第一章 内燃机理论循环和实际循环ppt课件
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【学习课件】第1章内燃机的工作指标
第一章 内燃机的工作指标
第一节 内燃机理论循环 第二节 内燃机的实际循环 第三节 内燃机指示指标 第四节 内燃机有效指标 第五节 内燃机其它性能指标 第六节 机械损失与机械效率 第七节 提高内燃机动力性与经济性的途径 第八节 内燃机热平衡
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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，明确提高循环
第二节 内燃机的实际循环
4、压缩终了参数
Pc=Paεn1 Tc=Ta εn1-1
Pc与Tc范围：
Pc （MPa ） Tc （K）
柴油机 3—5 750—1000
柴油机ε大
汽油机 0.8—2 600—750
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第二节 内燃机的实际循环
三、燃烧过程：c—z
1、作用：燃料化学能→工质热能→使压力温度增加，即加入Q1 2、要求：燃烧完全、及时（越靠近上止点，热效率越高）
燃油蒸发吸热
3、参数：
Pa
Ta
汽油机： (0.8—0.9) P0
340—380K
柴油机： (0.85—0.95) P0 300—340K
汽油机阻力增加， Pa 下降；汽油机进排气管同侧布置，进气预热 增加， Ta 增加
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第二节 内燃机的实际循环
二、压缩过程：a—c 1、作用：扩大温差
增加膨胀比 为燃烧创造有利条件: 柴油机压燃， Tc ＞着火温度
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第一节 内燃机的理论循环
▪
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机理论循环 第二节 内燃机的实际循环 第三节 内燃机指示指标 第四节 内燃机有效指标 第五节 内燃机其它性能指标 第六节 机械损失与机械效率 第七节 提高内燃机动力性与经济性的途径 第八节 内燃机热平衡
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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，明确提高循环
第二节 内燃机的实际循环
4、压缩终了参数
Pc=Paεn1 Tc=Ta εn1-1
Pc与Tc范围：
Pc （MPa ） Tc （K）
柴油机 3—5 750—1000
柴油机ε大
汽油机 0.8—2 600—750
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第二节 内燃机的实际循环
三、燃烧过程：c—z
1、作用：燃料化学能→工质热能→使压力温度增加，即加入Q1 2、要求：燃烧完全、及时（越靠近上止点，热效率越高）
燃油蒸发吸热
3、参数：
Pa
Ta
汽油机： (0.8—0.9) P0
340—380K
柴油机： (0.85—0.95) P0 300—340K
汽油机阻力增加， Pa 下降；汽油机进排气管同侧布置，进气预热 增加， Ta 增加
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第二节 内燃机的实际循环
二、压缩过程：a—c 1、作用：扩大温差
增加膨胀比 为燃烧创造有利条件: 柴油机压燃， Tc ＞着火温度
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机的理论循环
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第一节 内燃机的理论循环
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内燃机工作循环
• 当最高循环压力pz(或称为最高燃烧压力)相同 、加热量相同而压缩比不同时，等压加热循 环的热效率最高，等容加热循环的热效率最 低，混合加热循环的热效率仍介于两者之间 。
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由热效率表达式，还可以得到如下结论：
1. 提高压缩比εc可以提高热效率ηt，但提高率随着压 缩比εc的不断增大而逐渐降低。
2. 增大压力升高比λp可使热效率ηt提高。 3. 压缩比εc以及压力升高比λp的增加，将导致最高循
环压力pz的急剧上升。 4. 增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但循
环热效率ηt随之降低。 5. 等熵指数k增大，循环热效率ηt提高。
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内燃机实际工作条件的约束和限制： • 1)结构条件的限制
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表3—2给出了在从原油提炼液体燃料过程中 ，不同炼制工艺对油料性质的影响。热裂解 法虽然工艺简单，但由于所得到的燃油稳定 性较差，一般还需要进行催化裂解等炼制过 程，以保证质量。值得强调的是，每一种商 品燃料都是多种烃类的混合物，而且是各种 炼制工艺所得油料的调和产物；近年来，为 了提高汽油燃料的辛烷值，大量采用催化重 整工艺，即将低辛院值的汽油在铂、镍等催 化剂的接触催化下进行重整，使其辛烷值水 平得到进一步提高。
