內(nèi)燃機(jī)原理第二章4h

1、第二章第二章 內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán) 2-1 2-1 內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán) 在熱機(jī)中，確定工質(zhì)所經(jīng)歷的過程稱為循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)的實在熱機(jī)中，確定工質(zhì)所經(jīng)歷的過程稱為循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)的實際熱力循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個過程所際熱力循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個過程所組成的，循環(huán)中工質(zhì)存在著質(zhì)和量的變化，整個過程是不可逆組成的，循環(huán)中工質(zhì)存在著質(zhì)和量的變化，整個過程是不可逆的。的。 要確切地描述內(nèi)燃機(jī)中實際的熱力過程，在目前條件下還要確切地描述內(nèi)燃機(jī)中實際的熱力過程，在目前條件下還非常困難。為了了解內(nèi)燃機(jī)的非常困難。為了了解內(nèi)燃機(jī)的 熱能利用的完善程度；熱能利

2、用的完善程度； 能量相互轉(zhuǎn)換的效率；能量相互轉(zhuǎn)換的效率； 尋求提高熱量利用率的途徑。尋求提高熱量利用率的途徑。將內(nèi)燃機(jī)的實際循環(huán)進(jìn)行若干簡化，提出一種假想循環(huán)，這種將內(nèi)燃機(jī)的實際循環(huán)進(jìn)行若干簡化，提出一種假想循環(huán)，這種假想循環(huán)就稱為假想循環(huán)就稱為“理想循環(huán)理想循環(huán)”。 利用理想循環(huán)能夠清楚的比較說明影響內(nèi)燃機(jī)熱能利用完善程利用理想循環(huán)能夠清楚的比較說明影響內(nèi)燃機(jī)熱能利用完善程度的主要因素。度的主要因素。 理想循環(huán)的簡化假定：理想循環(huán)的簡化假定： 工質(zhì)是一種理想的完全氣體，在整個循環(huán)中保持物理及工質(zhì)是一種理想的完全氣體，在整個循環(huán)中保持物理及化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參數(shù)的變化遵守氣體狀態(tài)方程化學(xué)性質(zhì)

3、不變，其狀態(tài)參數(shù)的變化遵守氣體狀態(tài)方程 pV=mRTpV=mRT 不考慮實際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保不考慮實際存在的工質(zhì)更換以及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進(jìn)行的。持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進(jìn)行的。 把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱等熵把氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮和膨脹看成是完全理想的絕熱等熵過程，工質(zhì)與外界不進(jìn)行熱交換，無摩擦、流動損失過程，工質(zhì)與外界不進(jìn)行熱交換，無摩擦、流動損失, 工質(zhì)比工質(zhì)比熱容為常數(shù)。熱容為常數(shù)。 用假想的定容或定壓加熱來代替實際的燃燒過程，用定用假想的定容或定壓加熱來代替實際的燃燒過程，用定容放熱代替實際排氣帶走的熱量。容放熱代替實

4、際排氣帶走的熱量。 圖圖 2-1圖圖 2-1（b）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）為等容循環(huán)（也稱奧托循環(huán)）ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮；cz 為等容加入熱量為等容加入熱量Q1;zb 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹；ba 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q2。 在壓縮、膨脹過程，工質(zhì)狀態(tài)用在壓縮、膨脹過程，工質(zhì)狀態(tài)用 表示。表示。 kPVC根據(jù)加熱方式的不同根據(jù)加熱方式的不同, 理想循環(huán)有三種形式可供分析選擇。理想循環(huán)有三種形式可供分析選擇。壓縮過程的容積變化用壓縮比壓縮過程的容積變化用壓縮比 表示。表示。 膨脹過程的容積變化用后膨脹比膨脹過程的容積變化用后膨脹比 表示。表示。ascccVVVVV1QbzVV定

5、容加熱的壓力升高，以壓力升高比定容加熱的壓力升高，以壓力升高比 表示。表示。 圖圖2（c）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾）為等壓循環(huán)（也稱狄賽爾diesel循環(huán)）循環(huán)） ac 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； cz 為定壓加入熱量為定壓加入熱量Q1; zb 為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； ba 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q2。 定壓加熱過程的容積變化用初膨脹比定壓加熱過程的容積變化用初膨脹比 表示表示,其它同等其它同等容循環(huán)。容循環(huán)。 zcPPzcVV 圖圖2（a）為混合循環(huán)）為混合循環(huán) a c 為絕熱壓縮；為絕熱壓縮； c z 為定容加入熱量為定容加入熱量Q1; y z 為定壓加熱量為定壓加熱量Q1; z b

