内燃机工作过程计算指导书
内燃机工作过程计算
关于boost 关于
版本：3.1、3.2、3.3、4.0、5.1； 定位：内燃机性能和一维气体动力仿真分 析软件； 算法：基于有限容积法，一维管路分析；
57
C8 J12 MP14 J10 37 35 36
J14
C7 26 30
C15 45
47 J9 MP15
34 J5 23 51 J15 50 MP13 52 33 J11 32 22 J4 24 21
C6
C14 15 29 44
25 J8 55
C5
14 MP12 PL1 13
28 PL2 19
C13 53
avlboostgtpowervavekivaiiiiiimk14三维流动计算avlfire一维三维耦合计算一维计算的快捷性三维计算的聚焦内燃机工作过程数值计算
内燃机工作过程计算
一、建立热力过程模型的目的： 建立热力过程模型的目的： 1.预测发动机初步的性能，进行设计方案比较。 预测发动机初步的性能，进行设计方案比较。 预测发动机初步的性能 2.为结构优化设计做准备，减少实验工作量。 2.为结构优化设计做准备，减少实验工作量。 为结构优化设计做准备 二、模拟的方法： 模拟的方法 热力学计算方法：建立在简单热力学关系基础上近似的、 热力学计算方法：建立在简单热力学关系基础上近似的、 半经验估算方法。 半经验估算方法。 数值计算方法：建立在现代流体力学，计算热力学、 数值计算方法：建立在现代流体力学，计算热力学、传热学 等基础上的方法 。
发动机工作过程计算(授课)
M r 1 • pr • T0 • 1 M 1 1 p0 Tr v
•
（3—7）
•
3、充气系数
v
M1 Mh
• 式中：M1—每循环实际进入气缸新鲜充量
• M h —在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量
• 进气终点时缸内工质数量 M a M1 M r M11
• •
， M1
Ma
1
M1
p dV
（3-22）
• 由（3-22）式子可以看出，n在所研究的区段上是绝热
指数k，压力p和热交换速度的 Q 函数。
dV
• 二、影响n1的因数分析
• 在多变压缩过程中，只有工质和缸壁间的温度差传热， 还没有燃料燃烧的热量加入。
• 因为，多变压缩过程中，dv<0： Q
• 所以，①若工质获得能量，Q >0即 dV <0，
paVa RTa
•1 1
由气体状态方程式：M a
，同理： M h
p0Vh RT0
paVa RTa
• ，而 v
M1 Mh
Va Vh
•
pa p0
• T0 Ta
•1
1
Va Va Vh Va Vc 1
•
•
v
1
•
pa p0
•
T0 Ta
•
1
1
内燃机原理实验指导书
内燃机学实验指导书热能与动力工程实验室
第一章实验教学的组织、要求和安全
一、实验的组织
按照《内燃机学教学大纲》的要求，学生必须完成下列实验内容：
1、内燃机机械效率的测定；
2、内燃机负荷特性的测定；
3、内燃机速度特性的测定；
4、柴油机调速特性的测定。
为使每一位学生能对试验的内容、方法和操作技术得到深入的了解，每班学生分为若干个小组，每一实验小组学生应为5—6人，并推选出一名小组长。
由于内燃机实验过程中的噪声、振动及温度等对人体的影响较大，因此，每次实验连续时间不宜超过3小时。
实验指导教师是整个实验的负责人，实验课开始时，应扼要地向学生说明每次实验的目的、主要内容、实验工作位置、以及达到实验目的所用的仪器和工具性能、使用方法与误差。并向学生说明各项实验中安全操作技术。在实验过程中，指导教师要全面掌握实验的进度，保证学生的实验质量。
二、实验的要求
1、发动机的性能试验，是一种集体性很强的工作。实验能否顺利进行，所取得的测量数据是否准确可靠，完全取决于每个测量人员的精细及协同一致地工作。任何一个部位的疏忽和大意，必定招致整个试验工作的失败，所做工作可能会前功尽弃。测量误差的原因，多半由于工作心乱，草率与不小心，必须严加注意。