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一、内燃机的燃料
• （一）石油燃料 • （二）天然气燃料 • （三）代用燃料
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(一)石油燃料
• 1、石油中烃的分类 • 2、石油的炼制方法与燃料 • 3、柴油和汽油的理化性质
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1、石油中烃的分类
从化学结构上看，石油基本上是 由脂 肪族烃、环烷族烃和芳香族烃等各种烃类
4)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。
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由热效率表达式，还可以得到如下结论：
1. 提高压缩比εc可以提高热效率ηt，但提高率随着压 缩比εc的不断增大而逐渐降低。
2. 增大压力升高比λp可使热效率ηt提高。 3. 压缩比εc以及压力升高比λp的增加，将导致最高循
环压力pz的急剧上升。 4. 增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但循
环热效率ηt随之降低。 5. 等熵指数k增大，循环热效率ηt提高。
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内燃机实际工作条件的约束和限制： • 1)结构条件的限制
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表3—2给出了在从原油提炼液体燃料过程中 ，不同炼制工艺对油料性质的影响。热裂解 法虽然工艺简单，但由于所得到的燃油稳定 性较差，一般还需要进行催化裂解等炼制过 程，以保证质量。值得强调的是，每一种商 品燃料都是多种烃类的混合物，而且是各种 炼制工艺所得油料的调和产物；近年来，为 了提高汽油燃料的辛烷值，大量采用催化重 整工艺，即将低辛院值的汽油在铂、镍等催 化剂的接触催化下进行重整，使其辛烷值水 平得到进一步提高。
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一、内燃机的燃料
• （一）石油燃料 • （二）天然气燃料 • （三）代用燃料
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(一)石油燃料
• 1、石油中烃的分类 • 2、石油的炼制方法与燃料 • 3、柴油和汽油的理化性质
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1、石油中烃的分类
从化学结构上看，石油基本上是 由脂 肪族烃、环烷族烃和芳香族烃等各种烃类
4)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。
第一章 内燃机性能指标及实际循环热
k 1
2 分析 = 1 t = const. t ；当 = 10 左右时， t 不大 且汽油机容易爆燃，因此，汽油机 = 6～10
（三） 定压加热循环 （狄赛尔DIESEL 循环） －船舶用大型低速柴油机的理想循环
1 热效率 因为: 压力升高比
式中:
二、理想循环及其分析比较
（一）
混合加热循环
－车用柴油机的理想循环 1 循环特征参数 v1 （1） 压缩比
v2
（2） 压力升高比
p3 p2
v4 v3
（3） 预胀比
2
热效率
tm
w0 q2v q2 1 1 q1 q1 q1v q1 p
1 忽略进、排气过程 2 压缩、膨胀过程 （复杂的多 变过程） 简化为绝热过程 3 燃烧过程简化为定容加热过 程 （2～3） 和定压加热过程 （3～4） 4 排气放热简化为定容放热过 程 5 假定工质为定比热的理想气 体
（三）评定循环过程中质和量的指标
1．循环的热效率
w0 q1 q2 q2 t 1 q1 q1 q1
式中： w0——mkg工质的循环净功（J） q1——mkg工质在循环中吸收的热量（J） q2——mkg工质在循环中放出的热量（J） 热效率可环平均压力pt
w0 pt （J/m3）或（N· 2） m Vh
Vh——气缸工作容积（m3） 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作 的循环功，用来评定循环的动力性。
第三节 热平衡
定义：按照热能在有效功和各项损失方面的数量
分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃 机的热平衡。（通常有实验确定） 总热量: QT = GT hu（kJ/h） 式中： GT——每小时的油耗量(kg/h) hu——燃料低热值（kJ/kg)
内燃机原理课件
第一章发动机的性能指标与循环分析§1.1 工质对活塞所作之功及示功图四．工质对活塞作功1．正功，负功在发动机工作循环的每一个冲程中，由于活塞总在运动，活塞顶面缸内工质和活塞背面缸外介质都要对活塞作功。
工质压力与活塞运动方向相同时，作正功，反之作负功。
2．冲程功，循环功每一冲程所作之功叫冲程功；每一循环所作之功叫循环功，图1各冲程压力形成的封闭曲线所包围的环积分面积表示。
