第3章内燃机的工作循环

第一节 内燃机的理论循环
四、循环热效率与平均压力 式中： 式中： Va —压缩比， ε = 压缩比， 压缩比
ε
Va —气缸总容积 气缸总容积
Vc
Vc —气缸压缩容积 气缸压缩容积
Pz 压力升高比 λ —压力升高比 ，λ = Pc ρ —预胀比 ， ρ = V z 预胀比 Vz'
第一节 内燃机的理论循环
第二节 内燃机的燃料及其热化学
2、石油燃料的炼制 、 1）直馏法： ）直馏法： 石油→蒸馏与凝结 蒸馏与凝结→ 占石油的25—40% 石油 蒸馏与凝结 40—205℃ 馏出汽油 ℃ 占石油的 130—300℃ 煤油 ℃ 250—350℃ 柴油 ℃ 350—500℃ 润滑油 ℃ 500以上℃ 重油 以上℃ 以上 2）热裂法： ）热裂法： 重油→加温 加压、 加温、 重油 加温、加压、400℃以上 高分子量成份裂解成低分 ℃以上→高分子量成份裂解成低分 子量的成分，因大分子的重烃含氢少， 子量的成分，因大分子的重烃含氢少，分裂后产生的轻分子 烃中，含有不饱合烃。 烃中，含有不饱合烃。 3）催化裂化法： ）催化裂化法： 重油→加温 加压、催化剂→催化剂使加温较低 加温、 催化剂使加温较低， 重油 加温、加压、催化剂 催化剂使加温较低，气态含量 较少，可使烷烃脱氢、环化形成芳香烃，品质高。 较少，可使烷烃脱氢、环化形成芳香烃，品质高。 此外，还有加氢、异构化、迭合、芳构化等石油加工工艺， 此外，还有加氢、异构化、迭合、芳构化等石油加工工艺， 生产高级汽油。 生产高级汽油。
第二节 内燃机的燃料及其热化学
3、柴油与汽油的理化性质 、 （1）柴油的理化性质 ） 1）低温流动性：用凝点评价 ）低温流动性： 凝点：温度再下降，失去流动性，凝固。 凝点：温度再下降，失去流动性，凝固。我国的柴油用凝点 编号。 编号。 2）雾化性：用粘度评价 ）雾化性： 粘度：燃料流动性的尺度，表示燃料内部摩擦力的物理特性， 粘度：燃料流动性的尺度，表示燃料内部摩擦力的物理特性， 影响柴油的喷雾质量。 影响柴油的喷雾质量。 粘度大， 粘度大，不易雾化 粘度小， 粘度小，易雾化 3）蒸发性 ） 50%馏出温度：平均蒸发性，低→蒸发性好，喷入后能迅速 馏出温度： 蒸发性好， 馏出温度 平均蒸发性， 蒸发性好 蒸发、混合，有助于燃烧； 蒸发、混合，有助于燃烧； 90%和95%馏出温度：表示柴油难于蒸发的重馏分的数量， 和 馏出温度：表示柴油难于蒸发的重馏分的数量， 馏出温度 不易蒸发， 高→不易蒸发，与空气混合不均匀，冒烟。 不易蒸发 与空气混合不均匀，冒烟。
一般情况下： 涡流室、予燃室可以燃用较重馏分的柴油， 一般情况下： 涡流室、予燃室可以燃用较重馏分的柴油，并且馏程可宽 直喷式柴油机希望燃用轻馏分柴油， 直喷式柴油机希望燃用轻馏分柴油，馏程窄
第二节 内燃机的燃料及其热化学
4）发火性： ）发火性： 用十六烷值评价 柴油机要求燃料发火性好，着火落后期短， 柴油机要求燃料发火性好，着火落后期短，而汽油机则要求 着火落后期长。 着火落后期长。 评定柴油发火性用CFR单缸试验机。 单缸试验机。 评定柴油发火性用 单缸试验机 标准燃料
第一节 内燃机的理论循环
二、理论循环假设 1. 工质是理想气体， 工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气 物理常数相同； 物理常数相同； 2. 工质在闭口系统中作封闭循环； 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； 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， 燃烧是外界无数个高温热源定容或定压向工质加热， 工质放热为定容放热。 工质放热为定容放热。
第一节 内燃机的理论循环
五、理论循环分析 2. 等熵指数 空气的等熵指数为1.4， 空气的等熵指数为 ，燃料与空气混合气的等熵指 数小于1.4，混合气稀，等熵指数增大，热效率增加。 数小于 ，混合气稀，等熵指数增大，热效率增加。
第一节 内燃机的理论循环
五、理论循环分析 3. 压力升高比
1.