2、实验前每位学生必须认真预习实验指导书，对实验的目的及实验方法有充分的了解，如未进行预习者，不得参加实验，凡参加实验者都要带实验指导书、记录纸、笔等。每个实验小组须带计算器台。
3、实验开始前学生要熟悉练习各种设备食品的操作使用方法，实验过程中听从指导教师的指挥，统一协调进行。
内燃机工作过程的观察实验
内燃机工作过程的观察实验内燃机是一种常见的动力装置，其工作原理基于燃料和氧气的化学反应产生的高温高压气体推动活塞，从而驱动机械装置。为了深入理解内燃机的工作过程，我们可以进行观察实验。在本文中，我将从物理定律到实验准备、实验过程，再到实验应用和其他专业性角度进行详细解读。
一、理论基础：
1. 热力学定律：根据理想气体状态方程PV=nRT，当燃料在锅炉中燃烧时，产生高温高压气体。
2. 牛顿运动定律：内燃机的活塞运动符合牛顿运动定律，力等于质量乘以加速度，即F = ma。
3. 能量守恒定律：内燃机的工作过程中，燃料的化学能转化为机械能，能量守恒。
二、实验准备：
1. 实验材料和设备：内燃机模型、燃料（汽油、柴油等）、氧气供应设备、活塞传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器等。
2. 实验环境：保持实验室的温度、湿度和压力稳定，并提供足够的通风。
三、实验过程：
1. 准备内燃机模型，并根据实验需求安装活塞传感器、温度传感器、压力传感器和转速传感器。
2. 将燃料加入燃料室，并使用氧气供应设备提供氧气。
3. 启动内燃机，并记录压力、温度和转速等参数的变化。
4. 观察活塞的运动，记录活塞上升和下降的时间和距离。
5. 在实验过程中，根据需要对燃料供应和氧气供应进行调整，并记
录相关参数的变化。
四、实验应用和其他专业性角度：
1. 内燃机的工作过程观察实验有助于研究燃料燃烧、能量转化和机
械运动等相关理论。
2. 通过实验观察，可以改变燃料供应和氧气供应条件，以实现燃烧
效率的优化，提高内燃机的效率和减少污染物排放。
第二章内燃机工作过程热力计算
6135型柴油机热计算及结果
• 已知条件为：
• 型号：
D6135
• 型式：
四冲程,水冷，直列直喷式燃烧室
• 增压柴油机一般推荐在（0.75-0.85）范围内， 提高柴油机机械效率的措施。
• 随着材料工业的发展，各种新的材料随之产生， 使主轴瓦和连杆轴瓦的材料得以改善，减少摩擦 损失；
• 新材料的诞生，使活塞环的表面粗糙度降低，减 少摩擦损失；
• 新材料能够减少零件间的间隙，提高柴油机的机 械效率。
（8）残余废气系数： r=0.04
T =10
本题取 T =10
第二节 内燃机实际工作过程热计算
1、参数选择 • 根据类似柴油机的实验数据和统计资料，结合本柴油机的
具体情况，可以选定：
• （1）过量空气系数： α =1.65 • 高速非增压额定工况的过量空气系数，一般均推荐1.6-
1.9（直接喷射式）,选择的原因如下： • （a）有利于燃烧过程迅速地完成，增加燃烧产物中的二
进气过程的损失和充气量损失，需要进行进气终点状态参 数、残余废气系数和充气效率的计算。
第二节 内燃机实际工作过程热计算
内燃机实验实验指导书
内燃机实验
实
验
指
导
书
南昌大学机电工程学院动力工程系发动机实验室
目录
实验一发动机机械效率的测定
实验二柴油机负荷特性实验
实验三发动机气道稳流性能实验实验四柴油机燃油喷射过程实验附录一发动机台架试验安全操作规范
实验一 发动机机械效率的测定
一 试验目的：
1、了解发动机试验台架的组成，掌握发动机扭矩、功率、转速及油耗等基本发动机性能参数的测量方法。熟悉电涡流测功器、油耗转速测量仪、发动机数控试验台等仪器的原理和使用方法。熟悉FST2E 发动机数控系统的使用方法和用户程序的编制方法。
