内燃机工作过程计算指导书

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：

m ：工质的质量

u ：工质比内能

Q ：燃烧放出的热量

Q ：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 ：通过进气阀流入气缸的质量

m ：通过排气阀流出气缸的质量

h 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓

()w s e

B s dQ dm dm dQ d mu dW h h d d d d d d φφφφφφ

=++++B w s e s

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、流入气缸的气体质量及流出气缸的气体质量，质量平衡的微分方程可写为：

⑶气体状态方程式

⑷气缸工作容积

气缸工作容积（）

气缸瞬时容积（）

曲柄连杆比（） 气缸容积变化率 （/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

()(,)

.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 φφφ

λλφφλφ

λφφφφφφφλφ

=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂

B m s m e m s e B dm dm dm dm d d d d φφφφ

=++pV mRT =222221[1cos (11sin 21(sin 2180

1sin h s s

h s s V V V dV d φλφελπφλφλφ=+-+---=+-h V 3m V 3m s λ2s S L

λ=dV d φ

3m

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：

（J/度）: 传热表面积

i=1和i=2活塞顶部和气缸盖 （）

i=3 气缸套 （）：传热表面的平均温度

i=1活塞顶部 （k ）

i=2 气缸盖 i=3 气缸套 注：为平均有效压力 （bar ） 其中：为冲程数，额定功率(kw)，为工作容积()，

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

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。

无量纲。

（m ）h 为活塞顶到气缸盖底面距离。 （m/s ）活塞平均速度 p 气缸内工质绝对压力（MPa ）

33

111()6w w g i wi i i dQ dQ F T T d d n αφφ

====-∑∑i F 21,24D F π=

2m 3F Dh π=2m wi T 112030273w e T p =++21007273

w e T p =++31004273

w e T p =++e p 3

3010e e h N p iV n τ=⨯τe N h V 3m 0.70.70.20.30.205(1)m g e

p C b T d α*=*+*2(/())w m K g 22e Dh d D h =+24V h D π=30m sn C =

T 气缸内工质绝对温度（K ）2、佛劳姆（W.Pflanm ）公式

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：

x ：燃料燃烧百分比

y ：无因次时间函数：燃烧起始角

： 瞬时曲轴转角

：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

（J/度）：每循环喷油量 （kg ）：燃烧效率，对于柴油机稳定运算，可取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来表示，这样，工质的内能可表示为两个变量的函数

可用于工质内能变化的经验公式很多，下面用的是Justi

公式：

7.81g α=2(/())

w m K g 1

16.908 6.908116.908m m y m y z

x e dx m y e d φφ++--=-+=0

z

y φφφ-=0φφz φB u b u dQ dx H g d d ηφφ

=b g 30000e e b N g g ni

=u η1

u η=λ(,)

u f T λ=