6、為絕熱膨脹；為絕熱膨脹； b a 為等容釋放熱量為等容釋放熱量Q2。由熱力學(xué)知由熱力學(xué)知, ,混合循環(huán)混合循環(huán)熱效率為：熱效率為： （21） 在定壓循環(huán)中在定壓循環(huán)中, 1 ，代入（，代入（21），則得定壓循環(huán)），則得定壓循環(huán)的熱效率公式為：的熱效率公式為： （22）zcPP11111(1)ktkk ) 1(1111,kkktvp 在等容循環(huán)中，初在等容循環(huán)中，初 膨脹比膨脹比 =1，代入（，代入（21）式則）式則熱效率的公式為熱效率的公式為 （23） 分析上式可知，分析上式可知，（1） ，則，則 ，但隨，但隨不斷增大不斷增大， 提高幅度逐漸降提高幅度逐漸降低。低。（2 2） ，則混合循環(huán)中等

7、容加熱量，則混合循環(huán)中等容加熱量， 。（3 3） ，則，則負(fù)荷負(fù)荷pt ，但，但 下降，因此，按等壓循環(huán)的發(fā)下降，因此，按等壓循環(huán)的發(fā)動機(jī)，動機(jī)，pt ，則，則 下降。下降。（4）k ，則，則 ，但在發(fā)動機(jī)中，但在發(fā)動機(jī)中k變化不大。變化不大。（5）當(dāng)）當(dāng)相同時相同時：（6 6）當(dāng)）當(dāng)p pz相同，相同，Q Q1 1相同相同, , 不相同時，不相同時， 這是因這是因pz不變時，等壓循環(huán)的不變時，等壓循環(huán)的最大，而等容循環(huán)的最大，而等容循環(huán)的最最小之故。小之故。zcVVttttttvtvptpt,ptvptvt,1,11kVt2.2 2.2 渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的的理想循環(huán)理想循環(huán) 在非

8、增壓的內(nèi)燃機(jī)中，工質(zhì)只膨脹到在非增壓的內(nèi)燃機(jī)中，工質(zhì)只膨脹到b b點，然后由點，然后由b b點等容點等容放熱至放熱至a a點，損失了排氣中的一部分熱能，如果工質(zhì)由點，損失了排氣中的一部分熱能，如果工質(zhì)由Pz一直一直膨脹到膨脹到Pa ,即在即在b點后繼續(xù)膨脹至點后繼續(xù)膨脹至 g 點，如圖點，如圖22所示，那么這所示，那么這種循環(huán)，比無渦輪增壓循環(huán)要來的完善，它在相同的加熱條件種循環(huán)，比無渦輪增壓循環(huán)要來的完善，它在相同的加熱條件下，多獲得一部分功（下，多獲得一部分功（bg），使），使 提高了。我們稱這種循提高了。我們稱這種循環(huán)為繼續(xù)膨脹循環(huán)。環(huán)為繼續(xù)膨脹循環(huán)。 這種繼續(xù)膨脹循環(huán)如在內(nèi)燃機(jī)氣缸中實

9、現(xiàn)，將使氣缸加長，這種繼續(xù)膨脹循環(huán)如在內(nèi)燃機(jī)氣缸中實現(xiàn)，將使氣缸加長，使發(fā)動機(jī)重量增加，通常是在發(fā)動機(jī)排氣管處加一渦輪，使廢使發(fā)動機(jī)重量增加，通常是在發(fā)動機(jī)排氣管處加一渦輪，使廢氣在渦輪中繼續(xù)膨脹作功，渦輪再帶動一個壓氣機(jī)，將空氣壓氣在渦輪中繼續(xù)膨脹作功，渦輪再帶動一個壓氣機(jī)，將空氣壓縮后再進(jìn)入氣缸中，提高進(jìn)缸空氣量，這樣可提高縮后再進(jìn)入氣缸中，提高進(jìn)缸空氣量，這樣可提高Pt。 對渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)而言，一般渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)渦對渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)而言，一般渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)渦輪后的排氣壓力略高于大氣壓力，但壓力脈動的幅度不大，因輪后的排氣壓力略高于大氣壓力，但壓力脈動的幅度不大，因此假定循環(huán)

