内燃机课程设计 - 图文

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内燃机课程设计指示书

目录：

第一章 基本参数 ..................................................................................................................... 2

1.1 给定参数： ................................................................................................................ 2 1.2选定参数： ................................................................................................................. 2 第二章 近似热计算 ................................................................................................................. 3

2.1 燃料燃烧热化学计算 ................................................................................................ 3 2.2换气过程计算 ............................................................................................................. 3 2.3压缩过程计算 ............................................................................................................. 4 2.4燃烧过程计算 ............................................................................................................. 4 2.5膨胀过程计算 ............................................................................................................. 5 2.6示功图绘制 ................................................................................................................. 6 2.7柴油机性能指标计算 ................................................................................................. 7 第三章 动力计算 ..................................................................................................................... 7

3.1活塞位移、速度、加速度计算 ................................................................................. 7 3.2活塞连杆作用力分析 ................................................................................................. 9 3.3 曲柄销载荷和连杆轴承载荷 .................................................................................. 11 3.4 发火次序 .................................................................................................................. 13 3.5主轴颈载荷和主轴承载荷计算 ............................................................................... 14 第四章 柴油机总体布置 ....................................................................................................... 15 第五章 柴油机零部件简介 ................................................................................................... 16

5.2曲轴 ........................................................................................................................... 17 5.3活塞 ........................................................................................................................... 17 5.4连杆 ........................................................................................................................... 17 5.5气缸盖 ....................................................................................................................... 17 5.6气缸套 ....................................................................................................................... 17 5.7凸轮轴 ....................................................................................................................... 17 5.8喷油泵与喷油器 ....................................................................................................... 17 5.9机油系统 ................................................................................................................... 18 5.10增压器和进排气管 ................................................................................................. 18 参考资料 ................................................................................................................................. 18

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第一章 基本参数 1.1 给定参数：

气缸直径d?280㎜ 活塞行程S?285㎜ 气缸数i?16

kW 功率Pe?3675 转速n?1000r/min 压缩比?c?12.5 冲程数??4

气缸工作容积VS?17.55L

kPa 平均有效压力Pme?1572kJ/kg 轻柴油低热值：Hu?41860 燃料采用轻柴油：gc?0.87 gH?0.126 go?0.004

1.2选定参数： 机械效率?m?0.91

有效燃油消耗率be V型夹角?=50o 进气管温度T0?325K 进气升温?T?5℃ 残余废气温度Tr?900K 过量空气系数?a?2.0

2

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残余废气系数?r?0.01 增压压力Pk?240kPa

第二章 近似热计算 2.1 燃料燃烧热化学计算

1) 理论空气量L0?1gcgHgomol/kg) (??)（kg·

0.2112432理论空气量L0?0.4946kg·mol/kg

2）新鲜空气量M1??aL0=0.9893（千克摩尔/千克）

说明：对柴油机来说，?a总是大于1以保证喷入气缸的柴油能完全燃烧，柴油机在吸入气缸的空气量一定时，?a小意味着可以向气缸内多喷油，吸入气缸的空气的利用率高，发出的功率大。

3）燃烧产物M2?M1?gHgo?=1.0209（千克摩尔/千克） 432M2=1.0319 M14）理论分子变更系数?0?5）实际分子变更系数?1??0??r=1.0316

1??r2.2换气过程计算

.2kPaPe?Pi??m?34591）进气管内气体压力P.28kW 0?0.98Pk?235排气压力P.68kPa r?(0.85~0.95)P0?2112）气缸内排气温度Tr?900K

3）进气终点压力P.2kPa a?P0?0.98Pk?2354）进气终点温度Ta?T0??T??rTr?335.6436K

1??r3

4

5）充量系数?c?1?1.0421

?c?1P0Ta1??r?cPaT06）柴油机总空气流量

Ga??s?ci?n?P0?Vs16?1000?0.2352?17.55?1.1?1.0421??6.7638kg/s

30??Ra?T030?4?0.287?3252.3压缩过程计算

1) 平均多变压缩指数n1?1.380

2) 压缩过程中任意曲轴转角?cx时的压力Pcx?Pa(Vcan1) Vcx其中：进气终点气缸容积Vca?VS?c?4?c?0.0191㎡ ?c?1?c?1?d2S 对应于?cx时的气缸容积Vcx??4d2R(1?cos?cx??2sin2?cx)?VC

