汽油機(jī)熱力計(jì)算

通常由于汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、重量輕、噪音小、易啟動、造價(jià)低等特點(diǎn)。因此它在小客車、中小型貨車和軍用越野車及小型農(nóng)用動力（噴粉、噴霧、插秧機(jī)）等方面廣泛應(yīng)用。通過本課題的設(shè)計(jì)，是學(xué)生掌握內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟；掌握汽油機(jī)三大計(jì)算（熱力計(jì)算，動力計(jì)算和零件強(qiáng)度計(jì)算）的方法和步驟；初步訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用三大計(jì)算的結(jié)果，分析內(nèi)燃機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、零件強(qiáng)度及零件機(jī)構(gòu)工藝性的能力。關(guān)鍵詞NJ70Q汽油機(jī)；熱力計(jì)算；動力計(jì)算畢業(yè)論女(設(shè)計(jì))用紙目錄摘要ITOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 2\o"CurrentDocument"1.1本課程設(shè)計(jì)研究的意義和目的 2\o"CurrentDocument"1.2本課題研究的任務(wù) 2\o"CurrentDocument"第2章汽油機(jī)熱力計(jì)算 3\o"CurrentDocument"2.1汽油機(jī)實(shí)際循環(huán)熱力計(jì)算 3\o"CurrentDocument"2.1.1熱力計(jì)算的目的 3\o"CurrentDocument"2.1.2熱力計(jì)算的方法 32.1.2.1確定汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 3\o"CurrentDocument"2.1.2.2原始參數(shù)的選擇 42.1.2.3燃料的燃燒化學(xué)計(jì)算 82.1.2.4燃?xì)膺^程參數(shù)的確定與計(jì)算 82.1.2.5壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定 92.1.2.6燃燒過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 92.1.2.7膨脹過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 102.1.2.8指示性能指標(biāo)的計(jì)算 102.1.2.9有效指標(biāo)的計(jì)算 112.1.2.10確定汽缸直徑D和沖程S 11\o"CurrentDocument"2.1.2.11繪制示功圖 122.1.2.12繪制實(shí)際示功圖 14第3章NJ70Q汽油機(jī)動力學(xué)計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.1曲軸連桿機(jī)構(gòu)中的作用力 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.1機(jī)構(gòu)慣性力 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2繪制各負(fù)荷的曲線圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.1繪制合成力P=f(*)的曲線圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.2繪制PN=f(偵),PL=f(a),T=f(a),K=f(a)圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.3繪制主軸頸和曲柄銷的積累扭矩圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.4繪制曲柄銷負(fù)荷極坐標(biāo)圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.5繪制曲柄銷預(yù)磨損圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝 錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章緒論1.1本課程設(shè)計(jì)研究的意義和目的通常由于汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、重量輕、噪音小、易啟動，造價(jià)低等特點(diǎn)。