6100型柴油机

6100型柴油机
6110型柴油机热计算及结果
试对6110型柴油机标定⼯况进⾏实际循环热计算已知条件：
缸径： D=110mm 缸数： I=6 冲程： S=120mm 12⼩时功率： e N =160PS 转速： n=2000min
r
压缩⽐：ε=18 每缸⼯作容积： Vh=1.14L 曲柄半径： R=2
S
=55mm ⼤⽓状态： 0P =1（
2cm
kg
），0T =293K 燃料平均重量成分： C=0.87 H=0.126 O=0.004 (选⽤中柴油) 燃料低热植： µH =42287kg
kj
=10500kg
kcal
（1kcal=4.1868kj ）
燃烧室形式： “ω”型直喷射式 1. 参数选择
根据类似柴油机的试验数据和统计资料，结合本柴油机具体情况，可以选定：（1）过量空⽓系数a Φ=1.7
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。

a) 有利于燃烧过程的迅速完成，增加燃烧产物中的⼆原⼦⽓体含量，可以获得较⼤的
绝热与膨胀系数，减少派⽓热损失，增加发动机经济性。

b) 在冲⽓状态良好的状态下采⽤较⼤的过量空⽓系数，可以降低主要零件的热负荷，
特别是活塞组的热负荷，有利于整机的可调性及耐久性。

⼀般推荐a P =（0.85~0.9）0P
（3）空⽓进⼊⽓缸的温度升⾼：T ? =15
⾮增压⾼速柴油机T ?⼀般推荐（10~20），本参数实现的条件。

a) 进⽓管和排⽓管分置柴油机两侧，在进⽓管的外侧包上隔热材料，减少排⽓管对进⽓管中的空⽓的影响；
b) 在机体和进⽓管中间加上隔热板。

减少机体本⾝的散热对进⽓管的加热。

采⽤较⾼燃烧爆发压⼒的原因：
ω型燃烧室燃烧压⼒⼤多偏⾼，据经验⾮增压直喷四冲程柴油机为60~90（kg/cm 2）。

（5）Z 点的热量利⽤系数：z ξ=0.8⾼速柴油机的Z 点热利⽤系数⼀般在（0.5~0.75）范围内，由于增⼤过量空⽓系数，增加压缩终点压⼒，其结果将使着⽕延迟
四冲程⾮增压柴油机n ψ⼀般在（0.92~0.96）范围内。

（7）机械效率：m η=0.8
四冲程⾮增压柴油机m η⼀般在（0.75~0.85）范围内。

（8）残余废⽓系数：r=0.05
残余废⽓系数与其压缩⽐、进⽓压⼒、配⽓定时等有关。

对于柴油机⽽⾔，压缩
⽐⾼、⽓门叠开⾓⼤、没有进⽓节流，所以残余废⽓系数⼩，四冲程的柴油机推荐的范围（0.03~0.06）。

2.⼯作介质的参数（1）燃烧所需理论空⽓量：
0L =
=-+=
-+)32
004.04
126.012
87.0(21
.01)32412
(21.01O H C 0.496（kg mol kg /?(燃
料))
（2）新鲜空⽓量：
842.0495.07.101=?=?=L M a φ
（3）理论上完全燃烧)1(=a φ时的燃烧产物分量： 5265.0495.079.02
126.012
87.079.02
12
00
=?++
=
++
=
L H C M
（4）当75.1=a φ时的过剩空⽓量：
37.0496.0)175.1()1(0=?-=?-L a φ（kg mol kg /?(燃料))
（5）、燃烧产物总量：
2M =0M +0)1(L a
-φ=8975.037.05265.0=+（kg*mol/kg(燃料)）
（6）、理论摩尔变更系数：
120/M M u ==0.8975/0.842=1.066
（7）、实际摩尔变更系数：
柴油机燃烧前后的物质的量变化系数较⼩，⼀般在（1.03~1.06）之间；燃烧后的物质的量的增加对内燃机循环做功是有利的。

