内燃机的结构参数与设计计算
内燃机的计算公式
内燃机的计算公式内燃机这玩意儿，咱可得好好说道说道它的计算公式。
先来说说内燃机的工作原理哈，简单来讲就是燃料在气缸里燃烧，产生高温高压气体，推动活塞做功。
这过程中涉及的计算公式那可不少。
比如说，功率的计算公式 P = W / t ，这里的 P 表示功率，W 表示功，t 表示时间。
就像我之前观察过汽车发动机的维修过程，师傅们要通过这个公式来判断发动机输出功率是否正常。
那发动机轰轰响着，师傅拿着检测设备，一脸严肃地记录数据，嘴里还念叨着：“这功率要是不够，车子跑起来可就没劲儿咯。
”再看热效率的计算公式η = 1 - Q2 / Q1 。
其中，η 是热效率，Q1 是燃料燃烧放出的总热量，Q2 是各种热量损失的总和。
这公式可重要啦！记得有一次参加科普活动，专家给我们讲解内燃机的发展，就着重提到了提高热效率是内燃机不断改进的关键。
他说：“要是能把热效率提上去，那不仅能省油，还能减少对环境的污染呢！”还有扭矩的计算公式 T = F × r ，T 是扭矩，F 是力，r 是力臂。
这扭矩啊，决定了内燃机的动力性能。
我有个朋友特别喜欢研究汽车，有一回他兴奋地跟我说：“我发现那台新车的扭矩可大了，开起来肯定带劲！”我问他咋知道的，他就指着那些参数，给我讲起了这个公式。
另外，压缩比的计算公式ε = V1 / V2 ，V1 是气缸总容积，V2 是燃烧室容积。
压缩比的大小对内燃机的性能影响也很大。
在学习和理解这些计算公式的时候，可不能死记硬背，得结合实际去琢磨。
就像我那次看到师傅修发动机，通过实际的数据运用公式来找出问题，这才真正明白了公式的意义。
总之，内燃机的这些计算公式，虽然看起来有点复杂，但只要咱用心去学，结合实际去理解，就能掌握其中的奥秘，也能更好地了解内燃机的工作原理和性能特点。
以后再看到各种各样的内燃机，咱心里就有底啦，说不定还能自己动手算算，看看它到底性能咋样！。
内燃机设计第6版
内燃机设计第6版内燃机设计第6版第1章引言内燃机是一种将化学能直接转化为机械能的装置，广泛应用于交通运输、工业生产和家庭生活等领域。
随着技术的进步和环境意识的增强，内燃机设计正面临着新的挑战和机遇。
本版《内燃机设计》旨在介绍最新的设计理念、技术和方法，以满足用户需求和环境要求。
第2章内燃机基本原理2.1 内燃机分类内燃机可分为点火式和压燃式两大类。
点火式内燃机在燃料与空气混合后，先通过点火方式引燃，然后使燃烧产生高温高压气体推动活塞运动。
常见的点火式内燃机有汽油机和柴油机。
压燃式内燃机则是在燃料与空气混合后，通过压力升高使燃料自燃，然后推动活塞产生工作。
典型的压燃式内燃机有喷气发动机和火箭发动机。
2.2 内燃机工作循环内燃机的工作循环一般分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
进气阶段是通过气门将空气和燃料引入燃烧室；压缩阶段是活塞向上行程时，将混合气体压缩成高压气体；燃烧阶段是点火引燃混合气体，产生高温高压气体推动活塞运动；排气阶段是活塞向下行程时，将燃烧产生的废气排出燃烧室。
第3章内燃机设计参数3.1 性能参数内燃机的基本性能参数包括功率、扭矩和燃料消耗率。
功率是内燃机在一定时间内所能输出的机械功率，通常用千瓦（kW）表示。
扭矩是内燃机输出的转矩，用牛顿米（Nm）表示。
燃料消耗率是指单位功率所需的燃料消耗量，用克/千瓦小时（g/kWh）表示。
3.2 几何参数内燃机的几何参数主要包括缸径、行程和缸数。
缸径是活塞直径，通常用毫米（mm）表示。
行程是活塞上下运动的距离，用毫米（mm）表示。
缸数是内燃机的气缸个数，常见的有单缸、双缸、四缸等。
3.3 材料参数内燃机所使用的材料对性能和寿命有直接影响。
活塞、气缸套等运动部件通常采用铝合金或钢材料制造，以保证强度和耐磨性。
气门、气门座等部件则采用耐高温和耐腐蚀的合金材料。
第4章内燃机燃烧过程4.1 燃烧理论内燃机的燃烧过程是燃料与空气混合后发生的化学反应。
第一章 内燃机性能指标及实际循环热
