D6135CZ-型柴油机说明书之3热力学计算

毕业论文（设计）D6135CZ型柴油机设计The Design of D6135CZ Diesel Engine学生姓名：******指导教师：***********合作指导教师：专业名称：热能与动力工程所在学院：机械工程学院二〇一一年六月附 录附录一 D6135CZ 型柴油机热计算及结果柴油机已知参数缸径 D=135 (mm) 行程 S=140(mm) 缸数 i=6转数 r=1500(r/min) 有效功率 Pe=220Ps 压缩比 ε=16 每缸工作容积 Vh=2.0(L)，Vc=0.133(Ｌ)大气状态 P0=1(2/cm kg )T0=298(K)燃料平均重量成分 C=0.86，H=0.13，O=0.01 燃料低热值 Hu ＝10200(kcal/kg) 燃烧室形式 “ω”形燃烧室 ⒈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： ⑴、过量空气系数：a =1.8增压额定工况的过量空气系数，一般均推荐1.6～2.0（直接喷射式），较非增压大10%～30%原因：a)、有利于燃烧过程迅速地完成，增加燃烧产物中的二原子气体含量，可以获得较大的绝热压缩与膨胀指数，减少排气热损失，增加发动机经济性。

b)、在充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，有利于整机的可靠性以及耐久性。

c)、较大的过量空气系数可以降低发动机的升功率和平均指示压力。

⑵、增压器出口的空气压力：k P =1.51 （2cm kg ）⑶、压缩过程起始压力： a P =0.98K P =1.48 （2cm kg ） (1)一般推荐a P =(0.85～1.1) k P z⑷、增压器进口压力：r P =1.28 （2cm kg ）一般功率较大的增压器大多采用单级涡流式涡轮，效率较高，而从结构的合理性与制造成本方面来看135系列柴油机以采用径流式涡轮较为合理，但涡轮的热效率较低，故所取r P 值稍大。

⑸、空气进入气缸的温度升高：T ∆=5℃增压柴油机T ∆一般推荐（5～10）℃，由于离心式空压机出口空气温度较高，缸壁对空气加热极微。

⑹、残余废气温度：r T =900K 增压柴油机一般推荐（800～1000）K 。

⑺、残余废气压力：r P =1.28 （2cm kg ）增压柴油机一般推荐r P =（0.75～0.9）k P ，在满足此原因的同时，（k P -r P ）／k P ≥0.15 由于考虑到适用于135系列柴油机的小径流式涡轮增压器效率可能较低,故选取Pr 偏高,此时k P 必将不可避免的增高。

⑻、最高燃烧爆发压力：z P =90 （2cm kg ）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，据经验增压四冲程柴油机为90～95 （2cm kg ）。

⑼、Z 点的热量利用系数：z ξ=0.76高速柴油机的Z 点热量利用系数一般在0.5～0.8范围内，由于增压将加强进气，增大过量空气系数，增加压缩终点压力和温度，其结果将使着火延迟期缩短，燃烧过程更趋于完善，故可取较大的z ξ值。

⑽、膨胀行程终点的燃料热量利用系数：b ξ=0.9 （0..8-0.9）增压可以大大改善热烧条件，减少不完全燃烧损失，相对的使散入冷却水中的热量降低。

⑾、示功图丰满系数：n ψ=0.98一般四冲程增压柴油机的丰满系数在（0.96～0.99）范围内。

由于排气损失相对于球型和浅盆型大，故取n ψ略高。

缸套内壁面、活塞顶面以及气缸盖底面等（统称缸壁）与缸内工质直接接触的表面， 始终与工质发生着热量交换。

a) 排气门提前开启造成了膨胀损失、强制排气的推出功和吸气损失功（统称换气损 失）。

b) 转速越高，喷油提前角越大，压缩负功增加，有用功减少，热量损失越大。

c) 由于燃烧速度的有限性，等容加热部分达不到瞬时完成加热的要求，再加上活塞在 上止点后的下行运动使工质体积膨胀，使得实际循环的最高压力下降，循环的平均压力和所做功能力下降。

d) 部分热量是在膨胀行程的Z 点后加入，部分热量的做功能力低，循环获得的膨胀功 减少。

e) 存在不完全燃烧损失。

⑿、机械效率： m η=0.81增压柴油机一般推荐在（0.8～0.9）范围内。

⒉气缸的排气及进气参数⑴、增压器出口空气温度：==-KK n n K k P P T T )1(00)(41.1)141.1()151.1(298-=335K 或 k t =62℃。

