【正文】 b 平均指示壓力平均指示壓力 為內(nèi)燃機(jī)單位氣缸工作容積的指示功。因此，平均指示mip壓力是衡量柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)做功能力大小的一個(gè)很重要的性能參數(shù)。α 增大意味著空氣的燃油比逐漸變大。mip(3)換氣質(zhì)量柴油機(jī)的換氣質(zhì)量愈好，殘余廢氣就愈少，氣缸中新鮮空氣填充愈充分，燃油燃燒速度愈高，在膨脹點(diǎn) z 的利用系數(shù) ξz 愈高， 值也就愈大。所以，組織好一個(gè)較為良好的燃燒過(guò)程并非容易，往往要在理論上和實(shí)驗(yàn)上下很大的工夫，即使這樣，有時(shí)還難于取得預(yù)想的結(jié)果，這就是組織好一個(gè)燃燒過(guò)程的困難所在 [13]。n 對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī)（kW） （33）3102???inVpPsmi對(duì)于二沖程柴油機(jī) (kW) （34）3106?inpsmi 指示熱效率與指示燃油油耗指示熱效率 是內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)的指示功與所消耗的燃料熱量之比值。通常以每指示千ib瓦小時(shí)功的耗油量表示。h)]it i二沖程柴油機(jī) =～ =175～210 [g/(kW內(nèi)燃機(jī)的指示功率減去機(jī)械損失mP功率所得到的是功率輸出軸上所能輸出的凈功率，稱(chēng)之為有效功率。m） ；tqT —— 轉(zhuǎn)速（r/min） 。sV對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī) （kW ） (313)3102???inVpPse對(duì)于二沖程內(nèi)燃機(jī) (kW) (314)3106?inpsme由式（312 ）得(kPa) 310??inVPpseme?將式（310 ）代入上式得(kPa) (315)iVTiTpstqstqme ??對(duì)于排量（ivs）一定的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)， 正比于 ，所以 業(yè)反映了內(nèi)燃機(jī)單位氣etqmep缸工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析18(kW/L) （316）3310103????????npiVnpiPmehsmeseL式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率（kW） ；eP——?dú)飧讛?shù)；iVs——每個(gè)氣缸的工作容積（L） ；——在標(biāo)定工況下的平均有效壓力（MPa） ；mepn——標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min） 。升功率 的一般范圍是：L 農(nóng)用柴油機(jī) =9～15（kPa）LP 汽車(chē)用柴油機(jī) =11～（kPa） 強(qiáng)化高速柴油機(jī) =15～40（kPa）L 載貨汽車(chē)用汽油機(jī) =22～26（kPa）P 小客車(chē)用汽油機(jī) =40～70（kPa）L 二沖程小型風(fēng)冷汽油機(jī) =～（kPa） 有效熱效率和有效燃油消耗率(1) 有效燃油消耗率 eb有效熱效率 是指單位有效功的耗油量。h)] ；eb —— 每小時(shí)耗油量（kg/h） ；B (2) 有效熱效率 et?柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析19有效熱效率是內(nèi)燃機(jī)有效功 與所消耗的熱量 之比值。h)]et?e 中速柴油機(jī) =～ =195～240 [g/(kWh)]et eb柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析20圖 31 燃油消耗率外特性曲線WD175 柴油機(jī)的燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線示于圖 31，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 2600 r/min 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率基本最低，而 WD175 柴油機(jī)在額定工況下的轉(zhuǎn)速也為 2600rpm，可見(jiàn) WD175 在額定工況點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性非常好。msh、V s——分別為進(jìn)氣狀態(tài)下所能充滿(mǎn)氣缸工作容積的充量質(zhì)量、氣缸工作容積。(2) 過(guò)量空氣系數(shù) 和空燃比a??內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中，為使燃料完全燃燒，供給的空氣數(shù)量應(yīng)該等于理論空氣量，但實(shí)際上供給的空氣量往往大于或者小于理論空氣量。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工作條件的要求，過(guò)量空氣系數(shù) 值可以大于 1（稀混合氣，實(shí)際供給的a?