2.
定容循环： 定容循环： 由公式知：加热量增加，压力升高比增加， 由公式知：加热量增加，压力升高比增加，循环平均 压力增加； 压力增加； 循环热效率不变。 循环热效率不变。 混合循环： 混合循环： 压缩比与加热量一定，压力升高比增加， 压缩比与加热量一定，压力升高比增加，循环热效率 增加。 增加。
第一节 内燃机的理论循环
六、比较 1. 加热量、初始下一定，压缩比相同， 加热量、初始下一定，压缩比相同，比较三种循环 热效率的大小。 热效率的大小。 放热量等容加热循环最小，混合循环居中， 放热量等容加热循环最小，混合循环居中，等压循 环最大； 环最大； 等加热循环热效率最大，混合循环居中， 等加热循环热效率最大，混合循环居中，等压循环 最小。 最小。 2. 加热量一定，初始一定，最高压力一定， 加热量一定，初始一定，最高压力一定，比较三种 循环的热效率的大小。 循环的热效率的大小。 放热量等容加热循环最大，混合循环居中，等压循 放热量等容加热循环最大，混合循环居中， 环最小； 环最小； 等容加热循环热效率最小，混合循环居中， 等容加热循环热效率最小，混合循环居中，等压循 环最大。 环最大。
四、循环热效率与平均压力 式中： 式中： —等商指数 等商指数
κ
Vb 后胀比 δ —后胀比，δ = Vz
第一节 内燃机的理论循环
五、理论循环分析 1. 压缩比 压缩比增加，三个循环的热效率增加。压缩比增加， 压缩比增加，三个循环的热效率增加。压缩比增加， 温差及膨胀比增加，热效率增加； 温差及膨胀比增加，热效率增加； 图知， 由T—S图知，加热量一定，压缩比增加，放热量减 图知 加热量一定，压缩比增加， 由热效率公式知，热效率增加。 少，由热效率公式知，热效率增加。 柴油机压缩比增加，主要考虑冷起动， 柴油机压缩比增加，主要考虑冷起动，但热效率增 加已经很少；但汽油机压缩比增加， 加已经很少；但汽油机压缩比增加，热效率增加很 但压缩比大于12后 热效率上升已经很慢。 大。但压缩比大于 后，热效率上升已经很慢。
第三章 内燃机的工作循环
第一节 第二节 第三节 第四节
内燃机的理论循环 内燃机的燃料及其热化学 内燃机的实际循环 内燃机循环的热力学模型
第一节 内燃机的理论循环
一、研究理论循环的目的 1. 用简单公式阐明热力学参数间关系， 用简单公式阐明热力学参数间关系，明确提高循环 效率和平均压力的途径； 效率和平均压力的途径； 2. 确定循环效率的极限， 确定循环效率的极限，判断实际内燃机经济性和工 作过程进行完善程度及改进潜力； 作过程进行完善程度及改进潜力； 3. 有利于比较各种热力循环的经济性。 有利于比较各种热力循环的经济性。
第二节 内燃机的燃料及其热化学
一、内燃机的燃料 （一）石油燃料 1、组成与性质 、 内燃机传统燃料，汽油与柴油，石油产品， 内燃机传统燃料，汽油与柴油，石油产品，主要成 份有碳、氢两种， 份有碳、氢两种，占97—98%，还含少量的硫、氧、 ，还含少量的硫、 氮等，微量砷、 钙等。 氮等，微量砷、钠、钾、钙等。 石油产品以多种碳氢化合物的混合物形式出现， 石油产品以多种碳氢化合物的混合物形式出现，分 子式为CnHm，称为烃。 子式为 ，称为烃。
