发动机工作过程计算授课.ppt

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算。已知条件如下： 缸径 D=92mm 冲程S=92mm 缸数 i=4 15分钟功率 转速 n=3800r/min 压缩比 每缸工作容积 L 曲柄半径与连杆长度比 大气状态： 燃料成分： 燃料低热值 燃烧室型式：浴盆型,1、原始参数选择 根据所给条件，参照相似机型的统计资料，选择参数如下： 过量空气系数： =0.9 热量利用系数： =0.9 残余废气系数： =0.086 排气终点温度： 进气加热温升： = 示功图丰满系数： =0.96 机械效率： =0.83 平均多变压缩指数： =1.36 平均多变膨胀指数： =1.25,2、排气过程： 排气压力 选 3、进气过程 取 进气终点温度（采用近似公式39） 充气效率,4、压缩过程： 压缩终点压力 压缩终点温度 压缩过程任意点x 处的压力,5、燃烧过程： 热损失 理论所需空气量 Kmol/Kg燃料 新鲜空气量 Kmol/Kg燃料,理论上完全燃烧 时的燃烧产物 Kmol/Kg燃料 理论分子变更系数 实际分子变更系数 燃烧终点温度 的计算： 由西安交大内燃机原理可得：,由： 得到： 再由图215得到： 压力升高比 燃烧压力,6、膨胀过程： 膨胀过程任意点压力 与 求法相同。,7、平均指示压力 = =8.53 bar bar 8、指示热效率,9、指示燃油消耗率 g/KW.h 10、有效热效率 11、有效燃油消耗率 g/KW.h,12、平均有效压力 bar 13、有效功率校核： KW 14、pv示功图 利用上面计算出来的数据即可画出pv示功图。 15、气缸尺寸的确定。,43 发动机工作特性计算 为了全面了解发动机性能指标，仅仅进行额定工况的热计算是不够的，还必须对发动机不同负荷和不同转速下的性能指标进行分析计算。而发动机的外特性能够对其动力性、经济性、扭矩特性和使用指标进行分析和评价，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： 1、参数分析 从前面讲到的那些原始参数中： 等，在外特性计算中， 是必须选择使用。柴油机还要选择一个参数 ，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。,2、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： 最大功率工况： (等于额定工况转速) 最大扭矩工况： 最低稳定工况： 最大指示功率工况：,（2）载重汽车发动机 额定功率工况： 最大扭矩工况： 最低稳定工况： 最大功率工况： 最大指示功率工况：,（3）拖拉机发动机 额定功率工况： 最大扭矩工况： 最低稳定工况： 超速工况：,3、目的： （1）外特性的计算程序大都从额定工况开始，根据这工况计算可以确定发动机的基本尺寸(缸径D，冲程)和工作容积 。 （2）外特性最大扭矩工况的计算是为了求出发动机的适应系数 并分析保证该系数的途径。 （3）外特性的最低稳定工况的计算，是为了求得发动机的最低稳定转速，并使其最佳。因为最低稳定转速太低会使高速功率下降。 （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： 例3：对轿车汽油发动机外特性进行计算。已知条件如下： 压缩比 ，在转速 时，额定功率 汽油成分： 低热值 大气状态：,（一）工况选择： 为了作出发动机的外特性，至少要作三个转速的热力计算。大多数的汽油发动机的最大平均压力，一般在额定转速的50%处。因而可选以下三个转速进行计算： ， 其中 可以认为是发动机满负荷工作时的最低稳定转速。,（二）原始参数的选择 1、过量空气空气系数 ：参考统计数据，选 2、进气系统阻力的流量系数 3、热量利用系数：参考转速关系： 选0.8, 选0.88， 选0.87 4、示功图丰满系数,（三）排气过程： 对汽油机而言： 1、排气终了压力 2、排气终了温度 1000 2300 4500 1.07 1.15 1.30 928 1029 1200,（四）进气过程： 1、 2、进气压力 （其中 ） 所以，当n=1000r/min 时， 同理： 当n=2300r/min, =0.92 n=4500r/min, =0.75,3、 当n=1000r/min 当n=2300r/min 当n=4500r/min,4、残余废气系数 当n=1000r/min 当n=2300r/min 当n=4500r/min,5、进气温度 当n=1000r/min 当n=2300r/min 当n=4500r/min,6、充气系数 当n=1000r/min 当n=2300r/min 当n=4500r/min,（五）压缩过程 1、平均多变压缩指数 当n=1000r/min， 当n=2300r/min， 当n=4500r/min，,2、压缩终点压力 3、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 1、 (Kmol/Kg燃料) 2、 (Kmol/Kg燃料) 3、 Kmol/Kg燃料),4. 5. 