第二章发动机的理论循环解析
发动机的循环与性能指标
2．压缩过程
压缩过程（图中ac′c线）的作用是增大工作过程的温 差，使工质获得最大限度的膨胀比，提高循环热效率， 并为着火燃烧创造有利条件。在柴油机中压缩后气体的 高温是保证燃料着火的必要条件。 压缩过程是进、排气门均关闭，活塞从下向上移动, 缸内工质受到压缩，温度及压力不断上升的过程。 工质被压缩的程度用压缩比ε表示。
3．燃烧程
燃烧过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，使工 质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。燃烧过程放出 的热量越多,放热时越接近上止点，则热效率越高。 在汽油机中，当活塞 压缩到上止点前某一刻 （图2-3b中c′点）汽油与 空气形成的混合气由电 火花点燃，火焰迅速传 遍整个燃烧室，使工质 的压力及温度急剧上升， 其压力在极短的时间内 达到最高值 pmax(pz) 。因 此，接近定容加热（如 图cz段)。
第二章 发动机的循环与性能指标
第一节 发动机实际循环
发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个 过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。
通常用气缸内的工质压力Ｐ随气缸工作容积Ｖ或曲轴转角而 变化的图形（示功图）来研究。如下所示：
1．进气过程
活塞下行，新鲜工质被吸入气缸。由于进气系统 的阻力，进气终了压力pa一般小于大气压力p0。压力 差 (p0-pa)用来克服进气系统的阻力。 由于新鲜工质受到发动机高温零件和残余废气的 加热，进气终了的温度Ta总高于大气温度T0。 一般进气终了的压力Pa及温度Ta大致范围是： 汽油机 pa=（0.8~0.90）p0 Ta=340~380K 柴油机 pa=（0.85~0.95）p0 Ta=300~340K 增压柴油机 pa=（0.9~1.0）p0 Ta=320~380 K
5．排气过程
排气过程的作用是排出燃烧废气，为下一循环的进 气作好准备（图中b′br线）。 在膨胀过程末期，活塞接近下止点b′时，排气门开启 ，废气高速排出。当活塞由下向上移动时，缸内废气继 续排出，直到排气门关闭，排气过程结束。由于排气系 统有阻力，排气终了的压力pr仍高于大气压po。压力差 (pr-po) 用来克服排气系统的阻力。阻力越大，排气终了 时的压力pr越大，残留在缸内的废气越多。 排气终了的压力pr与温度Tr大致范围是： pr（MPa） Tr（K） 汽油机 （1.05~1.2）po 900~1100 柴油机 （1.05~1.2）po 700~900 增压柴油机（0.75~1.0）po
2-内燃机的循环
内燃机的循环
3、影响因素分析
系） 在
v3 代表加热量（∵ ，加热量多，V3 v2
同前所述：
t ，
，
与 q 有顺变关
。
一定时，增加
（即 q1
tp则随之减少，但 ），
ptp
三、混合加热循环（萨巴德循环） 1、混合循环热效率 tvp（ tm ）
tvp
Cv T5 T1 q2 1 1 q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
将 T2 、T 、 T 代入式子得：
3
4Leabharlann ptvpp1 k 1 k 1 t 1 k 1
内燃机的循环
3、影响因素分析
同前分析，结果相同 和
虽 =1时，为等压循环 =1时，为等容循环
一样，但加热时间不同，其热效率亦不同。如一个在上止点加热，一
内燃机的循环
一、定容加热循环
内燃机有三种基本空气标准循环：定容、定压、混合 汽油机为定容加热循环（亦称 otto 循环）；低速柴油机为定压 加热循环（Diesel Cycle）；高速柴油机为混合加热循环（Mixed Cycle）（实际上现在发展并非这样，实际上柴油机的压力升高率 dp >汽油机）
d
曲柄 曲轴
工作行程（S ）：上下止点间的距离。 四行程发动机：活塞经四个行程完成一个工作循环的发动机 二行程发动机：活塞经二个行程完成一个工作循环的发动机 曲柄半径 R ：曲轴中心与连杆轴径中心之距 S 2 R
内燃机的循环
气缸余隙容积 Vc （燃烧室容积）：活塞在上止点时，活塞顶部 以上的容积。 气缸工作容积 Vh （气缸排量）：活塞从上止点到下止点所走 过的容积。 D 2
发动机的工作循环
