内燃机课程设计指导书

1 柴油机基本参数选定

1.1 内燃机设计的基本要求

1、功率Pe

有效功率是柴油机基本性能指标。任务书已指定有效功率Pe=88kw 。 2、转速n

一般车用柴油机转速为2000r/min ～4000r/min ，任务书已指定所需转速n=2800r/min 。 3、冲程数τ

本设计中的车用柴油机都采用四冲程，即τ=4 4、平均有效压力Pem

平均有效压力Pem 表示每一工作循环中单位气缸工作容积所做的有效功，一般车用柴油机的平均有效压力为0.55Mpa ～1.0 Mpa ，任务书已经指定平均有效压力Pem=0.71Mpa 。 5、有效燃油消耗率be

这是柴油机最重要的经济性指标。四冲程非增压柴油机215[g/(kw·h )]～285[g/(kw·h )]。 6、可靠性和寿命

可靠性和寿命是车用柴油机的基本要求之一，设计时必须提出具体指标，但本课程设计从略。

1.2 柴油机基本参数选用

由有效功率计算公式：τ30e n

V i P P s em ⨯⨯⨯=

可知由于Pe 、Pem 、n 、τ已选定，则柴油机的总排量s V i ⨯也已选定，下一步设计应选定柴油机的基本结构参数：气缸直径d 、活塞行程S 、缸数i 及其它一些参数。

1、气缸直径d

气缸直径d 的选取影响柴油机的尺寸和重量，还影响柴油机的机械负荷和热负荷。因为设计的是120系列柴油机，所以气缸直径d=120mm 。 2、活塞行程S

车用柴油机的S/d=1.0～1.3，任务书规定了活塞行程S=118mm ，S/d=0.9833在允许范围内。 3、气缸数i 及气缸排列方式 由有效功率计算公式：P 30em s e P i V n

τ⨯⨯⨯=

得出 4i =。

排列方式为直列式。

4、连杆长度L 与曲柄连杆比λ=R/L

连杆长度加大，会使柴油机总高度增加；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，往复运动质量惯性力加大。因而尽量采用短连杆，一般λ值在1/3～1/5之间。因为所设计柴油机为120系列，所以连杆长l=263mm,连杆比λ=R/l=0.224,在允许范围内。 5、气缸中心距l 0及其与气缸直径之比l 0/d

因为所设计柴油机为120系列，0/ 1.383l d =,在1.2～1.6的允许范围内。6、压缩比εc

选用压缩比εc 也就是选用燃烧室容积。任务书给定车用柴油机的εc 在18～23。取c =20ε

2 柴油机的近似热计算

柴油机工作过程热计算是对柴油机各工作过程中工质的状态参数、主要性能指标进行计算，并绘出示功图。通过热计算可以分析各工作过程的影响因素，找出提高动力性和经济性的途径，又为动力计算、结构设计提供数据。柴油机实际循环热力计算有近似热计算（简单计算法）和模拟热计算（电算法）二

种。本设计要求进行近似热计算。

2.1 燃料燃烧热化学计算

1、理论空气量L 0

⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=

3241221.010O H c g g g L (千摩尔/千克柴油)

燃料采用轻柴油87.0=c g ，126.0=H g ，004.0o =g

计算得 0L =0.495 （千摩尔/千克柴油）

2、新鲜空气量M 1 0a 1L M ϕ= (千摩尔/千克) a ϕ——过量空气系数， 1.2~1.8a ϕ=，取 1.6a ϕ=

计算得 1M =0.742（千摩尔/千克）

3、燃烧产物M 2

32

4g 12o

H g M M ++

= (千摩尔/千克) 轻柴油低热值 41860u H =千焦/千克 计算得 2M =0.774（千摩尔/千克）

4、理论分子变更系数0μ 2

01

1.043M M μ=

= 5、实际分子变更系数1μ 01 1.043+0.045

=1.04111+0.045

r r μγμγ+=

=+

其中，γr ——残余废气系数，γr =0.03～0.06，取0.045r γ=。 二、换气过程计算

1、排气压力（气缸内废气压力）P r

0.103~0.108()r P Mpa = 取0.1055r P Mpa = 2、气缸内排气温度（残余废气温度）T r

T r = 970～1170（K ） 取1070r T K = 3、进气终点压力P a 095.0~075.0=a

P （Mpa ） 取0.085Mpa a P =

4、进气终点温度T a

350~320=a

T （K ） 取335K a T =

5、充量系数（充气效率）c ϕ

1

=0.85611c

a d c c d a r

P T P T εφεγ=

-+

其中:

9.0~8.0=a

d d a T T P P 之间，取0.85a a d d P T

P T =。

计算得0.856c ϕ=，在0.8~0.9内。

2.3 压缩过程计算

1、平均多变压缩指数n 1

n 1=1.34～1.39， 取1 1.365n = 2、进气终点气缸容积ca V

234()11

s c

ca c c c d s

V V m π

εεεε=

=⨯--=1.404L 式中：R ——曲柄半径，R=S/2(m )； λ——曲柄连杆比，λ=R/L 。 对应于cx ϕ时的气缸容积cx V 22(1cos sin )4

2

cx cx cx c V d R V π

λ

ϕϕ=

-+

+（3m ）

燃烧室容积c V =0.07021

s

c V L ε=- 曲柄半径 S

R==0.059m 2

连杆比 R

=

=0.224L

λ 对应于cx ϕ时的压力cx P （看附录EXCEL 表格）

1

)(

n cx

ca a cx V V P P =（MPa ） 3、压缩终点充量的状态参数

压力P cb 1

P 5.074n cb a c P ε== Mpa 温度 T cb 11

T 999.8n cb a c T ε-== K

2.4 燃烧过程计算

1、热量利用系数ζZ

热量利用系数ζZ 表示燃烧热量被工质吸收多少的程度。燃烧终点的热量利用系数ζZ 在此范围内选取：ζZ =0.85~0.95，取=0.9z ξ.