发动机工作过程计算(授课)

• 一、发动机的循环充气量 Gs
• 由上面的讨论可知： M s M180 M 后
Gs G180 G后
•
G180
paVh R Ta
paVh R Ta
• 1
（３-１５）
• 下面的任务就是要求出过后充气量G后 。
• 一、过后充量的计算：
• 在进气门迟关过程中，与气缸过后充气有联系的气体动
力学现象是很复杂的。但我们可以把过后充气或倒流简
Tr
•
由（3—10）有： Tr
T0
p0 v
•
pa 1
T0
T
（3—10）
•
由 （3—9）有：
Tr
1•
1
pr p0
• T0
v
•
两式联立求出：
v
T0
T0 T
•
pa p0
• 1
pr
pa
•
1
（3—11）
• 又把此式代如（3—7）式得到不含 v 的残余废气系数
• •
T0 T • pr Tr pa pr
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，
直喷式燃烧室柴油机的冷启动性较好；
• ⑤零件材料。导热性好的材料，n1 选较小值；
• ⑥压缩比。提高，压缩终点的压力增加，增加了工质后
期传出的热量，且泄漏也增加，n1选较小值； • ⑦冷却方式。提高冷却强度，传出热损失增加，n1 选较
小值；
• ⑧增压。提高增压压力，意即单位重量工质的冷却面积
减少，相对散热损失下降，n1 选较大值；
•
由则（n31-22值）越式大子；可知，n1
>k，且向工质加入的热量越多， Q
• 质放出②的若热工量质越放多出，能则量n，1值Q越<小0即；dV >0，n1 <k，且工
• 结合内燃机的具体工作参数分析如下：
• ①转速n。n提高后，热交换的时间缩短，向气缸壁传热
量和气体泄漏量减少，n1选较大值；
• ②负荷。负荷增加后，气缸壁的热负荷增加，导致温度
•
M1 —新鲜充量
•
M r —残余废气量
（3—13）
• Cr 比热比 1.2 左右
C1
• Cr ,C1 —分别为残余废气和新鲜充量的比热。
• 假定 rr 是以n（汽油机n=1.33,柴油机n=1.50）为多变指
数的多变过程，那么由多变过程的热力关系有：
•
（设 Tr
Tr
n 1
pr n
化成图３-4所示的形式。将长度为l的等直进气管和气缸
பைடு நூலகம்
上面积为 的f 进气通道相连接。截面 两f 端分别作用缸
内被压缩气体的压力 p，x 进气管内气体压力
的惯性压力 p。j
p和T 气流
• 显然，根据这些压力关系可pT 能会出现下面两种情况：
• （１）过后充气： p j pT p x • （２）倒流： p j pT p x
缩指数，只要计算出来的压缩终点的压力和温度和实际 相符即可以。
• 求n1可直接选定或用下面的经验公式。
• 对顶置气门发动机：
•
n1
1.46 0.05 nN n
或
n1
1.38
0.03 nN n
• 对侧置气门发动机：
（3-23）
•
n1
1.41 0.05
nN n
(3-24)
• 式中: nN -最大功率转速 n -计算转速
•
⑨进气温度
量增多， n1
Ta 。 Ta 提高，工质压缩过程中传热的热
选较小值。
• 三、平均多变压缩指数 n1 计算公式
• 实际压缩过程与理论循环压缩过程是不同的。实际压缩 过程是在所有气门都关闭后才开始的，而且是一个极其 复杂的多变过程。由（3-22）分析式可以看出，随着压
力P和放热速率的不同， n1 是个变量。为了便于计算， 采用一个不变的平均多变指数 n1 来代替变化 的多变压
p
Tr
pa pr
n 1
n
• 把 T 代入（3—13）式有：
pr pa ）
n 1
•
（3—14） Ta
T0
T
Tr
pa pr
1
n
• 3—4 过后充气量的计算
• 在上节中导出的所有公式中，都没有考虑过后充气（或倒流）问 题。而在现代高速汽车发动机中，过后充气具有十分重要的意义。
• 定义：过后充气（倒流）：指发动机活塞从下止点到进气门完全 关闭这段时间新鲜充量的流动过程。
（3-27）
• 式中,VCX 代表压缩过程中任意点的气缸容积。
• 利用发动机运动学知识可求得：
• Vcx
D 2
4
R[(1 cos x )
R 4L
(1 cos 2 x )] VC
•=
D 2
4
R[(1 cos x )
R 4L
(1 cos 2 x )]
Vh
1
• 式中, x 是指从上止点算起的曲轴转角。
体能量
• 即： •
M1Cp T0 T M rCpTr M1 M r CpTa
•
假定：
Cp
C
p
Cp
•
Ta
M1T0 T M rTr
M1 Mr
T0
T Tr 1
（3—9）
• 5、不含 v 的残余废气系数的求法：
• 所以把（3—9）代如（3—8）有：
•
v
• 1
pa p0
• T0
T0 T
• 四冲程增压柴油机
5—10
• 四冲程汽油机
0—40
• 如计算，采用下面经验公式：
T TN
110
0.0125n 110
0.0125ne
• 式中：TN —发动机在额定工况下工作时对新鲜充量的温
升（选取）
• ne , n —发动机额定转速、计算转速。
• 2、残余废气系数
• —是衡量气缸中残留的废气量多少的一个量
• 四、压缩终点的参数计算
• 有了压缩比 和平均多变指数 n1 后，就 可以求出压缩
终点的压力和温度
•
Pc Pa • n1
(3-25)
•
Tc Ta • n11
(3-26)
• 五、压缩过程中任意参数的计算
• 根据多变压缩过程状态参数间的关系，得到：
•
Pc x
Pa
• ( Va VCX
) n1
３、燃烧1, M产2物总L量0 Mg42H
gO 32
Kmol / Kg燃料
(3-30) (3-31)
(3-32)
•
1, M 2
0.79L0
gC 12
gH 2
(Kmol/Kg 燃料)
（3-33）
• 4、理论分子变更系数 0
•
0
M2 M1
• 5、实际分子变更系数
v
Gs G0
G180 G后 p0Vh R T0
• 7、进气门关闭时的压力 p闭
• • p闭 ＝
pa
Va V闭
• G闭 Ga
• T闭 Ta
pa
Va V闭
•
• T闭 Ta
T闭 1 Ta
（３-21）
• ３—５ 压缩过程
• 一、n1的分析式
• 我们先来推导多变指数的n的表达式：
• 多变过程：PV n=const
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
（3—8）
• 4、求 Ta 的第一种方法：
• 根据能量守恒，新鲜充量能量+残余废气能量=混合后气
G180
• 式中：
•
va
vx
—过后充气系数，可选用
Gx Ga
—由精确公式求出或选用。
vx
D 2
4
R1 cos
4
1 cos 2 vc
• 4、过后充气量 G后
• 由下述公式求：
•
G后 ＝ f t
2g pT p j px 106 mg / 循环
• 式中： —进气门处流量系数 μ＝0.75—0.85
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
•
根据残余废气系数的定义：
Mr
M1
，
• 而残余废气量
M r prVr RTr prVc RTr
• •
M新1 每鲜循充环量实：际M进1 入Mh气v 缸v p新hVh鲜RTh充量v p0Vh RT0