內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(共37頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上中南大學(xué)內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 題 車(chē)用汽油機(jī)熱力設(shè)計(jì) 學(xué) 院 能源科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)生姓名 羅紫英指導(dǎo)教師 蔣受寶專(zhuān)業(yè)班級(jí) 熱動(dòng)工程試驗(yàn)1301班學(xué) 號(hào) 2016年9月9日專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、題目：車(chē)用汽油機(jī)熱力設(shè)計(jì)二、給定參數(shù)：1. 發(fā)動(dòng)機(jī)排量：3.2L。2汽油重量成分：C0.855 ，H=0.145， O=0.000。3汽油的低位發(fā)熱值：Hu=43070kJ/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

2、外特性計(jì)算與外特性曲線圖。5繪制連桿零件圖（A2）。四、設(shè)計(jì)要求1編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份，1.2萬(wàn)字左右（2025頁(yè)）。2用計(jì)算機(jī)書(shū)寫(xiě)文本，用AutoCAD繪圖。3公式要有出處，符號(hào)要有說(shuō)明。1 方案選擇及總體設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)總體設(shè)計(jì)和方案選擇是設(shè)計(jì)工作的第一階段，在產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)中要選擇和確定內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，在進(jìn)行熱計(jì)算和外特性計(jì)算及主要零部件設(shè)計(jì)前，首先要選擇零部件的類(lèi)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。1.1 汽油機(jī)主要參數(shù)的確定1.1.1 沖程數(shù)的選擇四沖程二沖程汽油機(jī)和四沖程汽油機(jī)相比，盡管當(dāng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工

3、作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相同時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)較均勻平穩(wěn)；并且其構(gòu)造簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，使用方便。但同時(shí)二沖程相比四沖程有以下主要缺點(diǎn)： 1) 二沖程汽油機(jī)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(jī)約高5060）,而且氣缸內(nèi)壓力總是大于一個(gè)大氣壓，使活塞環(huán)在環(huán)槽中活動(dòng)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(duì)潤(rùn)滑不利。使二沖程汽油機(jī)的使用可靠性與壽命不如四沖程汽油機(jī)。 2) 二沖程汽油機(jī)換氣質(zhì)量差，使燃燒條件變差，同時(shí)帶動(dòng)換氣泵也需要消耗一部分功率，且有一部分新鮮可燃混合氣

4、隨同廢氣排出，因此其燃油經(jīng)濟(jì)性比較差。 3) 二沖程汽油機(jī)熱負(fù)荷較高，因而對(duì)機(jī)油質(zhì)量要求比四沖程汽油機(jī)高；由于機(jī)油容易竄入掃氣孔和排氣孔邊緣，隨氣流進(jìn)入氣缸燃燒或從排氣管排出，因此，機(jī)油的消耗率較大。 4) 高壓泵與噴油嘴的工作較繁重，壽命較短。此外，二沖程汽油機(jī)的噪音、排氣污染都比四沖程汽油機(jī)嚴(yán)重。 因此，在本設(shè)計(jì)中選四沖程汽油機(jī)（=4）。1.1.2 氣缸數(shù)和布置方式的選擇六缸、直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)和氣缸布置方式，對(duì)其外形尺寸、平衡性和制造成本等都有很大影響。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是按發(fā)動(dòng)機(jī)排量分等級(jí)的，例如1L、2L、2.5L等指的就是發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)排量等于氣缸的排量與氣缸數(shù)的乘積，而氣缸排

5、量又是活塞頂面面積與發(fā)動(dòng)機(jī)活塞行程的乘積，所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)排量相等的條件下，氣缸數(shù)越多，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(jī)的升功率和缸數(shù)的平方成正比。也就是說(shuō)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)比較緊湊輕巧，往復(fù)質(zhì)量平穩(wěn)性好，轉(zhuǎn)矩勻稱(chēng)性得到改善，使多缸發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平順，而且啟動(dòng)容易，加速響應(yīng)性好。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(duì)增大，制造成本也相應(yīng)提高。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)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缸最多。 對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一

6、般采用兩種氣缸排列方式，一種是單列式，亦稱(chēng)L式，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以使用一個(gè)整體式氣缸蓋，單列式發(fā)動(dòng)機(jī)可以是氣缸直列的（即直列式發(fā)動(dòng)機(jī)）；也可以是斜置式或水平安置的， 圖1-1直列式 圖1-2 V形發(fā)動(dòng)機(jī)中氣缸直列的和斜置的比較多。另 外一種氣缸排列方式是兩列氣缸成V型布置的V型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是總體結(jié)構(gòu)比較緊湊，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度和高度尺寸比較小，在汽車(chē)上布置起來(lái)比較方便。缺點(diǎn)是機(jī)體形狀比較復(fù)雜，至少需要使用兩個(gè)氣缸蓋，所以制造成本較高。當(dāng)V型夾角為180°時(shí)，則稱(chēng)對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)，在汽車(chē)?yán)镉玫幂^少。 六缸以下的發(fā)動(dòng)機(jī)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的角度，后者是為了

