第二章内燃机工作过程热力计算
内燃机的计算公式
内燃机的计算公式内燃机这玩意儿，咱可得好好说道说道它的计算公式。
先来说说内燃机的工作原理哈，简单来讲就是燃料在气缸里燃烧，产生高温高压气体，推动活塞做功。
这过程中涉及的计算公式那可不少。
比如说，功率的计算公式 P = W / t ，这里的 P 表示功率，W 表示功，t 表示时间。
就像我之前观察过汽车发动机的维修过程，师傅们要通过这个公式来判断发动机输出功率是否正常。
那发动机轰轰响着，师傅拿着检测设备，一脸严肃地记录数据，嘴里还念叨着：“这功率要是不够，车子跑起来可就没劲儿咯。
”再看热效率的计算公式η = 1 - Q2 / Q1 。
其中，η 是热效率，Q1 是燃料燃烧放出的总热量，Q2 是各种热量损失的总和。
这公式可重要啦！记得有一次参加科普活动，专家给我们讲解内燃机的发展，就着重提到了提高热效率是内燃机不断改进的关键。
他说：“要是能把热效率提上去，那不仅能省油，还能减少对环境的污染呢！”还有扭矩的计算公式 T = F × r ，T 是扭矩，F 是力，r 是力臂。
这扭矩啊，决定了内燃机的动力性能。
我有个朋友特别喜欢研究汽车，有一回他兴奋地跟我说：“我发现那台新车的扭矩可大了，开起来肯定带劲！”我问他咋知道的，他就指着那些参数，给我讲起了这个公式。
另外，压缩比的计算公式ε = V1 / V2 ，V1 是气缸总容积，V2 是燃烧室容积。
压缩比的大小对内燃机的性能影响也很大。
在学习和理解这些计算公式的时候，可不能死记硬背，得结合实际去琢磨。
就像我那次看到师傅修发动机，通过实际的数据运用公式来找出问题，这才真正明白了公式的意义。
总之，内燃机的这些计算公式，虽然看起来有点复杂，但只要咱用心去学，结合实际去理解，就能掌握其中的奥秘，也能更好地了解内燃机的工作原理和性能特点。
以后再看到各种各样的内燃机，咱心里就有底啦，说不定还能自己动手算算，看看它到底性能咋样！。
内燃机工作过程计算指导书
.内燃机工作过程计算一、 内燃机实际工作过程的数值计算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。
③气体流入或流出的气流为准稳定流动。
④不计进气系统内压力和温度波动的影响。
⑴能量平衡方程式根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dWh h d d d d d d φφφφφφ=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓()(,).1()()w s e B s d mu du dmm u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφλφφφφφφφλφ=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂QQ ⑵质量平衡方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：s eB dm dm dm dm d d d d φφφφ=++ ⑶气体状态方程式pV mRT=⑷气缸工作容积21[1cos (121(sin 2180h sh s V V V dV d φελπφλφ=+-+-=+h V 气缸工作容积（3m ）V 气缸瞬时容积（3m ）s λ 曲柄连杆比（2s SLλ=） dVd φ气缸容积变化率 （3m /度）⑸传热计算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。
内燃机做功的简单计算公式
内燃机做功的简单计算公式内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的设备，它是现代工业中不可或缺的能源转换设备之一。
内燃机的工作原理是利用燃料在燃烧室中燃烧产生热能，然后通过活塞的往复运动将热能转化为机械能。
内燃机做功的计算是内燃机工作过程中的重要问题之一，下面我们来介绍一下内燃机做功的简单计算公式。
内燃机做功的计算公式可以通过以下步骤来推导：首先，我们知道内燃机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，然后利用这些气体推动活塞的往复运动，从而产生机械能。
内燃机的做功可以通过活塞的往复运动来计算，活塞的做功可以通过活塞上的压力和活塞的位移来计算。
假设活塞在内燃机工作过程中的位移为s，活塞上的压力为P，那么活塞所做的功可以通过以下公式来计算：W = P s。
其中，W表示活塞所做的功，P表示活塞上的压力，s表示活塞的位移。
