发动机工作过程计算授课4ppt课件.ppt

三、汽油机额定工况实际循环热计算举例三、汽油机额定工况实际循环热计算举例 试对一台车用四冲程汽油机额度定工况进行实际循环热计试对一台车用四冲程汽油机额度定工况进行实际循环热计算已知条件如下：算已知条件如下： 缸径缸径 D=92mm 冲程冲程S=92mm 缸数缸数 i=4 15分钟功率分钟功率 转速转速 n=3800r/min 压缩比压缩比 每缸工作容积每缸工作容积 L 曲柄半径与连杆长度比曲柄半径与连杆长度比 大气状态：大气状态： 燃料成分：燃料成分： 燃料低热值燃料低热值 燃烧室型式：浴盆型燃烧室型式：浴盆型  1、原始参数选择、原始参数选择 根根据据所所给给条条件件，，参参照照相相似似机机型型的的统统计计资资料料，，选选择择参参数数如如下：下： 过量空气系数：过量空气系数： =0.9 热量利用系数：热量利用系数： =0.9 残余废气系数：残余废气系数： =0.086 排气终点温度：排气终点温度： 进气加热温升：进气加热温升： = 示功图丰满系数：示功图丰满系数： =0.96 机械效率：机械效率： =0.83 平均多变压缩指数：平均多变压缩指数： =1.36 平均多变膨胀指数：平均多变膨胀指数： =1.25  2、排气过程：、排气过程： 排气压力排气压力 选选 3、进气过程、进气过程 取取进气终点温度（采用近似公式进气终点温度（采用近似公式3——9）） ＫＫ充气效率充气效率  4、压缩过程：、压缩过程： 压缩终点压力压缩终点压力压缩终点温度压缩终点温度 压缩过程任意点压缩过程任意点x 处的压力处的压力  5、燃烧过程：、燃烧过程： 热损失热损失 理论所需空气量理论所需空气量 Kmol/Kg燃料燃料 新鲜空气量新鲜空气量 Kmol/Kg燃料燃料理论上完全燃烧理论上完全燃烧 时的燃烧产物时的燃烧产物 Kmol/Kg燃料燃料 理论分子变更系数理论分子变更系数 实际分子变更系数实际分子变更系数 燃烧终点温度燃烧终点温度 的计算：的计算： 由西安交大《内燃机原理》可得：由西安交大《内燃机原理》可得： 由：由： 得到：得到： 再由图再由图2————15得到：得到： 压力升高比压力升高比燃烧压力燃烧压力  6、膨胀过程：、膨胀过程： ①①②②③③膨胀过程任意点压力膨胀过程任意点压力 与与 求法相同。

求法相同  7、平均指示压力、平均指示压力 = =8.53 bar bar bar 8、指示热效率、指示热效率  9、指示燃油消耗率、指示燃油消耗率 g/KW.h10、、有效热效率有效热效率 11、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率 g/KW.h  12、平均有效压力、平均有效压力 bar 13、有效功率校核：、有效功率校核： KW 14、、p—v示功图示功图 利用上面计算出来的数据即可画出利用上面计算出来的数据即可画出p—v示功图 15、气缸尺寸的确定。

气缸尺寸的确定 4—3 发动机工作特性计算发动机工作特性计算 为为了了全全面面了了解解发发动动机机性性能能指指标标，，仅仅仅仅进进行行额额定定工工况况的的热热计计算算是是不不够够的的，，还还必必须须对对发发动动机机不不同同负负荷荷和和不不同同转转速速下下的的性性能能指指标标进进行行分分析析计计算算而而发发动动机机的的外外特特性性能能够够对对其其动动力力性性、、经经济济性性、、扭扭矩矩特特性性和和使使用用指指标标进进行行分分析析和和评评价价，，所以，我们以发动机外特性计算为例进行分析所以，我们以发动机外特性计算为例进行分析 一、发动机外特性的计算方法：一、发动机外特性的计算方法： 1、参数分析、参数分析 从前面讲到的那些原始参数中：从前面讲到的那些原始参数中： 等，在外特性计等，在外特性计算中，算中， 是必须选择使用是必须选择使用柴油机还要选择一个参数柴油机还要选择一个参数 ，才能进行计算才能进行计算而其余的参数都有经验公式可供使用，再加上由于而其余的参数都有经验公式可供使用，再加上由于外特性计算是多工况计算，因此，用经验公式计算外特性计算是多工况计算，因此，用经验公式计算起来要简便得多，当然肯定会有误差。

