内燃机的理循环杜常清发动机原理A武汉理工大学汽车学院.pptx

内燃机的理论循环建立内燃机的理论循环目的：便于分析影响内燃机循环热效率的因素，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，为提高能量利用率指明方向。措施：将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程〔如可燃混合气的准备与燃烧过程等〕进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环理论循环的简化假设1. 进排气过程假设（ 闭口系统）无工质更换以及泄漏损失，工质的总质量保持不变，忽略进、排气流动损失及其影响。2. 压缩和膨胀过程假设（绝热）把气缸内的压缩和膨胀过程看成是完全理想的绝热等熵过程，工质与外界不进行热量交换。3. 加热及放热过程假设（等容、等压加热，等容放热）分别用假想的加热与放热过程来代替实际的燃烧过程与排气过程，并将排气过程即工质的放热视为等容放热过程。4. 工质假设（理想气体）以空气作为工质，在整个循环中的物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数。 内燃机的理论循环根据使用燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程（加热方式），火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，柴油机简化为混合加热或等压加热循环。(a)等容加热循环(b)等压加热循环(c)混合加热循环 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 加热过程在等容下很快完成，热效率仅与压缩比有关 等压加热循环加热过程在等压的条件下完成，负荷的增加造成热效率的下降 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等容加热循环提高热效率的途径分析提高压缩比εc可以提高工质的最高温度，扩大了循环的温度阶梯，增加了内燃机的膨胀比，从而提高了热效率ηt，但提高率随着压缩比εc的不断增大而逐渐降低。增大压力升高比λp可以增加混合加热循环中等容部分的加热量，提高了热量利用率，因而可使热效率ηt提高。增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但由于等压部分加热量的增加，导致循环热效率ηt随之降低，因为这部分热量是在膨胀比不断降低的情况下加入的，做功能力下降。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pa进气温度Ta，增加循环供油量gb等措施，均有利于循环平均压力pt的提高。内燃机实际工作条件的约束和限制1)结构强度的限制 尽管从理论循环的分析可知，提高压缩比εc和压力升高比λp时提高循环热效率ηt起着有利的作用，但εc 和λp增加将导致最高循环压力pz和压力升高比dp/dφ的升高，使发动机的负荷水平、振动噪声大大增加，因此受到发动机结构及强度的限制。 2)机械效率的限制 内燃机的机械效率ηm是与气缸中的最高循环压力pz密切相关的，因为该值决定了曲柄连杆机构的质量、惯性力以及主要承压面积的大小等。不加限制地提高εc以及λp，将引起ηm的下降。从有效指标上看，将直接导致压缩比εc以及压力升高比λp提高而带来的收益得而复失。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的气缸容积变得很小，对制造工艺的要求极为苛刻，燃烧室设计的难度增加，也不利于燃烧的高效进行。单纯增加循环供油量，导致不完全燃烧，动力性下降、效率降低。4)排放方面的限制循环供油量的增加取决于实际吸入气缸内的空气量，即空然比的限制，否则将导致燃烧不完全而出现冒烟、热效率下降和发动机HC、CO排放激增。压缩比和压力升高比的上升，使最高燃烧温度和压力上升，发动机的NOx的排放增加。εc pz λp一般范围 柴油机 汽油机压缩比εc 12～22之间6～12最高循环压力pz 7～14 MPa， 3～8.5 MPa压力升高比λp 1.3～2.2 2.0～4.0 内燃机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程，它由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成。在这些过程中，由燃料与空气组成的工质，无论在质或量上都时刻发生着变化，伴随着各种复杂的物理、化学过程，同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列不可逆损失也大量存在，要准确地从理论上描述内燃机的实际过程，在目前条件下还是十分困难的。本章的主线：1、把实际问题抽象概括成可逆理论循环，分析该理论循环，找出影响循环热效率的主要因素及提高该循环的主要措施，以指导实际循环的改善。 2、分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的部位、大小、原因以及改进办法。