增加，机械效率降低，燃油消耗率升高。进、排气阻力随活塞平均速度的提高而增加，使充气效率降低。随着活塞平均速度的提高，柴油机的平衡、振动和噪声等问题突出 ii。（8）曲柄半径与连杆长度比曲柄半径与连杆长度比，即 = ,是一项确定连杆长度的重要参数，行程 S确定后，选择 值主要考虑一下因素：选择较大的 值，使连杆短、重量轻，往复和离心质量小，有利于柴油机高速化，并可降低直列式柴油机的高度，减轻了柴油机的重量。较大的 值，虽缩短了连杆长度，但增
12、加连杆摆角和活塞侧压力，对缸套磨损不利。在选择连杆长度时，要保证在上止点时不与曲轴平衡块相碰，活塞在上止点时曲柄不与缸套相碰 iii。小型高速柴油机 值较高，一般为 0.28-0.31，以适应高速比的需求 i。本设计取用的 值为 0.31。由活塞行程 S 可知曲柄半径R= =41.5mm，可知连杆长度 l= = 138mm。2 480.31（9）气缸中心距及 Lo其与缸径的比值气缸中心距及其与缸径的比值，是表征柴油机长度的紧凑性和重量指标的重量参数。它与柴油机的强化程度、气缸排列和机体的刚度有关。选择气缸中心距时应考虑以下因素：确定气缸中心距的大小。首先考虑曲轴的曲柄壁的厚度和主轴颈、曲柄销的
13、长度，使主轴承和连杆轴承有足够的承压面积，并保证曲轴有良好的强度和刚度。汽缸盖的布置。气缸中心距和汽缸盖固定螺栓、进排气道和冷却水道布置密切相关，并将直接影响柴油机的性能、可靠性和寿命。对缸径小的哆的柴油机可采用整体式汽缸盖以缩短气缸中心距 v。从增加机体刚度着眼，目前高速柴油机缸心距有减小的趋势。直列式小型高速柴油机的 Lo/D,其值一般在 1.16-1.22 之间，最小可取 1.14，推荐 1.20。故本设计中 Lo/D 取 1.20iii。所以 Lo=1.20D=90mm，圆整得 Lo=90mm。（10）发火次序的选择柴油机的发火次序与柴油机运转的均匀性、主轴承和连杆轴承的负荷、轴系的扭
14、振性能有密切关系。选择发火次序时，主要考虑以下因素：使连续做功的两缸尽可能远，以减轻主轴承的的载荷，同时避免进气行程中可能发生的抢气现象。做功间隔应力求均匀，也就是说，在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都都应发火做功一次，而且各缸的间隔时间应力求均匀 iv。本设计选择的发火次序为：1-3-4-2。（11）燃油系统和燃油室的选择燃烧室的选型不仅关系到整机的性能指标，而且在很大程度也决定了汽缸盖和活塞顶的结构。燃烧室选型的主要依据是缸径、转速及使用要求，并充分考虑当前的制造和使用维护水平。不同的燃烧室适用不同的缸径和转速，只有在它的适用范围内，其优点才能充分发挥出来。直喷式柴油机具有节
15、约燃油的突出特点，所以直喷式燃油室在高速柴油机上应用日益广泛，并逐渐向小排量的方向发展 ii。本设计用高压共轨直喷式有涡流的深坑型燃烧室。2.2 柴油机的总体布置（1）柴油机总体布置的一般要求：布置紧凑，外形尺寸小，外观整齐，外接管路尽量较小。经常需要保养的零件，如机油、燃油、空气的滤清器，以及常用的机油加油口、放水阀和机油油尺等。对经常检查调整的气门间隙和喷油提前角等有关零部件应考虑到调整和拆装方便。应满足用户对柴油机配套所提出的各项合理要求。各种用途汽油机的总体布置，首先应满足主要用途的配套要求，还要考虑到变形机型的有关问题。具有良好的加工和装配工艺性。柴油机起吊、存放和安装方便 iv。（
16、2）柴油机的总体布置：凸轮轴的布置直列式柴油机凸轮轴的横向位置，在不与曲柄连杆机构相碰的条件下，应尽可能的靠近气缸中心线，以求得柴油机的最小宽度。本设计采用双顶置式布置方式，凸轮轴在汽缸盖上部，直接驱动气门，其配气结构质量最小，适用于高速柴油机。喷油泵的布置本设计采用一只整体泵，布置在柴油机的侧面，喷油器和喷油泵布置在同侧，且布置在靠人行道一边，缩短高压油管的长度，也便于保养。齿轮传动机构的布置由于传动齿轮布置在自由端的优点是曲轴前轴直径小，齿轮尺寸也较小，拆装方便，便于维护保养，多用于中小功率柴油机。故本设计采用此种布置方式。机油泵的位置机油泵的布置与其传动方式、机油管路布置以及柴油机的用途