2、采用油耗线法测定发动机机械效率ηm ，并由此计算出发动机的机械损失功率。目的在于了解发动机的机械磨擦损失随曲轴转速与负荷的变化规律，以便评定发动机的结构完善程度与调整装配质量；还可以借以推算发动机的指示功率，也可用于评定发动机工作均匀性。
二、试验仪器及设备：
2105B 型柴油机 南昌凯马柴油机有限公司
CW100-3000/10000电涡流测功机 迈凯（洛阳）机电有限公司
FCM-D 油耗转速测量仪 上海内燃机研究所
FST2E 发动机数控试验台 迈凯（洛阳）机电有限公司
三、实验基本原理：
本实验采用油耗线法测定2105B 型直喷非增压柴油机的机械效率ηm 。实验基本原理为：
发动机在某一具体工况下指示热效率为： 136003600()
i e m A A u A u
P P P B H B H η
⨯⨯+=
=
发动机同一转速下空转时指示热效率为：
假设发动机该工况下和空转时的指示热效率相同（即ηA=η0），则有：故，该转速的发动机机械损失功率可通过下式计算得到：
发动机缸内工作过程计算
发动机工作过程数值计算作业缸内封闭过程数值计算
学院：汽车学院
专业：动力机械及工程
姓名：滑海宁
学号：2012122056
教师：张春化
二〇一三年五月
气缸封闭过程的数值计算
发动机缸内工作过程的数值计算，是以内燃机缸内各工作阶段的物理模型为基础，通过微分方程来对其各阶段工作过程进行数学描述，然后通过程序编写求解微分方程，得到缸内温度、压力等参数随曲轴转角的变化曲线。
一、基本热力学模型
图1 发动机缸内热力系统
在简化假设的基础上，取气缸为一个热力学系统，如图1所示。这个热力系
统包括了质量交换项，如排气 dm
A ，进气 dm
E
，喷入气缸内瞬时燃料质量 dm
B
；
与能量交换项，如焓变，功，燃烧放热等。图中 T 、P 、V、 m 及 u 分别为缸内瞬时气体温度、压力、体积、燃料质量及比内能。
二、简化假设
1.假定工质为理想混合气体；
2.假定缸内各处温度、压力及混合气浓度均匀；
3.用纯空气的气体常数代替混合气气体常数；
4.假定扫气完全，即不考虑残余废气；
5.不计漏气损失，并假定只有在燃烧始点才有燃油喷入气缸；
6.按代用燃烧规律进行喷油，并认为着火延迟等于零；
7.假定放热率为100%。
三、 基本方程
1、气体状态方程 PV=mRT
2、压缩期(VB ES ϕϕϕ<<) 能量方程：
ϕd dT ＝v mc 1（ϕd dQ w －p ϕ
d dV
） 质量方程：
ϕ
d dm
＝0 3、燃烧期(VE VB ϕϕϕ<<) 能量方程：
ϕd dT ＝v mc 1（ϕd dQ B ＋ϕd dQ w －p ϕd dV －u ϕd dm －m λ∂∂u ϕλ
第五章 内燃机工作过程计算
可以推导出柴油机燃烧规律的半经验公式：
K t m1
x 1 e m1
dx
Kt em
K t m1 m1
dt
柴油机燃油燃烧的方程式：(tZ为燃烧结束时间） C t t m1
x 1 e tZ
C ln(1 xz ) ln(1 0.999) 6.908
6.908 t t m1
x 1 e tZ
dx dt
dW p dV
d
d
dQi dQB dQw
i d d d
j
hj
dm j
d
hs
dms
d
he
dme
d
d(m u) u dm m( u dT u d )
d
d T d d
d(m u)
d
dQB
d
dQw
d
p dV
d
hs
dms
d
he
dme
d
dT
d
1 m cv
( dQB
d
dQw
d
p dV
d
hs
dms
d
he
dme
d
u
dm m u
d
d d
)
忽略 工质成分对比内能的影响，有：
dT
d
1 m cv
( dQB
d
国家能源集团朔黄铁路公司内燃机车指导书
国家能源集团朔黄铁路公司内燃机车指导书
1.内燃机车概述：
1.1内燃机车是一种采用内燃机作为动力源的列车。它具有灵活、高效、便捷等优点，被广泛应用于铁路运输中。
