第3章 内燃机的工作循环

（3）热量变换； 热量变换；
Tw 4 h dQ k T 4 b = A{a (Re) (T − T w ) + c[( ) −( ) ]} dθ D 100 100 6n
44
（4）放热规律； 放热规律；
dQ B dx m + 1 ϕ − ϕ0 = H u g bη u = H u g bη u 6.908 dϕ dϕ ϕz ϕz −e
28
l0 =
(c +
h − 2) × (32 + 3.773 × 28) 34.41 × (4c + h − 2o) 4 = c × 12 + h × 1 + o × 16 12c + h + 16o
柴油：14.3，汽油： 柴油：14.3，汽油：14.7 燃空比
（二）燃料的热值 在101.3kPa、298.15K条件下，每千克燃料完 101.3kPa、298.15K条件下， 条件下 全燃烧所放出的热量称为燃料的热值。 全燃烧所放出的热量称为燃料的热值。 定容燃烧弹法 高热值、低热值 高热值、
（二）柴油的理化性质 含碳85％－88％，含氢12％－13.6%； 含碳85％－88％，含氢12％－13.6%； 85％－88％，含氢12％－13.6% 自燃性：无外源点火的情况下， 自燃性：无外源点火的情况下，柴油自行着 火的性质。自燃温度。 火的性质。自燃温度。 十六烷值：正十六烷，100；α－甲基萘，0。 十六烷值：正十六烷，100； 甲基萘， 按比例。 按比例。 低温流动性：浊点， 低温流动性：浊点，凝点 柴油牌号： 柴油牌号：0号，－20号 ，－20号 20
需要补充的方程： 需要补充的方程： （1）气缸工作容积； 气缸工作容积；
V=
π D2
4
{
S S 1 π 1 π + [(1 + ) − (cos( 1 − λ 2 sin 2 ( θ)+ θ ))]} ε −1 2 λ λ 180 180
（2）气体流动； 气体流动；
dme ,e 1 = µ s ,e As ,eψ s ,e p I ρ I dϕ 6n
κ
10
等容加热循环
循环热效率
ηt = 1 −
1
ε c k −1
11
混合加热循环
12
循环热效率
λ p ρ0κ − 1 1 ηt = 1 − κ −1 ε c λ p − 1 + κλ p ( ρ0 − 1)
其中， 为压缩比， 其中，ε c 为压缩比， 为压力升高比， λ p = p3 / p2 λ p 为压力升高比， 为初始膨胀比， ρ 为初始膨胀比， ρ = v / v
3、缸内实际工作过程的计算； 缸内实际工作过程的计算； 压缩期、燃烧期、膨胀期、 压缩期、燃烧期、膨胀期、换气过程
第三章 内燃机的工作循环
概括介绍内燃机的工作循环：进气、压缩、 概括介绍内燃机的工作循环：进气、压缩、 膨胀、排气。 膨胀、排气。 概念：内燃机的工作循环是周期性地将燃料 概念： （化学能）燃烧所产生的热能转变为机械能 化学能） 的过程，由活塞往复运动形成的进气、压缩、 的过程，由活塞往复运动形成的进气、压缩、 膨胀和排气等有序联系和重复进行的过程组 成。
37
实际燃烧过程： 实际燃烧过程： 1、燃烧速度的有限性 （1）压缩负功增加 （2）最高压力下降 （3）膨胀功减少
38
2、不完全燃烧损失 理论： 理论：完全燃烧 实际：很少燃油附着在燃烧室壁面、熄火等， 实际：很少燃油附着在燃烧室壁面、熄火等， 未完全燃烧 高温分解
39
第四节 内燃机工作过程的热力学模型
25
二、燃烧热化学
（一）化学计量空燃比 定义：燃料中所有碳、 定义：燃料中所有碳、氢完全转化为二氧化 碳和水，所需的空气和燃料的质量比称为该 碳和水， 燃料的化学计量空燃比。 燃料的化学计量空燃比。 求解：列出相应的化学反应方程式。 求解：列出相应的化学反应方程式。
h o h h o C c H h Oo + c + − (O2 + 3.773N 2 ) = cCO2 + H 2 O + 3.773 c + − N 2 4 2 2 4 2
0
0
4
3
13
四、循环特征分析
1、循环热效率与压缩比有关； 循环热效率与压缩比有关； 2、增大压力升高比可以增加混合加热循环中 等容部分的加热量； 等容部分的加热量； 3、增加初期膨胀比，使等压部分加热量增加， 增加初期膨胀比，使等压部分加热量增加， 将导致混合加热循环热效率降低； 将导致混合加热循环热效率降低； 4、所有提高内燃机理论循环热效率的措施， 所有提高内燃机理论循环热效率的措施， 增加进气压力，降低进气温度， 增加进气压力，降低进气温度，增加循环供 油量，均有利于提高循环平均压力。 油量，均有利于提高循环平均压力。
m ϕ −ϕ 0 − 6.908 ϕ z
m +1
（5）工质物性。 工质物性。
Cp R = a1T +a 2T + a 3 + a 4T + a 5T + a 6T + a 7T
2 3 −2 −1 4
h T T2 T3 T 4 b1 −2 −1 = -a1T +a 2T ln T + a 3 + a 4 + a 5 + a6 + a7 + RT 2 3 4 5 T
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第二节 内燃机的燃料及热化学