因此它在小客車、中小型貨車和軍用越野車及小型農(nóng)用動力（噴粉、噴霧、插秧機(jī)）等方面廣泛應(yīng)用。通過本課題的設(shè)計(jì)，是學(xué)生掌握內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟：掌握汽油機(jī)三大計(jì)算（熱力計(jì)算，動力計(jì)算和零件強(qiáng)度計(jì)算）的方法和步驟：初步訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用三大計(jì)算的結(jié)果，分析內(nèi)燃機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、零件強(qiáng)度及零件機(jī)構(gòu)工藝性的能力。1.2本課題研究的任務(wù)選取適當(dāng)?shù)膮?shù)值，校核有效功率；對所選機(jī)型進(jìn)行熱力和動力計(jì)算；整理并編寫課程設(shè)計(jì)說明書。第2章汽油機(jī)熱力計(jì)算2.1汽油機(jī)實(shí)際循環(huán)熱力計(jì)算2.1.1熱力計(jì)算的目的該方法是一種近似的、半經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)方法，它是根據(jù)熱力計(jì)算公式，對內(nèi)燃機(jī)各熱力參數(shù)、指示參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果的精確性依賴于大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇是否恰當(dāng)，它對內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。2.1.2熱力計(jì)算的方法標(biāo)定功率：[Pe]=51.5KW標(biāo)定轉(zhuǎn)速：[n]=2800r/min工況選擇：標(biāo)定工況根據(jù)GB1105—74陸用內(nèi)燃機(jī)大氣條件為：大氣壓力：P0=100KPa環(huán)境溫度：T0=298K相對濕度％=60%2.1.2.1 確定汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇汽油機(jī)汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、重量輕、噪音小、易啟動、造價(jià)低等特點(diǎn)。因此它在小客車、中小型貨車和軍用越野車及小型農(nóng)用動力（噴粉、噴霧、插秧機(jī)）等方面廣泛應(yīng)用。沖程數(shù)t的選擇內(nèi)燃機(jī)按沖程分二沖程和四沖程內(nèi)燃機(jī),二沖程內(nèi)燃機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)工作循環(huán)比四沖程內(nèi)燃機(jī)多一倍，實(shí)際輸出功率是四沖程內(nèi)燃機(jī)的功率的1.5—1.8倍；二沖程必須組織掃氣過程；運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧。在汽油機(jī)上用二沖程，由于掃氣的影響，使得經(jīng)濟(jì)性較差，因此僅在小型汽油機(jī)上有應(yīng)用（如摩托車、摩托艇、噴霧機(jī)、割草機(jī)等）汽車上很少使用。本課題汽油機(jī)選擇四沖程。冷卻方式的選擇通常內(nèi)燃機(jī)有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式（空氣冷卻）系統(tǒng).由于水冷系統(tǒng)冷卻均勻，冷卻強(qiáng)度高，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小，因此得到了廣泛運(yùn)用。在農(nóng)用、汽車發(fā)動機(jī)上大多是水冷系統(tǒng).而風(fēng)冷系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)燃機(jī)重量較輕，不用冷卻水，使用維修方便，制造成本低；對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；熱慣性小，暖機(jī)時(shí)間短，易起動等優(yōu)點(diǎn)。但最大的缺點(diǎn)是熱負(fù)荷高，工作噪音大，它僅在一些小型汽油機(jī)和摩托車上被廣泛使用。在軍用車輛和高原十旱地區(qū)使用的動力中也有應(yīng)用。