这个公式表明，活塞所做的功与活塞上的压力和活塞的位移有关，当活塞上的压力或活塞的位移增大时，活塞所做的功也会增大。
在内燃机工作过程中，活塞所做的功可以通过活塞上的压力和活塞的位移来计算，而活塞上的压力可以通过燃料在燃烧室中燃烧产生的高温高压气体来计算，活塞的位移可以通过活塞的往复运动来计算。
因此，内燃机做功的计算可以通过活塞上的压力和活塞的位移来计算。
在内燃机工作过程中，活塞上的压力和活塞的位移是随着时间变化的，因此内燃机做功的计算是一个动态过程。
我们可以通过积分的方法来计算内燃机在一个工作周期内所做的功，假设内燃机在一个工作周期内的压力和位移分别为P(t)和s(t)，那么内燃机在一个工作周期内所做的功可以通过以下公式来计算：W = ∫P(t) s(t) dt。
其中，W表示内燃机在一个工作周期内所做的功，P(t)表示内燃机在时间t时的压力，s(t)表示内燃机在时间t时的位移，积分符号表示对时间t进行积分。
这个公式表明，内燃机在一个工作周期内所做的功与内燃机在整个工作周期内的压力和位移的变化过程有关，当内燃机在整个工作周期内的压力或位移增大时，内燃机在一个工作周期内所做的功也会增大。
第2章 内燃机的工作指标
平均指示压力是从实际循环的角度评价发动机气缸工作容 积利用率高低的一个参数。平均指示压力是衡量发动机实 际循环动力性能的一个很重要的指标。
在标定工况下取值范围：
柴油机：
四冲程非增压 0.6～0.95MPa
四冲程增压 0.85～2.6MPa
二冲程
0.35～1.3MPa
汽油机：
四冲程摩托车用 0.9～1.43 MPa 四冲程小客车用 0.65～1.25MPa 四冲程载货车用 0.6～0.85 MPa 二冲程小型风冷 0.4～0.85 Mpa
工质（气体）推动活塞做功定为作正功 “＋” 活塞推动工质（气体）做功定为作负功 “－”
进气过程 正功 “＋” 压缩过程 负功 “－”
膨胀过程 正功 “＋” 排气过程 负功 “－”
11
指示功
指示功的大小可以由p—V图中闭合曲线所占有的面积求得
12
指示功
非增压
增压
四冲程非增压发动机
指示功面积 Fi Fi F1 F2
者致力以求的奋斗目标，因而PL是评定一台发动机整机动力性能和 强化程度的重要指标之一。
29
目前内燃机的pme和PL值一般在下列范围内：
pme/MPa
➢ 农用柴油机 ➢ 汽车用柴油机 ➢ 强化高速柴油机 ➢ 固定船用户速柴油机 ➢ 四冲程摩托车用汽油机 ➢ 四冲程小客车用汽油机 ➢ 四冲程载货汽车用汽油机 ➢ 四冲程小型风冷汽油机
Fi 示功图面积，可以用求积仪或计算方法求得
a:纵坐标比例：Pa/cm N / m2 / cm b:横坐标比例：cm3 / cm 1m3 106cm3
15
2.平均指示压力 pmi
指示功反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量， 它除了和循环中热功转换的有效程度有关外，还和气缸容积的大小有关。 为了能更清楚地对不同工作容积发动机工作循环的热功转换有效程度作比 较，引出了平均指示压力的概念。
第二章内燃机工作过程热力计算
实际循环与理论循环区别 燃烧损失
泄漏损失
1、实际工质 2、传热损失和流动损
失
3、换气损失 4、燃烧损失 5、泄漏损失
T =10
本题取 T =10
第二节 内燃机实际工作过程热计算
1、参数选择 • 根据类似柴油机的实验数据和统计资料，结合本柴油机的
具体情况，可以选定：
• （1）过量空气系数： α =1.65 • 高速非增压额定工况的过量空气系数，一般均推荐1.6-
1.9（直接喷射式）,选择的原因如下： • （a）有利于燃烧过程迅速地完成，增加燃烧产物中的二
2)工质为理想气体，其比热容、内能仅与气体的温度和气 体的组成有关。
3)气体流入与流出气缸为准稳定流动，不计流入或流出时 的动能。
4)缸内工质在封闭过程中无泄漏。
第三节 柴油机工作过程数值计算
一. 基本微分方程
第二节柴油机工作过程数值计算
1、能量守恒方程
1、能量守恒方程
（1）
1、能量守恒方程
第二节 柴油机工作过程数值计算
内燃机工作过程数值计算
第一节 概论
第二节 内燃机实际工作过程热计算
第三节 柴油机实际工作过程的数值计算
一. 基本微分方程
二. 气缸内实际工作过程的计算
三. 边界条件的确定
第四节 汽油机实际工作过程的数值计算
第五节 数值计算软件介绍
第二节 内燃机实际工作过程热计算
5.燃烧过程 Hu xHu Qw
推导柴油机燃烧方程式
内燃机原理第二章内燃机的工作循环
②工质比热变化 t
a. 理想循环工质的比热是不随温度变化的，