(2) 式中选取离心式压气机的多变指数k n =1.41。

活塞或离心式的k n 为（1.4 ~ 1.8）⑵、残余废气系数：}])[({])([r a r r K P P P T T T r -⨯⨯∆+=ε (3)021.0}]28.1)48.116[(28.1{])5338([=-⨯⨯+=内燃机缸内的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，且增压的柴油机的残余废气系数更低。

⑶、充气系数：]})1({)(])1-[r T T P P a k K a v +⨯⨯=εεη01.1]})021.01(343[335{)51.148.1(])1-16(16[=+⨯⨯= (4) 四冲程增压柴油机的充气系数一般在（0.9～1.05）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)采用增压技术提高充气系数。

⑷、压缩始点温度：3405335)()1(00=+=∆+=∆+=-T T T P P T T K n n k a K K K (5) 四冲程增压柴油机的压缩始点温度a T 随k P 和空气中间冷却度而定。

⒊工作介质的参数 ⑴、燃烧所需理论空气量：)32412(21.010O H C L -+==)3201.0413.01286.0(21.01-+=0.496 ))((燃料kg mol kg ⋅ (6) ⑵、新鲜充量的分量：01L M a ⋅=φ =1.8×0.496=0.893 ))((燃料kg mol kg ⋅ (7)⑶、理论上完全燃烧（a Φ=1）时的燃烧产物分量： =0M 079.0212L H C ++=0.5288 ))((燃料kg mol kg ⋅ (8)⑷、当a Φ=1.8时的过剩空气量：0)1(L a ⋅-φ=（1.8-1）×0.496=0.397 ))((燃料kg mol kg ⋅ (9)⑸、燃烧产物总量：002)1(L M M a ⋅-+=φ=0.5288+0.397=0.9258 ))((燃料kg mol kg ⋅ (10)⑹、理论摩尔变更系数：0367.1893.09258.0120===M M u (11)⑺、实际摩尔变更系数：036.1)021.01()021.00367.1()1()(0=++=++=r r u u (12)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；燃烧后物质的量的增加对内燃机循环做功是有利的。

⑻、其它系数：20])1[(M L r a a -Φ==[(1.8-1)×0.496]/0.9258=0.4288 (13)0r =20M M =0.5288/0.9258=0.571 (14))1()1(1r r r a +⋅+=δ=(1+0.021×0.4288)/(1+0.021)=0.988 (15))12r r r a +⋅=δ=0.021×0.4288/(1+0.021)=0.008 (16)⒋压缩过程⑴、用试探法联解下列方程求出平均多变压缩指数：0)1)(985.1)()(1021=----+-n t t u u u u a c a oc a c δδ (17) （1） (17) 273)1(1-⨯=-n a c T t ε℃ (18)a u =497.7×94/100=467 )(mol kg kgcal ⋅燃烧产物当a Φ=1时的内能oa uoa u =539.5×94/100=506 )(mol kg kgcal ⋅将各已知数代入后得：0.988（c u -467）+0.008（oc u -506）-1.985（c t -94）/（1n -1）=0 (2) 试以1n =1.37代入：c t =343×)137.1(16--273=663℃此时空气及a Φ=1时的燃烧产物的内能：c u =3747+（4341-3747）×63/100=4121 )(mol kg kgcal ⋅ oc u =4187+（4876-4187）×63/100=4621 )(mol kg kgcal ⋅ 将c u 和oc u 代入求（2）得“+78” 试以1n =1.364代入：c t =343×)1364.1(16--273=668℃此时空气及a Φ=1时的燃烧产物的内能：c u =3747+（4341-3747）×68/100=4150 )(mol kg kgcal ⋅oc u =4187+（4876-4187）×68/100=4656 )(mol kg kgcal ⋅ 将c u 和oc u 代入求（2）得“-40”求得1n =1.3637≈1.364 高速增压柴油机一般1n 在（1.23～1.37）说明：压缩过程中气体得到热量愈多，1n 愈大。

相反热损失越多1n 越小。

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1n 较大。

b)、D S 较小时，1n 要比长冲程的机型小一些。

c)、当气缸套、活塞、活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1n 减小。

d)、燃烧室表面积炭，会使零件温度升高，减少散热量，使1n 升高。

⑵、压缩终点压力： c P =1·n a P ε=1.48×364.116=65 （2cm kg ）一般为（51～92）（2cm kg ） (19)⑶、压力升高比：λ=z P /c P =90/65=1.38 直接喷射式增压λ在（1.3～1.8） (20) ⑷、压缩终点温度： ==-)1(1·n a c T T ε340×)1364.1(16-=941K 或 c t =660℃ (21)增压四冲程高速柴油机压缩终点温度一般为（850～1100）K 。