发动机的工作循环发动机是汽车的心脏，是汽车动力的来源。
它通过内燃机的工作循环来产生动力，驱动汽车向前行驶。
发动机的工作循环通常包括四个阶段，进气、压缩、燃烧和排气。
下面我们将详细介绍发动机的工作循环。
首先是进气阶段。
在这个阶段，活塞向下运动，汽缸内的活塞顶部形成了一个负压区域，气门打开，外部空气被吸入汽缸内。
同时，燃油喷射系统会将适量的燃油喷入汽缸内，与空气混合形成可燃混合气。
接着是压缩阶段。
在这个阶段，活塞向上运动，将进气阶段吸入的混合气压缩，使其密度增加，温度升高。
这样可以增加混合气的燃烧效率，提高发动机的功率输出。
然后是燃烧阶段。
在这个阶段，点火系统会在活塞顶部的混合气中产生火花，引发燃烧。
燃烧产生的高温高压气体会推动活塞向下运动，驱动曲轴旋转，产生动力。
同时，燃烧产生的废气会通过排气门排出汽缸外。
最后是排气阶段。
在这个阶段，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧产生的废气排出汽缸外。
这样，汽缸内就形成了一个新的负压区域，为下一个循环的进气阶段做准备。
总的来说，发动机的工作循环是一个连续不断的过程，通过不断重复这四个阶段，发动机可以持续地产生动力，驱动汽车行驶。
这个过程需要精密的机械部件和精准的控制系统来配合完成，才能确保发动机的高效、稳定、可靠地工作。
在实际的汽车工作中，发动机的工作循环会根据不同的工况和负载情况进行调整，以实现最佳的燃烧效率和动力输出。
例如，在高速行驶时，发动机会以高转速工作，提高输出功率；而在低速行驶或怠速时，发动机会以低转速工作，降低油耗和排放。
这些调整是由汽车的电控系统根据传感器采集的信息进行智能调节的。
总之，发动机的工作循环是发动机内部能量转换的过程，是汽车动力的来源。
了解发动机的工作循环有助于我们更好地理解汽车的动力系统，同时也有助于我们更好地保养和维护汽车，延长发动机的使用寿命。
发动机作为汽车的心脏，值得我们更加深入地了解和关注。
发动机原理与汽车理论发动机原理基础知识
10
燃烧过程
11
结论：膨胀
发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一 个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于 放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体 的吸热量大于放热量。 膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损 失。 膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀 和热量利用越充分。
发动机原理与汽车理论 发动机原理基础知识
2
课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
原子数，单：k=1.67，双：cvk=1.4，三：k=1.3。
根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均 压力为：
pt
k 1
p1
k 1
1
k
1t
影响因素
定容加热循环。
由4个热力过程组成:（ρ=1）
循环净功为W 。
将ρ=1代入混合加热循环计算式中。
定容加热循环的热效率为：
t
1
1
k 1
定容加热循环的平均压力为： pt
k p1
1 k 1
1t
影响因素
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4.理想循环的影响因素
（1）压缩比ε。ε提高,循环热效率ηt和平均压力pt提高。因 为ε提高，可以提高压缩终了的温度和压力，在定容加热量一定 时，缸内最高压力提高，使膨胀功增加。
(2）压力升高比λ和预胀比ρ。在定容加热循环中，压力升高比 λ增加，循放加热量增加(在ε一定时)，使循环净功W0和循环放 热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力提高； 在混合加热循环中(在ε和总加热量一定时) ，λ提高，预胀比 ρ减小，循环热效率和平均压力提高。
第2章发动机实际循环与评价指标
一、四冲程发动机理想循环
四冲程发动机的工作过程由进气、压缩、燃烧膨 胀、排气四个过程组成。理想循环的基本假设： （1）缸内热力系统为闭口系统； （2）加热过程为定容或定压加热，放热简化为定容 放热过程； （3）压缩和膨胀过程近似为绝热过程； （4）工质为理想气体； （5）气缸内无摩擦损失，简化为可逆过程；
