柴油发动机及其曲柄连杆机构动力分析毕业论文(编辑修改稿)

柴油发动机及其曲柄连杆机构动力分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

示功率ip 、指示效率 it 及指示油耗 ib[12]。 平均指示压力 平均指示压力 mip 为内燃机单位气缸工作容积的指示功。 mip =siVW (kPa) （ 31） 式中 Wi —— 指示功（ J） sV —— 气缸工作容积（ L） 由上式（ 31）可 以看出，平均指示压力就是柴油机在一个工作循环中每单位气缸工作容积（即活塞排量）活塞所获得的指示功 Wi/Vs。 这样，平均指示压力 mip 就与气缸的工作容积大小无关了，使之成为从柴油机实际工作循环的角度来衡量气缸工作容积 Vs 利用率高低的一个参数。 mip 愈高，表示单位气缸工作容积的利用率也高。 因此，平均指示压力是衡量柴油机实际循环 做功 能力大小的一个很重要的性能参数。 在柴油机额定功率及额定转速下，平均指示压力的大小，基本上表征了柴油机的强 载程度和工作循环各阶段进行的完善程度 [6]。 额定工况下的 mip 值一般为： 四冲程增压柴油机 mip =850~2600kPa； 四冲程非增压柴油机 mip =686~981kPa； 二冲程柴油机 mip =350~1300kPa； 影响柴油机平均指示压力 mip 的主要因素一般有如下五个方面： (1)增压度 当柴油机的过量空气系数 α不变时，提高增压度即提高进缸空气质量，并相应地提高柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 13 每循环的喷油量，平均指示压力 mip 将随着 pk 的提高成正比的提高。 (2)过量空气系数 当每循环喷油量不变而增压度提高时，随着 pk 的提高， α 也随着 pk 的提高而增大。 α增大意味着空气 的 燃油比逐渐变大。 在 α≤2以前，随着 α 的增大，混合气中的氧气成分增加，可促进燃烧的改善，并且 mip 值也随着 α 的提高而有所提高。 当 ≥α＞ 2 时，随着 α的提高，混合气逐 渐变的比较稀薄， mip 的增加就变得很缓慢。 到 α＞ 后，如供油量仍保持不变的话，空气燃油混合气变得过于稀薄，使燃烧前期的燃烧速度 dx/dφ（ x 表示缸内燃油已燃烧的百分数）大大下降，后燃增加， ηi 下降， mip 也随之下降。 (3)换气质量 柴油机的换气质量愈好，残余废气就愈少，气缸中新鲜空气填充愈充分，燃油燃烧速度愈高，在膨胀点 z 的利用系数 ξz 愈高， mip 值也就愈大。 (4)油气混合的完善程 度 柴油机燃油空气混合完善程度愈高，完全燃烧所需的 α 值愈小，而 mip 值也就愈大；反之，油气混合不好，所需的 α 值就大，则 mip 值小。 (5)燃烧完全程度 柴油机燃烧完善程度主要可以从完全、及时、柔和、无烟、低排污等几个方面来加以衡量，燃烧愈完善，膨胀始点的 热利用系数就愈高， mip 值也就愈大，这也就是研究燃烧过程所努力追求的目标。 但是，由于种种因素的影响，柴油机的燃烧过程往往难于达到理想完善 的程度，其中主要与换气质量、压缩终点的温度、最大喷油压力、燃油雾化质量等因素的影响有关。 所以，组织好一个较为良好的燃烧过程并非容易，往往要在理论上和实验上下很大的工夫，即使这样，有时还难于取得预想的结果，这就是组织好一个燃烧过程的困难所在 [13]。 指示功率 柴油机单位时间内所作的指示功称为指示功率的指示 功率 iP。 设一台内燃机的缸数为i ，缸径为 D ，行程为 S ，每个气缸的工作容积为 sV ，转速为 n ，平均指示压力为 mip。 则每缸、每循环工质所作的指示功为： Wi = mip sV = mip 42D S (J) 内燃机指示功率（每秒所作的指示功）为： 柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 14 31030602   inVpniWP smiii （ kW） (32) 式中 —— 冲程数；四冲程  =4；二冲程  =2； mip —— 平均指示压力（ kPa）； sV —— 气缸工作容积（ L）； n—— 曲轴转速（ r/min）。 对于四冲程内燃机 3101 2 0  inVpP smii （ kW） （ 33） 对于二冲程柴油机 31060  inVpP smii (kW) （ 34） 指示热效率与指示燃油油耗 指示热效率 it 是内燃机实际循环的指示功与 所消耗的燃料热量之比值。 QWiit  （ 35） 式中 Q—— 为得到指示功 iW 所消耗的热量（ kJ）； iW—— 指示功 (kJ) 若一台内燃机，当测得其指示功率为 iP (kW)时，每小时燃油消耗量为 B（ kg/h） 时，根据 it 的定义，可得： uiit BH  （ 36） 式中  —— 1kWh 的热当量 [KJ/(kWh)]； uH —— 所用燃料的低热值（ kJ/kg） 指示燃油消耗率 ib （简称指示油耗率）是指单位指示功的耗油量。 通常以每指示千瓦小时功的耗油量表示。 