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1、原始参数选择、原始参数选择 根据所给条件，参照相似机型的统计资料，选择参数如根据所给条件，参照相似机型的统计资料，选择参数如下：下： 过量空气系数：过量空气系数： =0.9 热量利用系数：热量利用系数： =0.9 残余废气系数：残余废气系数： =0.086 排气终点温度：排气终点温度： 进气加热温升：进气加热温升： = 示功图丰满系数：示功图丰满系数： =0.96 机械效率：机械效率： =0.83 平均多变压缩指数：平均多变压缩指数： =1.36 平均多变膨胀指数：平均多变膨胀指数： =1.25 azrKTr1050TC12im1n2n 7、平均指示压力、平均指示压力 = =8.53 bar bar bar 8、指示热效率、指示热效率 ip21112111111111pcminnppnn136.1125.15.611136.115.611125.196.315.62.100.968.538.2miimipp0000.474 288 0.28.3148.3140.3024410010.7miitcLTpHpit 9、指示燃油消耗率、指示燃油消耗率 g/KW.h10、有效热效率有效热效率 11、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率 g/KW.h 663.6103.610271441000.302iitbHige0.302 0.830.251etmit eg2713270.83iembb 12、平均有效压力、平均有效压力 bar 13、有效功率校核：、有效功率校核： KW 14、pv示功图示功图 利用上面计算出来的数据即可画出利用上面计算出来的数据即可画出pv示功图。示功图。 15、气缸尺寸的确定。、气缸尺寸的确定。 ep8.2 0.836.8memimpp4 0.62 6.8 380052.851.512001200hmeeiV p nP43 发动机工作特性计算发动机工作特性计算 为了全面了解发动机性能指标，仅仅进行额定工况为了全面了解发动机性能指标，仅仅进行额定工况的热计算是不够的，还必须对发动机不同负荷和不同转速的热计算是不够的，还必须对发动机不同负荷和不同转速下的性能指标进行分析计算。而发动机的外特性能够对其下的性能指标进行分析计算。而发动机的外特性能够对其动力性、经济性、扭矩特性和使用指标进行分析和评价，动力性、经济性、扭矩特性和使用指标进行分析和评价，所以，我们以发动机外特性计算为例进行分析。所以，我们以发动机外特性计算为例进行分析。 一、发动机外特性的计算方法：一、发动机外特性的计算方法： 1、参数分析、参数分析 从前面讲到的那些原始参数中：从前面讲到的那些原始参数中： 等，在外特性计等，在外特性计算中，算中， 是必须选择使用。柴油机还要选择一个参数是必须选择使用。柴油机还要选择一个参数 ，才，才能进行计算。而其余的参数都有经验公式可供使用，再加上由于外特性计算是多工况计能进行计算。而其余的参数都有经验公式可供使用，再加上由于外特性计算是多工况计算，因此，用经验公式计算起来要简便得多，当然肯定会有误差。算，因此，用经验公式计算起来要简便得多，当然肯定会有误差。 12,zazpimvvarpTnnCCpT,zaizpp2、计算工况选择、计算工况选择 为了作出发动机的外特性曲线，至少须做出三个或四个为了作出发动机的外特性曲线，至少须做出三个或四个转速的热力计算，且不同的发动机工况选择也各有不同。转速的热力计算，且不同的发动机工况选择也各有不同。 （1）客车发动机的计算工况可选为：）客车发动机的计算工况可选为： 最大功率工况：最大功率工况： (等于额定工况转速等于额定工况转速) 最大扭矩工况：最大扭矩工况： 最低稳定工况：最低稳定工况： 最大指示功率工况：最大指示功率工况： eNnnnenn21enn41enn411 （2）载重汽车发动机）载重汽车发动机 额定功率工况：额定功率工况：最大扭矩工况：最大扭矩工况：最低稳定工况：最低稳定工况：最大功率工况：最大功率工况：最大指示功率工况：最大指示功率工况： enn enn21enn41Nennn411Nennn211 （3）拖拉机发动机）拖拉机发动机额定功率工况：额定功率工况：最大扭矩工况：最大扭矩工况：最低稳定工况：最低稳定工况： 超速工况：超速工况： enn enn21enn41enn411 3、目的：、目的：（1）外特性的计算程序大都从额定工况开始，根据这工）外特性的计算程序大都从额定工况开始，根据这工况计算可以确定发动机的基本尺寸况计算可以确定发动机的基本尺寸(缸径缸径D，冲程冲程)和工作和工作容积容积 。