内燃机设计1.ppt

1 内燃机设计总论 1.1 前言 内燃机（主要指往复活塞式内燃机） 是应用最为广泛的动力机械。 其中机动车的动力，是内燃机的最大用户，其次是各种各样的工程机械、农业机械和小型移动式机具的动力。船舶和机车用以及发电用内燃机虽然单机功率很大，但数量较少。不同用途的内燃机要满足不同的要求，但很多要求有共性。 动力机械—是一种将可利用的其他形式的能 转换为机械能，用以驱动工作机械做功的机 械。 因所用能源种类和工作原理的不同有各 种不同的动力机械。 内燃机是热动力机械的一种，将燃料在其内 燃烧产生的热能转换为机械能的机械。 内燃机是一种结构复杂的机器，它的许多零件是在高温、高应力和剧烈摩擦的苛刻条件下工作的。因此，需要设计人员必须掌握相当宽广的有关理论和技术知识。为使所设计的内燃机更好地发挥作用，设计人员还必须熟悉有关的制造工艺、维护修理、甚至市场信息等。 1.2 内燃机的设计要求 1.2.1 功率和转速 同一型号的发动机，在不同的使用条件及寿命要求下，铭牌上所标定的功率及响应的转速可以不同。发动机铭牌上标出的功率均为使用中允许的最大功率。按发动机用途和使用特性以及允许连续运转的时间，GB1105·1-87 中规定的标定功率分为四种：15min功率、1h功率、12h功率和持续功率。按使用特性在发动机铭牌上可标明其中1～2种功率。 （1）15min功率　　在标准环境条件下，发动机连续运转15min时的最大有效功率。适用于需要有较大的功率储备或瞬时需要发出最大功率的汽车、摩托车、快艇所用发动机。????（2）1h功率　　在标准环境状况下，发动机能连续运转1h的最大有效功率。适用于需要有一定功率储备， 以克服突然增加的负荷的轮式拖拉机、机车、船舶等发动机。????（3）12h功率　　在标准环境状况下，发动机连续运转12h的最大有效功率。适用于需要在12h内连续运转、且负荷较大的拖拉机、机车、工程机械、农用排灌机械和电站等发动机。（4）持续功率　　在标准环境状况下，以标定转速允许长期连续运行的最大有效功率，适用于需要长期连续运转的农有排灌、电站、船舶等发动机。 6102柴油发动机的标定功率与转速  内燃机的有效功率P可按下式计算： 式中 pe—平均有效压力（MPa）； i —气缸数； Vh—一个气缸的工作容积或活塞排量（L） n—转速（r/min）； D—气缸直径（mm）； S—活塞行程（mm）； Cm—活塞平均速度， 各类内燃机已达到的pe值 及将来有可能达到的值 当其他条件相同时，Pe 高则P大。由于 一是如何充入气缸更多的空气，并使更多的燃料能在气缸内燃烧；二是如何使内燃机的零件能可靠地随pi而增高的燃烧压力和燃烧温度的工况下可靠地工作。 在理想的状态下，如果每个循环中充入气缸的工作气体量和燃烧有效率都保持100%，则当内燃机转速提高时，机器所发出的指示功率Pid将成比例直线上升。实际上，由于进排气管路中的阻力，充入气体量有所减少。转速高时，燃烧情况可能恶化。内燃机实际发出的指示功率按曲线pi变化。 随着转速的增加，机械功损失也在增加如曲线pm所示。内燃机可能发出的有效功率 P=Pi-Pm，所以，当转速提到某一值nd时，将会出现Pi=Pm，此时，内燃机的机械效率为零。所有的指示功率都消耗在机械功损失上，则有效功率为零。为了使设计的内燃机发出有效功率，其机械效率 不应小于0.6。这就确定了内燃机的最高转速。 最低转速同样受到限制。 内燃机的工作转速范围应适合动力装置的要求。 对于机械传动的汽车、拖拉机和工程机械 来说，要求内燃机的最大扭矩点出现在尽量 地的转速下。 最大扭矩与标定功率时扭矩的比值称之为扭矩适应系数 。最大扭矩时的转速与标定功率时的转速之比称之为转速适用系数 。 愈大， 愈小，则车辆行驶中必须换挡得次 数就可愈少。对于汽油机来说，一般 对于柴油机来说， 1.2.2 内燃机的经济性 内燃机的经济性包括：内燃机的使用价 值应该尽量大，而其使用代价应尽量小。 使用代价包括购置费、油料消耗、使用中的 劳动强度、维护修理费用及使用寿命等。 油料消耗是影响经济性的主要部分。内 燃机的燃油消耗率通常是指标定工况下时的 油耗率（g/kW·h)