起来要简便得多，当然肯定会有误差 2、计算工况选择、计算工况选择 为了作出发动机的外特性曲线，至少须做出三个或四个为了作出发动机的外特性曲线，至少须做出三个或四个转速的热力计算，且不同的发动机工况选择也各有不同转速的热力计算，且不同的发动机工况选择也各有不同 （（1）客车发动机的计算工况可选为：）客车发动机的计算工况可选为： 最大功率工况：最大功率工况： (等于额定工况转速等于额定工况转速) 最大扭矩工况：最大扭矩工况： 最低稳定工况：最低稳定工况： 最大指示功率工况：最大指示功率工况：  （（2）载重汽车发动机）载重汽车发动机 额定功率工况：额定功率工况：最大扭矩工况：最大扭矩工况：最低稳定工况：最低稳定工况：最大功率工况：最大功率工况：最大指示功率工况：最大指示功率工况：  （（3）拖拉机发动机）拖拉机发动机额定功率工况：额定功率工况：最大扭矩工况：最大扭矩工况：最低稳定工况：最低稳定工况： 超速工况：超速工况：  3、目的：、目的：（（1））外外特特性性的的计计算算程程序序大大都都从从额额定定工工况况开开始始，，根根据据这这工工况况计计算算可可以以确确定定发发动动机机的的基基本本尺尺寸寸(缸缸径径D，，冲冲程程)和和工工作作容积容积 。

2））外外特特性性最最大大扭扭矩矩工工况况的的计计算算是是为为了了求求出出发发动动机机的的适适应系数应系数 并分析保证该系数的途径并分析保证该系数的途径3））外外特特性性的的最最低低稳稳定定工工况况的的计计算算，，是是为为了了求求得得发发动动机机的的最最低低稳稳定定转转速速，，并并使使其其最最佳佳因因为为最最低低稳稳定定转转速速太太低低会会使高速功率下降使高速功率下降4）最大功率和最大指示功率工况的计算和分析可以帮）最大功率和最大指示功率工况的计算和分析可以帮助我们了解发动机功率潜力，分析强化发动机的途径助我们了解发动机功率潜力，分析强化发动机的途径 汽油机外特性计算举例：汽油机外特性计算举例： 例例3：：对对轿轿车车汽汽油油发发动动机机外外特特性性进进行行计计算算已已知知条条件如下：件如下：压缩比压缩比 ，在转速，在转速 时，额定功率时，额定功率汽油成分：汽油成分： 低热值低热值大气状态：大气状态：  （一）工况选择：（一）工况选择：为为了了作作出出发发动动机机的的外外特特性性，，至至少少要要作作三三个个转转速速的的热热力力计计算算。

