内燃机质量平衡

.内燃机工作过程计算一、 内燃机实际工作过程的数值计算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。

②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。

③气体流入或流出的气流为准稳定流动。

④不计进气系统内压力和温度波动的影响。

⑴能量平衡方程式根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dWh h d d d d d d φφφφφφ=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓()(,).1()()w s e B s d mu du dmm u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφλφφφφφφφλφ=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂QQ ⑵质量平衡方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：s eB dm dm dm dm d d d d φφφφ=++ ⑶气体状态方程式pV mRT=⑷气缸工作容积21[1cos (121(sin 2180h sh s V V V dV d φελπφλφ=+-+-=+h V 气缸工作容积（3m ）V 气缸瞬时容积（3m ）s λ 曲柄连杆比（2s SLλ=） dVd φ气缸容积变化率 （3m /度）⑸传热计算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。

内燃机燃烧中的热力学分析第一章：引言内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能进行工作的发动机。

在内燃机中，当发动机的活塞向上运动时，燃料和空气混合物被压缩，而当点火器点火时，混合物燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，这样机械能就被产生了。

内燃机具有功率密度高、重量轻、响应速度快等优点，因此被广泛应用于各种交通工具和动力设备中。

本文旨在对内燃机燃烧中的热力学分析进行深入探讨。

第二章：内燃机燃烧的基本过程当汽油进入汽车发动机的汽缸中时，其首先被注入空气。

空气和汽油混合物在汽缸中被压缩，而点火器点火时，则燃烧开始。

燃烧产生的气体使活塞向下运动，从而将热量转化为机械能。

在这个过程中，汽油分解成一系列小的有机分子，每个分子中都含有氧化剂和还原剂。

当点火器点火时，氧化剂被释放出来，与还原剂反应，燃烧产生高温高压气体。

第三章：内燃机燃烧中的热力学分析热力学分析是研究内燃机中热量转化的一个重要手段。

根据热力学原理，热量转化过程是一个能量守恒的过程。

车用内燃机的热力学分析主要分为两种方法：一是质量平衡法，即用质量守恒法去计算不同燃烧阶段的燃料与空气的进出量，然后利用这些数据去计算热量的输入和输出量；二是热力学平衡法，即在假设燃烧过程中，所有实际反应都遵循热力学平衡的前提下，利用热化学平衡计算出气体成分，从而计算热量的输入和输出量。

第四章：内燃机燃烧的优化内燃机的性能很大程度上受燃料燃烧的影响。

为了提高内燃机效率和降低排放，需要通过燃烧优化来改变燃烧过程。

常见的燃烧优化方法包括：1.燃油预混——在氧化剂中，将燃料和空气混合，使其能更加完全地燃烧；2.调整燃烧室形状——通过改变燃烧室的形状和适当安排喷油嘴和点火器位置，可以降低混合物的点火延迟，提高燃烧效率；3.采用电控喷油技术——通过引入电子控制技术使燃料供应和点火时机更加精确，从而提高燃烧效率；4.采用燃料添加剂——添加剂可以改变燃烧过程的反应特性，使其热值更高，燃烧速率更快，减少涡流和不完全燃烧等问题。

单缸发动机的平衡：一．1.单缸发动机的旋转惯性力为：2r r P m r ω=往复惯性力：2(cos cos2)j j P m r t t ωωλω=+ 一阶往复惯性力：2cos j j P m r t ωω=Ⅰ 二阶往复惯性力：2cos2j j P m r tωω=Ⅱ 一般忽略二阶往复惯性力。

对于单缸内燃机的平衡一般采用过量平衡法。

过量平衡法：过量平衡法又称转移法，是采用在曲柄臂的配重完全平衡掉旋转质量惯性力后再加一部分平衡重，这部分平衡重用来平衡部分一阶往复惯性力。

由于这部分平衡重虽然平衡掉了部分气缸中心线方向的往复惯性力，但同时也在气缸中心线的垂直方向产生了一新的惯性力，所以这种方法也叫转移法，即指将气缸中心线方向的惯性力转移到了与之垂直的方向上。

采用过量平衡法，往复惯性力在x 与y 轴方向的力为（不考虑二阶惯性力）：22cos cos()x j j r F m r t fm r t ωωωωθ=-+2sin()y j r F fm r t ωωθ=-+其中 r j f m m =经过一些列的数学变化，可以证明此方程为一个椭圆方程。

主轴倾角θ：发动机不平衡力F 随曲柄转角变化，在某一角度F 达到最大，该角度和X 方向的夹角定义为主轴倾角，主轴倾角表示最大惯性力方向。

对于卧式发动机机，其f 值一般控制在0.2～0.3的范围内效果最好，f 值小于0.2时，惯性力椭圆就会变得过于细长，如果发动机在车架上的安装角度稍有偏差，也会在垂直方向上产生较大的振动，这种对安装角度偏差过于敏感的f 值也不适应批量生产；若f 值大于0.3，发动机运转时就会在垂直方向产生较大的惯性力，引起垂直方向产生较大的振动，骑乘的舒适性就会就变差。

要减小发动机的振动，除了控制f 外，控制θ也至关重要，θ它表明了惯性力矢端椭圆长轴与气缸中心线方向的关系。

总的原则是，发动机在车架上安装好后，其曲柄连杆机构的惯性力矢端的椭圆的长轴应与水平方向接近。

一、内燃机的工作原理内燃机的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。

内燃机在实际工作时，每次能量转变，都必须经历进气、压缩、作功和排气四个过程。

每进行一次进气、压缩、作功和排气叫做一个工作循环。

若曲轴每转两圈，活塞经过四人冲程完成一个工作循环的叫做四冲程内燃机；若曲轴每转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环的叫做二冲程内燃机。