k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）
混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2
（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3
（3） 预胀比
2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过 程 5 假定工质为定比热的理想气 体
（三）评定循环过程中质和量的指标
1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。
第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)
气缸容积计算公式
气缸容积计算公式气缸容积是指内燃机中活塞在两个极限位置之间所容纳的气体体积。
对于四冲程发动机来说，气缸容积是由活塞升程和气缸内径两个参数决定的。
计算公式如下：气缸容积=π*(气缸内径/2)^2*活塞升程其中，π为圆周率，气缸内径是指气缸内活塞所能活动的直径距离，活塞升程是指活塞在上下往复运动时所能达到的最大行程。
气缸容积的计算公式可以推导得到。
首先，我们可以将气缸看作一个圆柱体，使用圆柱体的体积公式：气缸体积=底面积*高其中，底面积是指圆柱体底面的面积，而高则是指圆柱体的高度。
对于气缸来说，其底面积就是气缸内径的平方乘以π，并且气缸的高度就是活塞升程。
因此，我们可以得到气缸容积的计算公式为：气缸容积=π*(气缸内径/2)^2*活塞升程这个公式适用于四冲程发动机中的气缸容积计算。
值得注意的是，其中的气缸内径需要除以2，是因为计算的是活塞的直径，而不是半径。
气缸容积对于内燃机的性能有着重要的影响。
较大的气缸容积可以提供更多气体供给，增加压缩比，从而提高发动机的功率和扭矩。
相反，较小的气缸容积则可以降低燃油消耗量，提高燃油经济性。
在实际应用中，气缸容积通常是根据设计要求和发动机性能来确定的。
一般来说，气缸容积越大，发动机的功率和扭矩就越大，但燃油效率也会相应降低。
因此，在选择气缸容积时需要综合考虑发动机的目标性能和燃油经济性。
另外，还需要注意的是，气缸容积的计算公式可能会稍有差异，具体取决于不同的发动机类型和设计标准。
此外，发动机的气缸数量也会影响总的气缸容积，通常将每个气缸的容积相加即可得到总的气缸容积。
总之，气缸容积的计算是内燃机设计中的重要部分，可以帮助工程师确定适当的气缸尺寸和活塞运动范围，以满足发动机性能要求和燃油经济性。
内燃机课程设计
内燃机课程设计课程设计说明书2011年 12月内燃机课程设计目录一．柴油机工作过程的热力学分析1．原始参数及选取参数2．热力分析计算参数二．活塞组的设计1．概述2．活塞的选型3．活塞的基本设计3。
1活塞的主要尺寸3.2活塞头部设计3.3活塞销座的设计3.4活塞裙部及其侧表面形状设计3。
5活塞与缸套的配合间隙3。
6活塞重量3。
7活塞强度计算4．活塞的冷却5．活塞的材料及工艺6．活塞销的设计6。
1活塞销的结构及尺寸内燃机课程设计6。
2轴向定位6。
3活塞销和销座的配合6.4活塞销的强度校核6.5活塞销材料及强化工艺7．活塞环的设计7。
1活塞环的选择7。
2活塞环主要参数选择7.3活塞环的材料选择及成型方法7。
4活塞环的间隙7。
5环槽尺寸三．连杆组的设计1．概述2．连杆的结构类型3．连杆的基本设计3。
1主要尺寸比例3。
2连杆长度4．连杆小头设计4.1连杆小头结构4。
2小头结构尺寸内燃机课程设计4.3连杆衬套5．连杆杆身6．连杆大头6。
1连杆大头结构6。
2大头尺寸6.3大头定位7．连杆强度的计算校核7.1连杆小头7.2连杆杆身7.3连杆大头8．连杆螺栓的设计四.曲轴组的设计1. 曲轴的概述1.1曲轴的工作条件和设计要求1。
2曲轴的结构型式1。
3曲轴的材料2。
曲轴的主要尺寸确定2。
1主轴颈2。
2曲柄销2.3曲柄臂2.4曲轴圆角2.5提高曲轴疲劳强度方法3. 曲轴油孔位置内燃机课程设计4。