1.2内燃机车的主要组成部分包括发动机、传动系统、制动系统、燃油系统等。各部分的功能和作用在本指导书中将有详细介绍。
2.内燃机车操作要求：
2.1操作人员必须经过专业培训并持有有效的操作证书，才能操纵内燃机车。
2.2操作人员应熟悉内燃机车的操作面板、仪表和控制装置，确保能正确使用和调节各系统。
2.3操作人员应按照规定的速度和路线行驶，确保行车安全。
2.4操作人员应定期进行内燃机车的检查和维护，确保车辆在良好的工作状态下运行。
3.内燃机车安全注意事项：
3.1操作人员应遵守公司的安全制度和操作规程，确保内燃机车的安全运行。
3.2操作人员应随时关注仪表和警告指示灯，及时采取相应的措施，避免发生故障或事故。
3.3操作人员在操作过程中应注意观察周围环境，确保列车与其他车辆、行人等保持安全距离。
3.4操作人员应注意燃油的使用和储存，确保安全操作。
4.内燃机车事故应急处理：
4.1发生事故时，操作人员应立即采取紧急制动措施，并通过通信设备向相关部门报告。
4.2操作人员应按照公司的应急预案进行事故处理，并配合相关人员进行救援和调查工作。
5.内燃机车日常维护：
5.1内燃机车的日常维护包括清洁、润滑、检查等工作。操作人员应按照规定进行定期维护，确保车辆的正常运行。
5.2操作人员应定期检查燃油、润滑油等物资的储存和使用情况，及时补充和更换，确保内燃机车的正常工作。
地铁运营分公司车辆部内燃机车作业指导书
车辆部设备中心内燃机车
作
业
指
导
书
2018年5月
目录
第一章作业准备 (3)
一、安全工作准备 (3)
二、材料、工器具准备工作 (3)
三、人员准备 (3)
第二章作业流程 (3)
一、月检作业流程 (3)
二、半年检作业流程 (5)
二、年检作业流程 (6)
第三章作业工序 (8)
一、安全防护 (8)
二、材料及工器具 (9)
三、工作内容 (9)
第四章作业记录 (29)
第一章作业准备
一、安全工作准备
1、班前会由班组安全员对所有作业人员进行专项安全交底，对作业的安全风险点
进行交底。
2、作业过程中需要设置的安全防护由作业负责人进行设置。
3、作业负责人完成请点工作。
二、材料、工器具准备工作
班组长安排人员到材料室领取检修所需物料及工器具，班组材料员对工作所需要的材料、工器具进行清点，清点完毕后交作业负责人。
三、人员准备
1、本作业月检4人，半年检6人，年检8人。
2、明确所有作业人员工作分工及职责。
第二章作业流程
一、月检作业流程
二、半年检作业流程
二、年检作业流程
第三章作业工序
一、安全防护
1.穿戴好劳保用品。
2.上下机车面对车辆。
3.检修作业过程中做好呼唤应答。
4.作业前，放置好止轮器并在车辆两端挂好禁动牌。
5.动态检查严禁动档位开关。
6.严禁触碰运转过程中的部件。
7.严禁跨越地沟
二、材料及工器具
三、工作内容
动态检查
第四章作业记录
1、规范填写各项检查（检测）记录。
2、填写完毕作业记录后由所在班组进行存档。
内燃机课程设计公式指导书
一. 课程设计题目：机车柴油机初步设计 二. 设计要求及选定参数
机型：四冲程废气涡轮增压中冷V 型柴油机
功率Pn ：1800马力 转数n ：1100转/分 气缸直径d ：240mm 活塞行程S:275mm V 型夹角γ：50°
燃烧室形式：直接喷射式 连杆形式：并列连杆 曲轴转向：右转 气缸排列：右列靠前 限制指标：
最高燃烧压力Pz ≤135公斤力/厘米² 有效燃油消耗率be ≤211克/千瓦小时 排气直管温度T ≤540℃
三.热计算和动力计算
1.基本参数选用
2
17.2414
d Vs S L π=
⨯=
活塞平均速度/302801100/3010.267Vm s n =⨯=⨯=米/秒
由公式30em s e P i V n
P τ
⨯⨯⨯=
中Ps,τ，i ，Vs ，n 都可知，并且通过参考16V280ZJ
可知Pem 的范围在1572千帕左右，可以估算气缸数量范围，取i=16.