7、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度多用于小轎車(chē)。氣缸軸臥式內(nèi)燃機(jī)，機(jī)器總高度大大減小，可以布置在汽車(chē)底盤(pán)中部的車(chē)廂地板下面，有利于改善汽車(chē)面積的利用率、視野性、操作性和機(jī)動(dòng)性好，適用于大型客車(chē)和重型貨車(chē)。 排量1L以下的轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)是L3發(fā)動(dòng)機(jī)（單列式3缸發(fā)動(dòng)機(jī)）；而排量在1L和2L且發(fā)動(dòng)機(jī)前置并前驅(qū)的轎車(chē)和輕型貨車(chē)大多數(shù)采用L4發(fā)動(dòng)機(jī)；L5發(fā)動(dòng)機(jī)常用在發(fā)動(dòng)機(jī)前置，而用L4發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度太小，用L6發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度又太長(zhǎng)的場(chǎng)合，但L5發(fā)動(dòng)機(jī)平衡性差，需加上一套比較復(fù)雜的平衡機(jī)構(gòu)，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，用的比較少；L6發(fā)動(dòng)機(jī)常用在排量為2L-3L的中高級(jí)轎車(chē)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和中型以上的各種客貨載重車(chē)的自然吸氣和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，其

8、平衡性比4缸、5缸都要好，增壓時(shí)對(duì)排氣脈沖的利用率也最好。 V型排列，發(fā)動(dòng)機(jī)空間利用率高，且很好的降低了工作重心，有利于提高汽車(chē)的操控性，和平衡性。60°夾角的V型機(jī)是現(xiàn)在比較普遍的，由于夾角比90°的V型機(jī)要小，所以曲軸受發(fā)動(dòng)機(jī)的剪力要小些，所以曲軸制造相對(duì)簡(jiǎn)單些，90°的V型機(jī)（奔馳新S級(jí)裝備的V6機(jī)）承受的剪力就要大些，但是它的好處是可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，從而降低整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)的高度，也就有益于降低整個(gè)車(chē)身的重心，這對(duì)于提高汽車(chē)的操控性能是很好的。 本次采用6缸，即i=6，直列式內(nèi)燃機(jī)。1.1.3 行程及其缸徑的比值行程S及其缸徑D的比值S/D是對(duì)汽油機(jī)結(jié)構(gòu)和

9、性能有重大影響的參數(shù)。合理地選擇S/D應(yīng)考慮以下因素：1）選用較小的S/D，可減小汽油機(jī)的高度、寬度和重量。2）S/D減小是，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速可增加，提高了汽油機(jī)的升功率，但增加了運(yùn)動(dòng)件的慣性力和汽油機(jī)的噪聲。3）S/D比值過(guò)小，特別是對(duì)直噴式燃燒室的汽油機(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之間需要更小的間隙，這就增加制造上的困難。入間隙不能保證，將使發(fā)動(dòng)機(jī)各性能指標(biāo)難以達(dá)到。一般汽車(chē)用V型汽油機(jī)大多選用較小的S/D值，直列式采用較大的S/D值，即使汽車(chē)型號(hào)相同時(shí)，也可以采用不同的行程，以滿(mǎn)足不同用途的需要。目前高速柴油機(jī)來(lái)說(shuō)S/D值在0.91.15范圍內(nèi)，中速柴

10、油機(jī)為11.25，低速柴油機(jī)則為1.62.2，汽油機(jī)的S/D則在0.81.2范圍內(nèi)（參考文獻(xiàn)1）。本次采用的是S/D=1.10。1.1.4 缸徑和行程 由，代入S/D=1.10，i=6，V=3.2L得： D=85mm，S=94mm1.1.5 活塞平均速度 活塞平均速度表征汽油機(jī)高速性和強(qiáng)化程度的一項(xiàng)主要指標(biāo)，對(duì)汽油機(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，汽油機(jī)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(jì)?。侯~定轉(zhuǎn)速n=5000rpm，可得本設(shè)計(jì)活塞平均速度為=15.7m/s

11、；怠速轉(zhuǎn)速n=900rpm,可得本設(shè)計(jì)活塞平均速度為=2.82m/s；最大扭矩轉(zhuǎn)速n=2500rpm,可得本設(shè)計(jì)活塞平均速度為=7.83m/s；最大功率（速度）工況n=6000rpm,可得本設(shè)計(jì)活塞平均速度為=18.8m/s；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，使運(yùn)動(dòng)件的慣性力增大，同時(shí)活塞、氣缸和氣缸蓋的熱負(fù)荷也相應(yīng)增加。提高活塞平均速度使汽油機(jī)零件的磨損加快，縮短了汽油機(jī)的大修期?；钊骄俣鹊奶岣撸鼓Σ凉β蕮p失迅速增加，機(jī)械效率降低，燃油消耗率升高。進(jìn)、排氣阻力隨著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，汽油機(jī)的平衡、振動(dòng)和噪聲等問(wèn)題突出。一

12、般汽油機(jī)總噪聲強(qiáng)度約與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。1.1.6 氣缸中心距及其與缸徑的比值 氣缸中心距其與缸徑的比值，是表征汽油機(jī)長(zhǎng)度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)，它與汽油機(jī)的強(qiáng)化程度、氣缸排列和機(jī)體的剛度有關(guān)。 選擇氣缸中心距是應(yīng)考慮以下因素： 1) 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(xiāo)的長(zhǎng)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(qiáng)度和剛度。 式中：為氣缸中心距單位：mm；為主軸承長(zhǎng)度單位：mm；為曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度單位：mm；h為曲柄臂厚度，mm。 2) 氣缸套型式和水套的布置。 3) 氣缸蓋的布置。氣缸中心距與氣缸蓋固定螺栓、進(jìn)排氣道和冷卻水道的布置密切相關(guān)