10、的放熱過程等壓，并假定氣體由氣缸流向渦輪，無此假定循環(huán)的放熱過程等壓，并假定氣體由氣缸流向渦輪，無流動損失與傳熱損失等。其它假定與非增壓時一樣。流動損失與傳熱損失等。其它假定與非增壓時一樣。 t 渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)從氣缸排出的廢氣繼續(xù)膨脹有兩種方式渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)從氣缸排出的廢氣繼續(xù)膨脹有兩種方式:脈沖渦輪增壓：從氣缸排出的廢氣沿絕熱膨脹線繼續(xù)膨脹，脈沖渦輪增壓：從氣缸排出的廢氣沿絕熱膨脹線繼續(xù)膨脹，排氣管做成有利于使渦輪進(jìn)口氣體壓力幅度達(dá)到最大，充排氣管做成有利于使渦輪進(jìn)口氣體壓力幅度達(dá)到最大，充分利用廢氣中的脈沖能量。但供給渦輪的能量變化大，渦分利用廢氣中的脈沖能量。但供給渦輪的能量變化大，渦輪

11、效率較低輪效率較低,當(dāng)當(dāng) 2.5時使用時使用.定壓渦輪增壓：將各缸中排出的廢氣導(dǎo)入一根容積很大的定壓渦輪增壓：將各缸中排出的廢氣導(dǎo)入一根容積很大的排氣總管，使渦輪前的壓力保持恒定，這種方式的脈沖能排氣總管，使渦輪前的壓力保持恒定，這種方式的脈沖能量不能利用。但在渦輪中廢氣能量轉(zhuǎn)換是穩(wěn)定的，渦輪效量不能利用。但在渦輪中廢氣能量轉(zhuǎn)換是穩(wěn)定的，渦輪效率較高。當(dāng)率較高。當(dāng) 2.5時時,定壓的效率高于脈沖的效率，此時定壓的效率高于脈沖的效率，此時常采用定壓渦輪增壓方式。常采用定壓渦輪增壓方式。 帶脈沖渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)如圖帶脈沖渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)如圖22所示。所示。 aa 為壓氣機(jī)中的絕熱壓

12、縮；為壓氣機(jī)中的絕熱壓縮； a c 為氣缸中的絕熱壓縮過程為氣缸中的絕熱壓縮過程 c y 為氣缸中的定容加熱過程為氣缸中的定容加熱過程; y z 為氣缸中的定壓加熱過程為氣缸中的定壓加熱過程 kk 圖圖22 無中冷脈沖渦輪增無中冷脈沖渦輪增 圖圖 23 帶帶中冷脈沖渦輪增中冷脈沖渦輪增 壓壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán) 壓壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán) zb 為氣缸中的絕熱膨脹過程；為氣缸中的絕熱膨脹過程； bg 為渦輪中的絕熱膨脹過程；為渦輪中的絕熱膨脹過程； ga 為渦輪中的定壓放熱過程。為渦輪中的定壓放熱過程。 也可將脈沖渦增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)視為內(nèi)燃機(jī)的理想循也可將脈沖渦增壓內(nèi)

13、燃機(jī)的理想循環(huán)視為內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)環(huán)acyzba和定容燃燒式燃?xì)廨啓C(jī)理想循環(huán)和定容燃燒式燃?xì)廨啓C(jī)理想循環(huán)a abg a 兩部分疊加。兩部分疊加。 為了提高進(jìn)氣密度，通常對增壓器后的進(jìn)缸空氣冷卻，工為了提高進(jìn)氣密度，通常對增壓器后的進(jìn)缸空氣冷卻，工作循環(huán)只是比無中冷的多了一個作循環(huán)只是比無中冷的多了一個ka等壓向冷卻器放熱過程。等壓向冷卻器放熱過程。 帶空氣冷卻的脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的公式帶空氣冷卻的脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的公式為為 （24） 無空氣中冷的脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)熱效率只需無空氣中冷的脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)熱效率只需將將溫降比溫降比 代入（代入（2

14、4）即可得：）即可得： （24） 1/TTakC) 1(11111kkkkt) 1(11111kkkkt 定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)如圖定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)如圖24所示，所示， 圖圖 24 定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán)定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的理想循環(huán) 帶空氣中冷定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率公式為帶空氣中冷定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率公式為: （25） 1101(1)(1)11(1)kkkcktkkk 當(dāng)當(dāng) 1，即變?yōu)闊o空氣中冷的定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)，即變?yōu)闊o空氣中冷的定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率公式：熱效率公式： （25） 2 23 3 內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱

