【正文】 機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由一系列非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程所組成的。 主要研究?jī)?nèi)容有： (1) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 的熱力學(xué)分析； (2) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析，建立發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的具有氣、固耦合的動(dòng)力學(xué)模型； (3) 用 MATLAB 語(yǔ)言編制仿真軟件，對(duì) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 工作過(guò)程建模與動(dòng)力分析，提出改進(jìn)建議。 本 文 的所有程序均是由 MATLAB 語(yǔ)言編寫的，最后的結(jié)果也是在MATLAB 中運(yùn)行得出的。因?yàn)?MATLAB 的語(yǔ)法規(guī)則與結(jié)構(gòu)化高基編程語(yǔ)言如 C語(yǔ)言等大同小異，而且使用更為簡(jiǎn)便，具有一般語(yǔ)言基礎(chǔ)的用戶很快就可以掌握。 內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬，不僅可以計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，而且也可以計(jì)算非設(shè)計(jì)工況和 變工況點(diǎn)，估計(jì)環(huán)境參數(shù)變化對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響，不僅可以計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，而且也可以計(jì)算瞬態(tài)過(guò)程；研究各結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)與瞬態(tài)響應(yīng)特性的關(guān)系，探求改善瞬態(tài)特性的技術(shù)措施；不僅在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算模擬可以進(jìn)行方案的比較，而且在內(nèi)燃機(jī)調(diào)試階段與測(cè)試相結(jié)合，可以指明調(diào)整的參數(shù)及其值的大??；同時(shí)，在熱力循環(huán)模擬的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行熱力循環(huán)模擬優(yōu)化，使內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬研究向優(yōu)化設(shè)計(jì)推進(jìn)一步 [2]。 柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)力分析 4 隨著 大容量電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)研究中的應(yīng)用，加上試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量?jī)x器以及測(cè)試裝備的改進(jìn)，使內(nèi)燃機(jī)在試驗(yàn)和理論研究上有了一個(gè)較大的發(fā)展，使內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)模擬成為可能，使內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)由過(guò)去比較粗糙的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向著模擬計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)和內(nèi)燃機(jī) CAD 方面過(guò)渡，并取得了令人耳目一新的進(jìn)展。隨著內(nèi)燃機(jī)性能的不斷提高，產(chǎn)品更新的周期不 斷縮短，采用常規(guī)熱力計(jì)算進(jìn)行這種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代高性能內(nèi)燃機(jī)研制工作的需要。而在設(shè)計(jì)中則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和類比，在大量選取參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)熱力循環(huán)中的幾個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以便 給 出數(shù)量上的估計(jì)。當(dāng)前大功率柴油機(jī)（包括低速、中速 和高速機(jī)）研究和發(fā)展的主要趨勢(shì)是：降低柴油機(jī)燃油和潤(rùn)滑油的消耗 ；研究在柴油機(jī)上使用非石油產(chǎn)品的代用燃料，以保證石油供應(yīng)枯竭時(shí)，柴油機(jī)仍 能依靠代用燃料工作；提高柴油機(jī)的可靠性和耐久性；提高柴油機(jī)單機(jī)功率或單缸功率，降低單位功率的重量；采用普通材料，降低生產(chǎn)成本；減少機(jī)型，加強(qiáng)通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化工作；簡(jiǎn)化維護(hù)和維修工作；加強(qiáng)自動(dòng)監(jiān)護(hù)和遙控操縱研究；降低噪音、振動(dòng)、冒煙及排氣中有毒物質(zhì)的排放；加強(qiáng)某些理論的研究工作，例如對(duì)燃油霧化、著火過(guò)程及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，對(duì)氣缸內(nèi)燃油分布與氣流運(yùn)動(dòng)的研究，氣缸內(nèi)傳熱問題的研究，氣缸內(nèi)燃燒問題數(shù)學(xué)模擬的研究等。所以進(jìn)行 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 的工作過(guò)程建模與動(dòng)力分析，改進(jìn)其參數(shù)和結(jié)構(gòu)，以使其更好的服務(wù)于應(yīng)用，具有明顯的實(shí)際意義。 柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程研究是應(yīng)用的基礎(chǔ)。柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)力分析 1 目錄 目錄 ........................................................................ 