13、，并將直接影響汽油機(jī)的性能、可靠性和壽命，對(duì)缸徑較小的多缸汽油機(jī)可采用整體式氣缸蓋以縮小氣缸中心距。 從增強(qiáng)機(jī)體剛度著眼，目前高速汽油機(jī)缸心距有縮小的趨勢(shì)。目前汽油機(jī)的/D值：其值一般在1.161.22之間（參考文獻(xiàn)6），本次設(shè)計(jì)取1.20。 故本設(shè)計(jì)中/D取1.20，=1.20*85=102mm。1.1.7 曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比 曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度比，即，是一項(xiàng)確定連桿長(zhǎng)度的重要參數(shù)，行程S確定以后，選擇主要考慮以下因素： 1) 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(jī)高速化，并可降低直列式汽油機(jī)的高度，減輕汽油機(jī)重量。 2) 較大的值，雖縮短了連桿長(zhǎng)度，但增加連桿擺角

14、和活塞側(cè)壓力，對(duì)缸套磨損不利。 3) 在選擇連桿長(zhǎng)度是，要保證在下止點(diǎn)時(shí)不與曲軸平衡塊碰，活塞在上止點(diǎn)時(shí)曲柄不與缸套相碰。 小型高速化汽油機(jī)值較高，一般在0.270.31之間（參考文獻(xiàn)6）。 根據(jù)本機(jī)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選值為0.3。 由活塞行程S可知：曲軸半徑R=S/2=94/2=47mm，可知連桿長(zhǎng)度l=R/=47/0.3=156.67mm。1.1.8 燃燒室的選擇燃燒室設(shè)計(jì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)，火焰?zhèn)鞑ニ俾始胺艧崧?，傳熱損失及爆燃，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。對(duì)燃燒室有兩點(diǎn)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(shí)具有一定的氣流運(yùn)動(dòng)，提高混

15、合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時(shí)和充分的燃燒。車(chē)用汽油機(jī)的典型燃燒室形狀有以下類(lèi)型： 1) 楔形燃燒室，這是車(chē)用汽油機(jī)采用比較廣泛的燃燒室，這種燃燒室有較高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但由于混合氣過(guò)分集中在火花塞處，使初期燃燒速率和壓力升高比大，工作顯得粗暴一些。 2) 浴盆形燃燒室，有擠氣面積，但由于燃燒室的形狀，擠氣的效果比較差，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x比較長(zhǎng)，燃燒速率比較低，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，且浴盆形燃燒室的面容比F/V較大，對(duì)HC的排放是不利的，但壓力升高比低，工作柔和，NOx排放低。 3) 碗形燃燒室，全部機(jī)加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑，緊湊，擠流效果好，壓縮比可高達(dá)11。 4) 半球形燃燒室，

16、由于具有弧形氣缸蓋而特別適合于二沖程汽油機(jī)，因此各種用途的二沖程汽油機(jī)都采用半球形燃燒室。 5) 其他燃燒室類(lèi)型。 綜上所述，設(shè)計(jì)采用半球型燃燒室。1.1.9 壓縮比 壓縮比直接影響汽油機(jī)的性能、機(jī)械負(fù)荷、啟動(dòng)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，增大壓縮比也可使汽油機(jī)的啟動(dòng)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(jī)械負(fù)荷增加，對(duì)汽油機(jī)的使用壽命有影響。 選擇最佳壓縮比應(yīng)綜合分析燃燒室的型狀、熱效率、啟動(dòng)性能和機(jī)械負(fù)荷等方面的影響。目前，車(chē)用汽油機(jī)的壓縮比大多在612之間。根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上本機(jī)型的技術(shù)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)取值為9.0。1.1.1

17、0 發(fā)火次序的選擇汽油機(jī)的發(fā)火順序與汽油機(jī)的運(yùn)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(jī)的發(fā)火次序可有更多的方案。選擇發(fā)火次序時(shí)，主要考慮以下因素： 1)平衡性能和曲柄排列 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(jī)的平衡情況。 2)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)性能 在不同的共振轉(zhuǎn)速下，扭振振幅的相對(duì)值決定于各臨界轉(zhuǎn)速下各缸輸入能量的相對(duì)矢量和的大小，而相對(duì)矢量的大小部分地決定于單缸切向力簡(jiǎn)諧分量相對(duì)值的大小，并和扭振形式有關(guān)。 3）軸承負(fù)荷 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

18、能大些。 總之在選擇發(fā)火次序的時(shí)候，首先考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡和軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。一般情況下，先按發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡性能，選擇曲柄的排列型式，然后按扭振性能、軸承負(fù)荷和排氣管布置來(lái)確定發(fā)火次序。 根據(jù)本機(jī)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選取的發(fā)火次序?yàn)椋?-5-3-6-2-4?，F(xiàn)將本設(shè)計(jì)的方案選擇列表如下表1-1:表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)果氣缸數(shù)i6行程缸徑比S/D1.10活塞平均速度15.7氣缸布置型式單列直列式?jīng)_程數(shù)4氣缸中心距/mm102中心距缸徑比1.20壓縮比9.0連桿長(zhǎng)度與曲柄半徑比0.3發(fā)火次序1-5-3-6-2-4活塞行程S/mm941.2 汽油機(jī)的總體布置（1）汽油機(jī)總體布置的一般要求

19、如下： 1）布置緊湊，外形尺寸小，外觀整齊，外接管路盡量少。 2）經(jīng)常需要保養(yǎng)的零部件，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(duì)經(jīng)常檢查調(diào)整的氣門(mén)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。 3）應(yīng)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)汽油機(jī)配套所提出的各項(xiàng)合理要求。多種用途汽油機(jī)的總體布置，首先應(yīng)滿(mǎn)足主要用途的配套要求，還要考慮到變型機(jī)型的有關(guān)問(wèn)題。 4）具有良好的加工和裝配工藝性。 5）汽油機(jī)起吊、存放和安裝方便。 6）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。（2）汽油機(jī)的總體布置如下： 1）凸輪軸的布置 直列式汽油機(jī)凸輪軸的橫向位置，在不與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相碰