15、效率 如圖如圖2 25 5所示，所示， 圖圖 2 25 5渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán) c 據(jù)熱效率的定義，依圖，內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的熱效率為：據(jù)熱效率的定義，依圖，內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的熱效率為： （2 26 6）式中式中 利用絕熱循環(huán)、等容循環(huán)、等壓循環(huán)過程，確定利用絕熱循環(huán)、等容循環(huán)、等壓循環(huán)過程，確定Q Q2 2和和Q Q2 2 中的中的T Tg g、T Taa、T Tk k于是內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的熱效率為：于是內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的熱效率為： （27）式（式（2 27 7）是內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的通用表達(dá)式。它包含了）是內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)熱效率的通用表達(dá)式。它包含了已討論過的各種循環(huán)方式。下

16、面討論各循環(huán)方式的熱效率及其已討論過的各種循環(huán)方式。下面討論各循環(huán)方式的熱效率及其影響因素。影響因素。（1 1）空氣冷卻的影響）空氣冷卻的影響 在其它條件相同的情況下，若采用空氣冷卻，（在其它條件相同的情況下，若采用空氣冷卻，（2 27 7）式）式中與中與 有關(guān)的項為：有關(guān)的項為： 若不采用空氣冷卻，則若不采用空氣冷卻，則 1 1，上述相關(guān)項僅為，上述相關(guān)項僅為k k，顯然有：顯然有： 采用空氣冷卻比無中冷循環(huán)的總效率低，但影響很小，例采用空氣冷卻比無中冷循環(huán)的總效率低，但影響很小，例如：當(dāng)增壓壓力為如：當(dāng)增壓壓力為P Pk k=0.2MPa=0.2MPa時，空氣冷卻后的溫降時，空氣冷卻后的溫

17、降T T30K,30K,而而t t只下降只下降0.40.4。 在實際發(fā)動機(jī)中，對空氣進(jìn)行冷卻，提高進(jìn)缸空氣密度是在實際發(fā)動機(jī)中，對空氣進(jìn)行冷卻，提高進(jìn)缸空氣密度是提高內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的有效措施，并對發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性有益處。提高內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的有效措施，并對發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性有益處。實際的發(fā)動機(jī)帶中冷的比不帶中冷的油耗率要低實際的發(fā)動機(jī)帶中冷的比不帶中冷的油耗率要低 。cc1(1)kkckckkk kkckkkc1)1( （2 2）廢氣能量利用的影響）廢氣能量利用的影響 在壓縮比和加熱量一定的情況下，廢氣能量的利用有三種在壓縮比和加熱量一定的情況下，廢氣能量的利用有三種情況：情況： 當(dāng)當(dāng) 達(dá)到最大時，導(dǎo)

18、致達(dá)到最大時，導(dǎo)致 t t 達(dá)最大。此時達(dá)最大。此時代入（代入（2 27 7）式）式 得有空氣冷卻脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)得有空氣冷卻脈沖渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的熱效率公式的熱效率公式 這種循環(huán)因充分利用了廢氣能量，在渦輪中繼續(xù)膨脹作這種循環(huán)因充分利用了廢氣能量，在渦輪中繼續(xù)膨脹作功，熱效率比定壓渦輪增壓的要高。功，熱效率比定壓渦輪增壓的要高。 當(dāng)當(dāng) 1 1，即，即 , ,為帶中冷得定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)為帶中冷得定壓渦輪增壓內(nèi)燃機(jī) 得情況。將得情況。將 1 1代入式（代入式（2 27 7）中，得熱效率公式）中，得熱效率公式; ; /TK/(/)/(/)(/)/(/)/kTKbfkabfafba

19、pppppppppp/Tkfkgapppp/Tk理論上，定壓渦輪的效率小于脈沖渦輪的效率。理論上，定壓渦輪的效率小于脈沖渦輪的效率。在實際發(fā)動機(jī)中，因脈沖渦輪的效率較之定壓渦輪的要低，在實際發(fā)動機(jī)中，因脈沖渦輪的效率較之定壓渦輪的要低，因此，當(dāng)因此，當(dāng)k k 2.52.5時，一般采用定壓渦輪增壓。時，一般采用定壓渦輪增壓。這一點在第七章中將會詳細(xì)描述。這一點在第七章中將會詳細(xì)描述。 當(dāng)當(dāng) 最小時，即最小時，即T T1 1，而，而k k 11時，這時相當(dāng)于不時，這時相當(dāng)于不利用廢氣能量帶中冷的機(jī)械增壓內(nèi)燃機(jī)循環(huán)。以利用廢氣能量帶中冷的機(jī)械增壓內(nèi)燃機(jī)循環(huán)。以T T1 1代入代入（2 27 7）中的

