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中南大学
内燃机课程设计
说 明 书
课 题 车用汽油机热力设计
学 院 能源科学与工程学院
学生姓名 罗紫英 指导教师 蒋受宝 专业班级 热动工程试验1301班 学 号 1006130317
2016年9月9日
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目录
课程设计任务书
1 方案选择及总体设计 ............................................................................................... 1
1.1 汽油机主要参数的确定 ................................................................................ 1
1.1.1 冲程数的选择——四冲程 ................................................................. 1 1.1.2 气缸数和布置方式的选择—六缸、直列式 ..................................... 1 1.1.3 行程及其缸径的比值 ......................................................................... 3 1.1.4 缸径和行程 ......................................................................................... 4 1.1.5 活塞平均速度 ..................................................................................... 4 1.1.6 气缸中心距及其与缸径的比值 ......................................................... 4 1.1.7 曲柄半径和连杆长度比 ..................................................................... 5 1.1.8 燃烧室的选择 ..................................................................................... 6 1.1.9 压缩比? ............................................................................................. 6 1.1.10 发火次序的选择 ............................................................................... 7 1.2 汽油机的总体布置 ........................................................................................ 8 1.3 本章小结 ........................................................................................................ 9 2 热计算与热平衡 ................................................................................................... 10
2.1 热计算 .......................................................................................................... 10
2.1.1 燃料燃烧及成分确定 ..................................................................... 10 2.1.2 周围介质参数和剩余气体 ............................................................... 12 2.1.3 进气过程 ........................................................................................... 13 2.1.4 压缩过程 ........................................................................................... 15 2.1.5 燃烧过程 ........................................................................................... 16 2.2 工作循环参数 .............................................................................................. 18
2.2.1 发动机指示指标 ............................................................................... 18 2.2.2 发动机有效指标 ............................................................................... 19 2.2.3 发动机的部分重要参数 ................................................................... 20 2.3 示功图的绘制 .............................................................................................. 21 2.4 热平衡 .......................................................................................................... 23
2.5外特性计算及曲线绘制 ....................................................................... 25 2.6本章小结 ....................................................................................................... 28 3 活塞计算 ............................................................................................................... 29