当测得内燃机的指示功率 iP （ kW） ,每小时燃油消耗量为 B （ kg/h）柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 15 时，则指示燃油消耗率为： 310ii PBb （ g/kWh） (37) 根据 ib 的定义 uiit Hb （ 38） ib 、 it 是评定内燃机实际工作循环经济性能的重要指标。 它们的大致范围是[14]： 四冲程柴油机 it =～ ib =175～ 210 [g/(kWh)] 二冲程柴油机 it =～ ib =175～ 210 [g/(kWh)] 柴油机的有效指标 有效功率和机械效率 (1) 有效功率 eP 内燃机的指示功率 iP 并不能完全对外输出。 在内燃机内部的传递过程中，不可避免地有许多损失， 这些损失主要有：内燃机内部运动件的摩擦损失，驱动附属机构的损失 等。 这些损失所消耗的功率总合即为机械损失功率 mP。 内燃机的指示功率减去机械损失功率所得到的是功率输出轴上所能输出的净功率，称之为有效功率。 mie PPP  (kW) （ 39） 内燃机有效功率 eP 是利用测功器和转速计进行测量计算而得到的。 运用 下列公式即可求出内燃机的有效功率 eP。 3q3 101 0 4   nTTnP ttqe  （ kW） （ 310） 式中 tqT —— 有效转矩（ Nm）； n—— 转速（ r/min）。 (2) 机械效率 m 有效功率与指示功率之比称为机械效率 m 柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 16 imiem PPPP  1 （ 311） m 值越高，表示 eP 接近于 iP ，说明机械损失功率小。 机械效率 m 值的一般范围是： 汽油机 m =~ 四冲程非增压柴油机 m =~ 四 冲程增压柴油机 m =~ 平均有效压力和升功率 (1) 平均有效压力 mep 内燃机单位气缸工作容积所作的有效功，称为平均有效压力 mep。 与平均指示压力一样， mep 与有效功率 eP 之间的关系式为： 31030   inVpP smee（ kW） (312) 式中 eP —— 有效功率（ kW）； mep —— 平均有效压力 (kPa)； sV —— 气缸工作容积（ L）。 对于四冲程内燃机 310120  inVpP see （ kW ） (313) 对于二冲程内燃机 31060  inVpP smee (kW) (314) 由式（ 312）得 31030 inV Pp s eme  (kPa) 柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 17 将式（ 310）代入上式得 iVTiVTp stqstqme  (kPa) (315) 对于排量（ ivs）一定的内燃机来说， mep 正比于 tqT ，所以 mep 业反映了内燃机单位气缸工作容积输出转矩的大小。 排量一定的内燃机， mep 值越大，则对外输出功越多，转矩越大。 mep 值是内燃机重要的动力性指标。 平均有效压力 mep 值一般范围是： 农用柴油机 mep =600～ 800（ kPa） 车用柴油机 mep =650～ 1000（ kPa） 强化高速柴油机 mep =1000～ 2900（ kPa） 四冲程载货汽车用汽油机 mep =600～ 700（ kPa） 四冲程小客车用汽油机 mep =650～ 1200（ kPa） 二冲程小型风冷汽油机 mep =400～ 750（ kPa） (2) 升功率 LP 升功率 LP 是指在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。 33 103010130    npiVinVpiVPP mehsmeseL(kW/L) （ 316） 式中 eP —— 发动机的标定功率（ kW）； i —— 气缸数； Vs—— 每个气缸的工作 容积（ L）； mep —— 在标定工况下的平均有效压力（ MPa）； n—— 标定转速（ r/min）。 升功率 LP 的大小与平均有效压力 mep 和转速 n 的乘积成正比。 升功率是内燃机的强化指标之一。 升功率大，每升气缸工作容积发出的有效功率大，同时内燃机的热负荷和机械负荷大，表示内燃机的强化程度高 [15]。 升功率 LP 的一般范围是： 柴油 发动机 及其曲柄连杆机构 动力分析 18 农用柴油机 LP =9～ 15（ kPa） 汽车用柴油机 LP =11～ （ kPa） 强化高速柴油机 LP =15～ 40（ kPa） 载货汽车用汽油机 LP =22～ 26（ kPa） 小客车用汽油机 LP =40～ 70（ kPa） 二冲程小型风冷汽油机 LP =～ （ kPa） 有效热效率和有效燃油消耗率 (1) 有效燃油消耗率 eb 有效热效率 eb 是指单位有效功的耗油量。 通常以每千瓦小时的耗油量表示。 1000ee PBb [g/(kWh)] （ 317） 式中 eb —— 有效燃油消耗率 [g/(kWh)]； B—— 每小时耗油量（ kg/h）； (2) 有效热效率 et 有效热效率是内燃机有效功 eW 与所消耗的热量 Q 之比值。 Q mie  WQW et  (318) 将公式（ 35）代入得 mitet   与前述 it 一样，可得 6et 10b ue H eb 可写为 柴油 发动机 及其曲。