20、熱效率公式為：）中的熱效率公式為： （2 28 8）由（由（2 28 8）式可知，在）式可知，在 一定下，當(dāng)一定下，當(dāng)k k 上升，則上升，則 下降，下降，由此可得出，增壓壓力越高，經(jīng)濟(jì)性越低，機(jī)械增壓不宜采由此可得出，增壓壓力越高，經(jīng)濟(jì)性越低，機(jī)械增壓不宜采用較高的增壓比。用較高的增壓比。/TK0t （3 3）若）若k k1 1，T T1 1， 1 1，以，以 代替代替 代入（代入（2 27 7）式，即得到一般非增壓內(nèi)燃機(jī)混合循環(huán)熱效率的公式（式，即得到一般非增壓內(nèi)燃機(jī)混合循環(huán)熱效率的公式（2 21 1）。）。非增壓熱效率的影響因素及其比較前面已講授，這里不再重述。非增壓熱效率的影響因素及其

21、比較前面已講授，這里不再重述。 2.4 內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán) 內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)有著許多不可避免的損失，它的熱效率和內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)有著許多不可避免的損失，它的熱效率和循環(huán)功比理論循環(huán)的要小，為了減少實際循環(huán)與理論循環(huán)在指循環(huán)功比理論循環(huán)的要小，為了減少實際循環(huán)與理論循環(huán)在指標(biāo)上的差距，有必要分析其原因。標(biāo)上的差距，有必要分析其原因。c0圖26 四沖程內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)的p-V示功圖(1) 工質(zhì)不同（理想循環(huán)為雙原子氣體；實際的為空氣和燃燒工質(zhì)不同（理想循環(huán)為雙原子氣體；實際的為空氣和燃燒產(chǎn)物的混合物）產(chǎn)物的混合物）, 工質(zhì)成分變化工質(zhì)成分變化 柴油機(jī)中，燃燒前是新鮮空氣與上循環(huán)的殘留廢氣的混合柴油機(jī)中，燃燒

22、前是新鮮空氣與上循環(huán)的殘留廢氣的混合物，燃燒后，工質(zhì)成分為燃燒產(chǎn)物。物，燃燒后，工質(zhì)成分為燃燒產(chǎn)物。工質(zhì)比熱變化工質(zhì)比熱變化a. 理想循環(huán)工質(zhì)的比熱是不隨溫度變化的，理想循環(huán)工質(zhì)的比熱是不隨溫度變化的， 實際工質(zhì)（空氣和燃?xì)獾幕旌衔铮┑谋葻犭S溫度上升而上實際工質(zhì)（空氣和燃?xì)獾幕旌衔铮┑谋葻犭S溫度上升而上升。升。tttb. 理想的雙原子氣體（理想的雙原子氣體（ O2 ，N2，空氣等）比熱比實際的多原，空氣等）比熱比實際的多原子燃?xì)猓ㄗ尤細(xì)猓–O2，H2O，SO2等）比熱小。等）比熱小。 如加熱量相同，實際循環(huán)能達(dá)到的最高溫度較理想循環(huán)的為如加熱量相同，實際循環(huán)能達(dá)到的最高溫度較理想循環(huán)的為低，低

23、， 小些。小些。 工質(zhì)高溫分解工質(zhì)高溫分解 在在1300k以上，燃燒產(chǎn)物發(fā)生高溫分解，分解會吸收熱量，以上，燃燒產(chǎn)物發(fā)生高溫分解，分解會吸收熱量，使循環(huán)的最高燃燒溫度下降，使循環(huán)的最高燃燒溫度下降， 工質(zhì)分子數(shù)發(fā)生變化工質(zhì)分子數(shù)發(fā)生變化 燃料燃燒后氣體的千摩值會增大，當(dāng)工質(zhì)燃料燃燒后氣體的千摩值會增大，當(dāng)工質(zhì)V、T相同時，相同時，P會增大，這有利于循環(huán)作功。會增大，這有利于循環(huán)作功。 以上四中變化，以以上四中變化，以變化影響最大，其他影響較小。變化影響最大，其他影響較小。 (2) 換氣損失換氣損失 理想循環(huán)是閉式循環(huán)，無工質(zhì)更換，無流動損失。實際循理想循環(huán)是閉式循環(huán)，無工質(zhì)更換，無流動損失。實