17、有关。本设计中机油泵布置在主轴承盖上，由主动齿轮通过惰性齿轮传动，这种布置的优点是机油泵无需油封结构，轴承润滑条件好，机油泵安装位置低，柴油机启动后，瞬时既能吸上机油。水泵的位置本设计采用离心式水泵。为避免水漏入机体导致机油变质，在水泵体上设有旁泻孔，露出封水圈的水可由旁泻孔排出，以便及时发现漏水并加以检修。通常将水泵布置在柴油机的外部。进排气管的布置本设计中将直列式柴油机的进排气管分别布置在柴油机的两侧，有利于汽缸盖进排气道的设计，进排气管拆装也方便 v。2.3 方案选择结果下表即为柴油机选择方案：表 2-1 方案选择结果技术参数 选择结果 技术参数 选择结果冲程数 4 活塞平均速度 C/m
18、s -1 8.3汽缸数 i 4 曲柄半径与连杆长度比 0.30额定转速 nN/rpm 3000 连杆长度 l/mm 138行程缸径比 S/D 1.1 气缸中心距与缸径比 1.20汽缸直径 D/mm 75 气缸中心距 LO/mm 90活塞行程 S/mm 83 发火次序 1-3-4-23 计算与热平衡热计算将从以下几个方面来进行技术分析：燃料、工质参数、周围介质参数和剩余气体、进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、工作循环指示参数、发动机有效指标、柴油机示功图的绘制、热平衡、柴油机外特性计算等。3.1.1 燃料燃烧及成分确定燃料的平均元素成分和分子量：C=0.870，H=0.126，O=0.00
19、4燃料低热值：H u=42860J/kg（1）工质参数燃烧 1kg 柴油燃料，理论上所必须的空气量 vi：Lo= （ + - ） (3-1)10.2112432= （ + - ）10.210。 87120.1264 0.00432=0.500kmol/kgMlo= （ 8H-O）=14.425kg/kg10.2383+过量空气系数 是燃烧 1kg 燃料时，实际空气量 1(或 L)与理论必须空气量lo(或 L)之比。降低 值是强化发动机工作过程的有效方法之一。对于给定功率的发动机，减小过量空气系数，则可以减小气缸尺寸。但随着 的降低，会引起燃料绕少不完全，恶化了经济性，并增大了发动机的热应力。增
20、压柴油机的过量空气系数取值范围为 =1.30-2.2,但是增压柴油机在 =1.6-1.8 时，在标定工况下没有严重过热现象并能稳定工作 vii。对于增压柴油机而言，由于随负荷的增大，排气能量加大，增压转速上升，从而使增压压力变大、进气密度提高，所以在高负荷时，其过量空气系数以及指示热效率变化不大。本设计取额定工况 =1.6.。（2）可燃混合气新鲜充量 M1M1= Ml o (3-2)(3)可燃产物单独成分数量MCO2= = =0.0725(kmol/kg) MH2o= = =0.063(kmol/kg)120.8712 20.1262Mo2=0.208(-l)L o(kmol/kg) MN2=
21、0.792L 0(kmol/kg)式中：0.208 为 1kmol 容积的空气中氧气所占的比例；0.792 为 1kmol 容积的空气中氮气所占的比例。（4）燃烧产物的总量 M2M2=MCO2+MH2O+MO2+MH2= +（-0.208）L 0（kmol/kg）12+23.1.2 周围介质参数和剩余气体在增压发动机工作时，参考本机特点及柴油机一般参考资料，选取参数如下：周围环境压力 P 0=0.1MPa,周围环境温度 293K周围介质压力 ：采用中度增压，则 1.7 0.17MP 周围介质温度 即压气机空气后温度 为：(3-3)=0（0） 1式中， 为气压计（增压器）中空气的压缩多变指数，根
22、据文献资料， 取值范围. vii。此外 .则有， 残余废气压力 ：残余废气压力取值为： （0.75-0,98） ，曲轴转速高的发动机， 取大一些的值。所以本设计额定工况取值为 0.96 0.960.170.163MP 对于其它转速工况： （1.035 10 ） (3-4)式中， （ 1.035 ）10 （ ） ； 为额定工况下的残余废气压力，MP ； 为额定工况下的曲轴转速，rpm。带入数据得： 6.6 残余废气温度 ，额定工况时 3.1.3 进气过程充气过程中，因为充气受到发动机热零件的预热，所以新鲜充量的温度稍有提升，为 T。对于增压柴油机而言，T 的取值范围是-5+10。这里取额定工况时
23、 T=5。而其它转速工况，T=A T（110-0.0125n） (3-5)式中， T （110-0.0125 ）5（110-0.01253000）0.069；T 和 分别为发动机在额定工况下的工作时的温升和转速。T=0.069(110-0,01253000)=5进气的充量密度 10 （ ）(3-6)式中： 为进气充量密度， ； 为气体常数， 287 ；其余符号如前所述，代入得 0.1710 （）.kg .进气压损失 由努伯利方程求得： （ ） 10 2 (3-7)现代汽车柴油机在额定工况下， （ ）2.54.0，及 50130 ，对于进气系统加工过的内表面，可以取（ ）2.8 及 87。这是根
