第一章--内燃机理论循环和实际循环

第一章发动机理论循环和实际循环工作过程→发动机性能→汽车某些性能实际循环:(一)能量转换:化学能→(燃烧)→热能→(气体膨胀)→机械能(二)能量损失:1.燃烧不完全损失；2.散热损失；3.泵气损失。§1.1发动机的理论循环一.什么是理论循环将实际循环进行简化后得到的便于定量分析的假想循环。二.研究理论循环的意义1.明确工作过程中各基本热力参数关系；2.确定循环热效率的理论极限；3.分析不同热力循环的经济性和动力性。从而找到提高发动机性能的基本途径。假设(简化条件)：(1)工质为理想气体(空气)；(2)工质在闭口系统中作封闭循环；(3)工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程；(4)燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热，排气放热简化为定容放热；(5)工质的比热一定。三.三种基本循环1.混合加热循环—高速柴油机2.定容加热循环—汽油机3.定压加热循环—高增压和低速大型柴油机四.理论循环热效率和平均指示压力的影响因素•ŋt是工质所做循环功W(J)与循环加热量Q1(J)之比，用以评定循环经济性。式中Q2--工质在循环中放出的热量。•pt(kPa)是单位气缸容积所做的循环功，用来评定循环的做功能力。式中W--循环所做的功；Vs--气缸工作容积。1212111QQQQQQwtstVwp（一）理论循环影响因素分析：ηt=f（κ，ε，λ，ρ）（1-1）pt=f（κ，ε，λ，ρ，pa）（1-4）(1)压缩比ε：ε↑,ŋt↑,pt↑；(2)绝热指数κ：κ↑，ηt↑,pt↑；(3)压力升高比λ:定容加热循环，Q1↑,λ↑,若ε不变,Q2↑,ŋt不变,pt↑；混合加热循环，ε、κ、Q1保持不变,λ↑，ŋt↑,pt↑；(4)预胀比ρ：定压加热循环，Q1↑,ρ↑,若ε不变,ŋt↓，pt↑；混合加热循环，Q1、ε、κ不变，ρ↑，λ↓,ŋt↓，pt↓；(5)pa(循环初始压力)对热效率无影响，但可以改变pt。（二）理论循环热效率的比较（1）当压缩初始状态P1，T1相同，加热量Q1及压缩比ε相同时，ŋtv〉ŋtc〉ŋtp（2）当压缩初始状态P1，T1相同，加热量Q1及循环最高压力P3相同时，ŋtp〉ŋtc〉ŋtv§1.2四行程发动机的实际循环发动机的工作循环由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等五个过程组成。示功图是研究内燃机工作过程的重要实验数据。通过示功器或数据采集系统获得不同活塞位置或曲轴转角时气缸内工质压力的变化。有两种表达方式：（1）p—v图和p—φ图两者在本质上一致，可以互相转化。（2）从示功图上可以看出内燃机工作循环，从而评价发动机性能。1.进气过程运动件工况：活塞由上止点前至下止点后，进气门开排气门关。作用:为保证发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质。气体状态：pa：Δp=p0-pa克服进气系统阻力Ta：高温零部件及残余的废气的加热TaT02.压缩过程运动件工况：由进气门关到活塞至上止点，进气门关排气门关。作用：增大温差,ŋt↑，为燃烧创造有利条件。气体状态：pc：pc=paεn1；Tc：Tc=Taεn1-13.燃烧过程运动件工况：活塞在上止点附近,进、排气门关闭。作用：燃烧的化学能转变为热能。燃烧越完全，放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。气体状态：pz：最高燃烧压力；Tz：最高燃烧温度4.做功过程运动件工况：活塞由上止点至排气门开,进、排气门关闭。作用：补燃(过后燃烧和高温分解)；膨胀作功气体状态：pb：pb=pz/εn2；Tb：Tb=Tz/εn2-15.排气过程运动件工况：活塞由下止点附近至上止点；排气门打开，进气门关闭。作用：排出废气。气体状态：pr：排气终了压力；pr-p0用来克服排气系统的阻力，阻力愈大，pr愈大，残余在气缸中的废气就愈多。Tr：排气终了温度；Tr低，说明燃料燃烧后转变为有用功的热量多，工作过程进行得好。§1.3实际循环与理论循环的比较1.工质的影响：实际循环中，燃烧前后工质成分、数量改变；2.换气损失：实际循环中，存在进、排气过程中的流动阻力损失和有用功损失；3.传热损失：工质与周围环境的热量交换；4.燃烧损失：（1）燃料燃烧速度的有限性a.压缩负功的增加;b.最高压力的下降;c.初始膨胀比减小。（2）后燃及不完全燃烧（3）在高温下部分燃烧产物分解而吸热，是循环最高温度下降。5.涡流和节流损失6.泄漏损失•燃料-空气循环§1.4发动机的热平衡一.热量分配情况：（1）一部分转化为有用功；（2）一部分传递给冷却介质：（3）废气带走的热量；（4）不完全燃烧、辐射热、驱动附件的能量消耗等其他热量损失.QT=Qe+Qs+Qr+Qb+QL100%=qe+qs+qr+qb+ql二.汽油机和柴油机热量分配比例：从曲轴输出的机械能分配情况是：