曲轴端部结构5. 曲轴平衡块6。
曲轴的轴向定位7. 曲轴疲劳强度计算7。
1强度计算已知条件7.2强度计算已知曲轴载荷7.3 圆角疲劳强度校核7.4 油孔疲劳强度校核8。
飞轮的设计五．参考文献内燃机课程设计一．柴油机工作过程的热力学分析1．原始参数及选取参数原始参数1）柴油机型号：4100;2）气缸数：Z： 4；3）气缸直径D:100mm;热力分析选取参数1）燃烧室型式：直喷式浅盆形燃烧室2）增压方式：非增压3）冲程数τ：4；4）转速n：2000 r/min；5）行程S：120mm;6）压缩比ε：16;7）平均有效压力e p：7.16 2/cmkgf；8）最高爆发压力z p：73 2kgf；/cm9）环境压力0p=1。
内燃机做功的计算题
内燃机做功的计算通常涉及以下几个要素：压力、面积、活塞行程、工作介质等。
以下是一个简单的示例计算题：
假设一个内燃机的活塞直径为10厘米，活塞行程为20厘米，活塞上气压为10兆帕，活塞下气压为3兆帕。
假设气体为理想气体，求活塞在一个循环过程中所做的功。
首先，我们需要计算活塞上下两侧的压力差：
P上 = 10兆帕 P下 = 3兆帕
ΔP = P上 - P下 = 10兆帕 - 3兆帕 = 7兆帕
接下来，我们需要计算活塞上下两侧的面积：
A = π * (半径)^2 = π * (直径/2)^2 = π * (10厘米/2)^2 = π * 5厘米^2 ≈ 78.54平方厘米
然后，我们可以计算活塞所做的功：
W = ΔP * A * h = 7兆帕 * 78.54平方厘米 * 20厘米 = 10978.8 焦耳≈ 10.98千焦
因此，活塞在一个循环过程中所做的功约为10.98千焦。
请注意，这只是一个简单的示例计算，实际的内燃机功率计算涉及更多的复杂参数和流程。
第1章内燃机性能指标及实际循环热计算绪论 (2)解读
汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传 播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧
时间加长。这相当于λ下降而 上升，则ηt降低。
发动机工作循环
第二节内燃机的实际循环
1、进气过程 图a） 2、压缩过程 图b） 3、燃烧过程 图c） 4、膨胀过程 图c） 5、排气过程 图d）
发动机工作循环
每缸每循环所做的指示功：Wi
piVh
pi
D2
4
S 103
性能指标及热计算
指示功率为：
Pi
Wi
n 60
发动机工作循环
多变指数和平均多变压缩指数： 实际计算中n1取代n1’ ，试验测定n1大致范围是：
压缩终点的压力和温度的数值范围：
发动机工作循环
（3）燃烧过程 作用：将燃料的化学能转变为热能，使工质温度 、压力升高，为膨胀创造条件 汽油机：在上止点点燃，容积变化小，燃烧快， 温度压力上升快，接近等容燃烧。 柴油机：燃烧开始接近等容燃烧，随后燃烧速率 放慢，气缸容积增大，压力升高减缓，接近等压 燃烧
好坏，是从示功图测量计算得出的。
动力性指标：指示功、指示功率、平均指示压力。 经济性指标：指示热效率、指示燃油消耗率
发动机性能指标：动力性能指标（功率、转矩、转 速），经济性能指标（燃料和润滑油的消耗）， 运转性能指标（冷起动性能、噪声、排气品质）
性能指标及热计算
一、 指示功和平均指示压力 指示功是指气缸内完成一个工作循环所得到的有用
排气温度常用作检查发动机工作状态的技术指 标。其值偏高，说明热功转换效率低工作过程不 良，及时检修。
发动机工作循环
三、引起实际循环热损失 的因素
1、工质的影响
内燃机功率与效率的计算
内燃机功率与效率的计算以内燃机功率与效率的计算为题，我们将分别介绍内燃机的功率和效率的计算方法。
一、内燃机功率的计算内燃机的功率是指单位时间内所做的功，通常以千瓦（kW）为单位。
内燃机的功率与其燃烧室内的压力、温度以及燃烧速度有关。
1. 齿轮法通过测量内燃机输出轴上的齿轮的转速和扭矩，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于已经安装有输出轴齿轮的内燃机。