24、据发动机速度工况和增压柴油机的进气系数不大的流体阻力来选取的。这时， 0.25 v 2.80.029 1.64110 2=0.0174进气终了压力 =0.143残余废气系数 残余废气系数 表征了柴油机汽缸中燃烧产物的排净度。 (361+5)/8000.163/(160.143-0.163) =0.035 （3-7）采用增压时，残余系数值降低 v。进气终了温度 TaTa=(Tk+T+ Tr)/(1 381 (3-8) )进气终了温度范围为 320400K iv。充量系数 充量系数是表征进气过程特性的最重要参数，它是进气缸的实际新鲜的充量，与气缸内温度和压力周围介质或吸入气缸前的介质温度和压力相等
25、时，气缸工作容积中可能容纳的充量的数量之比，是衡量内燃机充气性能的一个重要指标。不考虑扫气及过后充气的四冲程柴油机充量系数为:= （ =82.2 (3-+ 11 1 ）9)式中，新鲜充量温升 T，压气机后的空气温度 Tk，周围介质压力 Pk，进气终了压力 Pa， 为压缩比 vii。充量系数值的大小，主要取决于柴油机的冲程、高速性及系统的完善程度。3.1.4 压缩过程压缩过程的计算，归结为求解压缩过程的平均多变指数 、压缩终了的参1n数 和 GP()T（1）压缩绝热指数 和多变平均指数1k1n在柴油机的标定工况工作时，可以取压缩多变指数近似的等于绝热指数。高速增压 多变指数在 1.28-1.37
26、 之间，设计取 1.36（2） 压缩终了压力 和压缩终了温度GPGT压缩终了压力= =0.134 =6.21 （3-10）G1naP161.36压缩终了温度= =381 =1034 （3-GTa1n160.3611）3.1.5 燃烧过程（1） 柴油机理论混合气分子变更 （3-12）（2） 柴油机实际混合气分子变更系数 （3-13）（5） 燃烧过程终了温度 zT025.186.324080 LOH0239.15.0210r空气的定容比热（0 KTc） cmav T025.9.1)(49.78 (3-14)燃烧方程常数项vruzcLHA)1(0cp34.8=81894 (3-15)燃烧方程一次项系
27、数 )1.(25947.E=29 (3-16)燃烧方程二次项系数 410)(36D=3.65 (3-17)103燃烧终点温度 ETAzz=2209K （3-18 ）压力升高比 主要取决于燃料循环供给量和燃烧室形状等因素，燃烧最高压力不超过 1112MPa。对于采用统一式燃烧室并采用容积式混合气形成方式的柴油机，压力升高比 =1.62.5。这里对增压柴油机取 =1.6。（6） 柴机最高燃烧压力 zP= =1.66.21=9.936 (3-19)zGP（7） 柴机初期膨胀比 3.1.6 膨胀过程（1）柴油机过后膨胀比 = =16/1.366=11.71 （3-21）式中， 压缩比， 初期膨胀比柴油
28、机平均膨胀绝热膨胀指数和膨胀多变指数用以下方式选取。在标定工况下，考虑到足够大的气缸尺寸可以取膨胀多变指数稍小于膨胀绝热指数，本36.1046.129GzT设计取膨胀多变指数 1.22（2） 柴油机膨胀终了压力 和温度bPbT柴油机膨胀终了压力：= =0.494 （3-b22）最高燃烧压力 ，膨胀多变指数 ，过后膨胀比zP2n柴油机膨胀终了温度：= （3-bT23）32 工作循环参数3.2.1 发动机指示指标(1) 理论平均指示压力 iP= iP=1.806（3-24）(2) 柴油机平均指示压力 i四冲程高速增压柴油机 取丰满系数 =0.95，则：n= =0.961.806=1.734 （3-
29、iPi25）(3) 柴油机指示效率 i= （3-i26）(4) 柴油机指示燃料消耗率 ig2.179362z ）（）（36.02.0112 1-16-.6212nnG 461.02836.14280.70 kuiHlP2.180363iuH12867.09.12nz= （3-ig27）3.2.2 发动机有效指标(1) 柴油机平均有效压力 和机械效率ePM取机械效率 =0.8M平均有效压力： miep=1.38 （3-28）(2) 柴油机有效效率 和有效燃烧率消耗率e eg汽油机有效效率:= =0.3688 （3-29）eiM有效燃烧率消耗率:= =228.24 eg（3-30）3.2.3 发动