3.⽓缸的换⽓过程参数（1）、进⽓终点空⽓压⼒： a P =0.9（kg/2cm ） (2)、进⽓终点空⽓温度
)1/()(0+?+?+=r T r T T T r a =(293+15+0.05700
)/(1+0.05)=327K
(3)、充⽓系数：
v η=[)1/(-εε])/(k a P P ?)]}1(/[{0r Ta T +?
=[18/（18-1）]813.0)]}05.01(327/[293{)1/9.0(=+?? 四冲程⾼速柴油机的充⽓系数⼀般在（0.75~0.85）范围内
a)进⽓系统：与进⽓门的⼤⼩，进⽓管道的沿程阻⼒损失有关
b)排⽓系统：与排⽓门的⼤⼩，排⽓管道的沿程阻⼒损失，消⾳器的布置有关。

c)燃烧室与进⽓系统的合理配置。

d)降低进⽓温度，可以采⽤中冷措施，进⽓温度低，空⽓密度⼤，保证进⽓多。

例如：2100型柴油机的进排⽓管道的布置不合理，排⽓管道和进⽓管道在⼀侧，造成排⽓管道给进⽓管道加热，导致进⽓温度升⾼，空⽓密度⼩，进⽓量少，不利于燃烧。

e)采⽤增压技术可以提⾼充⽓系数。

f)增加⽓门数量。

4．压缩过程（1）、选取平均多变压缩指数：
38.11=n ⾼速⾮增压柴油机⼀般在1n （1.38~1.42）说明：压缩过程中⽓体得到的热量越多，越⼤。

相1n 反热损失越多越⼩1n 。

由此，影响1n 的取值的主要因素有以下⼏点：
a)、发动机的构造特征，风冷发动机的主要零件（缸体、缸盖、活塞）温度要⽐⽔冷发动机的⼤，因此风冷机的较⼤。

1n
b)、S/D 较⼩时，要⽐长冲程的机型⼩⼀些。

c)当⽓缸套、活塞、活1n 塞环以及⽓门密封带磨损时，漏⽓量增加，就会带⾛⼀部分热量，从⽽使减⼩。

d)燃烧室表1n ⾯积碳，会使零件温度升⾼，减少散热量，使升⾼1n 。

（2）、压缩终点压⼒：
)/(59.48189.0.238.11
cm kg n P P a c =?==ε⼀般为（30~50）（kg/cm 2）
（3）压⼒升⾼⽐：
===59.48/80/c z p p λ 1.65
（4）压缩终点温度：
==-)
1(1*n a c T T ε
)
138.1(18
327-? =981K 或 =c t 688℃
⾮增压四冲程⾼速柴油机压缩终点温度⼀般为（750~1000）K 5燃烧过程
(1)压缩终点的空⽓平均⽐热容⽐热V C ，在附图１上查得，当=c t 688℃
∞=a φ时的p C ＝7.41(kgcal/kg*mol*℃)故
V C ＝=-986.1p C 7.41-1.986=5.424(kgcal/kg*mol*℃)
=a φ 1.8时的'
'p C ＝7.79（kgcal/kg*mol*℃）故
''v C ＝'
'p C －１.986＝7.79-1.986=5.804(kgcal/kg*mol*℃)
(3)压缩终点的混合⽓平均等容⽐热'
v C ,
'
v
C ＝
=++r
rC C v
V 1'
'(442.5)05.01/()804.505.0424.5=+?+（kgcal/kg*mol*℃）
(4)燃烧终点的温度z T ,,根据下列⽅程求解
++0
)1(L r H a u z φξ'
v C c t +1.986λc t +542)(u -λ=u ''p
C
z t （4）
化简后得: '
'p C z t =@@@@@@@@
再⽤附图1的'
'p C ~t 曲线,先估计下z t 值,按此查出'
'p C ,并算出'
'p C z t ,试其数值与值是否相符,然后按其差植再选z t 值,如此逐步试算直⾄求得z t 值和其相应的'
'p C 乘积等于@@@@@@@ 为⽌,按照此⽅法求得燃烧终点温度: z t =1898℃ z T =1898+273=2120四冲程⾼速柴油机燃烧温度⼀般为(1800~2200)K
(5)初期膨胀⽐:
==
c
z
T uT λρ433.1)65.1952/(2120062.1=??
6膨胀过程的计算
(1) 后期膨胀⽐ρεδ/==56.12433.1/18= (2) ⽤试探法联解下列⽅程求平均多变膨胀指数：
⾼速⾮增压柴油机⼀般2n 在(1.19~1.28)范围内， 2n 是⼀个平均概念，它主要取决于过后的燃烧程度，⽓体与⽓缸壁之间的传热以及⽓体的泄露量。