1 第 1 章 緒 論 .............................................................. 3 研究意義 ............................................................. 3 發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................. 3 研究方法與內(nèi)容 ....................................................... 4 第 2 章 柴油機(jī)的熱力學(xué)分析 .................................................. 5 柴油機(jī)的理論熱循環(huán) ................................................... 5 柴油機(jī)的實(shí)際熱循環(huán) ................................................... 8 熱力學(xué)計(jì)算即求平均指示壓力 ........................................... 9 小結(jié) ................................................................ 11 第 3 章 柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析 ......................................... 12 柴油機(jī)的指示參數(shù) .................................................... 12 平均指示壓力 .................................................... 12 指示功率 ........................................................ 13 指示熱效率與指示燃油油耗 ........................................ 14 柴油機(jī)的有效指標(biāo) .................................................... 15 有效功率和機(jī)械效率 .............................................. 15 平均有效壓力和升功率 ............................................ 16 有效熱效率和有效燃油消耗率 ...................................... 18 根據(jù)吸入空氣量計(jì)算平均有效壓力 .................................. 19 標(biāo)志柴油機(jī)整機(jī)性能的其他參數(shù) ........................................ 21 活塞的平均速度 .................................................. 21 強(qiáng)化系數(shù) ........................................................ 22 比質(zhì)量 .......................................................... 22 提高柴油機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的主要措施 .............................. 22 小結(jié) ................................................................. 24 第 4 章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與受力分析 ....................................... 25 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 .............................................. 25 活塞的位移 ...................................................... 25 活塞速度 ........................................................ 26 活塞加速度 ...................................................... 27 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析 .............................................. 27 氣體壓力的作用 .................................................. 28 慣性力的作用 .................................................... 28 作用在活塞上的合力及其分解 ...................................... 30 小結(jié) ................................................................. 33 柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)力分析 2 第 5 章 結(jié)論 ............................................................... 33 謝 辭 ...................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................................... 35 柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)力分析 3 第 1 章 緒 論 研究意義 柴油機(jī)具備高扭矩、高壽命、低油耗、低排放、熱效率高、功率范圍廣、起動(dòng)迅速、運(yùn)行安全、維修方便、使用壽命較長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為解決工程機(jī)械能源問題最 現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。因此柴油機(jī)的使用范圍越來(lái)越廣，數(shù)量越來(lái)越多， 同時(shí)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、控制廢氣排放和噪聲污染的要求也越來(lái)越高。 