30、机的部分重要参数(1)活塞面积 : = = 4415.625 mm2 nF 24(2)活塞平均速度 : = = 8.3 m/s 30103 (3) 有效功率 指示功率 mnivpNsi0=76.6 （3-31）eN=Ni =61.28 (3-32)eM3106uH(4) 扭矩 eM= （3-e33）(5) 耗油量 TG= =139.865 （3-34）TeNg(6) 发动机的升功率 :n= （3-353.3 示功图的绘制内燃机的示功图可以利用工作过程的计算数据来绘制。选取活塞行程比例尺 =1；选取压力的比例尺 =0.1。sMpM示功图上相当于汽缸工作容积的长度为：S/ =83mms示功图上相当
31、于燃烧室容积的长度为：=5.53mm压缩和膨胀多变曲线可以用分析法来制取，对布置在 和 之间的中间0Va容积各点的计算按多变曲线方程 =const 进行。xnPV示功图最大高度（点 z和 z）和按纵坐标轴线 z 点的位置=9.936mm3.3.1 压缩多变曲线各点计算：压缩多变曲线各点计算公式：= xPsMS)1(pzM1)(nxaV2.195034Nen68.1neV其中 Va与 Vx的比值范围为 116。为压缩多变曲线各点压力， 为压缩多变曲线各点容积， ，xPxV压缩多变曲线各点取点 横坐标 Va/Vx (Va/Vx)n1 Px/Mp(mm) Px(MPa)1 5.53 16 43.4
32、62.06 6.212 5.9 15 39.8 56.9 5.693 6.32 14 36.2 51.77 5.124 6.8 13 32.7 46.76 4.685 7.375 12 29.4 42.04 4.26 8.05 11 26.1 37.3 3.737 8.85 10 22.9 32.75 3.288 9.83 9 19.8 28.3 2.839 11.06 8 16.9 24.17 2.4210 12.6 7 14.1 20.16 2.0211 17.7 5 8.9 12.73 1.2712 22.1 4 6.6 9.438 0.9413 44.25 2 2.6 3.718 0.
33、3714 88.5 1 1 1.43 0.143.32 膨胀多变曲线各点计算压缩多变曲线各点计算公式：= xP为压缩多变曲线各点压力， 为压缩多变曲线各点容积， ，xPV膨胀多变曲线各点取点 横坐标 Vb/Vx (Vb/Vx)n1 Px/Mp(mm) Px(MPa)1 5.53 16 29.45 145.5 14.62 5.9 15 27.22 134.4 13.43 6.32 14 25.02 123.6 12.42)(nb 16,xaV4 6.8 13 22.86 112.9 11.35 7.375 12 20.73 102.4 10.26 8.05 11 18.64 92.1 9.217
34、 8.85 10 16.60 81.9 8.198 9.83 9 14.6 72.1 7.219 11.06 8 12.64 62.4 6.2410 12.6 7 10.74 53.1 5.3111 17.7 5 7.12 35.2 3.5212 22.1 4 5.43 26.8 2.6813 44.25 2 2.33 11.5 1.1514 88.5 1 1 4.94 0.49图 3-1 标况下得示功图3.4 热平衡（1） 加入汽油机的燃料的总热量 :0Q= =166517 J/s （3-36）0Q(2)柴油机单位时间内有效功相当的热量 e=1000 =61280 J/s （3-37）eeN
35、占 36.8%(3)柴油机传给冷却介质的热量 :bQ= =24149.6 J/s 3-38）b占 14.5%四冲程发动机的 C ，m ，取53.0,47.0,6C=0.5，m=0.65，D=76mm，(4) 废气带走的热量 :rQGexh 是每消耗一千克柴油进入柴油机空气的重量和油的重量之和 t0 是废气涡轮后面废气温度 800 t0 是入口空气温度 273 Gexh=(0.829+1)13.987=338.46kgCr 废气比热取 0.2372Qr=4.186GexhTCr(t0-t0)=47328.9 J/s （3-39）(5)其他热损失= -( + + )=33758.5 J/s （3-