3.指示热效率和指示燃油消耗率
指示热效率指实际循环指示功与所消耗的 燃油热量的比值 热功当量
Wi 3.6 10 kJ 3.6 6 it 10 g i hn Q g i hn kJ 1000
3
it
的范围一般是 柴油机 0.43～0.50 汽油机 0.25～0.40
1千瓦.小时的功 需要消耗的热量
三种基本循环的比较
柴油机，在工作条件一定时，其压缩比 也基本上确定，但是其压缩比一般较高，其 压缩终了压力也较高，为避免其工作粗暴、 噪声及振动，必须控制其最高压力。因此应 按一定的最高压力为条件来比较其各种理想 循环的热效率。
二、四冲程发动机的实际循环
1.进气过程 进气过程中进气终点的压力和 温度的范围: ／P0 ／K 汽油机 0.80～0.92 340～380 柴油机 0.80～0.95 300～340
根据加热方式的不同 发动机理想循环分类
定容循环 定压循环 混和循环
1、定容循环
1 - 2 绝热压缩 2 - 3定容加热 3 - 4绝热膨胀 4 - 1定容放热
吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高热效率的 重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循环的指导。
2、定压循环
1 - 2 绝热压缩 3 - 4绝热膨胀
问2：柴油机采用哪种形式的加热循环
热工基础与发动机原理第2章
• 5）发动机工作温度 • 发动机的工作温度直接影响润滑油的工作温度，而随润滑油温度的提
高，其黏度减小。发动机的工作温度过高或过低，就会使润滑油的黏 度过小或过大，均会导致机械损失增加，机械效率下降。同时，温度 过高有时使润滑油变质。因此，使用中应尽量保持发动机正常的工作 温度，一般为80℃~95℃。此外，发动机的工作温度也直接影响混合 气的形成及燃烧过程。发动机工作温度过低，燃料不易蒸发，混合气 形成不良，不完全燃烧损失增加，指示功率减小，使机械效率下降。 而温度过高，则会导致燃烧过程不正常，汽油机易发生爆燃，也会使 指示功率减少，机械效率下降。
，每小时耗油量为 GT （kg/h），则指示燃油消耗率为
Pi （kW）
gi
GT Pi
10 3
指示燃油消耗率是评定发动机实际循环经济 性的重要指标之一
9
• 4．指示热效率
• 指示热效率是指发动机实际循环指示功与所消耗热量之比，即
i
Wi Q1
• Q1 为做 Wi 指示功所消耗的热量，按所消耗的燃料量与燃料的热值 来计算，燃料的热值是指单位质量的燃料燃烧后放出的热量，其数值 取决于燃料本身的性质。
19
• 3．影响机械效率的因素
• （1）点火提前角或供油提前角 • 汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角直接影响实际循环指示功
和缸内最高压力。汽油机的点火提前角和柴油机的供油提前角不易过 大或过小，必须根据发动机的转速和负荷等合理选择。 • （2）发动机转速 • 随发动机转速提高，各摩擦表面间的相对运动速度加大，摩擦损失增 加；同时由于转速上升而引起运动件的惯性力加大，致使活塞侧压力 和轴承负荷增加，也会使汽缸和活塞的摩擦损失增加。此外，转速提 高，还会使泵气损失及驱动附件的机械损失增加。所以，随发动机转 速提高，机械损失功率增加，机械效率下降。根据试验统计，机械损 失功率与转速平方近似成正比，所以转速越高，机械效率下降越快， 如图2-3所示。这也成为通过提高转速来强化发动机动力性的一大障 碍。
发动机的工作循环详解
发动机的工作循环详解发动机是现代交通运输和工业生产中不可或缺的重要设备，相信大家对于发动机已经有一定的了解。
本文将详细介绍发动机的工作循环，帮助读者更深入地理解发动机的工作原理和性能。
一、工作循环的概念工作循环是发动机在工作过程中气缸内空气燃烧的完整过程，分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
这四个阶段按照一定的顺序循环进行，保证发动机能够正常工作。
二、进气阶段进气阶段是指发动机在工作过程中通过气门将外界空气引入气缸内。
在进气阶段，活塞向下运动，气门打开，气缸内的压力低于外界，空气通过进气道进入气缸，同时混合气也随之形成。
三、压缩阶段压缩阶段是指进气阶段之后，活塞向上运动将气缸内的空气压缩。