实际工质（空气和燃气的混合物）的比热随温度上升而上 升。
b. 理想的双原子气体（ O2 ，N2，空气等）比热比实际的多原 子燃气（CO2，H2O，SO2等）比热小。
c—z 为定压加入热量Q1Q1; z—b 为绝热膨胀；
b—a 为等容释放热量Q2。 定压加热过程的容积变化用初膨胀比
容循环。
Vz Vc
表示,其它同等
图2（a）为混合循环 a → c 为绝热压缩； c → z 为定容加入热量Q'1; y → z 为定压加热量Q''1; z → b 为绝热膨胀； b → a 为等容释放热量Q2。 由热力学知,混合循环
（5）当ε
： 相同时
>
t ,v
t ,vp
t,p
（6）当pz相同，Q1相同, ε 不相同时， t, p t,vp t,v
这是因pz不变时，等压循环的ε 最大，而等容循环的ε
最小之故。
2.2 涡轮增压内燃机的理想循环 在非增压的内燃机中，工质只膨胀到b点，然后由b点等容
放热至a点，损失了排气中的一部分热能，如果工质由Pz一直 膨胀到Pa ,即在b点后继续膨胀至 g 点，如图2－2所示，那么这 种循环，比无涡轮增压循环要来的完善，它在相同的加热条件 下，多获得一部分功（b—g），使 t 提高了。我们称这种循 环为继续膨胀循环。
理论上，定压涡轮的效率小于脉冲涡轮的效率。 在实际发动机中，因脉冲涡轮的效率较之定压涡轮的要低， 因此，当π k<2.5时，常采用脉冲涡轮增压，
内燃机工作过程及性能分析
内燃机工作过程及性能分析内燃机是一种将化学能转化为机械能的热力机。
其工作过程包括进气、压缩、燃烧和排气四个基本过程。
在这个过程中，内燃机通过燃烧燃料使气体膨胀，利用这种膨胀产生的压力做功，最终驱动设备运转。
本文将分析内燃机的工作过程和性能。
一、进气过程进气过程是内燃机工作的第一步。
在汽油机中，进气门开启后，活塞行程朝下，缸内呈大气压，进气门打开后，缸内气压迅速降低，外界大气压迫使空气进入缸内。
而在柴油机中，缸内是高压的，进气门打开后，外界大气压力迫使空气进入缸内。
进气门在活塞行程末尾关闭，进气过程结束。
二、压缩过程压缩过程是内燃机工作的第二步。
活塞行程从下向上运动，气缸内的空气被压缩，气体温度和压力逐渐升高。
这个过程中，汽油机的压缩比较低，一般为8-12，而柴油机的压缩比较高，一般为16-24。
三、燃烧过程燃烧过程是内燃机工作的第三步。
在汽油机中，混合气在压缩过程中被点火火花点燃，形成火焰蔓延，驱动活塞向下运动，同时释放出大量的能量。
而在柴油机中，燃料在很高的压力条件下被喷射进入高温高压的缸内，通过自燃来实现燃烧。
燃烧产生的热量使气体膨胀，推动活塞向下运动。
四、排气过程排气过程是内燃机工作的最后一步。
活塞靠近上死点时，排气门开启，废气在高温高压的情况下被排出气缸。
然后，气缸再次回到进气过程，开始新一轮的工作。
内燃机的性能分析主要包括热效率和机械效率两个方面。
热效率是指内燃机中可被转化为机械功的化学能的比例。
热效率的计算公式为：热效率=输出功/输入热量。
其中，输出功指的是内燃机输出的有效功率，输入热量是燃料燃烧释放的总热量。
一般来说，汽油机的热效率为30%左右，柴油机的热效率可以达到40%以上。
热效率的提高对于节约能源和降低环境污染具有重要意义。
机械效率是指内燃机在转化化学能为机械能时的损失比例。
它包括传动损失、摩擦损失以及各种机械部件的损失等。
机械效率的计算公式为：机械效率=输出功/输入功。
机械效率的提高对于提高内燃机的工作效率和可靠性非常重要。
内燃机的热效率
内燃机的热效率一、引言内燃机是现代交通工具的重要动力源，其热效率是衡量发动机性能的重要指标之一。
本文将从内燃机热效率的定义、计算公式、影响因素及提高方法等方面进行分析。
二、内燃机热效率的定义内燃机的热效率指在单位时间内从燃料中释放出来的能量与输入到发动机中的能量之比，即：η = Qout / Qin其中，Qout为输出功率，即发动机输出能量；Qin为输入功率，即发动机输入能量。
三、内燃机热效率的计算公式1. 理论热效率理论热效率是指在理想状态下，所有化学反应都是完全反应，并且没有任何能量损失的情况下所得到的最大可能转换效果。
对于内燃机而言，其理论热效率可由以下公式计算：ηth = 1 - (1 / r)其中，r为压缩比。
2. 实际热效率实际上，在实际运行过程中，内燃机会存在一定程度上的能量损失。
因此，其实际热效率通常低于理论值。
实际上，内燃机的实际热效率可以通过以下公式计算：ηa = (Pout × 3600) / (Qin × Gf)其中，Pout为输出功率；3600为时间单位转换系数；Gf为燃料消耗量。
四、影响内燃机热效率的因素1. 压缩比压缩比是指进气冲程与压缩冲程之间的体积比。