（2）外特性最大扭矩工况的计算是为了求出发动机的适）外特性最大扭矩工况的计算是为了求出发动机的适应系数应系数 并分析保证该系数的途径。并分析保证该系数的途径。（3）外特性的最低稳定工况的计算，是为了求得发动机）外特性的最低稳定工况的计算，是为了求得发动机的最低稳定转速，并使其最佳。因为最低稳定转速太低会的最低稳定转速，并使其最佳。因为最低稳定转速太低会使高速功率下降。使高速功率下降。（4）最大功率和最大指示功率工况的计算和分析可以帮）最大功率和最大指示功率工况的计算和分析可以帮助我们了解发动机功率潜力，分析强化发动机的途径。助我们了解发动机功率潜力，分析强化发动机的途径。 hVNeMMkmax汽油机外特性计算举例：汽油机外特性计算举例： 例例3：对轿车汽油发动机外特性进行计算。已知条件如下：对轿车汽油发动机外特性进行计算。已知条件如下：压缩比压缩比 ，在转速，在转速 时，额定功率时，额定功率汽油成分：汽油成分： 低热值低热值大气状态：大气状态： 6, 5 . 7imin/4500rn 73.6ePKW85. 0cg15. 0Hg114TM燃料KgKJH/4410020/033.11cmKgfatmpKT288065. 31LR （一）工况选择：（一）工况选择：为了作出发动机的外特性，至少要作三个转速的热力计算。为了作出发动机的外特性，至少要作三个转速的热力计算。大多数的汽油发动机的最大平均压力，一般在额定转速的大多数的汽油发动机的最大平均压力，一般在额定转速的50%处。因而可选以下三个转速进行计算：处。因而可选以下三个转速进行计算： ，其中其中 可以认为是发动机满负荷工作时的最可以认为是发动机满负荷工作时的最低稳定转速。低稳定转速。 min/1000min,/2300min,/4500rrrnneNmin/1000r （二）原始参数的选择（二）原始参数的选择 1 1、过量空气空气系数、过量空气空气系数 ：参考统计数据，选：参考统计数据，选2 2、进气系统阻力的流量系数、进气系统阻力的流量系数 3 3、热量利用系数：参考转速关系：、热量利用系数：参考转速关系： 选选0.8, 0.8, 选选0.880.88， 选选0.870.874 4、示功图丰满系数、示功图丰满系数 0.9a70. 01000n2300n4500n96. 0i （三）排气过程：（三）排气过程：对汽油机而言：对汽油机而言： 1、排气终了压力、排气终了压力2 2、排气终了温度、排气终了温度 1000 2300 4500 1000 2300 4500 1.07 1.15 1.30 1.07 1.15 1.30 928 1029 1200 928 1029 1200 rpNrnnp30. 00 . 12/cmKgfrTNrnnT350850 Kmin/rn2/cmKgfpr KTr （四）进气过程：（四）进气过程： 1、2、进气压力、进气压力 （其中（其中 ）所以，当所以，当n=1000r/min 时，时，同理：同理： 当当n=2300r/min, =0.92n=2300r/min, =0.92 n=4500r/min, =0.75 n=4500r/min, =0.75 LcmVfnVfheh/8 .10100045004 . 24 . 225 .322262011105201fVnppha5 . 025 .322262/98.015 .75 .05 .77 .011000080.101000110520100011cmKgfpaapap2/cmKgf2/cmKgf3、 当当n=1000r/minn=1000r/min 当当n=2300r/min n=2300r/min 当当n=4500r/min n=4500r/min TeNnnTT0125. 01100125. 0110CT8 .3045000125. 011010000125. 011017TTC7 .25C17 4、残余废气系数、残余废气系数当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min 0rrrarTTpTpp 288 30.81.070.0599287.5 0.98 1.07r28825.71.150.06110297.5 0.92 1.15r288 171.30.07612007.5 0.75 1.3r 5、进气温度、进气温度 当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min 101nnarrrarpTTTpT KTa3582 . 1059. 0107. 198. 09282 . 1059. 08 .3028833.1133.1KTa3592 . 1061. 0115. 192. 010292 . 1061. 