發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程計(jì)算授課4講義

1、三、汽油機(jī)額定工況實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算舉例 試對一臺(tái)車用四沖程汽油機(jī)額度定工況進(jìn)行實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算。已知條件如下： 缸徑 D=92mm 沖程S=92mm 缸數(shù) i=4 15分鐘功率 轉(zhuǎn)速 n=3800r/min 壓縮比 每缸工作容積 L 曲柄半徑與連桿長度比 大氣狀態(tài)： 燃料成分： 燃料低熱值 燃燒室型式：浴盆型 1、原始參數(shù)選擇 根據(jù)所給條件，參照相似機(jī)型的統(tǒng)計(jì)資料，選擇參數(shù)如下： 過量空氣系數(shù)： =0.9 熱量利用系數(shù)： =0.9 殘余廢氣系數(shù)： 排氣終點(diǎn)溫度： 進(jìn)氣加熱溫升： = 示功圖豐滿系數(shù)： =0.96 機(jī)械效率： 平均多變壓縮指數(shù)： =1.36 平均多變膨脹指數(shù)： =1.25 2、排氣過

2、程： 排氣壓力 選 3、進(jìn)氣過程 取進(jìn)氣終點(diǎn)溫度（采用近似公式39） 充氣效率 4、壓縮過程： 壓縮終點(diǎn)壓力壓縮終點(diǎn)溫度 壓縮過程任意點(diǎn)x 處的壓力 5、燃燒過程： 熱損失 理論所需空氣量 Kmol/Kg燃料 新鮮空氣量 Kmol/Kg燃料理論上完全燃燒 時(shí)的燃燒產(chǎn)物 Kmol/Kg燃料 理論分子變更系數(shù) 實(shí)際分子變更系數(shù) 燃燒終點(diǎn)溫度 的計(jì)算： 由西安交大內(nèi)燃機(jī)原理可得： 由： 得到： 再由圖215得到： 壓力升高比燃燒壓力 6、膨脹過程： 膨脹過程任意點(diǎn)壓力 與 求法相同。 7、平均指示壓力 = =8.53 bar bar 8、指示熱效率 9、指示燃油消耗率 10、有效熱效率 11、有效燃

3、油消耗率 g/KW.h 12、平均有效壓力 bar 13、有效功率校核： KW 14、pv示功圖 利用上面計(jì)算出來的數(shù)據(jù)即可畫出pv示功圖。 15、氣缸尺寸的確定。 43 發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性計(jì)算 為了全面了解發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)，僅僅進(jìn)行額定工況的熱計(jì)算是不夠的，還必須對發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷和不同轉(zhuǎn)速下的性能指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算。而發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性能夠?qū)ζ鋭?dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、扭矩特性和使用指標(biāo)進(jìn)行分析和評價(jià)，所以，我們以發(fā)動(dòng)機(jī)外特性計(jì)算為例進(jìn)行分析。 一、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的計(jì)算方法： 1、參數(shù)分析 從前面講到的那些原始參數(shù)中： 等，在外特性計(jì)算中， 是必須選擇使用。柴油機(jī)還要選擇一個(gè)參數(shù) ，才能進(jìn)行計(jì)算。而其余的參數(shù)都有經(jīng)

4、驗(yàn)公式可供使用，再加上由于外特性計(jì)算是多工況計(jì)算，因此，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算起來要簡便得多，當(dāng)然肯定會(huì)有誤差。 2、計(jì)算工況選擇 為了作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線，至少須做出三個(gè)或四個(gè)轉(zhuǎn)速的熱力計(jì)算，且不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況選擇也各有不同。 （1）客車發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算工況可選為： 最大功率工況： (等于額定工況轉(zhuǎn)速) 最大扭矩工況： 最低穩(wěn)定工況： 最大指示功率工況： （2）載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 額定功率工況：最大扭矩工況：最低穩(wěn)定工況：最大功率工況：最大指示功率工況： （3）拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率工況：最大扭矩工況：最低穩(wěn)定工況： 超速工況： 3、目的：（1）外特性的計(jì)算程序大都從額定工況開始，根據(jù)這工況計(jì)算可以確定發(fā)動(dòng)

