內(nèi)燃機的工作循環(huán)

1、第三章 內(nèi)燃機的工作循環(huán)概念：內(nèi)燃機的工作循環(huán)是周期性地將燃料（化學(xué)能）燃燒所產(chǎn)生的熱能 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的過程，由活塞往復(fù)運動形成的進氣、壓縮、膨脹和排氣等有序 聯(lián)系和重復(fù)進行的過程組成。首先在進氣過程吸入新鮮空氣， 或空氣與燃油的混合氣， 活塞壓縮使氣缸內(nèi) 工質(zhì)的壓力和溫度升高到一定的程度， 然后由火花點火或壓燃著火燃燒釋放出熱 能，推動活塞運動轉(zhuǎn)化為機械功輸出。 燃燒做功后的排氣排出氣缸， 繼續(xù)下一個 循環(huán)。第一節(jié) 內(nèi)燃機的理論循環(huán)一、概念：根據(jù)內(nèi)燃機所使用的燃料、混合氣形成方式、缸內(nèi)燃燒過程（加 熱方式）等特點，把火花點火發(fā)動機的實際循環(huán)簡化為等容加熱循環(huán)，把壓燃 式柴油機的實際循環(huán)簡化為

2、混合加熱或等壓加熱循環(huán)，這些循環(huán)稱為內(nèi)燃機的 理論循環(huán)。二、為建立內(nèi)燃機的理論循環(huán)，對內(nèi)燃機實際循環(huán)中大量存在的湍流耗散、 溫度壓力和成分的不均勻性以及摩擦、 傳熱、 燃燒、節(jié)流和工質(zhì)泄漏等一系列不 可逆損失作必要的簡化和假設(shè)，具體有：（1）忽略進排氣過程，將實際的開口循環(huán)簡化為閉口循環(huán)，只考慮缸內(nèi)過 程；（2）將燃燒過程簡化為等容、等壓或混合加熱過程，將排氣過程簡化為等 容放熱過程；（3）把壓縮和膨脹過程簡化成理想的絕熱等熵可逆過程，忽略工質(zhì)與外界 的熱量交換及其泄漏的影響；（4）以空氣為工質(zhì)，并視為理想氣體，在整個循環(huán)中工質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì) 保持不變，比熱容為常數(shù)。三、熱效率分析1、等容加熱

3、循環(huán)（汽油機）1k1c2、等壓加熱循環(huán)（柴油機）1 0 1 c 1 ( 0 1)3、混合加熱循環(huán)（柴油機）p0p1p ( 0 1)1）三種理論循環(huán)的熱效率均與壓縮比有關(guān)，提高壓縮比c 可以提高循環(huán)的熱效率。2）增大壓力升高比 p 可以增加混合加熱循環(huán)中等容部分的加熱量，使循環(huán) 的最高溫度和最高壓力增加，可以提高循環(huán)熱效率；3）增大初期膨脹比 0 ，使等壓部分加熱量增加，導(dǎo)致混合加熱循環(huán)熱效率降低；4）增加循環(huán)始點壓力，降低進氣溫度，增加循環(huán)供油量等，均有利于循環(huán) 平均壓力的增加。四、提高循環(huán)熱效率和平均壓力的限制1）結(jié)構(gòu)強度的限制；2）機械效率的限制；3）燃燒方面的限制；4）排放方面的限制。第

4、二節(jié) 內(nèi)燃機的燃料和熱化學(xué)一、內(nèi)燃機的燃料（一）石油基燃料組成元素：主要 C、 H；少量 O、N、S。烷烴、烯烴、環(huán)烷烴和芳香烴等組 成。汽油： C原子512；輕柴油： C原子 10-22（二）柴油的理化性質(zhì)1、自燃性：在無外源點火的情況下，柴油能自行著火的性質(zhì)叫自燃性。自行著火的最低溫度叫自燃溫度。衡量：十六烷值， 正十六烷 C16H 34 ，100， 甲基萘 C11H10 ，0。2、低溫流動性： 濁點（高分子環(huán)烷烴和燃料中夾雜的水分開始結(jié)晶析出， 使半透明的柴油變 得渾濁）；凝點：柴油完全凝固，不能正常流動。 牌號：按凝點，如 0號， 20號。（三）汽油的理化性質(zhì) 1、揮發(fā)性：汽油餾出的溫

5、度范圍稱為餾程。衡量：飽和蒸氣壓。 2、抗爆性：燃料對于發(fā)動機發(fā)生爆燃的抵抗能力。衡量：辛烷值。異辛烷 C8H18 ，100；正庚烷 C7H 16 ， 0。汽油牌號： 90，93， 97。二、燃燒熱化學(xué)燃燒過程：燃料與空氣中的氧進行氧化反應(yīng)放出熱量的過程。（一）化學(xué)計量空燃比：空氣中的氧正好使燃料完全燃燒，即 C 和 H 分別 完全氧化成為 CO2和 H2O，此時的 空氣與燃料的質(zhì)量比稱為該燃料的化學(xué)計量 空燃比，簡稱理論空燃比 。汽油： 14.7，柴油： 14.2。燃空比。過量空氣系數(shù)。（二）燃料的熱值：在 101.3kPa、298.15K 的條件下，每千克燃料完全燃燒 所放出的熱量稱為燃料

6、的熱值。高熱值，低熱值（三）殘余廢氣系數(shù)與排氣再循環(huán)（ EGR）率mEGREGRm11、殘余廢氣系數(shù)： r mr ；2、排氣再循環(huán)率：m0第三節(jié) 內(nèi)燃機的實際循環(huán)一、工質(zhì)的影響理想的雙原子氣體，物理化學(xué)性質(zhì)不變 ：新鮮空氣、燃料蒸氣、上循環(huán)殘留 廢氣，且工質(zhì)成分不斷變化工質(zhì)比熱容：實際最高燃燒溫度和氣缸壓力均小于理論循環(huán)。二、傳熱損失 ：假設(shè)不存在熱量損失，實際上始終存在熱量交換。三、換氣損失 ：換氣過程中氣體流動的阻力損失：膨脹損失，排氣推出功損 失，吸氣功損失。進氣節(jié)流損失。四、燃燒損失 ：（一）燃燒速度的有限性：時間損失，壓縮負功增加，最高 壓力下降，膨脹功減少； （二）不完全燃燒損失燃

7、燒效率：燃料燃燒實際釋放出的總熱量與燃料所能釋放的總熱量之比。注意區(qū)分燃燒效率與循環(huán)熱效率！ ！第四節(jié) 內(nèi)燃機工作過程的熱力學(xué)模型內(nèi)燃機工作過程的數(shù)值模擬：重要內(nèi)燃機的進排氣流動，內(nèi)燃機缸內(nèi)的熱力學(xué)過程一、熱力學(xué)模型， 零維模型， 基本思路：從內(nèi)燃機各系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的物理過 程出發(fā)，用常微分方程對各系統(tǒng)的實際工作過程進行數(shù)學(xué)描述，通過編制計算 機程序，以求得到氣缸內(nèi)各參數(shù)隨時間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律，然后再通 過相應(yīng)的計算公式，計算出發(fā)動機的宏觀性能參數(shù)。1、模型假定；2、基本微分方程組；應(yīng)用熱力學(xué)第一定律、質(zhì)量守恒定律以及氣體狀態(tài)方程。dT d1 ( dQB dQw m u dTdV dms pd d s hsdmed e hedmududmd式中， 表示曲軸轉(zhuǎn)角，為瞬時過量空氣系數(shù)。需要補充的方程：（1）氣缸工作容積；（2）氣體流動；（3）熱量變換；（4）