内燃机的工作循环

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1、内燃机的工作循环生物与农业工程学院孙舒畅45090120一，内燃机的理论循环通常根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程(加热方式)等特点，把火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循环简化为混合加热循环或等压加热循环，这些循环称为内燃机的理论循环。根据不同的假设和研究目的，可以形成不同的理论循环，如图1，a、b和c所示为四冲程内燃机的理想气体理论循环的p-V示功图。为建立这些内燃机的理论循环，需对内燃机的实际循环中大量存在的湍流耗散、温度压力和成分的不均匀性以及摩擦、传热

2、、燃烧、节流和工质泄漏等一系列不可逆损失作必要的简化和假设，归纳起来有：1)忽略发动机进排气过程，将实际的开口循环简化为闭口循环。2)将燃烧过程简化为等容、等压或混合加热过程，将排气过程简化为等容放热过程。3)把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵可逆过程，忽略工质与外界的热量交换及其泄漏等的影响。4)以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环牛工质物理及化学性质保持不变，比热容为常数。图1四冲程内燃机典型的理论循环a)等容加热循环b)等压加热循环c)混合加热循环通过对理论循环的热力学研究，可以达到以下目的：1)

3、用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径。2)确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。3)有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性。各种理论循环的热效率和循环平均压力可以依照热力学的方法进行推导[1-3]。内燃机理论循环热效率和循环平均压力的表达式及特点见表1。表1内燃机理论循环的比较循环名称循环热效率循环平均压力循环特点等容加热循环加热过程在等容条件下很快完

4、成，热效率仅与压缩比有关等压加热循环加热过程在等压条件下完成，负荷的增加使循环热效率下降混合加热循环加热过程在等容和等压条件下完成，热效率介于上述两者之间注：为等熵指数，为压缩比，为压力升高比，为初始膨胀比。分析表1中三种理论循环的热效率和平均压力表达式，不难发现：1)三种理论循环的热效率均与压缩比有关，提高压缩比可以提高循环的热效率。高压缩比可以提高工质的最高燃烧温度，扩大了循环的温度阶梯，从而使热效率增加，但热效率增加率随着压缩比的提高而逐渐减小。2)增大压力升高比，可以增加混合加热循环中等容部分的加热量

5、，使循环的最高温度和压力增加，因而提高了燃料热量的利用率，即循环的热效率。3)增大初期膨胀比，使等压部分加热量增加，将导致混合加热循环热效率的降低，因为这部分热量是在活塞下行的膨胀行程中加入的，做功能力较低。4)所有提高内燃机理论循环热效率的措施，以及增加循环始点的进气压力，降低进气温度，增加循环供油量(，即循环加热量)等措施，均有利于循环平均压力的提高。理论上能够提高内燃机理论循环热效率和平均压力的措施，往往受到内燃机实际工作条件的限制：1)结构强度的限制。尽管从理论循环的分析可知，提高内燃机的压缩比和压力

6、升高比。对提高循环热效率和平均压力均起着有利的作用，但和压力升高比的增加将导致最高燃烧压力和压力升高率dp/d的升高，使发动机的负荷水平、振动和噪声大大增加，因而受到发动机结构及强度的限制。为保证发动机的可靠性和使用寿命，考虑发动机的制造成本，在实际选择上述参数时，须根据具体情况权衡利弊而定。2）机械效率的限制。内燃机的机械效率与气缸中的最高燃烧压力密切相关，而决定曲柄连杆机构的设计。相同转速下，的增加不仅会使活塞与气缸套之间的摩擦损失增加，也使得活塞、连杆等运动件的质量及其惯性力增加，轴承的承压面积加大，从

7、而进一步增加发动机的摩擦损失，因此不加限制地提高或压力升高比，将导致机械效率的下降，从有效性能指标上看，使得由压缩比和压力升高比提高而获得的收益得而复失。这一点对于本来压缩比已经很高的柴油机来说更为明显。3）燃烧方面的限制。若压缩比定得过高，汽油机将会产生爆燃、表面点火等不正常燃烧的现象。对于柴油机而言，过高的压缩比将使压缩终了时的气缸容积变得很小，燃烧室的设计和制造难度增加，也不利于混合气的形成和燃烧的高效进行。4）排放方面的限制。循环供油量的增加取决于实际吸人气缸内的空气量，即有空燃比的限制，否则将导致燃

8、烧不完全而出现冒烟、热效率下降和发动机的HC、CO排放激增。另外，内燃机压缩比的上升，使最高燃烧温度和压力上升，发动机的NOx的排放物增加，振动噪声增加。一般地，柴油机的压缩比在12—22之间，最高爆发压力不超过14MPa；汽油机的压缩比在6-12之间，最高爆发压力不超过8.5MPa。二，内燃机的实际循环与内燃机的理论循环相比，内燃机的实际循环存在着许多不可逆损失，因而不可能达到理论循环的热效率和循