07 .2328833.1133.1KTa3672 . 1076. 013 . 175. 012002 . 1076. 01728833.1133.1 6、充气系数、充气系数 当当n=1000r/min 当当n=2300r/min 当当n=4500r/min 00011arcaTppTTpp2880.981.077.510.84428830.81.0337.50.987.51c2880.751.37.510.608288 17 1.0337.5 0.757.5 1c2880.921.157.510.786288 25.7 1.0337.5 0.927.5 1c （五）压缩过程（五）压缩过程 1、平均多变压缩指数、平均多变压缩指数 当当n=1000r/min，当当n=2300r/min， 当当n=4500r/min， nnnN03.038.1125. 11000450003. 038. 11n35.14500450003.038.11n35.14500450003.038.11n 2、压缩终点压力、压缩终点压力 3、压缩终点温度、压缩终点温度 n(r/min) 1000 2300 4500 12.2 13.1 11.4 (K) 592 684 743 1nacpp11nacTTcT2/cmKgfcp 4、 （六）燃烧过程（六）燃烧过程 1、 (Kmol/Kg燃料燃料)2、 (Kmol/Kg燃料燃料) 3、 Kmol/Kg燃料燃料) cxcxVp ,1ncxaacxVVppccxVxLRxRDV2cos14cos142516. 0415. 01285. 021. 013241221. 010OHcgggL474. 01141516. 09 . 0101TMLM512. 0516. 09 . 079. 0215. 01285. 079. 021202LggMHc 4. 5. 当当n=1000r/min， 当当n=2300r/min， 当当n=4500r/min， 08. 1474. 0512. 0120MM01rr1.08 0.0591.0761 0.0591.080.0751.0741 0.0751.08 0.0611.0751 0.061 6、化学损失、化学损失 燃料燃料 7. n(r/min) 1000 2300 4500 21.19 21.35 21.44 KgKJH/5800158000vCKKmolKJTKKmolKcalTCccv./1868. 4)10415. 0815. 4(./10415. 0815. 433KKmolKJCv./ 8、 = vC19 . 0 zvTC4103 . 37 . 362. 04 . 41868.41067.6958.44zTzT41093.2776.20 9.由由 当当n=1000r/min， =68387 有一元二次方程：有一元二次方程： 解出：解出： =2472=2472K K 当当n=2300r/minn=2300r/min， 解出：解出： =2686 =2686K K 当当n=4500r/min， 解出：解出： =2679 =2679K K zT11zvzvcrHHCTC TM 41120.7627.93101zzzvcrHHTTC TM 06838776.201093.2724zzTTzT07592676.201093.2724zzTT07566376.201093.2724zzTTzTzT 10、压力升高比、压力升高比 11、最高燃烧压力最高燃烧压力 n(r/min) 1000 2300 4500 4.49 4.22 3.87 54.8 55.3 44.1 zpcTTpzpcpp2/cmKgfzppzp (七七)膨胀过程：膨胀过程： 1 1、平均多变膨胀指数、平均多变膨胀指数 由经验公式由经验公式 n(r/min) 1000 2300 4500 n(r/min) 1000 2300 4500 1.33 1.26 1.23 2、膨胀终点压力、膨胀终点压力 3、膨胀终点温度、膨胀终点温度 n(r/min) 1000 2300 45001000 2300 4500 3.76 4.37 3.703.76 4.37 3.70 1271 1591 16851271 1591 16852nnnnN03. 02 . 