因此NJ70Q汽油機(jī)冷卻方式選用水冷系統(tǒng)。氣缸布置型式的選擇常見的氣缸布置型式主要有立式、臥式和V型三種。單列式發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低使用維修方便，能滿足一般要求，▼型雙列式發(fā)動機(jī)可縮短內(nèi)燃機(jī)的長度，降低重心，有利于提高轉(zhuǎn)速。一般單列臥式發(fā)動機(jī)常用于農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)，特別是單缸內(nèi)燃機(jī)：單列立式常用于六缸以下的內(nèi)燃機(jī)；V型雙列式常用于八缸以上的內(nèi)燃機(jī)；臥式對置式常用于大型客車和重型載重汽車。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和以上原因汽油機(jī)選擇立式4缸布置型式。燃燒室型式的選擇燃燒室的形式不僅關(guān)系到整機(jī)性能指標(biāo)，而且在很大程度上決定了氣缸蓋和活塞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，其選型的主要依據(jù)是氣缸直徑，轉(zhuǎn)速和使用要求。對柴油機(jī)燃燒室的型式主要有直噴式（淺盆型、深坑型、球型）和分隔式、渦流室、預(yù)燃室）兩大類五種型式。對汽油機(jī)燃燒室的型式主要有側(cè)置氣門燃燒室（L型）（已趨于淘汰）和頂置氣門燃燒室（楔形、浴盆形、碗形、半球形）。目前車用汽油機(jī)中幾乎全部是采用頂置氣門燃燒室。根據(jù)該機(jī)型的設(shè)計(jì)要求汽油機(jī)選用半球形燃燒室。2.1.2.2原始參數(shù)的選擇根據(jù)NJ70Q汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用途、標(biāo)定工況、使用環(huán)境等可選擇某些原始參數(shù)。其具體選擇步驟如下：壓縮比s壓縮比￡是影響內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高壓縮比可以提高內(nèi)燃機(jī)的功率和經(jīng)濟(jì)性。對汽油機(jī)￡的提高主要受爆燃的影響。表現(xiàn)為燃料的辛烷值、燃燒室形狀及排放的限制，可以按下面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇。汽油機(jī)的辛烷值90-97側(cè)置氣門燃燒室￡=6.2-7.0頂置形燃燒室￡=8.0-9.0小客車有汽油機(jī)￡=6.0-10 載重車用汽油機(jī)￡=6.5-8.0預(yù)燃室燃燒室￡=18-22該機(jī)型壓縮比s取8.0。過量空氣系數(shù)平a過量空氣系數(shù)咒是反映混合氣形成和燃燒完善程度及整機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)。對柴油機(jī)咒大于1,在柴油機(jī)吸入氣缸空氣量一定條件下，咒越小意味著氣缸內(nèi)混合氣越濃，空氣的利用率越高，發(fā)出的功率越大。應(yīng)盡量減小Pa。在小型高速柴油機(jī)中咒，的減小主要受燃燒完善程度的限制，在大型機(jī)增壓柴預(yù)燃室燃燒室甲=1.2—1.6a油機(jī)主要受熱負(fù)荷的限制。通常柴油機(jī)在標(biāo)定工況時(shí)a的取值范圍如下：低速柴油機(jī)甲=1.8—2.0a高速柴油機(jī)平=1.2—1.5a增壓柴油機(jī)甲=1.7—2.2a咒值（在全負(fù)荷時(shí)）也可根據(jù)燃燒室的形狀進(jìn)行選擇；淺盆形燃燒室甲=1.6—2.2 深坑形燃燒室甲=1.4—1.7球形燃燒室甲=1.3—1.5 渦流室燃燒室甲二1.3—1.6對于汽油機(jī)整個(gè)運(yùn)行過程中，可遇到咒＜1和平/1的所有情況，在全負(fù)荷時(shí)咒的取值范圍：甲=0.85-1.1.通常選定標(biāo)定工況時(shí)甲＜1和平＞1.該機(jī)型過量空氣系數(shù)甲二0.9。殘余廢氣系數(shù)也殘余廢氣系數(shù)假值的的大小，反映氣缸中殘余廢氣量的多少。其值主要與壓縮比、排氣終點(diǎn)參數(shù)（Pr，Tr）、氣門重疊角及是否掃氣有關(guān)。當(dāng)Pr/Tr比值增大9r減小時(shí)，廢氣的密度和燃燒室所占容積比例都增加，也值便隨之增大；組織掃氣與不組織掃氣相比，^值降低；氣門重疊角增大時(shí)，也值降低。通常汽油機(jī)壓縮比小，氣門重疊角較小，且不組織掃氣；四沖程汽油機(jī)：^=0.06?0.16,T”.