24、際循環(huán)，工質(zhì)必須更換，有進(jìn)、排氣過程。工質(zhì)在進(jìn)入氣缸和排出環(huán)，工質(zhì)必須更換，有進(jìn)、排氣過程。工質(zhì)在進(jìn)入氣缸和排出氣缸時，以一定的速度流經(jīng)進(jìn)、排氣管，進(jìn)、排氣道和氣缸時，以一定的速度流經(jīng)進(jìn)、排氣管，進(jìn)、排氣道和ttttt進(jìn)、排氣門，有進(jìn)、排氣門，有流動損失。另外流動損失。另外為使廢氣排除干為使廢氣排除干凈，排氣門在下凈，排氣門在下止點前打開；使止點前打開；使P-V圖上的有用功圖上的有用功面積減少面積減少b1d1 。圖中圖中b1b1d1 b1和d1rtatd1面積面積為換氣損失。為換氣損失。 圖圖2 26 6 非增壓柴油機(jī)理論循環(huán)和實際循環(huán)非增壓柴油機(jī)理論循環(huán)和實際循環(huán)p-Vp-V圖的比較圖的比較

25、 （3）渦流與節(jié)流損失）渦流與節(jié)流損失 活塞的高速運動使工質(zhì)在缸內(nèi)產(chǎn)生渦流，對分開式燃燒室，活塞的高速運動使工質(zhì)在缸內(nèi)產(chǎn)生渦流，對分開式燃燒室，工質(zhì)流入流出副室時，會在通道中產(chǎn)生節(jié)流損失。使工質(zhì)流入流出副室時，會在通道中產(chǎn)生節(jié)流損失。使 (4) 傳熱損失傳熱損失 理想循環(huán)時假設(shè)氣缸壁與工質(zhì)無熱交換，實際循環(huán)中，工理想循環(huán)時假設(shè)氣缸壁與工質(zhì)無熱交換，實際循環(huán)中，工質(zhì)與氣缸蓋，活塞頂，氣缸壁，進(jìn)、排氣門有熱交換，使質(zhì)與氣缸蓋，活塞頂，氣缸壁，進(jìn)、排氣門有熱交換，使 （5） 燃燒不及時，后燃及不完全燃燒損失燃燒不及時，后燃及不完全燃燒損失 燃燒不及時燃燒不及時 理想循環(huán)假定定容加熱是瞬間完成的，實際

26、循環(huán)時，燃燒理想循環(huán)假定定容加熱是瞬間完成的，實際循環(huán)時，燃燒需要一定時間。需要一定時間。 a. 噴油常提前：使著火在上止關(guān)前開始，增加了壓縮負(fù)功噴油常提前：使著火在上止關(guān)前開始，增加了壓縮負(fù)功ct c1ct ct 。 b. b. 燃燒速度有限，傳熱損失及在燃燒過程中活塞離開上止燃燒速度有限，傳熱損失及在燃燒過程中活塞離開上止點的運動，使壓力增長點的運動，使壓力增長c ct t z1” k1，工質(zhì)放熱工質(zhì)放熱 ，n1k1 在壓縮初期，工質(zhì)的溫度低于周圍表面的溫度，工質(zhì)從這在壓縮初期，工質(zhì)的溫度低于周圍表面的溫度，工質(zhì)從這些表面吸熱，此時些表面吸熱，此時 ，n1按大于絕熱指數(shù)按大于絕熱指數(shù)k1變