20、的條件下，應(yīng)盡可能靠近 氣缸中心線。本設(shè)計(jì)凸輪軸布置在氣缸蓋上部，直接驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，其配氣結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小，適用于高速汽油機(jī)。 2）噴油泵的布置 本設(shè)計(jì)采用一只整體泵，布置在汽油機(jī)的側(cè)面。噴油器和噴油泵布置在同側(cè)，縮短高油管的長(zhǎng)度。 3）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置 由于傳動(dòng)齒輪布置在自由端的優(yōu)點(diǎn)是曲軸前軸直徑小，齒輪尺寸比較小，拆裝方便，便于維護(hù)保養(yǎng)，多用于中小功率汽油機(jī)。故本設(shè)計(jì)采用此種布置方式。 4）機(jī)油泵的布置 機(jī)油泵的布置與其傳動(dòng)方法、機(jī)油管路布置以及汽油機(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，有主動(dòng)齒輪通過(guò)惰齒輪傳動(dòng)，這種布置的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)油泵無(wú)需油封機(jī)構(gòu)，軸承潤(rùn)滑條件好，機(jī)油泵安裝位置較低，汽油

21、機(jī)啟動(dòng)后，瞬時(shí)既能吸上機(jī)油。 5）水泵的布置 本設(shè)計(jì)采用離心式水泵。為避免水漏人機(jī)體導(dǎo)致機(jī)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(shí)發(fā)現(xiàn)漏水并加以檢修。通常將水泵布置在汽油機(jī)的外部。1.3 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)汽油機(jī)重要參數(shù)的選擇和總體布置兩方面進(jìn)行確定，并對(duì)確定原因做出了詳盡說(shuō)明，得出了具體參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)放入總體布置方式。 汽油機(jī)方案為：四沖程水冷，設(shè)計(jì)行程缸徑比為S/D=1.10，活塞平均速度=15.7m/s，氣缸布置型式為單列式，壓縮比為=9.0，氣缸中心距=102mm，曲柄連桿比為=0.3，為半球形燃燒室，發(fā)火次序?yàn)?-5-3-6-2-4。2 熱計(jì)算與熱平衡 內(nèi)

22、燃機(jī)的主要參數(shù)是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行熱計(jì)算而得到的，因此，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要選取一些基本參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行熱計(jì)算，在計(jì)算中要引進(jìn)一些必要的基本原則作為選取原始參數(shù)的依據(jù)，無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱計(jì)算，還是發(fā)動(dòng)機(jī)的后續(xù)計(jì)算都可以采用這些參數(shù)。 對(duì)于車(chē)用汽油機(jī)的熱計(jì)算，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為六個(gè)氣缸（i=6），熱計(jì)算用分析法可以有足夠的準(zhǔn)確程度來(lái)確定新設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)以及校核現(xiàn)實(shí)工作汽油機(jī)實(shí)際循環(huán)的完善程度。 本章節(jié)將從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析：燃料、工質(zhì)參數(shù)、周?chē)橘|(zhì)參數(shù)和剩余氣體、進(jìn)氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、膨脹過(guò)程、工作循環(huán)指示參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)、汽油機(jī)示功圖的繪制、熱平衡、汽油機(jī)外特性計(jì)算等方面。2

23、.1 熱計(jì)算2.1.1 燃料燃燒及成分確定 燃料的平均元素成分和分子量：C=0.855 ,H=0.145 ,O=0.000 燃料低位發(fā)熱值： =43070kJ/kg。（1）工質(zhì)參數(shù)燃燒1Kg汽油燃料，理論上所必須的空氣量 =1.193*( =0.513 式中、分別為三種元素質(zhì)量比。過(guò)量空氣系數(shù)是燃燒1kg燃料時(shí)，實(shí)際空氣量L與理論空氣量之比。降低值是強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的有效方法之一，對(duì)于給定功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，減小過(guò)量空氣系數(shù)，則可以減小氣缸尺寸。但是隨著的降低，會(huì)引起燃燒不完全，惡化了經(jīng)濟(jì)性，并增大發(fā)動(dòng)機(jī)的熱應(yīng)力。汽油機(jī)的取值范圍一般是0.80.96之間（參考文獻(xiàn)9）。 本設(shè)計(jì)取=0.4(怠速），

24、0.85（最大扭矩），0.95（額定工況），0.8（最大轉(zhuǎn)速）。（2） 新鮮充量 =0.513（3）燃燒產(chǎn)物單獨(dú)成分?jǐn)?shù)量 =0.142-0.071kmol/kg=0.142-0.142kmol/kg=0.001+0.071kmol/kg=0.071-0.071kmol/kg=0.406kmol/kg 式中：0.208為1kmol容積的空氣中氧氣所占的比例;0.792為1kmol容積的空氣中氮?dú)馑嫉谋壤?；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)，汽油K=0.450.5（參考文獻(xiàn)5），取K=0.50。 （3）燃燒產(chǎn)物的總量 =0.143+0.548kmol/kg計(jì)算結(jié)果求得如下表

25、2-1：表2-1 燃燒產(chǎn)物的成分質(zhì)量n 9000.600 0.513 0.310 0.014 0.057 0.044 0.028 0.244 0.472 20000.850 0.513 0.440 0.050 0.021 0.061 0.011 0.345 0.609 50000.950 0.513 0.490 0.064 0.007 0.068 0.004 0.386 0.664 60000.800 0.513 0.410 0.043 0.028 0.058 0.014 0.325 0.581 2.1.2 周?chē)橘|(zhì)參數(shù)和剩余氣體 在非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，參考本機(jī)特點(diǎn)及汽油機(jī)一般參考資料，選取參