取：
1. 连杆长度L=580mm
连杆长度加大，使柴油机总高度加大；虽然连杆摆角减小，侧压力减小，但效果不明显；而且连杆重量加大，往复运动惯性力加大。因而尽量采用短连杆，一般λ值在1/3.8~1/4.2之间。参考样机连杆长度，取连杆长为580mm 。 曲柄连杆比λ=R/L=0.2415
2. 气缸中心距0l =455mm, 0l /d=1.6
0l /d 影响柴油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小0l /d 值。一般0l /d 值为1.2~1.6。取参考样机值。
3. 压缩比ε=14
选用压缩比ε也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑柴油机的经济性能、工作可靠性、冷启动性能等。增压柴油机ε在11~16之间，直喷式大功率柴油机在12~13之间。
内燃机原理试验指导书.doc
发动机原理试验指导书
一、课程性质、目的与任务
内燃机试验是内燃机生产制造和科学研究工作中不可缺少的一个环节。内燃机及相关专业的学生必须掌握内燃机试验的基本方法、原理及操作技能。
通过实验使学生进一步常握理论教学的内容，掌握发动机工况、发动机指标的测定、发动机特性曲线的绘制，掌握一定的试验操作技能；了解内燃机台架试验主要仪器设备的工作原理和使用方法；验证课堂学习的某些理论，加深对理论的认识。通过实验课教学，学生应能能独立操作主耍实验仪器设备，掌握试验数据的处理方法以及试验报告的撰写规范。
二、课程的要求
内燃机性能实验是一项集体性很强的工作，参加实验人员各自承担其屮的一项工作。实验过程的顺利进行、测量数据的准确可靠，与各个工作岗位成员之间的密切配合、协调一致冇很大关系。因此，在实验前，学生应认真阅读实验指导书，老师讲解实验台结构和实验注意事项以及仪器设备基木原理和操作规程。针对具体实验项目，老师讲解实验过程和方法，并进行示范。待学生对实验过程和仪器设备全面了解后，由老师进行组织和分工。学生应按照分工要求，明确自己在本实验中所承担的任务，了解口己工作岗位上仪器设备的操作、使用方法。实验结束后，学生要根据实验指导书的要求整理实验数据，编写实验报告，并绘制合乎规范的实验结果图形。
三、本课程与相关课程的联系与分工
本课程是内燃机原理的配套试验课程。课程的学习不仅可以加深学生对内燃机原理屮很多理论的理解，同时，也为内燃机的排放与控制、内燃机的测试、内燃机电了控制技术等课程的学习奠定基础，另外，也可以为某些学生的毕业设计打下基础。
内燃机工作过程计算指导书
内燃机工作过程计算
一、 内燃机实际工作过程的数值计算
1、
基本原理与公式
在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：
①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 ③气体流入或流出的气流为准稳定流动。 ④不计进气系统内压力和温度波动的影响。 ⑴能量平衡方程式
根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：
()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dW
h h d d d d d d φφφφφφ
=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量
Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量
h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓
()(,)
.1()
()w s e B s d mu du dm
m u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d
d d m T φφφλ
λφφλφ
λ
φφφφφφφλφ=+=∂∂∴
=+
∂∂∂∴=+-++--∂∂∂ ⑵质量平衡方程式
通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：
内燃机工作过程数值计算程序说明
dQB
d
RE6NE.9TD0U8RNu
mB0 Hu
(m
1)
VB
m
exp
6.908
VB
m1
kJ/CA
C ------------------------ALANMD()-------------------------------
C ALANMD: THIS PROGRAM IS USED FOR CALCULATION OF EXCESS
报告格式：
（1）数学模型的建立 （2）程序流程图 （3）程序清单 （4）计算结果分析
变量说明
C ------------------------BLOCK DATA-----------------------------
