60kw四冲程柴油机连杆设计《汽车发动机设计》课程设计说明书Word文档格式.docx

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P=60kW平均有效压力：

pme=0.8~1.2MPa活塞平均速度：

vm＜18m/s1.2发动机类型1.2.1冲程数选择根据题目要求选择四冲程1.2.2冷却方式水冷1.2.3气缸数和气缸布置方式对于车用发动机25-75kW采用4缸，缸数较少，采用常用的直列式。

1.3基本参数1.3.1行程缸径比S/D选择柴油机考虑到有利于混合气形成和燃烧，根据参考文献【内燃机学】得相应柴油机的行程缸径比在1.0至1.2之间。

初步选择1.1。

1.3.2气缸工作容积V，缸径D的选择根据《内燃机学》的基本公式：

，式中Pe——发动机的有效功率，依题为60kWPme——发动机的平均有效压力，依题取1.0MPa——气缸的工作容积——发动机的气缸数目，按要求取为4——发动机的转速——活塞的平均速度，按要求取10m/s——发动机活塞行程——发动机气缸直径——发动机的行程数，按要求为4根据以上的条件代入以上公式，并圆整得：

D=88mm，S=98mm，P=1.0MPa，n=3100r/min，=0.596L通过以上结果返算得：

Pe=61.59KW＞60KW，vm=10.13m∕s＜18m/s，均满足初始条件要求。

2热力学计算通常根据内燃机所使用的燃料和混合气形成方式，缸内燃烧过程（加热方式）等特点，把压燃式柴油机的实际循环简化为混合加热循环或等压加热循环，而等压加热循环多用于燃气轮机和大型低速柴油机，针对中小型高速柴油机则简化为混合加热循环。

为建立柴油机的理论循环，需对其实际循环作必要的简化和假设，归纳起来有：

⑴忽略发动机进排气过程，将实际的开口循环简化为闭口循环。

⑵将燃烧过程简化为混合加热过程，将排气过程简化为等容放热过程。

⑶把压缩和膨胀过程简化为理想的绝热等熵可逆过程，忽略工质与外界的热量交换及其泄露等影响。

⑷将工质视为理想气体，在整个循环中工质的物理及化学性质保持不变，比热容为常数。

2.1热力循环基本参数的确定根据《工程热力学》：

柴油机气体绝热压缩过程平均定熵指数κav1=1.4；

绝热膨胀过程平均定熵指数κav2=1.32~1.33，取κav2=1.32；

根据《内燃机学》：

柴油机压缩比εc=12~22，初取εc=18，故燃烧室容积压力升高比λp=1.3~2，初取λp=2。

初始膨胀比ρ0=1.52.2热力过程具体计算2.2.1绝热压缩过程选取压缩过程起点（设为a点）的气体状态参数：

pa=（0.8~0.9）p0,其中p0（标准大气压）=1.013×

105Pa，取pa=0.09MPa；

Va=Vc+Vs=0.631L。

选取压缩过程终点（设为b点）的气体状态参数：

Vb=0.035L。

从a点到b点的过程看作是绝热压缩过程，故多变指数n1=κav1=1.4。

根据绝热过程的热力学计算公式：

=常数，可以计算出压缩过程中从a点到b点的各个点的状态参数。

经过计算得到b点的状态参数：

pb=5.15MPa。

2.2.2定容增压过程b点为定容增压过程的起点。

选取增压过程终点（设为c点）的气体状态参数：

Vc=0.035L。

从b点到c点的过程看作是定容增压过程，其定容增压比，即压力升功率λp=2，则c点的状态参数：

pc=λppb=10.3MPa。

2.2.3定压膨胀过程c点为定压膨胀过程的起点。

选取膨胀过程终点（设为d点）的气体状态参数：

pd=10.3MPa。

从c点到d点的过程看作是定压膨胀过程，其初始膨胀比ρ0=1.5，则d点气体状态参数：

Vd=Vcρ0=0.053L。

2.2.4绝热膨胀过程d点为绝热膨胀过程的起点。

选取膨胀过程终点（设为e点）的气体状态参数：

Ve=Vs+Vc=0.631L。

从d点到e点的过程看作是绝热膨胀过程，故多变指数n2=κav2=1.32。

=常数，可以计算出膨胀过程中从d点到e点的各个点的状态参数。

经过计算得到e点的状态参数:

