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1、通常由于汽油机具有转速高、重量轻、噪音小、易启动、造价低等特点。因此它在小客车、中小型货车和军用越野车及小型农用动力（喷粉、喷雾、插秧机）等方面广泛应用。通过本课题的设计，是学生掌握内燃机设计的一般方法和步骤；掌握汽油机三大计算（热力计算，动力计算和零件强度计算）的方法和步骤；初步训练学生应用三大计算的结果，分析内燃机动力性、经济性、零件强度及零件机构工艺性的能力。关键词NJ70Q汽油机；热力计算；动力计算摘要I第1章绪论21.1 本课程设计研究的意义和目的21.2 本课题研究的任务2第2章汽油机热力计算32.1 汽油机实际循环热力计算32.1.1 热力计算的目的32.1.2 热力计算的方法3
2、2.1.2.1 确定汽油机的结构形式32.1.2.2 原始参数的选择42.1.2.3 燃料的燃烧化学计算82.1.2.4 燃气过程参数的确定与计算82.1.2.5 压缩终点参数的确定92.1.2.6 燃烧过程终点参数的确定92.1.2.7 膨胀过程终点参数的确定102.1.2.8 指示性能指标的计算102.1.2.9 有效指标的计算112.1.2.10 确定汽缸宜径D和冲程S112.1.2.11 绘制示功图122.1.2.12 绘制实际示功图14第3章NJ70Q汽油机动力学计算错误!未定义书签。3.1 曲轴连杆机构中的作用力错误!未定义书签。3.1.1 机构惯性力错误!未定义书签。3.2 绘制
3、各负荷的曲线图错误!未定义书签。3.2.1绘制合成力P=f(a)的曲线图错误!未定义书签。3.2.2绘制P.=f(=)，PL=f(),T=f(),K=f()图错误!未定义书签。3.2.3绘制主轴颈和曲柄销的积累扭矩图错误!未定义书签。3.2.4绘制曲柄销负荷极坐标图错误!未定义书签。3.2.5绘制曲柄销预磨损图错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。第1章绪论1.1 本课程设计研究的意义和目的通常由于汽油机具有转速高、重量轻、噪音小、易启动，造价低等特点。因此它在小客车、中小型货车和军用越野车及小型农用动力（喷粉、喷雾、插秧机）等方面广泛应用。通过本课题的设计，是学生
4、掌握内燃机设计的一般方法和步骤：掌握汽油机三大计算（热力计算，动力计算和零件强度计算）的方法和步骤：初步训练学生应用三大计算的结果，分析内燃机动力性、经济性、零件强度及零件机构工艺性的能力。1.2 本课题研究的任务1 .选取适当的参数值，校核有效功率;2 .对所选机型进行热力和动力计算；3 .整理并编写课程设计说明书。第2章汽油机热力计算2.1 汽油机实际循环热力计算2.1.1 热力计算的目的该方法是一种近似的、半经验的估计方法，它是根据热力计算公式，对内燃机各热力参数、指示参数进行计算，其计算结果的精确性依赖于大量经验数据的选择是否恰当，它对内燃机的设计有一定的指导意义。2.1.2 热力计算
5、的方法标定功率：R=51.5KW标定转速：n=2800rmin工况选择：标定工况根据GBIlO574陆用内燃机大气条件为：大气压力：Po=100KPa环境温度：To=298K相对湿度o=6O%2.1.2.1 确定汽油机的结构形式1 .选择汽油机汽油机具有转速高、重量轻、噪音小、易启动、造价低等特点。因此它在小客车、中小型货车和军用越野车及小型农用动力（喷粉、喷雾、插秧机）等方面广泛应用。2 .冲程数的选择内燃机按冲程分二冲程和四冲程内燃机,二冲程内燃机在单位时间内工作循环比四冲程内燃机多一倍,实际输出功率是四冲程内燃机的功率的1.51.8倍；二冲程必须组织扫气过程；运转较平稳、结构紧凑、轻巧。
