现代内燃机设计理论与方法.pptx

现代内燃机设计主讲：张俊红教授2015.11现代内燃机设计理论及方法1主要内容第一篇内燃机设计概论第二篇现代内燃机设计理论与方法2第一篇内燃机设计概论第一章内燃机主要设计指标和设计要求第二章内燃机设计的一般流程第三章内燃机的选型第四章内燃机主要参数的选择3第一篇内燃机设计概论第一章内燃机主要设计指标和设计要求第二章内燃机设计的一般流程第三章内燃机的选型第四章内燃机主要参数的选择4第一节内燃机主要设计指标51.动力性指标1.有效功率Pe式中：pme—平均有效压力（MPa）；vm—活塞平均速度（m/s）Vh—单缸工作容积（L）；Z—气缸数；n—转速（r/min）；D—气缸直径（mm)；τ—冲程数，四冲程τ=4,二冲程τ=2。可见，有效功率Pe受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。61.动力性指标2.转速nn增加对Pe有利，但是转速增加后会导致以下问题：1）惯性力增加导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加2）工作频率增加导致热负荷增加3）摩擦损失增加，机械效率下降，燃油消耗率增加，寿命变短4）进排气系统阻力增加，充气效率下降71.动力性指标各种用途的内燃机转速范围：81.动力性指标3.最大转矩Memax及最大转矩转速nMemax内燃机标定转速下的转矩（N•m）表示为：转矩适应性系数：转速适应性系数：总适应系数：91.动力性指标各种动力装置对内燃机适应性系数的要求102.经济性指标（1）有效燃油消耗率发动机每输出1kW•h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率。单位为g/(kW•h)。（2）机油消耗率发动机的机油消耗量,与发动机的负荷率有极大的关系,因此,机油消耗率的计算公式如下:时间的限定依据检查测量的时间而定,一般不低于100工作小时。113.耐久性、可靠性指标（1）可靠性可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力。（2）耐久性耐久性是指从开始使用到大修期的时间。内燃机的大修一般决定于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间。4.重量、尺寸、外形指标重量、尺寸、外形指标是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。125.低公害指标（1）噪声内燃机的噪声主要来自燃烧噪声、气体流动噪声和机械噪声三个方面。汽车加速行驶车外噪声限值（GB1495-2002)1314表中符号的意义如下：GVM——最大总质量（t）P——发动机额定功率（kW）M1、M2、M3、N1、N2、N3均为至少有4个车轮，或有3个车轮的车辆；M1类车辆——厂定最大总质量超过1t，除驾驶员座位外，乘客座位不超过8个的载客车辆。M2类车辆——厂定最大总质量不超过5t，除驾驶员座位外，乘客座位超过8个的载客车辆。M3类车辆——厂定最大总质量5t的载客车N1类车辆——厂定最大总质量不超过3.5t的载货车辆。N2类车辆——厂定最大总质量超过3.5t，但不超过12t的载货车辆。N3类车辆——厂定最大总质量12t的载货5.低公害指标（2）有害气体排放有害气体排放欧洲标准156.制造、使用、维护指标（1）起动性能汽车发动机应有良好的起动性能，通常要求汽油机在;-10℃、柴油机在-5℃的气温条件下，不采用特殊的低温起动措施就能迅速可靠地起动，在更低温度下利用辅助装置也能顺利起动。（2）安装性能汽车发动机应便于安装、操纵和维修。（3）操作性操作性好是指使用者不需要特别的专门技能，即可顺利进行操作，而且运行中不需要经常进行特别的调整就能维持稳定的运转工况。16第二节各种类型内燃机的设计要求事实上，一台内燃机要同时满足所有的设计指标是相当困难的，因为这些要求往往是相互矛盾的。例如动力性与经济性，重量轻与使用寿命长，性能指标与制造成本等等。同时，内燃机具体用途不同，这些要求的重要性也不相同。因此，必须根据内燃机的具体情况，在保证主要设计要求前提下，尽量满足其它要求。171.汽车、拖拉机等车用内燃机的设计要求高的动力性能。功率、扭矩、使用转速范围，均适合于工作机械的需要。高的燃料经济性。必须注意部分负荷和不稳定工况下的经济性。高的工作可靠性和足够的使用寿命。汽车（运输）内燃机：30-60万公里拖拉机：6000-10000小时结构紧凑，外形小，重量轻。此外，对内燃机的起动性和制造工艺性以及使用维修方便性的要求也是很重要的。182.工程机械内燃机的设计要求工程机械内燃机的特点是使用地域广阔，气候差异甚大，使用条件，随配套机械而不同。对专用的工程机械内燃机的主要要求，除了与汽车、拖拉机内燃机相同之外，还要求能够在斜坡上安全作业，在寒带工作能保证起动，在热带工作应不产生过热，并能适应高原工作。在城市作业，特别是在坑道作业的工程机械的内燃机，还要求其排放污染少，噪声小。19