+AT *7r=ttxtPa-Pr二竺M理* 切2 tI燦I70flI7 6-41.11AI1： 為初始溫度為K、AT為標(biāo)定速—上溫度變化量K；&為壓縮E昨?yàn)槭沼鄰U氣系數(shù)；H余符以.?詢所述，該機(jī)型殘余廢氣系數(shù)9r取0.09o進(jìn)氣溫升AT新鮮充量在進(jìn)入氣缸的過程中，受到高溫零件加熱和充量動能轉(zhuǎn)化為熱能的影響。使新鮮沖量得到AT的溫升，引起進(jìn)氣溫度的提高。四沖程汽油機(jī)：AT=0?40°C，該機(jī)型進(jìn)氣溫升AT取10C。熱量利用系數(shù)ZZ熱量利用系數(shù)ZZ是Z點(diǎn)（顯著燃燒終點(diǎn)）時(shí)刻的燃料燃燒放出熱量的利用系數(shù)。它是用以反映實(shí)際燃燒過程中燃燒不完善、通道節(jié)流、高溫分解和傳熱等損失程度大小的一個(gè)重要參數(shù)，它的數(shù)值主要受到內(nèi)燃機(jī)燃燒品質(zhì)的影響。凡是能改善燃燒過程、減少傳熱損失的因素一般都有利于ZZ的提高。如轉(zhuǎn)速的提高，促使過后燃燒增強(qiáng)，ZZ減??；采用分隔式燃燒室的柴油機(jī)，具有較大的傳熱損失，zZ比直噴式柴油機(jī)的??；增壓后，燃燒產(chǎn)物的高溫分解現(xiàn)象減少，ZZ可提高。汽油機(jī)：ZZ=0.85?0.95，該機(jī)型熱量利用系數(shù)ZZ取0.9。示功圖豐滿系數(shù).18是把實(shí)際循環(huán)中的時(shí)間損失和部分換氣損失在理論循環(huán)中給予考慮。此值越小，表i示時(shí)間損失和換氣損失越大。七的數(shù)值與轉(zhuǎn)速、排氣提前角、供油提前角、點(diǎn)火提前角等因素有關(guān)。上述因素的數(shù)值越大，則8越小。i示功圖豐滿系數(shù)范圍：8,=0.92?0.97,該機(jī)型示功圖豐滿系數(shù)8.取0.95。機(jī)械效率nm機(jī)械效率nm是評定內(nèi)燃機(jī)指示功率轉(zhuǎn)換為有效功率的有效程度。:四沖程車用汽油機(jī)nm=0.80?0.90,該機(jī)型機(jī)械效率nm取0.80。平均多變壓縮指數(shù)n'平均多變壓縮指數(shù)n'主要受工質(zhì)與氣缸壁間熱交換及工質(zhì)泄漏情況的影響。凡是使缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量減少的因素均使n'提高。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)、熱交換的時(shí)間縮短、向缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量減少，則n'增大。當(dāng)負(fù)荷增加、采用空冷、采用大氣缸直徑時(shí)、氣缸溫度升高、相對傳熱量損失減小、則n'增大。此外提高￡和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度，則n'減小。汽油機(jī)：n'=1.32?1.38，該機(jī)型平均多變壓縮指數(shù)n'取1.34。平均多變膨脹指數(shù)n"平均多變膨脹指數(shù)n"主要取決于后燃的多少、工質(zhì)與氣缸壁間的熱交換及泄漏情況。凡是使后燃增加、傳熱損失減小、漏氣量減小的因素均使n”減小。通常保持n”較高值可提高循環(huán)效率和內(nèi)燃機(jī)工作可靠性。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，后燃增加、傳熱損失和漏氣量減小，則n”減??；負(fù)荷增大時(shí)，后燃增加，則n”減??；氣缸尺寸增大時(shí)，傳熱損失和漏氣量減小，則n”減小。汽油機(jī)：n”=1.20?1.28，該機(jī)型平均多變膨脹指數(shù)n”取1.24。2.1.2.3 燃料的燃燒化學(xué)計(jì)算表2—1選擇燃料的有關(guān)參數(shù)燃料沸點(diǎn)(°C)碳原子數(shù)目元素成分(重量%)分子里低熱值應(yīng)用范圍gcghgo汽油<200C5-C110.85550.145095~12044171?43961航空，汽車用汽油機(jī)1.理論空氣量L0的計(jì)算L0=(幺小+g招-gy^)/0.21L0=(0.8555/12+0.145/4-0)/0.21TOC\o"1-5"\h\z=0.512kmol/kg (2-1)理論分子變化系數(shù)四0的計(jì)算=1+10.21(1-中)+g/4-1/m］佃.1+1/m) (2-2)0 a0h ra0 r=1+{0.21x0.1x0.512+0.145+4-1+110}/(0.9x0.5121+1+110)=2.203實(shí)際分子變化系數(shù)四的計(jì)算日=(日+。)/(1+。) (2-3)=(2.203+0.09)/(1+0.09)=1.0464不完全燃燒而引起的熱量損失AHu計(jì)算AH=61100(1—中)=61102.1.2.4 燃?xì)膺^程參數(shù)的確定與計(jì)算進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa的確定四沖程車用汽油機(jī)：Pa=(0.80?0.90)P0,該機(jī)型進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa取0.90P0。排氣終點(diǎn)壓力Pr和溫度Tr的確定