在压缩阶段，气门关闭，活塞向上移动，使得气缸内的空气被压缩，同时温度也随之升高。
压缩的目的是为了提高空气的温度和压力，以利于后续的燃烧过程。
四、燃烧阶段燃烧阶段是指压缩阶段之后，点火塞点火引燃空气和燃油混合物，产生爆发力推动活塞向下运动。
在燃烧阶段，点火塞发出火花将混合气点燃，产生高温和高压的气体，燃烧产物通过气缸的推动活塞向下运动，同时驱动曲柄轴输出动力。
五、排气阶段排气阶段是指燃烧阶段之后，气缸内废气通过排气门排出。
在排气阶段，活塞向上运动，排气门打开，高温废气通过排气道排出气缸。
废气的排出让气缸内重新形成低压状态，为下一个工作循环的进气阶段做好准备。
六、工作循环的影响因素发动机的工作循环受到多个因素的影响：1. 排量：发动机的排量决定了每个循环气缸内可进入的空气和燃油混合物的体积大小，从而影响燃烧过程的效果。
2. 汽缸数：汽缸数越多，每个循环中燃烧室内的混合气体和废气排出的效率越高。
3. 气门间隙：气门间隙对于气门的开启和关闭时间有重要影响，过大或者过小的气门间隙都会影响进气和排气的效果。
4. 点火方式：点火方式的选择直接影响到燃烧效率，目前主要有电火花点火和压缩火花点火两种方式。
5. 混合气浓度：混合气的浓度对燃烧效果有很大影响，过浓或者过稀的混合气都会影响发动机的性能。
发动机的理想循环
1.1 发动机理想循环发动机的工作循环是指在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转换为机械能的一系列连续过程。
由于发动机实际循环的所有热力过程都是非常复杂的，为便于分析，根据实际工作过程所表现的特征，将其简化。
1、工质是理想气体,其比热视为定值；2、工质与外界无质量交换，不计进、排气过程及其流动损失；3、工质的压缩和膨胀过程均为绝热过程，不计缸壁传热、漏气等热损失；4、燃烧过程为外界高温热源以定容过程、等压过程向工质加热，排气过程用定容放热过程代替。
5、构成循环的各个过程均是可逆的。
一、理论循环1、定容加热循环循环加入到气缸中的热量是在定容情况下加入的。
汽油机因混合气燃烧非常迅速，其实际循环很接近定容加热循环。
定容加热循环的热效率随压缩比和指数的增大而增大，平均压力随压缩始点压力等的增大而增大。
热效率：提高热效率方法：提高循环的压缩比提高循环的最高温度2、定压加热循环低速柴油发动机和空气喷射式柴油发动的工作过程均近似于定压循环。
它与定容循环的不同之处不于加热过程是在定压条件下进行的。
热效率：提高热效率方法：提高循环的压缩比降低循环的预胀比提高循环的最高温度3、混合加热循环每循环加入到气缸中的热量分为两部分，一部分是在定容情况下加入，另一部分是在等压情况下加入。
高速柴油机的实际循环很接近混合循环。
混合加热循环的热效率随压缩比、压力升高比的增大而增大，随预胀比的增大而减小。
而循环平均压力随压缩始点压力等的增大而增大。
热效率：提高热效率方法：提高循环的压缩比降低循环的预胀比降低循环的预胀比提高循环的最高温度1.2发动机实际循环发动机的实际循环比理论循环复杂得多，分析实际循环进行的具体情况，可了解它与理论循环之间的差异及其各项热损失，指出提高实际循环批示功和热效率的方向。
一、实际循环四冲程发动机是由曲轴旋转两圈完成一个实际工作循环，分为进气、压缩、作功和排气四个行程。
以汽油机为例，其工作过程如下图所示。
具体分析循环的压力、温度等。
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汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
2.1.1 对发动机实际工作过程的简化
定容加热循环（汽油发动机） • 1 - 2 绝热压缩 2 - 3定容加热 3 - 4绝热膨胀 • 4 - 1定容放热
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
2.1.1 对发动机实际工作过程的简化
•
定压加热循环（低速柴油机）
T 2 p T 2m T 2v T 1p T 1m T 1v
• 1 - 2 绝热压缩 2 - 3定压加热 3 - 4绝热膨胀
• 4 - 1定容放热
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
2.1.1 对发动机实际工作过程的简化
•
混合加热循环（高速柴油发动机）
• 1 - 2 绝热压缩 2 - 3定容加热 3 - 4定压加热 4 5绝热膨胀 5 - 1定容放热