5、機(jī)的基本尺寸(缸徑D，沖程)和工作容積 。（2）外特性最大扭矩工況的計(jì)算是為了求出發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)系數(shù) 并分析保證該系數(shù)的途徑。（3）外特性的最低穩(wěn)定工況的計(jì)算，是為了求得發(fā)動(dòng)機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，并使其最佳。因?yàn)樽畹头€(wěn)定轉(zhuǎn)速太低會(huì)使高速功率下降。（4）最大功率和最大指示功率工況的計(jì)算和分析可以幫助我們了解發(fā)動(dòng)機(jī)功率潛力，分析強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的途徑。 汽油機(jī)外特性計(jì)算舉例： 例3：對轎車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性進(jìn)行計(jì)算。已知條件如下：壓縮比 ，在轉(zhuǎn)速 時(shí)，額定功率汽油成分： 低熱值大氣狀態(tài)： （一）工況選擇：為了作出發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，至少要作三個(gè)轉(zhuǎn)速的熱力計(jì)算。大多數(shù)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大平均壓力，一般在額定轉(zhuǎn)速的50%

6、處。因而可選以下三個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算： ，其中 可以認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 （二）原始參數(shù)的選擇 1、過量空氣空氣系數(shù) ：參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選2、進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的流量系數(shù) 3、熱量利用系數(shù)：參考轉(zhuǎn)速關(guān)系： 選0.8, 選， 選4、示功圖豐滿系數(shù) （三）排氣過程：對汽油機(jī)而言： 1、排氣終了壓力2、排氣終了溫度 1000 2300 4500 928 1029 1200 （四）進(jìn)氣過程： 1、2、進(jìn)氣壓力 （其中 ）所以，當(dāng)n=1000r/min 時(shí)，同理： 當(dāng) n=4500r/min, =0.75 3、 當(dāng)n=1000r/min 當(dāng)n=2300r/min 當(dāng)n=4500r/min 4、殘

7、余廢氣系數(shù)當(dāng)n=1000r/min 當(dāng)n=2300r/min 當(dāng)n=4500r/min 5、進(jìn)氣溫度 當(dāng)n=1000r/min 當(dāng)n=2300r/min 當(dāng)n=4500r/min 6、充氣系數(shù) 當(dāng)n=1000r/min 當(dāng)n=2300r/min 當(dāng)n=4500r/min （五）壓縮過程 1、平均多變壓縮指數(shù) 當(dāng)n=1000r/min，當(dāng)n=2300r/min， 當(dāng)n=4500r/min， 2、壓縮終點(diǎn)壓力 3、壓縮終點(diǎn)溫度 n(r/min) 1000 2300 4500 (K) 592 684 743 4、 （六）燃燒過程 1、 (Kmol/Kg燃料)2、 (Kmol/Kg燃料) 3、 Kmo

8、l/Kg燃料) 4. 5. 當(dāng)n=1000r/min， 當(dāng)n=2300r/min， 當(dāng)n=4500r/min， 6、化學(xué)損失 燃料 7. n(r/min) 1000 2300 4500 21.19 21.35 21.44 8、 = 9.由 當(dāng)n=1000r/min， =68387 有一元二次方程： 解出： =2472K 當(dāng)n=2300r/min， 解出： =2686K 當(dāng)n=4500r/min， 解出： =2679K 10、壓力升高比 11、最高燃燒壓力 n(r/min) 1000 2300 4500 54.8 55.3 44.1 (七)膨脹過程： 1、平均多變膨脹指數(shù) 由經(jīng)驗(yàn)公式 n(r/m