26、數(shù)如下： 周?chē)橘|(zhì)壓力： 周?chē)橘|(zhì)溫度： 剩余氣體溫度： 殘余廢氣的溫度是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型式、壓縮比、轉(zhuǎn)速及過(guò)量空氣系數(shù)等因素決定的，其值處于下列范圍：汽油機(jī)9001000k，這里取:。 在確定Tr的過(guò)程中必須注意到，當(dāng)壓縮比提高和工作混合氣加濃時(shí)，殘余廢氣的溫度便下降，而發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速升高時(shí)則Tr值升高。 剩余氣體壓力：Pr=1.05P0=1.05x0.1013=0.106MPa 充氣過(guò)程開(kāi)始之前，發(fā)動(dòng)機(jī)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V0之中。剩余氣體壓力值影響因素有氣門(mén)數(shù)量及氣門(mén)布置形式、進(jìn)排氣通道的主阻力、配氣相位、增壓特征、發(fā)動(dòng)機(jī)的高速性、負(fù)荷情況、冷卻系統(tǒng)及其他許多

27、因素。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)教材上的經(jīng)驗(yàn)，汽油機(jī)排氣終點(diǎn)壓力一般為Pr=1.05P0=1.05x0.1013=0.106MPa。2.1.3 進(jìn)氣過(guò)程 為得到良好的發(fā)動(dòng)機(jī)充氣，在標(biāo)定速度工況上，對(duì)于四沖程汽油機(jī)，新鮮充量的預(yù)熱溫度T的數(shù)值如下：（0-20）。這里取額定工況T=20。 (1) 進(jìn)氣的充氣密度r式中：進(jìn)氣充氣密度，kg/m³；Rg為氣體常數(shù)，Rg=287J/kg.K；其余符號(hào)如前所述。 (2) 進(jìn)氣壓力損失Pa 由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力和氣缸中充量運(yùn)動(dòng)速度的衰減所引起的壓力損失Pa，采用某些假設(shè)后可以有伯努利方程求得： 現(xiàn)代汽車(chē)汽油機(jī)在額定工

28、況下：=2.54.0及=50130m/s，對(duì)于進(jìn)氣系統(tǒng)加工過(guò)的內(nèi)表面，可以取=2.7和=70m/s。這是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度工況和考慮到在增壓和非增壓汽油機(jī)的進(jìn)氣系數(shù)不大的流體阻力來(lái)選取的。進(jìn)氣終了壓力：Pa=Pk-Pa=0.1013-0.00797=0.0933MPa 式中：Pa為進(jìn)氣終了時(shí)壓力，單位為MPa；Pa為進(jìn)氣壓力損失，單位是MPa；其他符號(hào)如前所述。 (3) 剩余氣體系數(shù)（殘余廢氣系數(shù)） 殘余廢氣系數(shù)表征了汽油機(jī)氣缸中燃燒產(chǎn)物的排凈程度。值增大，即表示進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)入氣缸的新鮮充量減少。 若不考慮掃氣及過(guò)后充氣 式中：T0為初始溫度，單位為K；T為標(biāo)定速度工況上溫度變化量，K；為壓縮比；

29、為剩余廢氣系數(shù)；其余符號(hào)如前所述。 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的值與壓縮比、進(jìn)氣終了時(shí)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Tr增大而減小，隨著殘余廢氣壓力和轉(zhuǎn)速n升高而增大 汽油機(jī)值處于下列范圍之內(nèi)：0.040.10. (4) 進(jìn)氣終了溫度 式中：Ta為進(jìn)氣終了溫度，單位為K；其余符號(hào)如前所述。 Ta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)?，F(xiàn)代四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣終了溫度的范圍為320400k。 (5) 充量系數(shù) 充量系數(shù)是表征進(jìn)氣過(guò)程特征的最重要參數(shù)，它是進(jìn)入氣缸的實(shí)際新鮮充量的數(shù)量，與氣缸內(nèi)溫度與壓力與周?chē)橘|(zhì)或吸入氣缸前的介

30、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?jī)?nèi)燃機(jī)充氣性能的一個(gè)重要指標(biāo)。不考慮掃氣和過(guò)后充氣的四沖程汽油機(jī)充量系數(shù)為： 式中：為充量系數(shù)；其余符號(hào)如前所述。 充量系數(shù)值的大小，主要取決于汽油機(jī)的沖程、高速性及配氣系統(tǒng)的完善程度。 各種型號(hào)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，在全負(fù)荷工作時(shí)其充量系數(shù)處于下列范圍之內(nèi)：汽油機(jī) 0.700.90(參考文獻(xiàn)7）。2.1.4 壓縮過(guò)程 壓縮過(guò)程的計(jì)算，歸結(jié)為求解壓縮過(guò)程的平均多變指數(shù)n1、壓縮終了參數(shù)（PG及TG）以及確定壓縮終了時(shí)工質(zhì)的比熱。(1) 壓縮絕熱指數(shù)和多變平均指數(shù) 在汽油機(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)。 在=9.