2. 风扇法通过测量内燃机风扇的转速和扭矩，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于已经安装有风扇的内燃机。
3. 涡街流量计法通过测量燃料进入内燃机的涡街流量计的流量和燃料的热值，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于喷射式和直喷式内燃机。
4. 气缸压力法通过测量内燃机气缸内的压力，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于汽油机和柴油机。
二、内燃机效率的计算内燃机的效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的功率之比。
内燃机的效率通常以百分比表示。
1. 热效率内燃机的热效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的热能之比。
计算内燃机的热效率时，需要知道燃料的热值和内燃机的输出功率。
2. 燃料效率内燃机的燃料效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的功率之比。
计算内燃机的燃料效率时，需要知道燃料的热值和内燃机的输出功率。
3. 总效率内燃机的总效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的总功率之比。
计算内燃机的总效率时，需要考虑到内燃机产生的废热。
三、内燃机功率与效率的关系内燃机的功率与效率之间存在着一定的关系。
一般来说，功率越大，效率越低。
这是因为功率的提高需要更多的燃料输入，而内燃机的燃料利用率是有限的。
内燃机的功率和效率是内燃机性能的重要指标，也是内燃机设计和优化的关键参数。
通过合理的设计和优化，可以提高内燃机的功率和效率，降低能源消耗，减少环境污染。
内燃机功率和效率的计算是评价内燃机性能的重要指标。
通过准确的计算和优化设计，可以提高内燃机的功率和效率，实现更高的能源利用效率和环境保护目标。
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3、燃烧效率ηc ：
● 基于当今汽油机的燃料燃烧技术，燃烧效率ηc 可达 98 ％ 左右。
以
SQR371
为例，若其有效效率
η＝ e
0.
3081、机械效率
η＝ m
0.
7440，则
η i
=
η e
η
= 0. 4140
。
●
循环热效率ηt 则为：
η= t
ηi η
c
= 0. 4140 0.98
= 0.4224 。
三、内燃机的动力学计算
●在运动学、热力学计算的基础上，进行动力学计 算。由气缸压力可求得侧推力、连杆推力、曲柄销 的径向力和切向力及主轴承负荷等。再由切向力 可得到单缸和整机的指示扭矩；扣除机械损失扭 矩后，即可求得整机的有效扭矩和有效功率。
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而 ηi ＝ ηt η ● c ， ηt 和ηc 分别为循环热效率和燃烧效率。
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2、循环热效率ηt ：
● 汽油机的热力循环近似于等容加热过程，其循环热效率为：
η
t
=
1−
ε
1
k −1
●
因绝热指数
k
为常数，故循环热效率
η t
仅与压缩比 ε有关。
影响单位排量的比功率。
的请
二、总质量 影响单位质量的比功率。
定留
三、标定转速 标定工况下的发动机转速。
义意
活塞平均速度
Cm
=
n⋅S 30
m s
区容 间积
—表征发动机的强化程度和寿命的指标 。
四、压缩比
● 几何压缩比
ε= l
sc + ss sc
= vc + vs vc
● 实际压缩比
ε s
= sc + sa sc
m
根据以上分析，即使
SQR371
的循环热效率η t
为
0.