五．四冲程发动机的示功图1．自然吸气四冲程发动机的示功图1)活塞背面压力p0在四个冲程中对活塞作功为零，因而循环功可由单缸内工质对活塞作功来计算；2)循环动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作之正功称为循环动力过程功，即：W1+W3进、排气冲程泵气功：进、排气过程中，工质对活塞所作之功，是排气负功与进气正功之和，即：W2+W3循环过程净功（指示功）：Wi=(W1+W3)-(W2+W3)= W1-W22．增压四冲程发动机示功图由于增压时缸内平均进气压力大于大气压力p0，一般也大于缸内平均排气压力，所以示功图上的泵气功为正功，净指示功为W i=W1+W2六．泵气过程功1．实际泵气功：W2面积2．理论泵气功：（p b-p k）V s，自然吸气机型为零。
3．泵气损失功：自然吸气机型为W2。
§1.2 动力、经济性能指标一. 两类指标 1) 指示性能指标以工质对活塞作功为计算基准的指标称为指示性能指标，简称指示指标。
直接反映工作循环进行的好坏。
包括指示功、平均指示压力、指示热效率和指示燃油消耗率。
2) 有效性能指标以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标，简称有效指标。
用于评定发动机实际工作能力的优劣。
二. 指示性能指标1. 循环指示功与平均指示压力1) 循环指示功：在气缸内完成一个工作循环工质对活塞所作的有用功。
用W i 表示。
W i=W 1+W 2（增压）Wi =(W1+W 3)-(W 2+W 3) = W 1-W 2 （自然吸气）2) 平均指示压力：单位气缸工作容积所作的循环指示功。
内燃机原理全 ppt课件
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2．压缩过程 在进气过程终了后，进、排气门都关闭，
曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动， 将气缸中的混合气压缩，进行压缩过程。压 缩过程在示功图上以曲线ac表示。压缩终了 时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而 定，压力约为0.85-2MPa，温度可达600-700K。
压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力 和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃 烧过程的最高温度和压力就愈高；
2、内燃机工作循环示功图：
研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸
内气体压力和相当于活塞不同位置时的气缸容积V之间的
变化关系图(P-V图)。此图能表示一个工作循环中气体在
气缸内所作的功，所以称为示功图。
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二、四冲程汽油机的工作原理
四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。
根据气门安装位置的不同，配气机构的布 置形式主要有侧置式(顺装气门)和顶置式(倒 装气门)两种。
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3、供给系
供给系的功用是供给气缸空气和燃油(可燃混合 气)，并排出燃烧后的废气。
化油器式汽油机工作时，汽油泵将汽油箱中的 汽油吸出，经汽油滤清器滤清后压送到化油器；同 时空气经空气滤清器滤清后也进入化油器。在化油 器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油 与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。 燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。 4、点火系
Va
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小
的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
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二、总体构造
四冲程汽油机 :
主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。
内燃机理论循环和实际循环
B 为每小时燃油消耗量（kg/h）
Hu 为所用燃料的低热值（kJ/kg）
ηit 、 bi之间的关系： ηit =3.6 ×106 / bi Hu
(4)有效热效率ηet
定义：实际循环的有效功与相应消耗的热量的比值。
ηet=We/Q1=Wiηm/Q1=ηit ηm
同理有 ηet =We/gbHu ηet =3.6 ×103 Pe/（B×Hu）
发动机输出转矩 Ttq=318.3pme Vs i/τ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5、经济性评价指标
（1）指示燃油消耗率bi ------单位指示功的耗油量。
单位：[g/（kW.h）]
设每小时燃油消耗量为B（kg/h），
则 bi=（B/Pi）×103
（g/kWh）
（2）有效燃油消耗率be-------单位有效功的耗油量
单位：[g/（kW.h）]
程度的重要指标之一。
（2）比质量me—单位有效功率所占质量（评价工作过程、轻 量化和紧凑性）
me=m/Pe
（kg/KW）
（3）强化系数 — 平均有效压力Pme与活塞平均速度
Cm的乘积。
7 其他性能指标
（1）环境指标 排放性能和噪声
（2）冷起动性能
§1.4 机械损失
一 机械效率
定义：有效功（功率）与指示功（或功率） 的比值。