31、0，Ta=343條件下，取多變平均指數(shù)n1=1.37。(2) 壓縮終了壓力和溫度 壓縮終了壓力 式中：PG為壓縮終了壓力，單位為MPa；其余符號(hào)如前所述。 壓縮終了溫度 式中：為壓縮終了溫度，其余符號(hào)如前所述。 (3) 壓縮終點(diǎn)平均摩爾比熱 1） 新鮮混合氣體（空氣） 查文獻(xiàn)【7】可知=20.6+2.638*10-3tG =20.6+2.638*10-3(773-273)=21.92kJ/Kmol. 式中：為新鮮混合氣體平均摩爾比熱，單位KJ/Kmol.；其余符號(hào)如前所述。 2） 剩余氣體 由=0.95，tG=500,查表可知=24.83 kJ/Kmol. 3） 工作混合氣 按文獻(xiàn)【7】，工作

32、混合氣的平均摩爾比熱可按下列方程求解： 式中：為工作混合氣平均摩爾比熱，；其余符號(hào)如前所述。2.1.5 燃燒過(guò)程（1）汽油機(jī)理論混合氣分子變更系數(shù)（2）汽油機(jī)實(shí)際混合氣分子變更系數(shù) （3）汽油機(jī)工作混合氣燃燒的熱量式中：Hu為汽油機(jī)燃料低熱值，Hu=43070KJ/kg；其余符號(hào)如前所述。（4）汽油機(jī)燃燒產(chǎn)物平均摩爾比熱 =19.618+0.00165=+8.315=27.933+0.00165汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷工作時(shí)在0.80.95范圍內(nèi)變動(dòng)。取=0.9。汽油機(jī)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(guò)1112MPa。汽油機(jī)的壓力升高比一般在3.24.2之

33、間。本設(shè)計(jì)取=3.6（參考文獻(xiàn)7）.（5）燃燒過(guò)程終了溫度 燃燒過(guò)程終了溫度計(jì)算公式為：式中：tz為燃燒終了溫度，K；為實(shí)際混合氣變更系數(shù);為壓力升高比；其余符號(hào)如前所述。 代入數(shù)據(jù)得到： （6）汽油機(jī)最高燃燒壓力 PZ=PG=3.61.893=6.81MPa式中：PZ為最高燃燒壓力，MPa；其余符號(hào)如前所述。（7）汽油機(jī)預(yù)脹比（初期膨脹比） 式中：為汽油機(jī)預(yù)脹比；其他符號(hào)如前所述。1.2.2.1.2.1.1.2.1.2.2.1.3.2.1.4.2.1.5.2.1.6 膨脹過(guò)程 汽油機(jī)過(guò)后膨脹比：d 汽油機(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，考慮足夠大的氣缸尺寸可以

34、取膨脹多變指數(shù)稍小于膨脹絕熱指數(shù)。取平均多變系數(shù)，得到汽油機(jī)膨脹終了壓力和溫度：式中：Pb為膨脹終了壓力，MPa；其余符號(hào)如前所述。 汽油機(jī)膨脹終了溫度：式中：Tb為膨脹終了溫度，K；其余符號(hào)如前所述。 取汽油機(jī)剩余氣體溫度校核： 計(jì)算兩者誤差為： 根據(jù)資料知道，允許誤差為5%，所以，誤差在允許范圍內(nèi)。2.2 工作循環(huán)參數(shù)2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)指示指標(biāo)（1）理論平均指示壓力 式中：Pi為理論平均指示壓力，MPa；其余參數(shù)如前所述。（2）汽油機(jī)平均指示壓力 取豐滿(mǎn)系數(shù)=0.97(參考文獻(xiàn)7），則：=0.971.08=1.05MPa（3）汽油機(jī)指示效率式中：為汽油機(jī)指示效率；為平均指示壓力，MPa；為

35、過(guò)量空氣系數(shù)；l0為所需理論空氣量；其余符號(hào)如前所述。（4）汽油機(jī)指示燃料消耗率 式中：gi為指示燃料消耗率，g/KW.h；其余符號(hào)如前所述。2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)（1）機(jī)械損失的平均壓力 式中：Pm為機(jī)械損失平均壓力，MPa；其余符號(hào)如前所述。（2）汽油機(jī)平均有效壓力和機(jī)械效率 平均有效壓力：=1.05-0.288=0.762MPa 式中：Pe為平均有效壓力，MPa；其余符號(hào)如前所述。 機(jī)械效率： 式中：h為機(jī)械效率；其余符號(hào)如前所述。（3）汽油機(jī)有效效率和有效燃燒效率 有效效率：h 式中：為有效效率；其余符號(hào)如前所述。 有效燃料消耗率： 式中：為有效燃料消耗率，；其余符號(hào)如前所述。2.

36、2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的部分重要參數(shù)（1）活塞面積 式中：Fn為活塞面積，mm2；其余符號(hào)如前所述。（2）活塞平均速度 式中：vm為活塞平均速度，m/s；n為曲軸轉(zhuǎn)速，r/min；其余符號(hào)如前所述。（3）有效功率 式中Ne為有效功率，KW；其余符號(hào)如前所述。（4）扭矩 式中：Me為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，N.m；其余符號(hào)如前所述。（5）耗油量GT=Nege=101.6338.710-3=34.4kg/h 式中：GT為油耗量，kg/h；ge為有效燃料消耗率，g/KW.h；其余符號(hào)如前所述。（6）發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率 式中: Nn為發(fā)動(dòng)機(jī)升功率，KW/L;其余符號(hào)如前所述。2.3 示功圖的繪制 內(nèi)燃機(jī)的示功圖可以利用工作過(guò)

37、程的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。選取活塞行程比例尺M(jìn)S=1；選取壓力的比例尺M(jìn)P=0.08。 示功圖上相當(dāng)于氣缸工作容積的長(zhǎng)度為：S/MS=94mm 示功圖上相當(dāng)于燃燒室容積的長(zhǎng)度為： 壓縮和膨脹多變曲線可以用分析法來(lái)制取，對(duì)布置在燃燒室容積V0和總?cè)莘eVa之間的中間容積各點(diǎn)的技術(shù)按多變曲線方程PVn1=常數(shù)進(jìn)行。 （1）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 式中：MP為示功圖壓力比例尺；其余符號(hào)如前所述。（2）壓縮多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式 式中：為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積，mm3；Px為壓縮多變曲線各點(diǎn)壓力，MPa；在在19.0之間變化。（3）膨脹多變曲線各點(diǎn)計(jì)算公式 式中：為壓縮多變曲線各點(diǎn)容積，m