122nzbpp12nzbTT2/cmKgf)( kTbbp2n 4 (八八) 性能指标性能指标 1、平均指示压力、平均指示压力 和和 bxbxVp ,2nbxzzbxVVppcbxVxLRxRDV2cos14cos142mipmip21112111111111pcminnppnnmiimipp n(r/min) 1000 2300 4500 9.43 10.35 8.41 9.05 9.94 8.07 2、机械损失压力、机械损失压力 由经验公式由经验公式 3、机械效率、机械效率 n(r/min) 1000 2300 4500 0.80 1.32 2.20 0.91 0.87 0.73 2/cmKgf2/cmKgfmipmipmp10001161 .0100011 .0nnpmimmpp 12/cmKgfmmp 4、指示热效率、指示热效率 5、指示燃油消耗率、指示燃油消耗率 6、有效热效率、有效热效率 7、平均有效压力、平均有效压力 8、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率 0108.314miitcTpMHp63.610iitbHetmit memimpp63 .61 0em ebH n(r/min) 1000 2300 4500 0.27 0.32 0.33 (g/KW.h) 302 255 247 8.24 8.65 5.89 0.25 0.28 0.24 (g/KW.h) 327 292 340 itib2/cmKgfmepeteb 9、有效功率、有效功率 由由n=4500r/min， =73.6KW, =5.89, 由由 （L L） 当当n=1000r/min， 当当n=2300r/min， ePep6i1224hmeeiV p nP 12241224 73.60.575.89 4500 6ehmePVp ni6 0.57 8.24 100023.11224ePKW6 0.57 8.65 230055.61224ePKW现代发动机发展趋向于短行程，选现代发动机发展趋向于短行程，选 根据上面的计算数据，可以进行示功图绘制和外特性曲线的绘制。 0.9SD938 .9242DSDVhn柴油机外特性计算举例n例4：对一柴油机的外特性进行计算，已知条件如下：n 大气状态： n n 柴油成分： n曲连比：n燃烧室型式为统一型燃烧室。燃料额KgKJHKWNirnee/42500,4 .43, 4min,/1300,16201cmkgfpKT2880004. 0,126. 0,87. 0OHcggg41LRn工况选择n根据柴油机外特性的特点，选择计算工况如下：n 额定工况： n最低稳定工况：n最大扭矩工况：n 超速工况：min/1300rnemin/400rn min/900rnMmin/1600rnNn原始参数的选择n1、示功图丰满系数 n2、进气系统阻力流量系数 n n 转速n(r/min) 400 900 1300 1600 3、过量空气系数 1.4 1.38 1.36 1.35 4、压力升高比 1.9 1.9 1.8 1.75、热量利用系数 0.8 0.85 0.75 0.6596. 0i75. 0apzn(三)排气过程n、排气终了压力由于柴油机的无经验公式可用，只有选用：n =1.1 n2、排气温度由经验公式n =n n(r/min) 400 900 1300 1600 n Tr（k） 743 816 848 865rP2cmKgfrT2001.20.005(3)0.01(1)lnann(四)进气过程n1.n由 =2.4 得到 =2.4 =3.84n2.进气压力 nn (r/min) 400 900 1300 1600 n ( ) 0.98 0.93 0.86 0.80hVfehnVfhVf10001600lcm25 . 322262011105201fVnppha2cmkgf2cmkgfaPn3.新鲜充量温升 n选 nn(r/min) 400 900 1300 1600 n ( ) 17.5 16.5 15.6 15.0(1100.0125 )(1100.0125)NNTnTnCTN15TCn4.残余废气系数nn (r/min) 400 900 1300 1600 n 0.03 0.03 0.03 0.030rrrarTTPTP Prn5.进气温度 n （K） nn(r/min) 400 900 1300 1600 n (K) 320 321 320 32010()1nanrrrarPTTTPT aTn6.充气系数 nn (r/min) 400 900 1300 1600 n 0.916 0.868 0.80 0.74100(1)1arcOaTPPTT PPcn（五）压缩过程n1.平均多变压缩指数n2.压缩终点压力 n 3.压缩终点温度nnnN03. 038. 111nacPP11nacTTn n(r/min) 400 900 1300 1600n 1.26 1.32 1.34 1.35n ( ) 32 36 35 36.7 n (K) 658 780 821 9181ncP2cmkgfCTn4. 和CXPCXV1)(nCXaacxVVPP1)2cos1 (4)cos1(42hxxcxVLRRDVn(六)燃烧过程n1. Kmol/Kg燃料 n2.n3.n4.n5.495. 