汽车发动机原理
p2
定压预胀比 — cutoff ratio v4
v3
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
2.循环热效率
t
wnet q1
wnet w12 w23 w34 w45 w51
w12 w34 w45
Rg
1
T1
1
p2 p1
1 (
1
v1
1)]t
p1[ 1 ( 1)]t ( 1)( 1)
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
定压加热理想循环—Diesel cycle
v1
v2
v3
v2
t
1
q2 q1
q2 cV T4 T1
t
1
T4
T3
q2v q2m q2 p
tv tm tp
T 2v T 2m T 2 p T 1v T 1m T 1p
汽车发动机原理
循环pmax，Tmax相同时的比较
第二章 发动机的理论循环
q2 p q2m q2v q1p q2m q2v
tp tm tv
（1）缸内热力系统为闭口系统。由于进气过程和排 气过程中工质的状态参数变化不大，故热力计算 时，可不考虑换气过程。
（2）排气过程简化为定容放热过程；燃烧过程简化 为等容加热、等压加热和混合加热过程；
（3）压缩和膨胀过程近似为绝热过程； （4）工质为理想气体，整个循环工质成分不变，物
性参数为定值； （5）气缸内无摩擦损失，简化为可逆过程；
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
第2章 发动机的理论循环
2.1 四冲程发动机理论循环的计算
▼
2.2 理论循环热效率和平均指示压力的影响因素
▼
2.3 理论循环热效率比较
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
2.1 四冲程发动机的理论循环的计算
四冲程发动机的工作过程由进气、压缩、燃烧膨胀、 排气四个过程组成。理想循环的基本假设：
归纳：a.吸热前压缩气体，提高平均吸热温度是提高 热效率的重要措施，是卡诺循环，第二定律对实际循 环的指导。
b.利用T-s图分析循环较方便。 c.同时考虑q1和q2或T1m和T2m平均。
汽车发动机原理
2.3 效率比较
第二章 发动机的理论循环
压缩比相同，吸热量相同时的比较
q1v q1m q1p
v4 v3
T1 1
5 1
有
T5
T1
p5 p1
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
求 p5 因 p1v1 p2v2 p5 v5 p4v4 两式相除，考虑到
p1
p4 p3 v1 v5 v2 v3
p5 p1
p4 p2
v4 v3
p3 p2
v4 v3
T5
T1
p5 p1
T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
t
1
1
1
1
1
ptm
q1t
vh
cv 1[
q2 cV T4 T1
1t 1
t
1 q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
1
1
1
1
1
1
1
汽车发动机原理 2.2 影响因素分析 第二章 发动机的理论循环
a) t b) t c) t
T1 T2
t
1
1
1
1
Байду номын сангаас
q1 cp T3 T2
1 t
1
1
1
1
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
对定容加热循环的情况
v1
v2
p3
p2
q1 cV T3 T2
第二章 发动机的理论循环
2.1.2 计算
混合加热理想循环（dual combustion cycle）
12 等熵压缩；23 等容吸热； 34 定压吸热；45 等熵膨胀； 51 定容放热
压缩比—compression ratio
v1 v2
定容增压比—pressure ratio p3
1
p3
v4
v3
Rg
1T4
1
p5 p4
1
或 wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
汽车发动机原理
第二章 发动机的理论循环
t
1 q2 q1
1 T3
T5 T1
T2 T4
T3
利用、、表示t
1 2
有
T2
T1
v1 v2
1
T1 1
23
有
T3
T2
p3 p2
T1 1
34
有
T4
T3