38、m3；Px為壓縮多變曲線各點(diǎn)壓力，MPa；在在19.0之間變化。 在用分析法繪制示功圖時(shí)，可以采用列表的方法確定壓縮和膨脹多變曲線上各計(jì)算點(diǎn)的縱坐標(biāo)。 將示功圖個(gè)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果列表2-1、表2-2如下：表2-1 壓縮多變曲線各點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算點(diǎn)橫坐標(biāo)/mm/mm/MPa111.759.020.2923.631.89213.228.017.2720.131.61315.117.014.3816.751.34417.636.011.4413.381.07521.155.09.0710.630.85626.444.06.687.750.62735.253.04.505.250.42852.882.02.583.

39、000.249105.751.011.130.09表2-2 膨脹多變曲線各點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算點(diǎn)橫坐標(biāo)111.759.015.59120.889.67213.228.013.45104.258.34315.117.011.3988.257.06417.636.09.3972.755.82521.155.07.48584.64626.444.05.6643.8753.51735.253.03.9530.6252.45852.882.02.3818.51.489105.751.017.750.62示功圖繪制如圖2-1所示：圖2-1 汽油機(jī)示功圖1.1.1.1.2.1.3.2.4 熱平衡（1）加入汽油機(jī)的燃料的

40、總熱量=式中：為燃料總熱量。J/s；為油耗量，kg/h；為汽油燃料低熱值，J/kg。（2）汽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)有效功相當(dāng)?shù)臒崃?式中：Qe為有效功相當(dāng)?shù)臒崃浚琂/kg；其余符號(hào)如前所述。（3）汽油機(jī)傳給冷卻介質(zhì)的熱量式中：為發(fā)動(dòng)機(jī)傳給冷卻介質(zhì)的熱量，J/kg；C為比例系數(shù)，查文獻(xiàn)【7】知道，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)C=0.450.53；m為冪指數(shù)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)m=0.60.7；其余符號(hào)如前所述。 取C=0.5，m=0.65,則可以得到：（4）廢氣帶走的熱量 式中：為廢氣帶走的熱量，J/kg；其余符號(hào)如前所述。 在時(shí)，查表可得： 在時(shí)查文獻(xiàn)【1】運(yùn)用插值法得到：（5）其它熱損失 式中：為其它熱損失，J/s；其余

41、符號(hào)如前所述。 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡進(jìn)行分析，并計(jì)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(jì)時(shí)有針對(duì)性的降低熱消耗，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)熱效率。熱平衡組成表如下表2-3所示：表2-3熱平衡組成熱平衡組成Q/(J·s-1)百分比/%有效功當(dāng)量的熱量24.69傳給冷卻介質(zhì)26.73廢氣帶走31.02其他熱損失5948534.13發(fā)動(dòng)機(jī)燃料1002.5外特性計(jì)算及曲線繪制在繪制新設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)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(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)滿(mǎn)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(dòng)機(jī)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，才能得出可

42、靠結(jié)果。按發(fā)動(dòng)機(jī)工作的一個(gè)工況最大功率功功率工況進(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(dòng)機(jī)外特性并具有足夠的精確性。進(jìn)行外特性曲線的繪制，以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速取各個(gè)工況點(diǎn)，變化范圍從nmin=6001000r/min到nmax=1.051.20nN。最高曲軸轉(zhuǎn)速受限于：工作過(guò)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(mǎn)負(fù)荷時(shí)有發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作條件確定。（1）有效功率曲線的計(jì)算點(diǎn)每經(jīng)過(guò)5001000r/min按以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來(lái)確定：（2）有效扭矩曲線的點(diǎn)按以下公式確定：（3）計(jì)算點(diǎn)的平均有效壓力按以下公式確定：（4）活塞平均速度：（5）機(jī)械損失平均壓力：（6）平均指示

43、壓力曲線按公式求出：（7）指示扭矩計(jì)算點(diǎn)由公式確定:pt（8）燃料有效油耗率：（9）每小時(shí)油耗量：在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)按速度特性工作時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高值有些變稀。汽油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)一般取，可取值為線性變化，則得到所有計(jì)算點(diǎn)用的值。(10)充量系數(shù)：計(jì)算各特性點(diǎn)數(shù)據(jù)整理為表2-4.表2-4 外特性曲線各特性點(diǎn)數(shù)據(jù)100023.57225.190.883.10338.707.98200050.39240.730.946.20298.0615.02300075.59240.730.949.30284.5121.51400094.28225.200.8812.40298.0628.105000101.601

44、94.740.7615.7338.7034.41600092.66147.550.5818.6406.4437.66外特性曲線如圖2-2所示：圖2-2 汽油機(jī)外特性曲線圖比較所得數(shù)據(jù)和按熱計(jì)算的結(jié)果繪制的曲線（圖7）的基礎(chǔ)上，可以得出以下結(jié)論：1)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩在轉(zhuǎn)速較低時(shí)隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸升高，在轉(zhuǎn)速達(dá)到2400r/min時(shí)達(dá)到最大值245N.m，隨后隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸降低；在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩變化平衡，具有良好的操控性能。2）發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸增大，在轉(zhuǎn)速達(dá)到5000r/min時(shí)達(dá)到額定功率，若進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，則功率下降；3）油耗率的變化規(guī)律大致為：隨著轉(zhuǎn)速的提高先降低