C AR--------THE ROTATED RADIUM OF CRANKSHAFT,REAL,(M),>0
C ETU----COMBUSTION EFFECIENCY IN WIBE'S HEAT RELEASE FUNCTION
C KKK-------CONTROL VARITY (-1 OR 0 OR 1)
C
-1--------------COMPRESSION PROCESS
C
0--------------COMBUSION PROCESS
第十二章内燃机工作过程计算讲解
基本方程
（1）实际气体状态方程：pV=ZmRT
★1
（2）质量守恒：dm/d=dmB/d+ dms/d+ dme/d
★2
（3）能量守恒：dU/d=dQB/d+ dQW/d+ dW/d+ hsdms/d+hdme/d
★3
dW/d=-pdV/d
dU/d=d(mu)/d=udm/d+mdu/d
i1 i
f
T, d
1．欧拉折线法
T
1．欧拉折线法：
用 i点的斜率f（Ti,i）代 替i～i＋1段上的斜率。
T1
T2
T3
T0
T=F()
T1 T0 f (T0 ,0 )
T2 T1 f T1,1
Ti1 Ti f Ti ,i
0 1 2 3
K 1
0.0698
B 11.114.3K 0.51
p 气体压力，bar
C 0.252 0.102K 0.401
T 气体温度，K
工质物性参数=f(T，λ )
② 瞬态定容平均比热容Cvm
cm
0.14455
3
0.0975
0.0485
0.75
引言
国外情况：仿真计算70~80% 高可信度、高水平计算的条件： (1) 模型模拟精度高；模型被广泛验证、问题考虑全面； (2) 以大量试验数据为基础； (3) 以全面、完整、大型数据及模型库为支撑； (4) 计算工具先进。GT-POWER；BOOST；FIRE； KIVA
柴油机课程设计
内燃机课程设计指导书
成都理工大学工程技术学院
热能与动力工程教研室2016年
内燃机课程设计指导书
（一）目的、要求
一、内燃机课程设计的目的：
（1）复习、巩固已学过的内燃机课程，是对内燃机工作原理、结构设计、动力学和制造工艺等内容学习成果的一次全面考察。
（2）通过对一台机车柴油机的初步设计，掌握内燃机的热力过程、动力学性能的理论分析和计算方法，熟悉柴油机的结构和设计过程。
（3）提高学生的分析、计算和绘图能力。
总之，通过本课程设计要进一步提高分析问题、解决问题的能力和独立工作的能力。
二、主要内容和时间安排
本设计要求学生对一机车柴油机进行初步设计，完成一定的计算工作量和绘图工作量。具体任务，见各人的任务书。其主要内容和时间安排如下：
具体内容见以下各部分指示书。带符号“*”的内容仅供热能与动力工程专业的学生阅读。
三、基本要求
1. 纪律要求：
（1）遵守作息制度，每天上、下午必须到设计教室进行设计，离开教室应向班长请假。指导教师及班长经常考勤，按规定若缺席超过三分之一，设计不能通过。
（2）禁止相互抄袭，禁止单纯抄图，禁止用分规扎图进行复制，禁止代算代做等。上述行为一经发现，设计不能通过。
（3）保持设计场所整洁，轮流值日经常打扫，不许带录音机等音响设备到设计教室，禁止在设计教室大声喧哗、妨碍他人工作。
2. 业务基本要求：
（1）必须仔细阅读设计说明书，按指示书规定的步骤进行设计。按质按量完成任务书规定的内容。
（2）要求计算准确，达到一定的精度（取四位有效数字）。按规定的要求进行计算：曲轴转角每隔5°一个计算点；计算结束的条件定为误差在5%以下。计算用的参数必须在常用的范围之内。允许用计算机计算，但禁止程序相互转用，在说明书必须附上自编的源程序。计算结果画成曲线图；图线要正确、美观、标注完全。
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内燃机工作过程计算
一、 内燃机实际工作过程的数值计算
1、
基本原理与公式
在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：
①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 ③气体流入或流出的气流为准稳定流动。 ④不计进气系统内压力和温度波动的影响。 ⑴能量平衡方程式
根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：
()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dW
h h d d d d d d φφφφφφ
=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量
Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量