4224，其有效效率（总效率）仅为
0.
3080。
因此，在平常的口头交流中，不能将热效率η 与有效效率（总效率）η 混为一谈，以免引起误解。
t
e
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排量＝缸数 × π ⋅ 缸径2 × 活塞行程 4
2×R ？
活塞销孔是否偏置？ 气缸中心线是否偏置？
名义排量：当 S = 2 · R 时的排量。 SQR371 的名义行程与排量：83. 9000 mm； 0. 9965 ml。 实际排量：8当3. 90S00≠mm2 · R 时的排量。 SQR371 的气缸中心线偏置+ 8 mm：83. 9721 mm； 0. 9974 ml。
其三种曲线都不对称。
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二、内燃机的热力学计算
● 所介绍的热力学计算，其考虑的影响因素是最基本的，没有AVL 的 BOOST 那么全面， 其功能非常有限。因此，只能适于对主要技术指标及相关参数作粗略的估算。
● 本计算程序以 Turbo C 为工作平台、适于在 DOS 状态下运行。
性能 指标
● 将运动学、热力学、动力学和性能指标的计算融合在一个软件里、以便进行结果的比较。
一、内燃机的运动学计算
运动学计算主要是求解活塞的运动位移、速度和加速度，
为热力学、动力学和性能指标的计算奠定基础。 现以 SQR371 发动机为例。
● SQR 371 活塞的位移、 速度和加速度 由于气缸中心线偏置，
= vc + va vc
下止点起开始压缩 ！ 进气阀关开始压缩 ！
米勒循环的Va 最小，其实际压缩比 小于膨胀比；换气损失少、效率高。
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第二部分 内燃机的设计计算
● 内燃机的设计计算问题，在短短的一个多小时内是难以讲解清楚的。 热力学：P i ● 在此，只是根据自己的见解、方法和实际工作的体会作如下介绍。 动力学1°CA 关闭，可使发动机的有效效率提高 4 个百分点。
五、内燃机性能的标志性指标—有效效率ηe
η = η ⋅η = η ⋅η ⋅η
e
i
m
t
c
m
1、指示效率 ηi ：当已知指示燃油消耗率 g i 和燃料的低发热量 Hu 时，即可求得ηi 。
η = 36 × 10 5 i gi ⋅Hu
内燃机的结构参数 与设计计算
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试验 与 CAE 部
2008. 05. 28
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内燃机的结构参数与设计计算
第一部分 影响内燃机性能指标的主要结构参数
一、排量（工作容积） 二、总质量 三、标定转速及活塞平均速度 四、几何压缩比与有效压缩比
四、内燃机主要性能指标的计算
● 根据内燃机原理的基本公式，由热力学、动力学的计算结果，很容易算出标定工况下的功 率、扭矩、燃油消耗率、平均有效压力及发动机的总效率（有效效率）ηe 等主要指标。
● 众所周知：配气凸轮的型线及配气相位对发动机的性能指标影响很大。如前所述，实际压 缩比直接与进气终点所对应的活塞位置（构成的气缸容积 Va ）有关。若 SQR371 按米勒循 环的做法、使进气终点设定在下止点后 70 （原为 59） °CA ，当不改变其它条件时，其主 要性能指标的变化如下表所列：
在确定了内燃机的主要结构参数后，根据经验选定相关的热力参数，即可运用本软件、对 所研发产品的主要性能指标、机械负荷等进行估算和预测。二十多年来，我在新产品（如增压 柴油机）的研发、老产品燃烧系统的改进等项目中，一直采用该软件、并发挥了有效的作用。
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第二部分 内燃机的设计计算
一、内燃机的运动学计算 二、内燃机的热力学计算 三、内燃机的动力学计算 四、内燃机主要性能指标的计算 五、内燃机性能的标志性指标—有效效率
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第一部分 影响内燃机性能指标的主要结构参数
一、排量（气缸的工作容积） 排量 不是 “ 排气量 ” ！