当n=1000r/min， 当n=2300r/min， 当n=4500r/min，,6、化学损失 燃料 7. n(r/min) 1000 2300 4500 21.19 21.35 21.44,8、 = =,9. 由 当n=1000r/min， =68387 有一元二次方程： 解出： =2472K 当n=2300r/min， 解出： =2686K 当n=4500r/min， 解出： =2679K,10、压力升高比 11、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)膨胀过程： 1、平均多变膨胀指数 由经验公式 n(r/min) 1000 2300 4500 1.33 1.26 1.23 2、膨胀终点压力 3、膨胀终点温度 n(r/min) 1000 2300 4500 3.76 4.37 3.70 1271 1591 1685,4 (八) 性能指标 1、平均指示压力 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 由经验公式 3、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 5、指示燃油消耗率 6、有效热效率 7、平均有效压力 8、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 由n=4500r/min， =73.6KW, =5.89, 由 （L） 当n=1000r/min， 当n=2300r/min，,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。,柴油机外特性计算举例 例4：对一柴油机的外特性进行计算，已知条件如下： 大气状态： 柴油成分： 曲连比： 燃烧室型式为统一型燃烧室。,工况选择 根据柴油机外特性的特点，选择计算工况如下： 额定工况： 最低稳定工况： 最大扭矩工况： 超速工况：,原始参数的选择 1、示功图丰满系数 2、进气系统阻力流量系数 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 1.7 5、热量利用系数 0.8 0.85 0.75 0.65,(三)排气过程 、排气终了压力由于柴油机的无经验公式可用，只有选用： =1.1 2、排气温度由经验公式 = n(r/min) 400 900 1300 1600 Tr（k） 743 816 848 865,(四)进气过程 1. 由 =2.4 得到 =2.4 =3.84 2.进气压力 n (r/min) 400 900 1300 1600 ( ) 0.98 0.93 0.86 0.80,3.新鲜充量温升 选 n(r/min) 400 900 1300 1600 ( ) 17.5 16.5 15.6 15.0,4.残余废气系数 n (r/min) 400 900 1300 1600 0.03 0.03 0.03 0.03,5.进气温度 （K） n(r/min) 400 900 1300 1600 (K) 320 321 320 320,6.充气系数 n (r/min) 400 900 1300 1600 0.916 0.868 0.80 0.741,（五）压缩过程 1.平均多变压缩指数 2.压缩终点压力 3.压缩终点温度,n(r/min) 400 900 1300 1600 1.26 1.32 1.34 1.35 ( ) 32 36 35 36.7 (K) 658 780 821 918,4. 和,(六)燃烧过程 1. Kmol/Kg燃料 2. 3. 4. 5.,n(r/min) 400 900 1300 1600 0.693 0.683 0.673 0.668 0.725 0.715 0.705 0.70 1.046 1.047 1.048 1.048 1.045 1.046 1.047 1.047,6、 n (r/min) 400 900 1300 1600 21.3 21.5 21.6 21.8,7、 n(r/min) 400 900 n(r/min) 1300 1600,8、 由 当 时， 解得：,当 时， 解得： 当 时， 解得： 当 时， 解得：,9、初期膨胀比 10、最高燃烧压力 n (r/min) 400 900 1300 1600 1.461 1.357 1.29 1.179 60.8 68.4 63 62.39,(七)、膨胀过程： 1、平均多变膨胀指数 2、后期膨胀比 3、膨胀终点压力 4、膨胀终点温度,n(r/min) 400 900 1300 1600 1.28 1.20 1.18 1.14 10.95 11.79 12.4 13.57 2.84 3.54 3.23 3.19 (K) 894 1174 1157 1219,(八)性能指标： 1、平均指示压力 和 2、机械损失压力 3、机械效率,n (r/min) 400 900 1300 1600 7.98 12.27 10.76 9.86 7.66 11.77 10.33 9.47 0.56 0.76 0.92 1.04 0.93 0.94 0.91 0.89,4、指示热效率 5、指示燃油消耗率 6、有效热效率 7、有效压力 8、有效燃油消耗率,n (r/min) 400 900 1300 1600 0.33