27、化。實際壓縮變化。實際壓縮曲線曲線abab比絕熱壓縮曲線比絕熱壓縮曲線anan要陡。當(dāng)繼續(xù)壓縮，工質(zhì)溫度與周壁要陡。當(dāng)繼續(xù)壓縮，工質(zhì)溫度與周壁溫度相等，這時無換熱，溫度相等，這時無換熱， , , n n1 1= =k k1 1。壓縮繼續(xù)進(jìn)行，工質(zhì)。壓縮繼續(xù)進(jìn)行，工質(zhì)溫度進(jìn)一步增高，這時工質(zhì)向周壁傳遞熱量，溫度進(jìn)一步增高，這時工質(zhì)向周壁傳遞熱量， ，n n1 1按小于按小于絕熱指數(shù)絕熱指數(shù)k1變化，實際壓縮曲線變化，實際壓縮曲線ecec比絕熱壓縮曲線比絕熱壓縮曲線emem平坦。平坦。 m-e 絕熱壓縮絕熱壓縮 a-n 絕熱壓縮絕熱壓縮 a-b-e-c 實際壓縮多變過程實際壓縮多變過程 圖圖2-7

28、 壓縮曲線圖壓縮曲線圖0dQ 0dQ 0dQ 0dQ 0dQ 實際壓縮過程是一個按實際壓縮過程是一個按n1變化的多變過程，在實際循環(huán)近似變化的多變過程，在實際循環(huán)近似計算時，采用變化的計算時，采用變化的n1是困難的，可以用一個平均的是困難的，可以用一個平均的n1來代之。來代之。只要計算使壓縮過程起點只要計算使壓縮過程起點a和終點和終點c的工質(zhì)狀態(tài)與實際過程相符的工質(zhì)狀態(tài)與實際過程相符即可。即可。 壓縮終點的狀態(tài)參數(shù)可由多變狀態(tài)方程確定：壓縮終點的狀態(tài)參數(shù)可由多變狀態(tài)方程確定： MPa （2-9） K （2-10） 一般的范圍為一般的范圍為 1.321.39水冷汽油機(jī)水冷汽油機(jī)1.361.39

29、風(fēng)冷汽油機(jī)風(fēng)冷汽油機(jī)1.391.42 (因為因為Qw n1 )煤氣機(jī)煤氣機(jī)1.371.39非增壓柴油機(jī)非增壓柴油機(jī)1.351.40 (活塞冷卻活塞冷卻)增壓柴油機(jī)增壓柴油機(jī)1.321.37 (因為因為Ta Qw n1 ）(活塞冷卻活塞冷卻)1ncapp11ncaTT 由由n1的大致范圍可知，實際壓縮過程與理想的壓縮過程還是的大致范圍可知，實際壓縮過程與理想的壓縮過程還是很接近。很接近。 n1的大小主要取決于工質(zhì)與周壁熱交換的情況。因而主要受的大小主要取決于工質(zhì)與周壁熱交換的情況。因而主要受下列因素影響：下列因素影響： 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 熱交換時間熱交換時間tn 向氣缸壁的傳熱量向氣缸壁的傳熱量Qw 漏

30、氣量漏氣量 (2) 負(fù)荷負(fù)荷pt pt 周壁溫度周壁溫度 工質(zhì)向周壁傳熱量工質(zhì)向周壁傳熱量Qw (3) 氣缸尺寸氣缸尺寸 氣缸尺寸氣缸尺寸 面容比面容比工質(zhì)向周壁傳熱量工質(zhì)向周壁傳熱量Qw (4) 分開式燃燒室的分開式燃燒室的n1直接噴射式燃燒室的直接噴射式燃燒室的n1因相對散熱表面積大，工質(zhì)熱損失多。因相對散熱表面積大，工質(zhì)熱損失多。(5) 冷卻強(qiáng)度冷卻強(qiáng)度 如：水冷比風(fēng)冷的低如：水冷比風(fēng)冷的低n 1n1nwT 1n1n1n1n n (6) 因為傳熱量與漏氣量因為傳熱量與漏氣量 。(7)(7) 進(jìn)氣終了溫度進(jìn)氣終了溫度Ta 工質(zhì)向周壁傳熱量工質(zhì)向周壁傳熱量Qw 如：增壓機(jī)如：增壓機(jī)n1 0

31、， n2 k2 工質(zhì)放熱工質(zhì)放熱 dQ k2 圖圖2-8 柴油機(jī)膨脹過程曲線示意圖柴油機(jī)膨脹過程曲線示意圖 z z1 ： 膨脹初期，后燃較多，過程接近等溫過程，膨脹初期，后燃較多，過程接近等溫過程， n2 1。 z1 z2 ：后燃及分解產(chǎn)物重新化合，工質(zhì)受熱量大于向缸壁：后燃及分解產(chǎn)物重新化合，工質(zhì)受熱量大于向缸壁散熱量，所以散熱量，所以dQ0 工質(zhì)仍受熱，工質(zhì)仍受熱， 但比但比zz1,少，所以少，所以n2 k2 。 z2 z3 ：后燃減少，：后燃減少，分解產(chǎn)物的化合作用仍在進(jìn)行，工質(zhì)受分解產(chǎn)物的化合作用仍在進(jìn)行，工質(zhì)受熱量等于向缸壁散熱量熱量等于向缸壁散熱量 dQ=0 ，這時，這時n2 =