大大多多数数的的汽汽油油发发动动机机的的最最大大平平均均压压力力，，一一般般在在额额定定转转速速的的50%处因而可选以下三个转速进行计算：处因而可选以下三个转速进行计算： ，，其中其中 可以认为是发动机满负荷工作时的最可以认为是发动机满负荷工作时的最低稳定转速低稳定转速  （二）原始参数的选择（二）原始参数的选择 1 1、过量空气空气系数、过量空气空气系数 ：参考统计数据，选：参考统计数据，选2 2、进气系统阻力的流量系数、进气系统阻力的流量系数 3 3、热量利用系数：参考转速关系：、热量利用系数：参考转速关系： 选选0.8, 0.8, 选选0.880.88，， 选选0.870.874 4、示功图丰满系数、示功图丰满系数  （三）排气过程：（三）排气过程：对汽油机而言：对汽油机而言： 1、排气终了压力、排气终了压力2 2、排气终了温度、排气终了温度 1000 2300 4500 1000 2300 4500 1.07 1.15 1.30 1.07 1.15 1.30 928 1029 1200 928 1029 1200  （四）进气过程：（四）进气过程： 1、、2、进气压力、进气压力 （其中（其中 ））所以，当所以，当n=1000r/min 时，时，同理：同理： 当当n=2300r/min, =0.92n=2300r/min, =0.92 n=4500r/min, =0.75 n=4500r/min, =0.75 3、、 当当n=1000r/minn=1000r/min 当当n=2300r/min n=2300r/min 当当n=4500r/min n=4500r/min  4、残余废气系数、残余废气系数当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min  5、进气温度、进气温度 当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min  6、充气系数、充气系数 当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min  （五）压缩过程（五）压缩过程 1、平均多变压缩指数、平均多变压缩指数 当当n=1000r/min，，当当n=2300r/min，， 当当n=4500r/min，，  2、压缩终点压力、压缩终点压力 3、压缩终点温度、压缩终点温度 n(r/min) 1000 2300 4500 12.2 13.1 11.4 (K) 592 684 743  4、、 （六）燃烧过程（六）燃烧过程 1、、 (Kmol/Kg燃料燃料)2、、 (Kmol/Kg燃料燃料) 3、、 Kmol/Kg燃料燃料)  4. 5. 当当n=1000r/min，， 当当n=2300r/min，， 当当n=4500r/min，，  6、化学损失、化学损失 燃料燃料 7. n(r/min) 1000 2300 4500 21.19 21.35 21.44  8、、 ==  9.由由 当当n=1000r/min，， =68387 有一元二次方程：有一元二次方程： 解出：解出： =2472=2472K K 当当n=2300r/minn=2300r/min，， 解出：解出： =2686 =2686K K 当当n=4500r/min，， 解出：解出： =2679=2679K K  10、压力升高比、压力升高比 11、、最高燃烧压力最高燃烧压力 n(r/min) 1000 2300 4500 4.49 4.22 3.87 54.8 55.3 44.1  (七七)膨胀过程：膨胀过程： 1 1、平均多变膨胀指数、平均多变膨胀指数 由经验公式由经验公式 n(rn(r/min) 1000 2300 4500 /min) 1000 2300 4500 1.33 1.26 1.23 2、膨胀终点压力、膨胀终点压力 3、膨胀终点温度、膨胀终点温度 n(r/min) 1000 2300 45001000 2300 4500 3.76 4.37 3.703.76 4.37 3.70 1271 1591 16851271 1591 1685 4 (八八) 性能指标性能指标 1、平均指示压力、平均指示压力 和和  n(r/min) 1000 2300 4500 9.43 10.35 8.41 9.05 9.94 8.07 2、机械损失压力、机械损失压力 由经验公式由经验公式 3、机械效率、机械效率 n(r/min) 1000 2300 4500 0.80 1.32 2.20 0.91 0.87 0.73  4、指示热效率、指示热效率 5、指示燃油消耗率、指示燃油消耗率 6、有效热效率、有效热效率 7、平均有效压力、平均有效压力 8、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率  n(r/min) 1000 2300 4500 0.27 0.32 0.33 (g/KW.h) 302 255 247 8.24 8.65 5.89 0.25 0.28 0.24 (g/KW.h) 327 292 340  9、有效功率、有效功率 由由n=4500r/min，， =73.6KW, =5.89, 由由 （（L L）） 当当n=1000r/min，， 当当n=2300r/min，， 现代发动机发展趋向于短行程，选现代发动机发展趋向于短行程，选 根据上面的计算数据，可以进行示功图绘制和外特性曲线的绘制。