36、octQ0ebrQ40）占 20.3%3.5 外特性计算以及曲线绘制在绘制新设计的发动机外特性时，常常利用热计算的结果，而所进行的热6.3TuGH121mNniD计算是针对着发动机满负荷工作的一些规范。但是这个速度特性的计算方法只有按发动机在部分速度工况下工作的一系列参数，在具有足够完整实验数据得情况下，才能得出可靠结果。按发动机工作的一个工况最大功率工况进行热计算的结果和利用经验关系的曲线，可以绘制发动机外特性并具有足够的精确性。进行外特性曲线的绘制，以柴油发动机的不同转速取各个工况点，变化范围(r/min)到 。80,35minNnn20.1,5max最高曲轴转速受限于：工作过程质量历程的
37、条件、零件的热应力以及惯性力的容许值等，最低的在满负荷时由发动机稳定工作条件确定。由于本机的转速 =4000r/min，在用 C+程序进行数据提取时，对变量Nn初始值为 500r/min，每一次迭代增量可通过设置一个 const double xnDELN=500.0，通过计算，从而得出发动机的外特性的数据。（1） 有效功率 exN= （3-ex41）500rpm 1000rpm 2000rpm 3000rpm 3500rpm11.63 24.97 49.93 61.28 57.6（2） 有效扭矩 曲线的点按以下公式确定exM= （3-ex42500rpm 1000rpm 2000rpm 30
38、00rpm 3500rpm222.2 238.6 243.5 202.3 192.221NxxNxnnxenN4103（3） 燃料有效油耗率 按以下公式确定exg=(3-43)500rpm 1000rpm 2000rpm 3000rpm 3500rpm234.6 208 192.74 228.24 265(4) 每小时耗油量 按以下公式确定TxG(3-44)=103500rpm 1000rpm 2000rpm 3000rpm 3500rpm2.73 5.19 9.62 13.99 15.33各图示如下：2.12Nxxeng柴油机外特性比较所得数据和按热计算的结果绘制的曲线的基础上，可以得到以下
39、结论：(1)发动机扭矩随着转速的提高而逐渐降低，但是降低幅度小;由于设定值的一些误差，在转速达到 1800rpm 时没达到最大值，一直随着转速的提高而逐渐降低:在发动机的整个转速范围内扭矩变化平衡，具有良好的操控性能。(2)发动机功率随着转速的提高而逐渐增大，在转速达到额定转速 3000rpm时达到额定功率;(3)油耗率的变化规律大致为:随着转速的提高先降低后升高，高效经济工作区宽，在 1500-3000rpm 工作区内有较经济的油耗，转速为 2000rpm 时油耗率达到最低为 192.2g/kWh。(4)每小时的耗油量基本上和转速成正比。3.6 本章小结由上述不同工况的热力计算和热平衡计算，
40、以标定工况来综述得到的计算结果，热力计算通过，对进气过程，压缩过程，膨胀过程，在设定一些参数如：各工况转速，过量空气系数，残余废气温度的情况下，根据一系列参考公式进行理论计算，得到了重要的工作循环参数指标。在标定工况下，柴油机参数指示：平均指示压力 1.734M ,指示效率46.1%，有效指标：平均有效压力 1.38M ，有效燃油消耗率 236.5g/kwh,机械效率 80%，柴油机最高燃烧压力 Pz=9.936MPa,活塞平均速度 8.3m/s，耗油量 13.99kg/h.发发动机升功率 Nn=16.68KW/L.3.6 曲轴的设计1.缸心距 Lo 高速四冲程（1.13-1.4）D，选取 1
41、.3D=97.5mm2.曲柄销直径 dp 在（0.6-0.63）D 选取 0.62D=46.5mm。3.主轴颈直径 dj （0.65-0.77）D 选取 0.7D=52.5mm4.曲柄臂厚度 h2 （0.21-0.265）D 选取 0.23D=17.25mm5.过度圆角半径 r （0.035-0.040）D 选取 0.035D r=2.625mm参考文献车用柴油机总体设计 符锡候 杨杰民 上海交通大学出版社柴油机原理 刘颖 华中工学院出版社内燃机学课程设计指导书 李煜辉 武汉理工大学袁兆成.内燃机设计 北京：机械工业出版社，2008.1,148周龙保.内燃机学第二版. 北京：机械工业出版社，2010.121.131杨连升.内燃机设计 北京：中国农业机械出版社，1981.58,357高文志.内燃机课程设计 北京：中国水利水电出版社，2010.11,49柴油机设计手册编辑委员会.柴油机设计手册 北京：中国农业机械出版社，1984