3.1 概述 .............................................................................................................. 29
3.2.2 活塞铝合金材料 ............................................................................... 31 3.3 活塞的传热结构与导向结构 ...................................................................... 31
3.3.1 活塞的传热结构 ............................................................................... 31 3.3.2 活塞的导向结构 ............................................................................... 32 3.4 活塞传力结构与活塞销 .............................................................................. 32
3.4.1 活塞销的刚度及尺寸 ....................................................................... 32 3.4.2 活塞的传力结构 ............................................................................... 32 3.4.3 活塞销的结构与材料 ....................................................................... 33 3.5 活塞的密封结构与活塞环 .......................................................................... 33 4 参考文献 ................................................................................................................. 34
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内燃机课程设计任务书
一、题目：车用汽油机热力设计 二、给定参数：
1. 发动机排量：3.2L。
2．汽油重量成分：C＝0.855 ，H=0.145， O=0.000。 3．汽油的低位发热值：Hu=43070kJ/kg。
三、设计内容
1．方案选择及总体设计（确定主要性能参数和结构参数）。
2．工作循环计算（包括最低转速、最大扭矩、最大功率、最高速度工况）与示功图。
3．热平衡计算与热平衡图。 4．外特性计算与外特性曲线图。 5．绘制连杆零件图（A2）。
四、设计要求
1．编写设计计算说明书一份，1.2万字左右（20～25页）。 2．用计算机书写文本，用AutoCAD绘图。 3．公式要有出处，符号要有说明。
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1 方案选择及总体设计
内燃机总体设计和方案选择是设计工作的第一阶段，在产品总体设计中要选择和确定内燃机的主要设计参数，在进行热计算和外特性计算及主要零部件设计前，首先要选择零部件的类型、布局方式。如：气缸的布局方式、燃烧室的选择、缸心距的确定、压缩比的选取、活塞行程比的选取、曲柄连杆比的选取等。
1.1 汽油机主要参数的确定
1.1.1 冲程数的选择——四冲程
二冲程汽油机和四冲程汽油机相比，尽管当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应该是四冲程的两倍；且因其做功频率较高，其工作运转较均匀平稳；并且其构造简单，质量小，使用方便。但同时二冲程相比四冲程有以下主要缺点：
1) 二冲程汽油机的热负荷比较高，特别是活塞组的热负荷比较高（活塞顶的平均温度比四冲程汽油机约高50~60℃）,而且气缸内压力总是大于一个大气压，使活塞环在环槽中活动性减小，积碳不易排除，容易使活塞环失去工作能力；由于作用在轴承上的负荷是单向的，这对润滑不利。使二冲程汽油机的使用可靠性与寿命不如四冲程汽油机。
2) 二冲程汽油机换气质量差，使燃烧条件变差，同时带动换气泵也需要消耗一部分功率，且有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，因此其燃油经济性比较差。
3) 二冲程汽油机热负荷较高，因而对机油质量要求比四冲程汽油机高；由于机油容易窜入扫气孔和排气孔边缘，随气流进入气缸燃烧或从排气管排出，因此，机油的消耗率较大。
4) 高压泵与喷油嘴的工作较繁重，寿命较短。此外，二冲程汽油机的噪音、排气污染都比四冲程汽油机严重。
因此，在本设计中选四冲程汽油机（τ=4）。
1.1.2 气缸数和布置方式的选择—六缸、直列式
发动机的汽缸数和气缸布置方式，对其外形尺寸、平衡性和制造成本等都有
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很大影响。汽车发动机是按发动机排量分等级的，例如1L、2L、2.5L等指的就是发动机的排量。由于发动机排量等于气缸的排量与气缸数的乘积，而气缸排量又是活塞顶面面积与发动机活塞行程的乘积，所以，在发动机排量相等的条件下，气缸数越多，每一气缸的尺寸就越小，零件尺寸也小。在给定的功率要求下，如果平均有效压力和活塞平均速度不变，则内燃机的升功率和缸数的平方成正比。也就是说多缸发动机比较紧凑轻巧，往复质量平稳性好，转矩匀称性得到改善，使多缸发动机运转平顺，而且启动容易，加速响应性好。同时发动机的转速也可以高些，升功率也提高，但是，随着气缸数的增加，发动
机零件数量增加，结构复杂，可靠度下降，质量和尺寸相对增大，制造成本也相应提高。
汽车发动机的气缸数量有2缸、3缸、4缸、5缸、6缸、8缸、12缸等，其中3、4、6、8缸最多。
对汽车发动机来说，一般采用两种气缸排列方式，一种是单列式，亦称L式，其特点是结构简单，可以使用一个整体式气缸盖，单列式发动机可以是气缸直列的（即直列式发动机）；也可以是斜置式或水平安置的，
图1-1直列式
图1-2 V形
发动机中气缸直列的和斜置的比较多。另 外一种气缸排列方式是两列气缸成V型布置的V型发动机，其特点是总体结构比较紧凑，由于发动机的长度和高度尺寸比较小，在汽车上布置起来比较方便。缺点是机体形状比较复杂，至少需要使用两个气缸盖，所以制造成本较高。当V型夹角为180°时，则称对置式发动机，在汽车里用得较少。
六缸以下的发动机绝大多数是单列的，其气缸轴线坐在平面与地面垂直或倾斜的角度，后者是为了降低发动机的总高度多用于小轿车。气缸轴卧式内燃机，机器总高度大大减小，可以布置在汽车底盘中部的车厢地板下面，有利于改善汽车面积的利用率、视野性、操作性和机动性好，适用于大型客车和重型货车。
排量1L以下的轿车发动机绝大多数是L3发动机（单列式3缸发动机）；
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