2n 越⼩，有⽤功就越多。

在发动机影响2n 的因素主要有：
a) 从⽓体排出的热量越多，膨胀线越陡, 2n 越⼤,热损失就越多。

b) 在膨胀线上过后燃烧的增加，或者较⼩⽓体的散热量,会减少2n 。

c)、过后燃烧强度越⼤就会越⼩，z ξ就
2n 就会减⼩。

d)、转速增加以后，缩短了⽓体与⽓缸壁的热交换时间以及泄露量，且膨胀线上的过后燃烧增加⼀些，因此转速n 越⼤1n 就会增加。

(3)、膨胀过程中任意点X 的压⼒bx p
==2
)
/(n bx z z bx V V P P 80（
bx
c V V 26.1）23.1 （kg/cm 2）（2）
式中bx V 为X 点的⽓缸容积
c X
X
bx V L
R R D V +--
-=
)]2cos 1(4)cos 1[(4
2
ψ
ψ
π（3）
其中x ψ为X 点从上⽌点算起的曲轴转⾓，)1/(-=εh C V V
可以取数个X 点，求出bx p 和bx V ，再绘制⽰功图时⽤以画出膨胀线z~b 。

(4)、膨胀终点的压⼒b P 和温度b T ：
2
n z
b P P δ
=
=
56.356
.128023
.1= （kg/cm 2）⼀般为（3~6）（kg/cm 2）
1
2-=
=
K 118556
.12212023
.0= =b t 1185-273=852o
C
⾮增压四冲程⾼速柴油机膨胀终点温度⼀般为（1000~1200）K 7.平均指⽰压⼒i P 的计算根据下⾯的公式计算得： )]1 1(1
1)1
1(1
)1([1
1
11
212
---
---
-+
--=
n n c
i n n P P ε
δ
λρρλε（4）
将已知的数据代⼊
'
i P =
)]18
11(1
38.11)56
.1211(1
23.1433.165.1)1433.1(65.1[1
1859.481
38.11
23.1---
---
-?+
=13.25 （kg/cm 2）
i P =n
ψ
'
i P =0.94?13.25=12.45 (kg/cm 2
)
8.指⽰热效率
==)../()..(985.101v u k i i P H T P M ηη)813.0110500/(29345.12842.0985.1=0.7 9.指⽰⽐油耗
)
(2.632i u i H g η?=
=632.2/（10500?0.7）=0.09（kg/(s P .h)）
10.有效热效率
m i e ηηη?==0.7?0.8=0.56 11. 实际⽐油耗
)
(2.632e u e H g η?=
=632.2/（10500?0.56）=0.11 （kg/(s P .h)）
12.平均有效压⼒
m i e P P η?==12.45?0.8=9.96 （kg/cm 2
）
13.有效功率的N e 较合
τ
225n P V i N e h e =
=
PS 1514
2252000
96.914.16=
计算结果与设计要求相符合。

14. 绘制⽰功图
如图1得：
压缩线a~c 与膨胀线z~b 所需点
)(06.6706706.0)118/(14.11
3
cm L V V h
c ==-=-=
)/(59.4818
9.03
38
.11
cm kg P P n a c =?==ε
)(06.120720706.114.106706.03 cm L V V V h c a ==+=+=
=z P 75(
2
cm
kg
), a P =0.9(
2
cm
kg
)
公式：1
)/(n cx a a cx V V P P = （5） 2
)/245.1(n bx c z bx V V P P = （6）。