03204. 04126. 01287. 021. 013241221. 010OHcgggL01LM120MM01rr32412OHggMMnn(r/min) 400 900 1300 1600n 0.693 0.683 0.673 0.668n 0.725 0.715 0.705 0.70n 1.046 1.047 1.048 1.048n 1.045 1.046 1.047 1.047燃料KgKmolM/12M燃料KgKmol/ 0n6、nn (r/min) 400 900 1300 1600n 21.3 21.5 21.6 21.8vCKKmolKJTCcv./1868. 4)10415. 0815. 4(3KKmolKJCv./n7、 n n(r/min) 400 900 n n(r/min) 1300 1600 vC11868. 4107 . 33 . 32 . 28 . 44zvTCKKmolKJCv./zT41036.2568.26zT4105 .2577.26KKmolKJCv./zT41065.2587.26zT41073.2592.26n8、n 由 n当 时，n 解得： zT18.3148.3141zvpcvzrHCTCTMmin/400rn zvzzzTCMHTT314. 811314. 81036.2568.2614068940944.341036.2524zzTTKTz1748n当 时，n 解得： n当 时，n 解得： n当 时，n 解得： min/900rn 076905084.35105 .2524zzTTKTz1923min/1300rn 072591184.351065.2524zzTTKTz1821min/1600rn 069854234.351073.2524zzTTKTz1757n9、初期膨胀比 n10、最高燃烧压力 nn (r/min) 400 900 1300 1600n 1.461 1.357 1.29 1.179n 60.8 68.4 63 62.39 0zpcTTzpcpp02cmkgfzpn(七)、膨胀过程：n 1、平均多变膨胀指数 n2、后期膨胀比n3、膨胀终点压力n4、膨胀终点温度nnnN035.014.1202nzbpp12nzbTTn n(r/min) 400 900 1300 1600n 1.28 1.20 1.18 1.14n 10.95 11.79 12.4 13.57n 2.84 3.54 3.23 3.19n (K) 894 1174 1157 12192nbp2cmkgfbTn(八)性能指标：n 1、平均指示压力 和 n 2、机械损失压力n 3、机械效率mipmip21001122111111111pcmipnnppnn 0.96miimiippp10001161 . 0npm1mmmippnn (r/min) 400 900 1300 1600n 7.98 12.27 10.76 9.86n 7.66 11.77 10.33 9.47n 0.56 0.76 0.92 1.04n 0.93 0.94 0.91 0.89 mip2cmkgf2cmkgf2cmkgfmipmpmn4、指示热效率 n5、指示燃油消耗率 n6、有效热效率 n7、有效压力 n8、有效燃油消耗率0108 .3 1 4iitcTpMHp63 . 61 0ii tbHetmit memimpp63.6 10eetbHnn (r/min) 400 900 1300 1600n 0.33 0.52 0.49 0.48n (g/KW.h) 257 163 173 177n 0.307 0.489 0.446 0.427n 7.12 11.06 9.40 8.43n (g/KW.h) 276 173 190 198itibetmep2cmkgfebn9、有效功率n 由n=1300r/min， =43.4KW, n 当n=400r/min 时，n当n=900r/min 时，n当n=1600r/min 时，eP2,9.4/mepkgfcm4i12241224 43.41.0879.4 1300 4ehmePVLp ni4 1.087 7.12 40010.1212241224heeiV p nPKW4 1.087 11.0690035.3612241224heeiV p npKW4 1.087 8.43 160047.912241224heeiV pnpKWn （九）气缸尺寸确定n 选 SDVh241DS1124433hhVDDV112DSn（十） 的求得。n（十一） 根据上面的计算数据，可以进行示功图绘制和外特性曲线的绘制。bxbxcxcxVpVp,