式中：曲柄半径：R=S/2=0.1425m 曲柄连杆比：??3）压缩终点充量的状态参数

1 压力PMPa cb?Pa?c?7.6767R0.1425??0.1781 L0.580n 温度Tcb?Ta?c1n?1?876.4036K

2.4燃烧过程计算

1) 热量利用系数?z?0.85

2) 最高燃烧压力Pz?13.239MPa 3) 压力升高比?P?4) 燃烧最高温度TZ

Pz13.239??1.7246 Pcb7.6767 4

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燃烧方程式

?ZHu?aL0(1??r)?[(?Cpcb)m?8.313(??1)]Tcb??1(?CPZ)mTZ

在Tcb温度下，空气的平均等容摩尔热容 ??Cv?m??Cp'????'m?8.313?22.100kJ/kg?mol?K

在Tcb温度下，残余废气的平均等容摩尔热容 ??Cv?m??Cp''''m?8.313?23.187kJ/kg?mol?K

由公式：

??C????C?pcbmvcbm?8.313?30.4238kJ/kg?mol?K

?22.1108kJ/kg?mol?K

??Cvcb?m?'??Cv?'m??r??Cv?'m1??rK 经试算TZ?1893其中：在TZ温度下燃烧产物的平均等容摩尔热容??CPZ?m?34.60kJ/kg?mol?K 5）初期膨胀比?0??1TZ?1.2920

?PTcb2.5膨胀过程计算

1) 平均多变膨胀指数n2?1.28

2) 膨胀过程中任意曲轴转角?bx时的压力Pbx?Pz(对应于?bx时的气缸容积Vbx?3）后期膨胀比??VZn2) Vbxsin2?bx)?VZ

?4d2R(1?cos?bx??2?c12.5??9.6749 ?01.29204）膨胀过程终点状态参数 压力Pb? 温度Tb?Pz?n2?0.7248MPa ?1002.6967K

Tz?n?12 5

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2.6示功图绘制

1）理论示功图

根据各过程计算结果可以绘出柴油机实际循环的理论示功图，其中燃烧过程按等容——等压过程绘制。

Pa?cn1??111L?[?(??1)?(1?n2?1)?(1?n1?1)]?Vs

?c?1n2?1?n1?1?c'

图一 P?V图

图二 P??图

2）实际示功图绘制

理论示功图没有考虑下列因素的影响，因此必须进行修正才能的到实际示功图。

① 没有考虑进排气过程。虽然泵气损失（或泵气功）并入机械损失，不计入指示供，但为了示功图完整，根据进气终点压力Pa和排气压力Pr近似画出进排气过程线。 ② 、提前点火、喷油提前的影响。压力剧烈升高应该从上止点就开始。

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③ 、燃烧规律的影响。燃烧过程压力线应该连续、圆滑，燃烧最高压力应该出现在上止点后10°左右。

④ 、排气提前角开启的影响。在下止点前压力就开始下降，即压力线圆滑过渡到排气线，整个过程的换气线应该修圆。

3）修圆后实际示功图的循环指示功比理论示功图小，计算因修圆二减小的放个数S1。可得示功图丰满系数?f?S0?S1200?8??0.96 S02002.7柴油机性能指标计算

1) 平均指示压力

Pa?cn1??0?1?1?1???]?1.681MPa Pim??f[???0?1??1??1??n2?1?n1?1???c?1n2?1???n1?1??c?2) 指示功率Pi?iPimVsn?3931.200kW 30?3）指示热效率?i?8.313?aL0TaPim?0.438

HuPa?c3600?1034）指示燃油消耗率bi??196.349g/kW?h

?iHu5）有效功率P.349?0.91?3537.910kW e?Pi??m?39316）平均有效压力PMPa em?Pim??m?1.5297）有效热效率?e??i?m?0.404 8）有效油耗率be?bi?m?215.51g/kW?h

第三章 动力计算 3.1活塞位移、速度、加速度计算

x?R[(1?cos?)?1??1?cos??]

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图三 S—?变化曲线

??R?sin????? cos?

图四 Vm??变化曲线

cos?????cos2?a?R?[??] 3cos?cos?2 8

9

图五 a??变化曲线 其中??arsin??sin??

3.2活塞连杆作用力分析

1) 基本作用力Pg?pg?P

??

图六 2）往复惯性力Pj??mja??(mp?ma)a

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图七

23）连杆大头离心惯性力Prc?mcbR??66.00kN

4）连杆作用力P?Fg?Pj 5）侧压力Pn?P?tan?

图八

6）切向力T?Psin(???)

cos? 10

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图九 7）法向力Z?Pcos(???)?Prc?K?mcbR?2

cos?习惯上令K?Pcos(???)

cos?