32、k2 。 z3 b ：后燃已消失，但高溫分解產(chǎn)物化合作用仍在進(jìn)行，發(fā)：后燃已消失，但高溫分解產(chǎn)物化合作用仍在進(jìn)行，發(fā)出的熱量小于工質(zhì)向缸壁的傳熱量出的熱量小于工質(zhì)向缸壁的傳熱量, ,工質(zhì)放熱工質(zhì)放熱dQk2 。 在膨脹過程的簡化計算中，與壓縮過程一樣，用一不變的在膨脹過程的簡化計算中，與壓縮過程一樣，用一不變的n2來代替變化的來代替變化的n2 ，并用不變的，并用不變的n2計算膨脹終點計算膨脹終點pb和和Tb ，使，使之與實際相符。之與實際相符。 膨脹過程可用多變方程表示：膨脹過程可用多變方程表示： （2-112-11） （2-122-12） Pb 、 Tb的大致范圍：的大致范圍：汽油機(jī)汽油機(jī)

33、pb =0.350.5MPa, Tb =12001500K非增壓柴油機(jī)非增壓柴油機(jī) pb =0.250.6MPa, Tb =10001200K 增壓柴油機(jī)增壓柴油機(jī) pb =0.601.0MPa, Tb =10001200K 21bznpp211bznTT n2的值一般如下：的值一般如下： 高速內(nèi)燃機(jī)高速內(nèi)燃機(jī) n2=1.151.24非冷卻活塞柴油機(jī)非冷卻活塞柴油機(jī) n2 =1.201.28冷卻活塞柴油機(jī)冷卻活塞柴油機(jī) n2 =1.251.30 ( )汽油機(jī)汽油機(jī) n2 =1.221.28影響影響n2的因素：的因素： (1) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速當(dāng)當(dāng) 膨脹過程時間膨脹過程時間 (2) 燃燒速度燃燒速度 后

34、燃后燃 燃燒階段的熱利用系數(shù)燃燒階段的熱利用系數(shù) 工質(zhì)受熱工質(zhì)受熱 (3) 氣缸尺寸氣缸尺寸 當(dāng)當(dāng)S/D一定，氣缸尺寸大一定，氣缸尺寸大 相對散熱表面積小，相對漏氣相對散熱表面積小，相對漏氣縫隙也小縫隙也小 工質(zhì)受熱工質(zhì)受熱 ，,2wn2nnn 2wn 工質(zhì)受熱后燃2dxnddxd220,dQn2n 0dQ 2n (4)負(fù)荷負(fù)荷 pe n n2 2 n n 一定，一定， pe 工質(zhì)平均溫度工質(zhì)平均溫度 工質(zhì)受熱工質(zhì)受熱 n n2 2 . . 四、換氣過程。四、換氣過程。 1. 作用：更換工質(zhì)，使循環(huán)能不斷進(jìn)行。作用：更換工質(zhì)，使循環(huán)能不斷進(jìn)行。 2.差異：理想循環(huán)是閉式循環(huán)，無工質(zhì)更換，無換氣過程。差異：理想循環(huán)是閉式循環(huán)，無工質(zhì)更換，無換氣過程。 內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)必須排除上一循環(huán)的廢氣，進(jìn)入新鮮空氣，內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)必須排除上一循環(huán)的廢氣，進(jìn)入新鮮空氣，才能使燃料混合燃燒，使循環(huán)得以進(jìn)行下去。才能使燃料混合燃燒，使循環(huán)得以進(jìn)行下去。 進(jìn)氣時經(jīng)過進(jìn)氣管和進(jìn)氣道有阻力，非增壓機(jī)進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣時經(jīng)過進(jìn)氣管和進(jìn)氣道有阻力，非增壓機(jī)進(jìn)入氣缸的空氣壓力低于大氣壓，為使排氣克服排氣道、排氣管阻力，排空氣壓力低于大氣壓，