h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓
()(,).1()
()w s e B s d mu du dm
m u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφ
λ
φφφφφφφλφ=+=∂∂∴
=+
∂∂∂∴=+-++--∂∂∂Q
Q ⑵质量平衡方程式
通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：
s e
B dm dm dm dm d d d d φφφφ
=++ ⑶气体状态方程式
pV mRT
=
⑷气缸工作容积
21[1cos (121(sin 2180
h s
h s V V V dV d φελπφλφ=
+-+-=+
h V 气缸工作容积（3m ）
V 气缸瞬时容积（3m ）
s λ 曲柄连杆比（2s S
L
λ=
） dV
d φ
气缸容积变化率 （3m /度）
⑸传热计算公式
气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。为简单起见，通常将整个传热面分为活塞、气缸盖及气缸套三部分，用三部分传热面的平均壁温及按位置平均瞬时传热系数进行传热量的计算，计算公式为：
3
3
111()6w w g i wi i i dQ dQ F T T d d n αφφ
====-∑∑ （J/度） i F : 传热表面积
i=1和i=2活塞顶部和气缸盖 2
1,24
D F π=（2m ）
i=3 气缸套 3F Dh π=（2m ）
wi T ：传热表面的平均温度
i=1活塞顶部 112030273w e T p =++ （k ） i=2 气缸盖 21007273w e T p =++ i=3 气缸套 31004273w e T p =++ 注：e p 为平均有效压力3
3010
e
e h N p iV n τ=
⨯ （bar ） 其中：τ为冲程数，e N 额定功率(kw)，h V 为工作容积(3m )， n 发动机转速（转/分），i 气缸数。 传热系数经验公式： 1、G ．Sitkei 公式
0.70.7
0.20.30.205(1)m
g e
p C b T d α*=*+* 2(/())w m K g
alf=0.205*(1+b)*pow((P/1000000),0.7)*pow(Cm,0.7)/(pow(T,0.2)* pow(d e ,0.3)); 注：b ：为系数。对直喷式的为0~0.15,本设计选用0.09。
22e Dh
d D h =
+ 无量纲。 2
4V
h D π=（m ）h 为活塞顶到气缸盖底面距离。 30m sn
C =（m/s ）活塞平均速度
p 气缸内工质绝对压力（MPa ） T 气缸内工质绝对温度（K ）
2、
佛劳姆（W.Pflanm ）公式
7.81g α= 2(/())w m K g
注：符号和单位同上
⑹燃烧规律
对于一般性能预测和增压柴油机的匹配计算，采用代用燃烧规律可满足要求。经常使用的代用燃烧函数是韦柏的半经验公式：
1
16.908 6.908116.908m m y
m y z
x e dx m y e d φφ++--=-+= x ：燃料燃烧百分比
y ：无因次时间函数0z
y φφφ-=
0φ：燃烧起始角
φ： 瞬时曲轴转角 z φ：燃烧持续角 m ：燃烧品质指数
由此可算出气缸中燃料燃烧时的瞬时放热率
B u b u
dQ dx
H g d d ηφφ
= （J/度）
b g ：每循环喷油量 30000e e b N g g ni
= （kg ）
u η：燃烧效率，对于柴油机稳定运算，可取1u η=
⑺工质内能变化的计算
柴油机工质为空气和燃烧废气的混合物，一般常用瞬时过量空气系数λ来表示，这样，工质的内能可表示为两个变量的函数
(,)u f T λ=
可用于工质内能变化的经验公式很多，下面用的是Justi 公式：
3624
20.750.80.93
0.0485 3.3646.4144.55[(0.0975)(273)10(7.768)(273)10(489.6)(273)101356.8]m u T T T λλλ
---=-+
-⨯++-⨯++-⨯+
（J/kg ）
⑻机械功的计算公式
dw dV p d d φφ
=-
⑼气缸温度
1()()w s e B s dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T λ
φφφφφφφλφ∂=+-++--∂∂∂
3、 气缸内各过程的计算
计算一般从压缩始点开始，压缩、燃烧和膨胀三部分为高压阶段，从排气门打开到进
气门打开为止为排气期，以及延续到气门迭开期，接着是延续到进气门关闭的吸气期，这三个时期为工质更换阶段。 ⑴压缩期
0,0dm d d d λφφ
== 1()()w dQ dT dV p u d d d m T
φφφ
=-∂∂ ⑵燃烧期