n柴油机外特性计算举例n例4：对一柴油机的外特性进行计算，已知条件如下：n 大气状态： n n 柴油成分： n曲连比：n燃烧室型式为统一型燃烧室n工况选择n根据柴油机外特性的特点，选择计算工况如下：n 额定工况： n最低稳定工况：n最大扭矩工况：n 超速工况：n原始参数的选择n1、示功图丰满系数 n2、进气系统阻力流量系数 n n 转速n(r/min) 400 900 1300 1600 3、过量空气系数 1.4 1.38 1.36 1.35 4、压力升高比 1.9 1.9 1.8 1.75、热量利用系数 0.8 0.85 0.75 0.65n(三)排气过程n１、排气终了压力由于柴油机的无经验公式可用，只有选用：n =1.1 n2、排气温度由经验公式n =n n(r/min) 400 900 1300 1600 n Tr（k） 743 816 848 865n(四)进气过程n1.n由 =2.4 得到 =2.4× =3.84n2.进气压力 nn (r/min) 400 900 1300 1600 n ( ) 0.98 0.93 0.86 0.80n3.新鲜充量温升 n选 nn(r/min) 400 900 1300 1600 n ( ) 17.5 16.5 15.6 15.0n4.残余废气系数nn (r/min) 400 900 1300 1600 n 0.03 0.03 0.03 0.03n5.进气温度 n （K） nn(r/min) 400 900 1300 1600 n (K) 320 321 320 320n6.充气系数 nn (r/min) 400 900 1300 1600 n 0.916 0.868 0.80 0.741n（五）压缩过程n1.平均多变压缩指数n2.压缩终点压力 n 3.压缩终点温度n n(r/min) 400 900 1300 1600n 1.26 1.32 1.34 1.35n ( ) 32 36 35 36.7 n (K) 658 780 821 918n4. 和n(六)燃烧过程n1. Kmol/Kg燃料 n2.n3.n4.n5.nn(r/min) 400 900 1300 1600n 0.693 0.683 0.673 0.668n 0.725 0.715 0.705 0.70n 1.046 1.047 1.048 1.048n 1.045 1.046 1.047 1.047 n6、nn (r/min) 400 900 1300 1600n 21.3 21.5 21.6 21.8n7、 n n(r/min) 400 900 n n(r/min) 1300 1600 n8、n 由 n当 时，n 解得： n当 时，n 解得： n当 时，n 解得： n当 时，n 解得： n9、初期膨胀比 n10、最高燃烧压力 nn (r/min) 400 900 1300 1600n 1.461 1.357 1.29 1.179n 60.8 68.4 63 62.39 n(七)、膨胀过程：n 1、平均多变膨胀指数 n2、后期膨胀比n3、膨胀终点压力n4、膨胀终点温度n n(r/min) 400 900 1300 1600n 1.28 1.20 1.18 1.14n 10.95 11.79 12.4 13.57n 2.84 3.54 3.23 3.19n (K) 894 1174 1157 1219n(八)性能指标：n 1、平均指示压力 和 n 2、机械损失压力n 3、机械效率nn (r/min) 400 900 1300 1600n 7.98 12.27 10.76 9.86n 7.66 11.77 10.33 9.47n 0.56 0.76 0.92 1.04n 0.93 0.94 0.91 0.89 n4、指示热效率 n5、指示燃油消耗率 n6、有效热效率 n7、有效压力 n8、有效燃油消耗率nn (r/min) 400 900 1300 1600n 0.33 0.52 0.49 0.48n (g/KW.h) 257 163 173 177n 0.307 0.489 0.446 0.427n 7.12 11.06 9.40 8.43n (g/KW.h) 276 173 190 198n9、有效功率n 由n=1300r/min， =43.4KW, n 当n=400r/min 时，n当n=900r/min 时，n当n=1600r/min 时，n （九）气缸尺寸确定n 选 n（十） 的求得。

n（十一） 根据上面的计算数据，可以进行示功图绘制和外特性曲线的绘制。