pe=0.39MPa。

2.3绘制p-V图将上述四个过程中各个点的气体压力p和活塞顶上部容积V反映到图中，制成p-V示功图：

图2-1理论p-V图2.4p-V图的调整内燃机的实际循环中存在着许多不可逆损失，因而和理论循环有一定的差别，主要是传热损失和燃烧损失带来的影响，下面针对这两类影响因素对理论p-V图进行修改。

1、传热损失的影响实际循环中，缸套内壁面、活塞顶面以及气缸盖底面等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热量交换，因而在压缩和膨胀过程并不是绝热的，其修正后的实际多变指数n1=1.32~1.37，取n1=1.35，n2=1.22~1.28，取n2=1.25。

2、燃烧损失的影响由于燃烧速度的有限性，为了使燃烧能够在上止点附近完成，保证较好的动力性和经济性指标，一般希望燃料上在止点前5°

~10°

（CA）开始燃烧，此时燃烧过程脱离多变过程热力学曲线。

由于同样的原因，等容加热部分不能瞬时完成，部分燃烧在膨胀过程进行，并且规定柴油机急燃期平均压力升高率dp/dα不宜超过0.6MPa/（°

CA）,故最高燃烧压力降低，并且一般出现在上止点后15°

（CA）左右，取实际最高燃烧压力pmax=9MPa，实际燃烧工作过程也脱离等容加压和等压膨胀过程，且整个燃烧持续角不超过40°

（CA）。

根据以上分析调整后的实际p-V图如下：

图2-2实际p-V示功图3运动学计算3.1曲柄连杆机构的类型在往复活塞式内燃机中基本上采用三种曲柄连杆机构：

中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和关节曲柄连杆机构。

其中中心曲柄连杆机构应用最为广泛，本次设计就选择此种类型。

3.2曲柄连杆比的选择根据《汽车发动机设计》，曲柄连杆比λ=1/3.2~1/3.8。

车用发动机多采用小连杆，但连杆缩短会导致活塞侧压力加大，可能增加活塞与气缸的摩擦和磨损，但是根据经验，直到λ=1/3，这种影响都不大。

故初选λ=1/3.6。

3.3活塞运动规律活塞位移x=r[（1-cosα）+λ/4（1-cos2α）]，其中曲柄连杆比λ=1/3.6，曲柄半径r=S/2=49mm。

活塞位移曲线图——x-α图如图3-1所示。

活塞速度v=rω（sinα+λ/2sin2α）,其中角速度ω=nπ/30=324.6rad/s。

活塞速度曲线图——v-α图如图3-2所示。

活塞加速度j=rω2（cosα+λcos2α）。

活塞加速度曲线图——j-α图如图3-3所示图3-1活塞位移曲线图图3-2活塞速度曲线图图3-3活塞加速度曲线图3.4连杆运动规律连杆做复合平面运动，即其运动是由随活塞的往复运动和绕活塞销的摆动合成的。

连杆相对于气缸中心的摆角β=arcsin（λsinα）。

连杆摆角的变化规律如图3-4所示。

图3-4连杆摆角变化规律4动力学计算4.1气体作用力的计算缸内的气体压力随曲轴转角的不同而作周期性变化。

气体压力作用在活塞顶上，通过活塞销传递到曲柄连杆机构。

作用在活塞顶上的气体作用力Pg等于活塞上下两空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积，即：

式中pg——气缸内的气体压力（MPa）p