重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。

二、内燃机的传动机构组成（画出传动路线图）往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。

四冲程汽油机四冲程柴油机四冲程柴油机三、内燃机的传动机构的传动原理（针对内燃机中存在的每种机构，例如：连杆机构，齿轮机构····）气缸是一个圆筒形金属机件。

密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。

各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。

活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。

燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。

活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。

由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。

活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。

活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。

上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。

活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。

连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。

连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动。

单缸柴油机动平衡机的原理单缸柴油机是一种内燃机，通过燃烧柴油产生高压气体，使活塞在汽缸内做往复运动，从而驱动曲轴旋转，产生动力。

在单缸柴油机运转的过程中，为了保证其正常稳定的工作，需要对其进行平衡。

单缸柴油机的平衡机构包括平衡轴、配重块和平衡重锤等部分。

其平衡原理主要是通过引入一定的质量偏心，在活塞和曲轴的运动过程中产生一个与主体部分相反的力矩，以达到平衡的效果。

平衡机构的设计是为了减小或消除由于惯性力而引起的振动和不平衡力，以提高发动机的运行平稳性和可靠性。

在单缸柴油机中，活塞的运动是通过连杆传动到曲轴上，而曲轴转动的过程中会产生一定的不平衡力矩。

这是因为柴油机活塞在运动过程中，其加速度和速度的变化导致了惯性力的变化，进而产生了不平衡力矩。

这种不平衡力矩会引起引擎的振动和震动，影响机器的稳定性和寿命。

为了减小或消除这种不平衡力矩，需要引入平衡机构。

平衡机构的设计通常是基于几个原则：1. 力矩平衡原则：平衡机构应该产生一个力矩，与不平衡力矩相反，从而达到平衡的效果。

2. 质量平衡原则：平衡机构中的质量应该与不平衡力矩成比例，以达到平衡的效果。

3. 角度平衡原则：平衡机构中的质量应该根据曲轴的旋转角度进行调整，以达到平衡的效果。

在实际的设计中，常见的平衡机构包括平衡轴、配重块和平衡重锤等。

平衡轴是一个与曲轴平行的轴，可以通过传动装置与曲轴连接。

它的作用是在运动过程中产生一个与曲轴不平衡力矩相反的力矩，从而达到平衡的效果。

配重块和平衡重锤是通过在曲轴或连杆上增加一定的质量偏心，以减小或消除由于活塞和连杆的运动产生的不平衡力矩。

平衡机构的设计需要考虑多个因素，包括活塞质量、连杆长度、曲轴半径等。

这些因素与柴油机的排量、功率和转速密切相关。

在实际设计过程中，需要根据柴油机的工作条件和性能要求，通过数学建模和实验验证，确定最佳的平衡机构参数。

总之，单缸柴油机动平衡机的原理是通过引入一定的质量偏心，产生一个与不平衡力矩相反的力矩，从而减小或消除由于活塞和连杆运动所产生的不平衡力矩。

《内燃机设计》第二版课后习题答案（袁兆成主编）第一章：内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。

②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。

③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。

1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。

2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。

3）可以通过增压、扩缸来增加功率。

4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。

5）CO 和HC 的排放比汽油机少。

汽油机优点：1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。

2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。

3）低温启动性好、加速性好，噪声低。

4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。

5）不冒黑烟，颗粒排放少。

1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。

但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。

②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。

1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）？为什么？答：对于汽油机能达到，但是柴油机不能。

3缸柴油机平衡摘要：1.3 缸柴油机的概述2.平衡的重要性3.平衡的原理与方法4.平衡的实现与维护5.结论正文：1.3 缸柴油机的概述3 缸柴油机是一种内燃机，它的工作原理是通过燃烧柴油来产生能量，进而驱动活塞做往复运动。

由于柴油机具有较高的热效率和较低的燃油消耗，因此在我国的工程机械、汽车等领域得到了广泛的应用。

然而，3 缸柴油机在运行过程中，由于结构、负荷等因素的影响，会产生振动和噪声，影响其性能和寿命。

为了降低振动和噪声，提高柴油机的运行平稳性，必须对3 缸柴油机进行平衡。

2.平衡的重要性平衡是指内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得在运行过程中产生的惯性力和力矩相互抵消，从而降低振动和噪声，提高运行平稳性。

平衡对于3 缸柴油机来说至关重要，它不仅可以提高柴油机的性能和寿命，还可以降低维修成本和环境污染。

3.平衡的原理与方法平衡的原理是根据质量守恒定律和力矩平衡原理，分析内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得产生的惯性力和力矩相互抵消。

平衡的方法主要包括静态平衡和动态平衡。

静态平衡是指在静止状态下，通过调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合。

动态平衡是指在运行状态下，通过调整各部件的惯性力和力矩，使得其相互抵消。

4.平衡的实现与维护平衡的实现需要对3 缸柴油机的各部件进行精确的测量和分析，然后根据分析结果进行调整。

具体包括：测量各部件的质量、形状、重心位置等参数；分析各部件产生的惯性力和力矩；根据分析结果调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合，惯性力和力矩相互抵消。

平衡的维护主要包括定期检查柴油机的运行状态，及时发现并排除故障，确保各部件的平衡状态得到保持。

5.结论3 缸柴油机的平衡对于提高其性能和寿命具有重要意义。

平衡的原理和方法主要包括静态平衡和动态平衡，实现平衡需要对各部件进行精确的测量和分析，并根据分析结果进行调整。