空氣量大于理論空氣量） ，小于 1（濃混合氣，實(shí)際供給的空氣量小于理論空氣量） ，等于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析211（實(shí)際供給的空氣量等于理論空氣量） 。uH根據(jù)平均有效壓力 的定義mep（kPa）setseVQW??將（323 ）代入上式得 (kPa) （324）itmcsauaemlHlp???00sct柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析22式（324 ）建立了動(dòng)力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之間的關(guān)系，它是分析內(nèi)燃機(jī)性能的一個(gè)重要依據(jù)。 值愈高，表明發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和升功率由高，但發(fā)動(dòng)機(jī)所受的機(jī)械負(fù)荷mC和熱負(fù)荷也越大。 比質(zhì)量比質(zhì)量是指發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)質(zhì)量與其標(biāo)定功率的比值。通常值小的發(fā)動(dòng)Ng機(jī)也都是強(qiáng)化程度高、升功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī) [17]。這一措施已在柴油機(jī)是獲得了廣泛的應(yīng)用 [19]。改善進(jìn)氣過(guò)程不僅對(duì)提高 有利，且可減少換氣損失。在這方面，主要是依靠合理選定各種參數(shù)，在結(jié)構(gòu)上、工藝上采取措施減少摩擦損失水泵、潤(rùn)滑油泵等附屬機(jī)構(gòu)所消耗的功率，改善內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑、冷卻條件等方法來(lái)達(dá)到。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析25第 4 章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與受力分析 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 活塞的位移由圖 41 的幾何關(guān)系可得x=AA’=A’OAO=(l+R)(lcosβ+ rcos ) (41)?為了分析方便,將上式中的變量消去一個(gè),以 代替 β .為此,在 ΔOAB 中,由正弦定?理可得： sinl??即 siniRl?令 ,得Rl??sii???由三角公式 22cos1sin1sin??現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)連桿比 λ 一般為 ~，而 所以上式取展開(kāi)式前兩項(xiàng)就足夠精確，,?即 21cossin?????將上式及 代入公式（41） ，并簡(jiǎn)化：Rl??21(sin)cosxllR???????????2(1cos)sinl???柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析2621cos(1cos)lR???????[(1cos)(1cos2)]4R?????? 圖 41 曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)角；β 連桿擺角； 曲柄半徑；s 活塞行程；l連桿長(zhǎng)度；x 活塞位移?R 活塞速度將活塞的位移 x 對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，即得活塞的速度 v。圖 4 3 額定工況點(diǎn)單工作循環(huán)活塞加速度 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力，主要在于闡明曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各種力的作用情況，從而分析內(nèi)燃機(jī)的平衡情況及輸出轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)速的均勻情況。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析主要是研究氣體壓力和慣性力的作用情況 [21]。 對(duì)于一定的內(nèi)燃機(jī)， 值是一定的，故作用在活塞上總的氣體壓力完全取決于活塞上下兩面氣體壓力差（ ） ，即分別取決于 和 的變化規(guī)律。r柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析29圖 44 代替曲柄連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化質(zhì)量系統(tǒng)和慣性力 為集中在連桿軸頸中心處并作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，它等于簡(jiǎn)化到曲柄半徑處的曲柄rm不平衡質(zhì)量與連桿組簡(jiǎn)化到大端的一部分質(zhì)量之和。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)， 大小jF ?不變，上式中=常數(shù)2?Rmj? 