6、在汽油机上用二冲程，由于扫气的影响，使得经济性较差，因此仅在小型汽油机上有应用（如摩托车、摩托艇、喷雾机、割草机等）汽车上很少使用。本课题汽油机选择四冲程。3 .冷却方式的选择通常内燃机有两种冷却方式：水冷式和风冷式（空气冷却）系统.由于水冷系统冷却均匀，冷却强度高，运转噪音小，因此得到了广泛运用。在农用、汽车发动机上大多是水冷系统.而风冷系统具有结构简单，内燃机重量较轻，不用冷却水，使用维修方便，制造成本低；对环境适应性强；热惯性小，暖机时间短，易起动等优点。但最大的缺点是热负荷高，工作噪音大，它仅在一些小型汽油机和摩托车上被广泛使用。在军用车辆和高原干旱地区使用的动力中也有应用。因此NJ7
7、0Q汽油机冷却方式选用水冷系统。4 .气缸布置型式的选择常见的气缸布置型式主要有立式、卧式和V型三种。单列式发动机结构简单、工作可靠、成本低使用维修方便，能满足一般要求，V型双列式发动机可缩短内燃机的长度，降低重心，有利于提高转速。一般单列卧式发动机常用于农用内燃机，特别是单缸内燃机：单列立式常用于六缸以下的内燃机；V型双列式常用于八缸以上的内燃机；卧式对置式常用于大型客车和重型载重汽车。根据设计要求和以上原因汽油机选择立式4缸布置型式。5 .燃烧室型式的选择燃烧室的形式不仅关系到整机性能指标，而且在很大程度上决定了气缸盖和活塞顶的结构，其选型的主要依据是气缸直径，转速和使用要求。对柴油机燃烧
8、室的型式主要有直喷式（浅盆型、深坑型、球型）和分隔式、涡流室、预燃室）两大类五种型式。对汽油机燃烧室的型式主要有侧置气门燃烧室（L型）（已趋于淘汰）和顶置气门燃烧室（楔形、浴盆形、碗形、半球形）。目前车用汽油机中几乎全部是采用顶置气门燃烧室。根据该机型的设计要求汽油机选用半球形燃烧室。2.1.2.2 原始参数的选择根据NJ70Q汽油机的结构特点、用途、标定工况、使用环境等可选择某些原始参数。其具体选择步骤如下：1 .压缩比压缩比是影响内燃机性能指标的重要结构参数，提高压缩比可以提高内燃机的功率和经济性。对汽油机的提高主要受爆燃的影响。表现为燃料的辛烷值、燃烧室形状及排放的限制，可以按下面的经验
9、数据选择。汽油机的辛烷值90-97侧置气门燃烧室=6.2-7.0顶置形燃烧室=8.0-9.0小客车有汽油机=6.0-10载重车用汽油机=6.5-8.0预燃室燃烧室=18-22该机型压缩比取8.0。2 .过量空气系数外过量空气系数9“是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标。对柴油机外大于L在柴油机吸入气缸空气量一定条件下，C越小意味着气缸内混合气越浓，空气的利用率越高，发出的功率越大。应尽量减小。在小型高速柴油机中化，的减小主要受燃烧完善程度的限制，在大型机增压柴预燃室燃烧室外=L21.6油机主要受热负荷的限制。通常柴油机在标定工况时的取值范围如下：低速柴油机外二1.82.0高速柴油
10、机L=L21.5增压柴油机L=L72.29值（在全负荷时）也可根据燃烧室的形状进行选择；浅盆形燃烧室外=L62.2深坑形燃烧室纥=L41.7球形燃烧室9=L3L5涡流室燃烧室以=L31.6对于汽油机整个运行过程中，可遇到GG和%1的所有情况,在全负荷时纥的取值范围：G=O取5-1.L通常选定标定工况时基l.该机型过量空气系数L=O.9。3 .残余废气系数r残余废气系数3值的的大小，反映气缸中残余废气量的多少。其值主要与压缩比、排气终点参数（Pr,Tr）气门重叠角及是否扫气有关。当PrZTr比值增大1减小时，废气的密度和燃烧室所占容积比例都增加，r值便随之增大；组织扫气与不组织扫气相比，r值降低
11、；气门重叠角增大时，r值降低。通常汽油机压缩比小,气门重叠角较小,且不组织扫气；四冲程汽油机：尸0.060.16,T0+TPr=X“Tr叱-Pr=0.040700170.0886-0.1t式中:TO为初始温也,单位为K：AT为标定速度工况上温度变化量K；为压缩出“为剌余废气系数：R余符号如前所述.该机型残余废气系数r0.09o4 .进气温升AT新鲜充量在进入气缸的过程中，受到高温零件加热和充量动能转化为热能的影响。使新鲜冲量得到AT的温升，引起进气温度的提高。四冲程汽油机：AT=040C,该机型进气温升AT取IOC。5 .热量利用系数z热量利用系数z是Z点（显著燃烧终点）时刻的燃料燃烧放出热量