9、in) 1000 2300 4500 1.33 1.26 1.23 2、膨脹終點(diǎn)壓力 3、膨脹終點(diǎn)溫度 n(r/min) 1000 2300 4500 1271 1591 1685 4 (八) 性能指標(biāo) 1、平均指示壓力 和 n(r/min) 1000 2300 4500 9.05 9.94 8.07 2、機(jī)械損失壓力 由經(jīng)驗(yàn)公式 3、機(jī)械效率 n(r/min) 1000 2300 4500 0.80 1.32 2.20 0.91 0.87 0.73 4、指示熱效率 5、指示燃油消耗率 6、有效熱效率 7、平均有效壓力 8、有效燃油消耗率 n(r/min) 1000 2300 4500 (g/

10、KW.h) 302 255 247 8.24 8.65 5.89 (g/KW.h) 327 292 340 9、有效功率 由n=4500r/min， =73.6KW, =5.89, 由 （L） 當(dāng)n=1000r/min， 當(dāng)n=2300r/min， 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨向于短行程，選 根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行示功圖繪制和外特性曲線的繪制。 柴油機(jī)外特性計(jì)算舉例例4：對一柴油機(jī)的外特性進(jìn)行計(jì)算，已知條件如下： 大氣狀態(tài)： 柴油成分： 曲連比：燃燒室型式為統(tǒng)一型燃燒室。工況選擇根據(jù)柴油機(jī)外特性的特點(diǎn)，選擇計(jì)算工況如下： 額定工況： 最低穩(wěn)定工況：最大扭矩工況： 超速工況：原始參數(shù)的選擇1、示功圖豐

11、滿系數(shù) 2、進(jìn)氣系統(tǒng)阻力流量系數(shù) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 400 900 1300 1600 3、過量空氣系數(shù) 1.4 1.38 1.36 1.35 4、壓力升高比 5、熱量利用系數(shù) (三)排氣過程、排氣終了壓力由于柴油機(jī)的無經(jīng)驗(yàn)公式可用，只有選用： =1.1 2、排氣溫度由經(jīng)驗(yàn)公式 = n(r/min) 400 900 1300 1600 Tr（k） 743 816 848 865(四)進(jìn)氣過程1.由 =2.4 得到 2.進(jìn)氣壓力 n (r/min) 400 900 1300 1600 3.新鮮充量溫升 選 n(r/min) 400 900 1300 1600 4.殘余廢氣系數(shù)n (r/min

12、) 400 900 1300 1600 5.進(jìn)氣溫度 （K） n(r/min) 400 900 1300 1600 (K) 320 321 320 3206.充氣系數(shù) n (r/min) 400 900 1300 1600 （五）壓縮過程1.平均多變壓縮指數(shù)2.壓縮終點(diǎn)壓力 3.壓縮終點(diǎn)溫度 n(r/min) 400 900 1300 1600 ( ) 32 36 35 36.7 (K) 658 780 821 9184. 和(六)燃燒過程1. Kmol/Kg燃料 2.3.4.5.n(r/min) 400 900 1300 1600 6、n (r/min) 400 900 1300 1600

13、7、 n(r/min) 400 900 n(r/min) 1300 1600 8、 由 當(dāng) 時(shí)， 解得： 當(dāng) 時(shí)， 解得： 當(dāng) 時(shí)， 解得： 當(dāng) 時(shí)， 解得： 9、初期膨脹比 10、最高燃燒壓力 n (r/min) 400 900 1300 1600 60.8 68.4 63 62.39 (七)、膨脹過程： 1、平均多變膨脹指數(shù) 2、后期膨脹比3、膨脹終點(diǎn)壓力4、膨脹終點(diǎn)溫度 n(r/min) 400 900 1300 1600 (K) 894 1174 1157 1219(八)性能指標(biāo)： 1、平均指示壓力 和 2、機(jī)械損失壓力 3、機(jī)械效率n (r/min) 400 900 1300 1600 0.93 0.94 0.91 0.8