當(dāng) 時(shí)（活塞位于上止點(diǎn)位置） ，往復(fù)慣性力 的絕對(duì)值為最大，其值為：0?? jF?????12maxFjj由式（46 ）看出， 的變化情況與加速度的變化情況相似，也是由倆部分組成的。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析31圖 46 作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的力和力矩 (1) 作用于活塞上的合力 作用于活塞上的氣體壓力 和慣性力 ，由于作用方向都是沿氣缸中心線，故作gFj用于活塞上的合力 是氣體壓力與往復(fù)慣性力的代數(shù)和(2)： （48）jgF?? 合力將在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生一系列的力和力矩，如圖 46 所示。tT使內(nèi)燃機(jī)曲軸得以克服外界力矩而旋轉(zhuǎn)，它即為內(nèi)燃機(jī)一個(gè)氣缸所發(fā)出的指示轉(zhuǎn)矩，其值為：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析32????cosin??FRTt 同時(shí)，力 又和 合成為 。1 39。1 39。 ccini39。c39。圖 47 額定工況單工作循環(huán)活塞與氣缸間的摩擦力額定工況點(diǎn)活塞與缸套之間的摩擦力如圖 47 所示，圖中出現(xiàn)階越是因?yàn)榛钊\(yùn)動(dòng)方向改變，摩擦力方向也發(fā)生改變所致 [24]。49 (b)為曲柄銷(xiāo)中心所受徑向力曲線，該力沿曲柄臂傳到主軸頸，再傳到軸承上。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻度為 %，滿(mǎn)足一般使用場(chǎng)合。任老師為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，他淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的作風(fēng)，踏踏實(shí)實(shí)的精神使我終身受益。但熱效率和機(jī)械效率有進(jìn)一步提高的潛力，這需要利用本設(shè)計(jì)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性進(jìn)行全面、深入的分析，由于時(shí)間所限，本設(shè)計(jì)沒(méi)有展開(kāi)這方面的工作。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析34 小結(jié)本章對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況做了詳細(xì)、全面的分析，研究了氣體壓力和慣性力的作用情況，為分析內(nèi)燃機(jī)的平衡情況及輸出轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)速的均勻情況提供理論依據(jù)。圖 48 額定工況下 WD175 柴油機(jī)輸出扭矩圖曲柄銷(xiāo)的切向、徑向及合力如圖 4410 所示。它使內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生傾覆，故稱(chēng)之為傾覆力矩。由此看出作用在氣缸壁上的側(cè)壓力 和作用在主軸頸軸承上的側(cè)壓力 大小相等而c 39。c以示： FF???coss139。1平行。nF39。cF連桿力 使連桿軸承受載，并在曲柄銷(xiāo)中心產(chǎn)生切向力 和 ：1 tFn????cosin??Ftn法向力 使曲柄受彎曲，并使主軸承 受載。(2) 旋轉(zhuǎn)慣性力當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力（離心力）的大小為： （47）2?RmFrr??當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速一定時(shí)， 的大小一定，其方向則始終沿曲柄方向向外。(1) 往復(fù)慣性力當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力等于： (46)??2122coscosjjjjjjj FRmaF?????????式中 —— 往復(fù)慣性力；j —— 往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量；jm —— 曲柄半徑；R ；??cos21Fjj??。 gp39。2104???pDgg?式中 —— 氣缸直徑（mm） ；D —— 氣缸內(nèi)的氣體壓力（kPa） ；gp —— 曲柄箱內(nèi)的氣體壓力（kPa） 。 以上各力中摩擦力比其他力小很多，故在進(jìn)行受力分析時(shí)一般不予考慮?？梢?jiàn)活塞速度隨曲軸轉(zhuǎn)角成正弦規(guī)律變化。但實(shí)際上在相同工作容積和轉(zhuǎn)速下，值達(dá)不到四沖程的水平，與此同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上不得不予以特殊的考慮，不然的話，若mep仍用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其升功率不易超過(guò)四沖程，而且燃油消耗率卻顯著上升。但轉(zhuǎn)速過(guò)多增加會(huì)使燃燒惡化，充量系數(shù)和機(jī)械效率急劇下降，使內(nèi)燃機(jī)的可靠性和工作壽命減少，因此轉(zhuǎn)速的提高