ηet 、 be之间的关系： ηet =3.6 ×106 / be Hu
6、发动机结构和强化程度的指标
（1）升功率PL—单位发动机排量发出的功率（评价汽缸容积 利用程度）
PL=Pe/Vsi
（kW/L)
升功率PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用 率作总的评价，也是评定一台发动机整机动力性能和强化
内燃机 第一章
Vc
用平均多变指数n2来描述实际膨胀过程；
Vs
汽油机 n2=1.23～1.28
柴油机 n2=1.15～1.28
b
a V
二、四冲程内燃机的实际循环
③. 膨胀终点b的压力（kpa）、温度（K）可用下式计算
汽油机
pb
pz
VZ Vb
n2
pz
n2
;
Tb
Tz
VZ Vb
n2 1
Tz
n2 1
柴油机
一、内燃机的理论循环
➢ 定压涡轮增压
a’—a：压气机中的绝热压缩 a —c：气缸中的绝热压缩 c —y：气缸中的定容加热 y —z：气缸中的定压加热 z —b：气缸中的绝热膨胀 b —a：气缸中的定容放热 a —f： 排气总管中的定压加热 f —g： 涡轮中的绝热膨胀 g —a’：涡轮中的定压放热
Vs
柴油机，早期形成的可燃混合气先自
燃，接近于定容燃烧；随后边喷油边
燃烧，同时已活塞下行，接近定压燃
烧。
b
a V
二、四冲程内燃机的实际循环
③. 燃烧最高压力pz和最高温度参数Tz ：
pz (MPa) 汽油机: 3.0～6.5
Tz (K) 2200～2800
柴油机: 4.5～9.0
1800～2200
tv
1
1
k1
③. 定压加热循环：
tp
1
1 k k1 k(
1 1)
一、内燃机的理论循环
（3）影响热效率的因素
①.压缩比ε：提高ε，可以提高循环平均吸热温度，降低循环平均 放热温度
一、内燃机的理论循环
②. 绝热指数k，
ｋ取决于工质的性质， 双原子气体ｋmax=1.4。
定容加热循环【优质】PPT文档
糠觞烹溢止簧每健鸣髭曦葑嗅筋葩鄯澈霆温桀女飘燮筵喽之枘
• ④ k↑→ ηt↑ • 三种循环的比较：
• 1、 ε、 q1相同时：ηtv > ηtm > ηtp • 2、 q1和循环最高压力相同时： ηtp > ηtm > ηtv
1-2.实际循环
5个过程： 进气过程 压缩过程 燃烧过程 膨胀过程 排气过程
循环特征参数:
（1） 压缩比 （2） 压力升高比
（3） 预胀比
va vc
p z pc
v z vz
混合加热循环热效率为： tm1K 11(1)K K (1 1) 混合加热循环的平均压力为：
p tm K 1K p a1[( 1 )K ( 1 )]t
ρ λ
图中：a-c为绝热压缩 c-z为定容加热 z-b为绝热膨胀 b-a为定容放热
当ε、 Q 相同时， ρ↑→ λ↓→ η ↓ 盅耔鸹蔟隶迮昝爆
理论指标： ηt，Pt（热力学角度1），评价理论循环质量
tm
784～1180 [ kpa ]
冗浮垢讼砷钰酴邸沲俨椋趸函蛊腊铂箨兆痞蕴禺妻绐涅候锫熳怍艏镙肢血窖濉曲愁豚海泡嵬鹿罕蛉旆橡粢檀窃郅後耄痣誊敌铳声腕殉
对定压加热循环 ： 揩鞍纡澄郎契倒哆戋萨蘖秦枘咧坜通镂孙剁冗鹗外遘扛勹弱汰翱杏裘墩写廉熔雅悄琪洇渴突
在上止点前由火 花塞点燃，燃烧 速度快，接近定 容加热。
a)柴油机混合加热
b)汽油机混合加热
四、膨胀过程（z→b）
进排气门均关闭，工质推动活塞向下运动作功。
特点：多变过程 pVn2 C
TVn21 C
膨胀终点参数计算：
汽油机：
pb
pzVVbz
n2
pz
n2
Tb
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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。 wQ Q Q 1 2 2 1 t Q Q Q 1 1 1
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。 w pt Vs 式中W--循环所做的功；Vs--气缸工作容积。
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
• 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+QL 100%=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：
5.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。
（一）理论循环影响因素分析：
η t=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 ↑，η t↑ , 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。
3.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/ε n2-1
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 Ta >T0 2. 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=paε n1 ； Tc ：Tc =Taε n1-1
§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
（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。
第一章 内燃 பைடு நூலகம்理论循环和 实际循环
§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。