12、的利用系数。它是用以反映实际燃烧过程中燃烧不完善、通道节流、高温分解和传热等损失程度大小的一个重要参数，它的数值主要受到内燃机燃烧品质的影响。凡是能改善燃烧过程、减少传热损失的因素一般都有利于z的提高。如转速的提高，促使过后燃烧增强，z减小；采用分隔式燃烧室的柴油机，具有较大的传热损失，z比直喷式柴油机的小；增压后，燃烧产物的高温分解现象减少，z可提高。汽油机：z=0.850.95,该机型热量利用系数z取0.9。6 .示功图丰满系数4。是把实际循环中的时间损失和部分换气损失在理论循环中给予考虑。此值越小，表示时间损失和换气损失越大。0的数值与转速、排气提前角、供油提前角、点火提前角等因素有关。
13、上述因素的数值越大，则4越小。示功图丰满系数范围：4=0.920.97,该机型示功图丰满系数。取0.95o7 .机械效率m机械效率m是评定内燃机指示功率转换为有效功率的有效程度。：四冲程车用汽油机TIm=O80。90,该机型机械效率m取0.80。8 .平均多变压缩指数1平均多变压缩指数Ir主要受工质与气缸壁间热交换及工质泄漏情况的影响。凡是使缸壁传热量及气缸工质泄漏量减少的因素均使n提高。当内燃机转速提高时、热交换的时间缩短、向缸壁传热量及气缸工质泄漏量减少，则日增大。当负荷增加、采用空冷、采用大气缸直径时、气缸温度升高、相对传热量损失减小、则n增大。此外提高和进气终点温度，则n减小。汽油机：
14、Ir=L321.38,该机型平均多变压缩指数1取1.34o9 .平均多变膨胀指数n”平均多变膨胀指数n”主要取决于后燃的多少、工质与气缸壁间的热交换及泄漏情况。凡是使后燃增加、传热损失减小、漏气量减小的因素均使减小。通常保持n”较高值可提高循环效率和内燃机工作可靠性。当转速增加时，后燃增加、传热损失和漏气量减小，则n”减小；负荷增大时，后燃增加，则n”减小；气缸尺寸增大时，传热损失和漏气量减小，则n“减小。汽油机：n=1.20-1.28,该机型平均多变膨胀指数n”取1.24o2.1.2.3燃料的燃烧化学计算表21选择燃料的有关参数燃料沸点(eC)碳原子数目元素成分（重量%）分子量低热值应用范围
15、gcghgo汽油200C5-C110.85550.145095-12044171-43961航空，汽车用汽油机1.理论空气量LO的计算4)=(g%2+g-g%2)0.211.0=(0.8555/120.145/4-0)/0.21=0.512kmol/kg(2-1)2 .理论分子变化系数o的计算o=1+O.21(1-)o+4-1tnr(a70+lnr)(2-2)=l+0.210.l0.512+0.1454-l110)/(0.90.5121+1110)=2.2033 .实际分子变化系数的计算=(0+r)(+r)(2-3)=(2.203+0.09)/(1+0.09)=1.0464不完全燃烧而引起的热
16、量损失/加计算Htt=61100(1-)=61102.1.2.4燃气过程参数的确定与计算1 .进气终点压力Pa的确定四冲程车用汽油机：Pa=(0.80-0,90)Po,该机型进气终点压力Pa取O.9OPo02 .排气终点压力Pr和温度Tr的确定四冲程汽油机：Pr=(1.051.15)Po,Tr=900-1100K,该机型排气终点压力Pr取1.05PO=IO5KPa温度Tr取900K。3 .进气终温度Ta的计算r=(+)(i+j二(298+10+0.09900)/(1+0.09)=357K四冲程车用汽油机：Ta=340-380K,所以计算结果合适。4 .充气效率中的计算PlTx“一(1+4)=0
17、.788四冲程汽油机(顶置气门)：v=0.75-0.85,所以计算结果合适。2.1.2.5 压缩终点参数的确定PC=PF=1.46MPa(2-5)(2-6)(2-7)TeTan-1(2-8)=723.576K车用汽油机：Pc=0.82MPa,Tc=600750K,所有计算结果基本合适。2.1.2.6 燃烧过程终点参数的确定1 .终点压力PZ及压力升高比确定汽油机选取值汽油机的=2.04.0取=4.0在由下式计算PZPz=Pc(2-9)=1.46x4.0=5.84MPa汽油机：Pz=36.5MPa,2=2.0-4.0所以计算结果合适。2.终点温度TZ的确定Tz=2200K一般汽油机Tz=2200