第二节 内燃机的燃料及其热化学
（2）分子的化学结构对燃料性能的影响 ） 1）烷烃 ）烷烃CnH2n+2 正构物，饱和的开式链状结构。常温下化学性质稳定， 正构物，饱和的开式链状结构。常温下化学性质稳定，不易 变质，高温下易分解（着火），而且碳链越长越易着火， ），而且碳链越长越易着火 变质，高温下易分解（着火），而且碳链越长越易着火，是 柴油的组成部分。 柴油的组成部分。 异构物，比正构物分子结构紧凑，高温下不易氧化（ 异构物，比正构物分子结构紧凑，高温下不易氧化（不易着 火），汽油中的组成部分。 ），汽油中的组成部分。 汽油中的组成部分 2）烯烃CnH2n ）烯烃 不饱各开链结构，有一个双键，常温下化学不稳定， 不饱各开链结构，有一个双键，常温下化学不稳定，保存期 易产生胶质。 长，易产生胶质。 高温下，不易着火，比烷烃抗爆性好，热裂汽油中含成份较 高温下，不易着火，比烷烃抗爆性好， 多。 3）环烷烃 ）环烷烃CnH2n 饱各的环状分子结构，不易分裂， 饱各的环状分子结构，不易分裂，热稳定性和发火温度比直 链烃高，适于作汽油机燃料，不宜作柴油燃料。 链烃高，适于作汽油机燃料，不宜作柴油燃料。 4）芳香烃CnH2n-6 ） 基本化合物是苯，所有芳香烃都有苯基成分，分子结构坚固， 基本化合物是苯，所有芳香烃都有苯基成分，分子结构坚固， 热稳定性比其它烃都高，高温下不易发火，是良好的抗爆剂， 热稳定性比其它烃都高，高温下不易发火，是良好的抗爆剂， 直馏汽油中含量较少。 直馏汽油中含量较少。
第二节 内燃机的燃料及其热化学
（1）碳原子数对燃料性质的影响 ） 从石油气、汽油、煤油、轻重柴油到渣油， 从石油气、汽油、煤油、轻重柴油到渣油，随碳原 子数的增大，沸点逐渐升高，相对分子量逐渐增大， 子数的增大，沸点逐渐升高，相对分子量逐渐增大， 质量变重，挥发性变差，粘度增大， 质量变重，挥发性变差，粘度增大，化学稳定性变 自燃性变好，点燃性变差。 差，自燃性变好，点燃性变差。
ρ =1
ηtv = 1 −
1
ε k −1
ε κ Pa (λ − 1)η tv Ptv = ε −1 κ −1
第一节 内燃机的理论循环
四、循环热效率与平均压力 3. 定压循环 ：
λ =1
ρκ −1 η tP = 1 − k −1 ε k ( ρ − 1)
ε κ Pa PtP = κ ( ρ − 1)η tP ε −1 κ −1
第一节 内燃机的理论循环
三、理论循环 1. 定容（ 定容（Otto）循环：汽油机按等容循环工作，燃烧 ）循环：汽油机按等容循环工作， 速度高，简化为Otto循环。 循环。 速度高，简化为 循环 2. 等压（ 等压（Diesel）循环：低速柴油机，高增压柴油机， ）循环：低速柴油机，高增压柴油机， 受缸内最高压力限制，燃料大部分在上止点后燃烧， 受缸内最高压力限制，燃料大部分在上止点后燃烧， 简化为Diesel循环。 循环。 简化为 循环 3. 混合循环：高速柴油机， 混合循环：高速柴油机，燃料部分在上止点附近燃 部分在上止点后燃烧，简化为混合循环。 烧，部分、理论循环分析 4. 预胀比