WD175 型柴油機(jī)是單缸、臥式、四沖程水冷柴油機(jī)，該機(jī)重量輕、體積小、馬力大、耗油省，工作可靠、性能穩(wěn)定、操作維護(hù) 方便，適應(yīng)多種用途，可作為小型發(fā)電、排灌、噴灌、收割、脫粒、手扶拖拉機(jī)、小型船舶、機(jī)動(dòng)三輪車等方面的配套動(dòng)力，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。 發(fā)展 現(xiàn)狀 柴油機(jī)雖然已經(jīng)有了百余年的發(fā)展歷史，其技術(shù)也日趨完善，但是他仍然在不斷地發(fā)展和改進(jìn)之中。 在電子計(jì)算機(jī)用于內(nèi)燃機(jī)研究以前，為了定性估計(jì)內(nèi)燃機(jī)性能，并進(jìn)行有限的定量估算，不得不對(duì)內(nèi)燃機(jī)的 實(shí)際熱力循環(huán) 給 出一些簡(jiǎn)化的假定，其中認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行工況一般是穩(wěn)態(tài)的，將工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)看成是一個(gè)循環(huán)的算術(shù)平均值等。這種簡(jiǎn)單的熱力計(jì)算雖然能夠得出比較直觀的、可作定性或初步定量分析的數(shù)據(jù)，但卻十分粗略，不能全面地反映內(nèi)燃機(jī)燃燒放熱過(guò)程、缸內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)及傳熱過(guò)程、進(jìn)排氣系統(tǒng)中熱力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及與渦輪增壓器的配合性能等，更不能對(duì)變化的 工況性能進(jìn)行預(yù)算。事實(shí)上，內(nèi)燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況每瞬時(shí)并不是穩(wěn)態(tài)的。那些由內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所決定的內(nèi)部過(guò)程，如燃燒過(guò)程、氣體流 動(dòng)過(guò)程、熱交換過(guò)程以及進(jìn)排氣 系統(tǒng)與渦輪增壓器匹配的氣動(dòng)過(guò)程等， 有可能在計(jì)算中予以考慮，能夠建立起比較符合實(shí)際的物理模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模擬予以表達(dá)，求得各熱力參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，用以分析內(nèi)燃機(jī)的性能及其影響因素；也能系統(tǒng)地模擬結(jié)構(gòu)參數(shù)、燃燒規(guī)律、配氣相位、進(jìn)排氣系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力、中冷器特性以及渦輪增壓器特性等與內(nèi)燃機(jī)性能間的相互關(guān)系，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，尋求最佳的方案組合，為內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和性能改進(jìn)提供理論依據(jù)，因而使現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的理論研究建立在一個(gè)全新的基礎(chǔ)上 [1]。 用于內(nèi)燃機(jī)研究的軟件有很多，例如： VB、 VC、 FORTRAN、 MATLAB 等等，但目前應(yīng)用最廣泛的是 MATLAB 語(yǔ)言。使用MATLAB 編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。 研究方法與 內(nèi)容 先采用實(shí)測(cè)法獲取現(xiàn)有 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的常規(guī)熱力學(xué)模擬各工況下燃燒室內(nèi)燃料燃燒的熱力學(xué)過(guò)程，再分析 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 的運(yùn)動(dòng)和受力，最后編制軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行仿真 。 柴油 發(fā)動(dòng)機(jī) 及其曲柄連桿機(jī)構(gòu) 動(dòng)力分析 5 第 2 章 柴油機(jī)的熱力學(xué)分析 柴油機(jī)的理論熱循環(huán) 柴油機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料的化學(xué)能先通過(guò)燃燒變?yōu)闊崮埽缓笤偻ㄟ^(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化使熱能變?yōu)闄C(jī)械能。為了掌握內(nèi)燃機(jī)熱功轉(zhuǎn)換的主要規(guī)律，需要對(duì)實(shí)際循環(huán)作某些簡(jiǎn)化 和假定，抽象成為理論循環(huán)，這樣才有利于分析和研究。以熱源的傳熱代替燃料燃燒的放熱，以向冷源傳熱代替排氣過(guò)程向大氣放熱，工質(zhì)的質(zhì)量和成份自始至終都保持不變； (3) 構(gòu)成循環(huán)的各個(gè)過(guò)程均是可逆的 [3]。通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)的研 究，可以確定出最大可能的熱量利用率（循環(huán)熱效率）和氣缸容積利用程度（循環(huán)平均壓力），由此可以分析出 來(lái) 影響內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的主要因素，從而找到提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的基本途徑。 因此，在內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)中有三種不同循環(huán)可供考慮，即混合循環(huán)、等容循環(huán)和等壓循環(huán)。在壓縮過(guò)程中燃料的容積變化以壓縮比表示，即 ccsca V VVVV ???? 式中， sV 為全壓縮行程中活塞排量容積， cV 為燃燒室容積。1Q ，之燃料氣體壓力達(dá)到 zp 值；然后燃料以等壓方式自熱源吸入另一 部分熱量 39。 139。139。沿 cy 等容線的壓力升高以壓力升高比表示，即 cz pp /?? ；而沿 yz 線的容積變化以初膨脹比 ? 表示，即 cz VV /?? 。這一膨脹過(guò)程可用方