四沖程汽油機(jī)：Pr=(1.05?1.15)P0，Tr=900?1100K,該機(jī)型排氣終點(diǎn)壓力Pr取1.05P0=105KPa溫度Tr取900K。3.進(jìn)氣終溫度Ta的計(jì)算T=(T+AT+。T)/(1+。)as rr r=(298+10+0.09x900)/(1+0.09)=357K四沖程車用汽油機(jī)：Ta=340?380K,所以計(jì)算結(jié)果合適。充氣效率nv的計(jì)算VG—1)TP(1+。)=0.788四沖程汽油機(jī)(頂置氣門)：nv=0.75?0.85,所以計(jì)算結(jié)果合適。壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定p=psnca=1.46MPaT=Ts〃i-1ca=723.576K車用汽油機(jī)：Pc=0.8?2MPa，Tc=600?750K,所有計(jì)算結(jié)果基本合適。燃燒過程終點(diǎn)參數(shù)的確定終點(diǎn)壓力PZ及壓力升高比X確定汽油機(jī)選取X值汽油機(jī)的X=2.0?4.0取X=4.0在由下式計(jì)算PZP=XPzc(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)=1.46x4.0

(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)=5.84MP

a汽油機(jī)：Pz=3?6.5MPa，人=2.0?4.0所以計(jì)算結(jié)果合適。(2-10)終點(diǎn)溫度TZ的確定(2-10)TZ=2200K一般汽油機(jī)TZ=2200?2800K符合要求。初期膨脹比的計(jì)算汽油機(jī)p=V/V=^T^/XTC=1膨脹過程終點(diǎn)參數(shù)的確定后期膨脹比8的計(jì)算8=匕V=%=8.0 (2-10)z膨脹終點(diǎn)壓力Pb溫度Tb的計(jì)算性能指標(biāo)的計(jì)算Pb=Pz/阮=0.443MPa (2-13)Tb=Tz/8n"=1335.76K (2-14)汽油機(jī)Pb=0.3?0.6MPaTb=1200?1400K上述結(jié)果符合要求。指示性能指標(biāo)的計(jì)算平均指示壓力4匕=￡1)偏-匕=￡1)偏-1)+必"-二卜上"-上1n"-1"8n"-1)n'-1"￡n'-1)(2-15)=0.712MPaP.=P'.奴=0.677MPa (2-16)P'.理論平均指示壓力指示熱效率氣叩=8.314憶〈P (2-17)i HPnmiusv=0.33b=3.6x106/(H?n.) (2-18)=247.93g/(kw?h)四沖程汽油機(jī)：b=344?218g/(kw.h),所以計(jì)算結(jié)果合適。2.1.2.9 有效指標(biāo)的計(jì)算平均有效壓力PmePm廣Pm^m (M=0.802MP

a四沖程小客車用汽油機(jī)：P=0.65?1.20MPa，所以計(jì)算結(jié)果合適。有效熱效率n廠叭 (2-20)=0.44x0.8=0246有效燃油消耗率beb=3.6x106/(Hf) (2-21)=309.92(g/kw?h)四沖程汽油機(jī)be=270?410g/(kw.h),所以計(jì)算結(jié)果合適。2.1.2.10確定汽缸直徑D和沖程S由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的標(biāo)定功率求單缸排量VhV廣30P1(nP) (2-22)=0.459L選取沖程缸徑比S/D汽車用汽油機(jī)：S/D在0.75?1.2之間C=8.5?12.5,該機(jī)型沖程缸徑比S/D取1.19 C=10。3.確定缸徑D和沖程SD=hv'/版-S/D)}hD=hv'/版-S/D)}h=Zx1.15/(3.14x1.1)]=897mm=110mm經(jīng)圓整D=90mmS=D?S/D=72mm按實(shí)際D和S求單缸排量VhV=S?兀-D2/4=0.121x3.14x0.112/4非8L校核有效功率Pe(2-23)(2-24)(2-25)P=V?i?Pn/(30t)=51.4KW(2-26)IP—[P]l

e e P

e=0.178