2 内燃机的工作循环

1、2 内燃机的工作循环,2.1内燃机的理论循环 2.2内燃机的燃料和热化学 2.3内燃机的实际循环 2.4内燃机工作过程热力学模型 习题,2.1内燃机的理论循环,定义 忽略内燃机进排气、燃料混合与燃烧等过程及其能量损失，在简化和假设基础上抽象出能基本反映内燃机工作过程基本宏观特征的热力循环，即所谓内燃机的理论循环。 主要假设 工质为理想气体（纯空气）； 工质从热源吸热和向冷源放热，无燃料喷射、混合气形成和燃烧及工质交换过程； 绝热压缩、膨胀为绝热过程，无传热、泄漏、节流等损失 目的 用基本热力、结构参数导出t 和pt 的简单表达式，便于直观了解提高t 和pt 的基本途径 确定t 的理论极限，便于

2、判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度、改进潜力 便于比较各种热力循环的经济性和动力性,2.1内燃机的理论循环,等容、等压、混合循环P-V图,2.1内燃机的理论循环,5.t 、 pt 的表达式及其推论 c p 0 k c 、 p 对pt 、t 的影响及受发动机结构强度、机械效率、燃烧和排放等的制约,2.1内燃机的理论循环,6.c 、 p 对pt 、t 的影响图,2.2内燃机的燃料及热化学,燃料种类 石油基燃料 柴油 汽油 气体燃料 液化气(LPG, Liquefied Petrol Gas) 天然气(CNG, Compressed Natural Gas, or LNG, Liquefi

3、ed Natural Gas) 醇类 乙醇 甲醇 醚类 二甲醚 混合燃料 双燃料(两用燃料）,2.2内燃机的燃料及热化学,柴油的物理化学性质 自然性 十六烷值大，自然温度就低，自然性好。要求柴油十六烷值在4055之间，太低，则排放差；太高，尤其在超过60时，碳烟颗粒排放增加。 低温流动性 浊点与凝点：变浑浊、凝固时的温度。GB柴油牌号用对应的凝点表征。 汽油的物理化学性质 挥发性 汽油为不同馏出温度时蒸馏物的混合物，初、低馏量量大，则挥发性好、低温易启动，但HC排放差。要求不同馏份有一定比例，使启动性能、加速性能、运转平稳性能和排放能够折中。挥发性用饱和蒸气压表征。 抗爆性 是燃料抗爆震燃烧的

4、能力，用辛烷值表征。汽油牌号即指辛烷值。,2.2内燃机的燃料及热化学,燃料燃烧热化学 理论空燃比的导出 空气中氮、氧比例； 燃料分子式（或C、H、O质量百分比）； 完全燃烧反应方程式； 燃烧前后质量守恒。 燃料的热值 燃烧前后物质量的变化系数 残余废气系数 排气再循环（EGR，Exhaust Gas Recirculation）及EGR率,2.3内燃机的实际循环,实际循环与理论循环 相比的各种损失（右图） 工质成分的影响 传热损失 换气损失 燃烧损失 其它损失,2.4内燃机工作过程热力学模型,模型基本假设 气缸内状态均匀，即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

5、的空气与气缸内残余废气实现瞬时的完全混合； 工质为理想气体，其比热、内能仅与气体温度和气体成分有关； 不计进排气系统内压力和温度波动的影响，气体流入或流出气缸为准稳定流动，进、出口的动能忽略不计。 忽略气体泄漏损失。,2.4内燃机工作过程热力学模型,模型计算简图,2.4内燃机工作过程热力学模型,模型基本方程 能量方程 质量方程 状态方程,2.4内燃机工作过程热力学模型,模型补充方程 气缸工作容积 气体流动方程（即流进、流出气缸的质量流量方程） 传热方程（即热量变换方程） 燃烧放热规律（Weibe函数） 工质物性,2.4内燃机工作过程热力学模型,缸内实际工作过程计算的处理：分四阶段 压缩期 燃烧期 膨胀期