一、内燃机的燃料 燃料的重要性 （一）石油基燃料 1、元素：碳、氢；少量氧、氮、硫等； 元素： 少量氧、 硫等； 2、组成：烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃等； 组成：烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃等；
18
97#汽油族组成分析 97#汽油族组成分析
烷烃（ 烷烃（Wt%） 40.49 NC1 NC2 NC3 NC4 NC5 NC6 NC7 NC8 NC9 NC10 NC11 NC12 NC13 0 0 0 1.59 2.63 0.92 1.36 0.36 0.09 0.07 0.07 0.07 0 iC4 iC5 iC6 iC7 iC8 iC9 iC10 iC11 iC12 iC13 1.42 16.64 7.61 4.29 1.68 0.2 0.88 0.47 0.14 0 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 环烷烃（ 环烷烃（Wt%） 17.48 13.55 1.6 1.91 0.13 0 0.09 0.2 0 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 芳烃（ 芳烃（Wt%） 25.8 0.92 11.14 3.23 7.09 2.67 0.75 0 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O10 O11 烯烃（ 烯烃（Wt%） 16.23 0 0 6.17 6.94 2.01 0.94 0 0.11 0.05 0
1
首先在进气过程吸入新鲜空气， 首先在进气过程吸入新鲜空气，或空气与燃 油的混合气， 油的混合气，活塞压缩使气缸内工质的压力 和温度升高到一定的程度， 和温度升高到一定的程度，然后由火花点火 或压燃着火燃烧释放出热能，推动活塞运动 或压燃着火燃烧释放出热能， 转化为机械功输出。 转化为机械功输出。燃烧做功后的排气排出 气缸，继续下一个循环。 气缸，继续下一个循环。
41
二、求解步骤 1、模型假定； 模型假定； 2、基本微分方程组； 基本微分方程组； 应用热力学第一定律、 应用热力学第一定律、质量守恒定律以及气 体状态方程。 体状态方程。
42
dT = dϕ
dQ w dm s dm e dQ B 1 ∂u dλ dV dm + − p + −m hs + he − u dϕ ∂λ dϕ dϕ dϕ dϕ dϕ dϕ ∂u m ∂T dm s dm e dm B dm = + dϕ dϕ dϕ dϕ pV = mRT
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（三）汽油的理化性质 1、挥发性：汽油馏出的温度范围称为馏程。 挥发性：汽油馏出的温度范围称为馏程。 衡量：饱和蒸气压。 衡量：饱和蒸气压。 2、抗爆性：燃料对于发动机发生爆燃的抵抗 抗爆性： 能力。衡量：辛烷值。 能力。衡量：辛烷值。 异辛烷，100；正庚烷， 异辛烷，100；正庚烷，0。 汽油牌号：90，93，97。 汽油牌号：90，93，97。
2
3
4
第一节 内燃机的理论循环
一、概念：根据内燃机所使用的燃料、混合 概念：根据内燃机所使用的燃料、 气形成方式、缸内燃烧过程（加热方式） 气形成方式、缸内燃烧过程（加热方式）等 特点，把火花点火发动机的实际循环简化为 特点， 等容加热循环， 等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循环 循环 简化为混合加热或等压加热循环， 简化为混合加热或等压加热循环，这些循环 混合加热 循环 称为内燃机的理论循环。 称为内燃机的理论循环。
内燃机工作过程的数值模拟： 内燃机工作过程的数值模拟：重要 内燃机的进排气流动， 内燃机的进排气流动，内燃机缸内的热力学 过程
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一、热力学模型，零维模型，基本思路：从 热力学模型，零维模型，基本思路： 内燃机各系统内所发生的物理过程出发， 内燃机各系统内所发生的物理过程出发，用 常微分方程对各系统的实际工作过程进行数 学描述，通过编制计算机程序，以求得到气 学描述，通过编制计算机程序， 缸内各参数随时间（或曲轴转角） 缸内各参数随时间（或曲轴转角）的变化规 律，然后再通过相应的计算公式，计算出发 然后再通过相应的计算公式， 动机的宏观性能参数。 动机的宏观性能参数。
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五、实际工作条件限制
1、结构强度的限制：考虑可靠性和使用寿命 结构强度的限制： 2、机械效率的限制：摩擦损失、惯性力增加 机械效率的限制：摩擦损失、 3、燃烧方面的限制：爆燃，表面点火 燃烧方面的限制：爆燃， 4、排放方面的限制：空燃比、压缩比、NOx 排放方面的限制：空燃比、压缩比、 等。 柴油机压缩比在12－22之间， 柴油机压缩比在12－22之间，最高爆发压力 12 之间 不超过14MPa。 不超过14MPa。 14MPa