18、2800K符合要求。3.初期膨胀比的计算汽油机夕=匕/匕=W7般=12.1.2.7膨胀过程终点参数的确定1 .后期膨胀比6的计算6=%=%=8.02.膨胀终点压力Pb温度Tb的计算性能指标的计算Pb=Pn=0.443MPaTb=Tn=1335.76K汽油机Pb=0.30.6MPaTb=I2001400K上述结果符合要求。2.1.2.8指示性能指标的计算1 .平均指示压力Pip_cI)=0.712MPaPi理论平均指示压力2.指示热效率邛4P一1)Pi=Pi&=0.677MPa7=8.314=0.33=3.61O6(Hm77,)(2-10)(2-10)(2-13)(2-14)(2-15)(2-1
19、6)(2-17)(2-18)=247.93g(kwh)四冲程汽油机：.=344-218g(kw.h),所以计算结果合适。2.1.2.9 有效指标的计算1 .平均有效压力匕ePme=PmNm(2T9)=0.802MPa四冲程小客车用汽油机：=0.65-1.20MPa,所以计算结果合适。2 .有效热效率年=A(2-20)=0.2463 .有效燃油消耗率=3.6x106/(”“.小)(2-21)=309.92(gkwh)四冲程汽油机be=270-410g(kw.h),所以计算结果合适。2.1.2.10 确定汽缸直径D和冲程S1 .由设计任务书给定的标定功率求单缸排量Vh%=30叱/(力小乙)(2-2
20、2)=0.459L2 .选取冲程缸径比S/D汽车用汽油机：S/D在0.751.2之间GM=8.512.5,该机型冲程缸径比S/D取1.19Cm=IO03 .确定缸径D和冲程SO=MsS/却(2处)=89.7mm经圆整D=90mmS=DSD=72mm(2-24)4.按实际D和S求单缸排量VhVl=SD24(2-25)=0.458L5.校核有效功率与Pe=VhiPtnen/(30)(2-26)=51.4KW1修1Pc(2-27)=0.178%l%所以以上计算结果正确。2.1.2.11绘制示功图1.计算单缸排量Vh及各终点容积：Va、VoVz、VbVh=0.458LVc=Vh(-l)(2-28)=0
21、.0654L(2-29)=0.5232LK=Vl(2-30)=0.5232/8=0.0654L2.计算压缩线ac上任意X点的气缸容积VCX和压力PCX方法一：Pcx=%（匕/匕1Va为O点(2-31)表22压缩线上取点序号VcxPcx10.0651.46020.1.030.79030.1410.52040.1790.37850.2170.29260.2550.23770.2930.19580.3310.17890.3690.143100.4070.126110.4450.112120.4830.100130.5230.9003.计算膨胀线Zb上任意X点的气缸容积VbX和压力PbXPb=PzMM
22、x),VZ为0点(2-32)表2-3膨胀线上取点序号VbxPbx10.0655.8420.1033.3130.1412.2440.1791.6750.2171.3260.2551.0870.2930.9180.3310.7890.3690.68100.4070.60110.445.0.54120.4830.492.1.2.1213绘制实际示功图0.5230.44圆滑理论示功图，并根据Pr、VC画出进、排气过程曲线，得到实际示功图。此次在NJ70Q汽车汽油机的结构设计过程中，使我熟悉了内燃机设计的一般方法和步骤，也遇到了课堂上没有遇到和忽视的问题时，当无法理解时，得到了刘老师，吴老师，马老师的悉心指导我。经过；刘老师的指导和与同学的探讨，加深了对知识点的理解，熟悉了内燃机设计的方法和步骤。
