第六章 内燃机的热负荷..pptVIP

第六章 内燃机的热负荷 本章主要内容 内燃机的热平衡 内燃机热流量的实际测量和计算 各种运转因素对受热零件温度的影响 某些结构因素对零件温度的影响 绝热发动机 内燃机的热负荷 内燃机热负荷的含义 受热零件的温度 受热零件的温度差 温度过高的危害： 1、零件材料在高温下强度降低； 2、零件产生热裂或局部烧熔； 3、第一道环槽处滑油结胶，环卡死折断； 4、破坏受热零件间的正常间隙，产生拉缸等； 5、零件温差过大，热应力过大，产生热疲劳裂纹。 表征内燃机热负荷的参数： 热流量：与换热系数和热传导条件有关。 零件上的每一点：该点的温度和周围的温度梯度。 第一节 内燃机的热平衡 热平衡：气缸中燃料燃烧放出的热量分配情况。 例：柴油机 转化为有效功：35~45% 随废气排出：25~45% 润滑油带走：6~8.5% 冷却水带走：15~22% 辐射热损失及其他热损失：其余 一、转化为有效功的热量 三、废气带走的热量 废气温度：排气过程中不断变化。 排气过程中总的排气量的平均温度： 用热电偶测得的废气平均温度： 四、冷却水带走的热量 1、Mackerle公式 对汽油机： 2、Kostin公式 结构常数不能正确确定。 Sitkei进行改进： 试验用机：柴油机，D=110mm，S=140mm，ε=21 第二节 内燃机热流量的实际测量和计算 燃烧室表面温度波动法 用热流量计法 利用工作过程计算法 一、燃烧室表面温度波动法 原理：在一个循环中气体和燃烧室壁面的传热造成壁面温度的波动，通过测量温度的波动可解传热微分方程而求得局部热流量。 二、用热流量计法 原理：沿壁厚方向近似看作一维导热，通过测量温度梯度来计算局部热流量。 热流量计组成： 测量电偶：NiCr-Ni热电偶，间距18mm； 测量体：导热系数已知的非合金铸铁； 尾部冷却室：调节法兰外电偶温度； 薄法兰：实现绝热层空气和燃气之间的密封。 测量值：T1、T2、T3、T4、T5、T6 计算热流量： 通过法兰存在温度差，修正： 热流量计使用注意： 热流量计在发动机上使用一段时间后，其表面就会积碳，影响测量效果。 积碳层先随时间而变厚，然后保持一定厚度。 直喷式柴油机试验结果对比： 三、利用工作过程计算 发动机气缸中的传热是不稳定传热过程： 简化计算，通常当做稳定传热过程来计算： 1、根据示功图的压力曲线，用热力学方程求出温度曲线。 2、用放热系数的计算公式，求h。 3、分别求hgm,(hgTg)m,Tres,q。 第三节 各种运转因素对受热零件温度的影响 平均有效压力 转速 冷却水温度 进气压力和进气温度 供油提前角或点火提前角 爆震 扫气压力和排气背压 一、平均有效压力的影响 主要因素：循环供油量的变化。 柴油机：负荷↑，循环供油量↑，总燃烧量↑，零件温度↑。 公式 非增压柴油机：温度在标定值下线性上升，超过标定值后上升加剧，曲线上翘； 增压柴油机：过量空气系数变化不大，线性上升。 风冷柴油机：随pme增加没有增加冷却空气量，所以温度上升急剧。 汽油机：节气门调节负荷，单位质量的热容量基本保持不变，零件温度随pme变化比较平缓。 1、pme对活塞温度的影响 不同燃烧室的活塞以及同一活塞上的不同位置的温度变化不同，受燃气冲击强烈区域，温度上升较快。 2 、pme对缸盖温度的影响 缸盖温度随pme变化比活塞急剧。 3 、pme对预燃室、涡流室及镶块温度的影响 非增压柴油机上呈线性关系。 不同位置上变化幅度不同。 4 、对缸套温度的影响 上部：受燃气冲击强烈，随pme变化显著； 中下部：受燃气冲击较弱，冷却好，变化幅度小。 5、pme对排气门温度的影响 排气门温度随pme变化幅度最大。 二、转速的影响 主要因素：单位时间的燃料变化量和放热系数。 转速增加：单位时间内的燃烧次数增加，燃料量增加； 气体的流动速度上升，放热系数增大。 柴油机： 非增压：转速和单位时间内燃烧次数成正比，和过量空气系数成反比，零件温度变化急剧。 增压：燃烧次数正比，过量空气系数正比，二者影响抵消，零件温度变化平缓。 汽油机：零件的温度变化与转速呈线性关系。 1、n对活塞温度的影响 2、n对缸盖温度的影响 3、n对缸套温度的影响 4、n对排气门温度的影响 排气门温度由过量空气系数决定。 增压机，转速降低时，空气量下降更快，过量空气系数下降，温度升高。 三、pme和n影响的分析比较 pme和n越高，发动机的热负荷也越高； 当发动机的功率一定时，增加其中一个，另一个将降低，需选择合适的值，使发动机受热零件的热负荷和机械负荷处在有利条件。