45、后升高，高效經(jīng)濟(jì)工作區(qū)寬，在20004000r/min工作區(qū)內(nèi)有較經(jīng)濟(jì)的油耗，轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)油耗率達(dá)到最低為338.70g/kW.h。2.6本章小結(jié)熱計(jì)算從工作參數(shù)入手，對(duì)周?chē)橘|(zhì)和剩余氣體的參數(shù)進(jìn)行確定，然后對(duì)氣缸的進(jìn)氣、壓縮、燃燒以及膨脹和排氣四個(gè)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算，進(jìn)一步確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)指示參數(shù)和有效指標(biāo)，繪制汽油機(jī)的示功圖和外特性曲線，同時(shí)進(jìn)行熱平衡分析。由熱計(jì)算得到,工作循環(huán)的新鮮充量為M1=0.49kmol/kg，充量系數(shù)為，工作循環(huán)的剩余氣體系數(shù)，汽油機(jī)的最高燃燒壓力為，有效效率，有效燃燒消耗率為，活塞平均速度為，有效功率為，耗油量，發(fā)動(dòng)機(jī)升功率為。3 活塞計(jì)

46、算3.1 概述活塞組件包括活塞，活塞環(huán)和活塞銷(xiāo)等零件。這些零件不僅在結(jié)構(gòu)上有聯(lián)系，而且還要共同完成一些功能。例如活塞和活塞環(huán)一起肩負(fù)著密封氣缸，防止燃?xì)饴┫蚯S箱和防止機(jī)油竄進(jìn)氣缸的作用，同時(shí)由燃?xì)鈧鹘o活塞的熱量也有相當(dāng)大的一部分要通過(guò)活塞環(huán)和活塞裙部傳給缸筒再傳給冷卻水；活塞承受的氣體作用力則要通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿?；钊陨磉€是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的直線導(dǎo)向元件，在一些二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中還起著啟動(dòng)氣口的滑閥作用。活塞組件設(shè)計(jì)的要求：要以盡可能小的質(zhì)量達(dá)到必要的強(qiáng)度和剛度，完成傳力功能又不發(fā)生過(guò)大的變形或破裂；要盡可能降低活塞的溫度水平，避免出現(xiàn)局部高溫區(qū)，以防止活塞頂部熱裂或活塞膠結(jié)，卡死；要保證氣缸密封

47、良好，漏氣很少，同時(shí)盡可能降低活塞環(huán)與缸筒的摩擦損失；要保證在滑動(dòng)面有潤(rùn)滑油膜的同時(shí)減少機(jī)油上竄；要盡可能減小活塞裙部的配缸間隙，以利于減小漏氣，并減輕對(duì)缸壁的撞擊；第一道活塞環(huán)，活塞的第一道環(huán)槽和裙部都應(yīng)有很高的耐磨性和抗拉毛性。此處特別強(qiáng)調(diào)第一道環(huán)和第一道環(huán)槽的耐磨性，是因?yàn)樵摥h(huán)的潤(rùn)滑條件最差而在壓縮膨脹行程中被較高的氣壓力壓向缸壁，該環(huán)槽的溫度很高而其側(cè)面卻受較高的氣壓力和摩擦力作用。3.2 活塞的結(jié)構(gòu)形式與材料最常見(jiàn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是整體鑄造或整體鍛造的鋁合金活塞，其中汽油機(jī)活塞出于機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷均較低，明顯比汽油機(jī)活塞輕巧。鑒于整體鋁合金活塞還是目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣的活塞，以下

48、討論針對(duì)整體鋁合金活塞。圖3-1中標(biāo)出了整體鋁合金活塞的主要幾何尺寸。為了使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，降低整機(jī)高度和質(zhì)量，以及減小往復(fù)慣性力，活塞的總高度，特別是壓縮高度宜盡可能小一些。實(shí)際上壓縮高度與必要的火力岸高度h，活塞環(huán)數(shù)目及環(huán)高，環(huán)岸高，燃燒室凹穴的深度，頂板厚度等有關(guān)。圖3-1 活塞主要幾何尺寸 1）活塞總高度H D為氣缸直徑。 2）壓縮高度 3）活塞銷(xiāo)中心線以下的裙部高度 4）裙部高度 5）頂板厚度 6）火力岸高度h 7）第一道環(huán)高度 8）活塞銷(xiāo)偏心距e向主推力面偏0.5-1.5mm。 9）活塞銷(xiāo)直徑 10）銷(xiāo)座間距3.2.2 活塞鋁合金材料 應(yīng)用最廣泛的含的共晶硅鋁合金（國(guó)外簡(jiǎn)稱(chēng)合金），其密度和膨脹系數(shù)都比鋁銅合金低一些，同時(shí)其鑄造性能很好，容易做到鑄件無(wú)疏松，由于硅晶體細(xì)小而分布均勻，其削切性能也很好。3.3 活塞的傳熱結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)3.3.1 活塞的傳熱結(jié)構(gòu)活塞傳熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，一是要降低活塞的熱負(fù)荷程度，即降低其最高溫度和各處溫差，二是要提高其熱負(fù)荷承受能力。最簡(jiǎn)單的油冷措施是向活塞內(nèi)壁噴油冷卻，可以經(jīng)連桿中的油道從連桿小頭頂端的油孔噴油（為此連桿軸瓦中間要開(kāi)一道油槽），也可以通過(guò)固定在機(jī)體上的噴嘴噴油。在后一種情況下，噴出油柱要有一定速度才能射到活塞上止點(diǎn)，因此要有一定油壓。最好是采用單獨(dú)的冷卻油道，并裝有壓力