图十

3.3 曲柄销载荷和连杆轴承载荷

1）曲柄销载荷

?

' K

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T' Prc

K T

图示 曲柄销载荷连杆轴承载荷变换 曲柄销上作用有切向力T和法向力Z，Z?K?Prc

图十一 曲柄销载荷示意图 2）连杆轴承载荷 用坐标变换法计算：

Z'?Tsin(???)?Zcos(???) T'?Tcos(???)?Zsin(???)

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图十二 连杆轴承载荷示意图

3.4 发火次序

8 6 2 4 1 3 7 5

9 11 15 13 16 14 10 12

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图十三 总切向力变化曲线 总切向力平均值266.87kN 平均指示扭矩Te?38.029kN?m 指示功率Pi?Ten?3982kW 9550有效功率P?0.91?3623.62kW e?Pi??m?39823.5主轴颈载荷和主轴承载荷计算

1）主轴颈载荷

''T?Ti''?Ti?1cos??Ki?1sin??pr,i?1sin? ''''K?Ki''?Ki'?1cos??Ti?1sin??pr,i?pr,i?1cos?

图十四 T---K图

2）主轴承载荷

K'?Rsin??Kcos?

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T'?Tcos??Ksin?

图十五 T'---K'图

第四章 柴油机总体布置

柴油机的整体设计布置，应做到结构紧凑、布置合理、体积小、重量轻。

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第五章 柴油机零部件简介 5.1机体

16V280的机体采用QT500--7的球墨铸铁整体铸造，具有较高的强度和延展率，能够避

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免焊接机体因焊缝应力不能彻底消除而会在长期使用中产生变形或断裂的危害。机体采用近似六边形的外形，可获得最大的横向和纵向刚度。

5.2曲轴

曲轴采用43CrMo合金钢锻坯，全纤维挤压成形，具有比铸铁曲轴更高的强度极限和冲击韧性。轴颈及圆角表面经氮化，不仅提高了轴颈的耐磨性，更大大提高了轴颈圆角不分的疲劳强度，由于其他的热处理工艺。曲轴自由端采用1:50锥度的圆锥面与曲轴齿轮、减振器连接，结构紧凑合理。

5.3活塞

采用钢顶铝裙组合活塞、既有震荡冷却方式。钢制的活塞顶保证了顶部和环岸的强度及活塞环槽的耐磨性。中凸椭圆的锻铝裙，不仅重量轻而且与缸套具有良好的配合性能。

5.4连杆

并列连杆，42CrMo钢制，杆身为工字型截面，全加工并表面抛光。连杆大头与大头盖成40°斜切口，齿形定位，用4个合金钢螺钉拧紧连接。连杆身上钻有油孔，引导曲轴连杆颈的机油至活塞顶不用于冷却。并列式连杆结构简单，润滑可靠，互换性好，维护方便，价格便宜。

5.5气缸盖

采用四个螺柱紧固气缸盖的结构，简化了机体结构，减少了重要螺柱的数量，并为总体设计要求的进、排气道同侧布置的结构安排创造了有利条件。

5.6气缸套

湿式气缸套，由合金硼铸铁浇铸。气缸套壁厚较大，除了满足强度要求以外，还有良好的抗穴蚀能力。气缸套凸肩尺寸也比较大，有足够的抗弯强度。

5.7凸轮轴

柴油机两根凸轮轴分别列于邹游两气缸的外侧，凸轮与轴为整体式结构，工作可靠。

5.8喷油泵与喷油器

柴油机采用单体式喷油泵，并设置回油管路，用以改善高速运动的柱塞偶件的工作可靠性，即利用喷油泵的回油带走柱塞摩擦副产生的部分热量，减少柱塞卡滞的可能性。

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低惯性、长针阀、多空闭式喷油器安装在气缸盖中不的喷油器套管内，利用冷却气缸盖的冷却水同时冷却喷油器，提高了喷油器的工作可靠性。

5.9机油系统

柴油机采用叠片铜网滤芯的粗、精机油滤清器

5.10增压器和进排气管

柴油机应用ABB VTC254 13型轴流式废气涡轮增压器，尺寸比较小，重量也比较轻，综合效率比较高。采用MPC排气系统，结构简单、拆装方便并能与增压器配合使用，可以充分利用排气脉冲能量。

参考资料

《内燃机学》………………………………………………………………机械工业出版社 《内燃机设计》……………………………………………………………机械工业出版社 《车用柴油机》……………………………………………………………中国铁道出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xk77.html