在一定范围内，压缩比越大，则理论热效率越高。
但是，过高的压缩比会导致爆震现象的发生，从而影响发动机性能。
2. 点火提前角点火提前角是指点火系统提前于活塞到达上止点时将混合气点燃的时间差。
适当调整点火提前角可以使得混合气在最佳状态下进行燃烧，从而提高发动机效率。
3. 燃油质量和喷油量在相同的运行条件下，质量更好、更纯净的燃油可以更好地完成混合气组成和燃料完全燃烧。
同时，适当调整喷油量也可以使得混合气在最佳状态下进行燃烧，从而提高发动机效率。
4. 发动机转速在一定范围内，发动机转速越高，则理论热效率越高。
但是，过高的转速会导致机械损耗增加、燃油消耗量增加等问题。
五、提高内燃机热效率的方法1. 优化点火系统通过调整点火提前角和点火时机等参数，使得混合气在最佳状态下进行燃烧，从而提高发动机效率。
第2章 缸内热力过程计算
dV 瞬时工作容积： d
2.2.1燃烧过程的放热规律 由于柴油机的燃烧过程极为复杂，燃烧放热率的函数形式显然 是极为复杂的，它与燃烧的物理、化学过程，发动机的结构参 数及运行参数等众多因素有关，难于用一个精确的数学方程式 进行描述。目前确定燃烧放热率常用下列几种方法：
1）利用现有柴油机的实测示功图进行数值分析，计算出燃烧放 热率，以此作为已知输入数据进行工作过程计算。
3）准维燃烧模型。它是从实际燃烧的物理、化学过程出发， 建立简化的燃烧模型，模型考虑燃烧过程的中间细节，如油束 的形成和发展，油滴与空气的相对运动、气缸内工质温度分布、 油滴及油气浓度分布等因素，划分区域进行计算，这种模型较 为接近实际燃烧过程，常见的有：气相喷注燃烧模型和油滴蒸 发燃烧模型等。 4）多维模型。它是将燃烧室空间划分成足够多的且随实际过 程进行而相应“压缩”、“膨胀”的立方网格，在每个网格上 建立Navier-Stocks方程，然后求解这些成千上万个方程的偏 微分方程组。目前国外比较流行使用KIVA软件来对缸内过程建 立多维模型。
m mL mf
dm f m f dmA d m d dmL dm dm f d d d
dm dmE dmA d d d
dmL mL dm f 1 d m d Lm f 0 f 1 dm dmA 1 dmL L0 m f d d L0 m f d d m 1 d L0 m f
缸内某时刻的燃油量： 工质成份的变化可用 m 表示：
1 L0 m f
m
mL L0 m f
dmL mL dm f dQ f mL dm f mL 2 2 d m d L m d L m f 0 f 0 f Hu d
九年级物理第2章 第2节内燃机
可
知
，
燃
气
对
活
塞
的
平
均
压
力
F ＝ pS ＝ 5×105
Pa×100×10－4 m2＝5×103 N．
(2)一个做功冲程燃气对活塞做的功 W1＝Fs＝5×103 N×0．2 m＝1×103 J．
(3)一个工作循环，飞轮转两圈，对外做功一次，飞轮每分钟转 600 r，对外做功
300 次，做的功 W＝300 W1＝300×1×103 J＝3×105 J，汽油机的功率 P＝Wt ＝3×6010s5 J
能力提升
1．【广西贵港中考】如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲
程的剖面图，下列说法正确的是
()
C
A．该冲程是压缩冲程
B．该冲程中活塞向上运动
C．该冲程是内能转化为机械能的过程
D．该冲程是机械能转化为内能的过程
2．【江苏宿迁中考】如图所示，给试管里的水加热，水沸腾
后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与四冲程汽油
易混辨析 汽油机和柴油机的区别：
(1)在吸气冲程里，柴油机吸进汽缸的是空气，而汽油机吸进的 是汽油和空气的混合物．
(2)柴油机在压缩冲程里，活塞把空气的体积压缩得很小，空气 的压强更大，温度更高．
(3)点火方式不同：柴油机—压燃式；汽油机—点燃式．
(4)效率高低不同：汽油机效率低，比较轻巧；柴油机效率高， 比较笨重．
C．丙冲程是把机械能转化为内能
D．丁冲程是吸气冲程
5．汽油机是燃烧__汽_油_____的内燃机，它吸包气 括_____压__缩_冲程、 做_功_______冲排程气、________冲程、________冲程，在它2 的一 个工作循环中2，活塞往复运动_____次，飞轮带动曲轴转动 __6．__【_江周苏．镇江中考】如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于
第02章华科内燃机原理内燃机的工作过程解读
? 增压内燃机理想循环的简化假定：
a. 与内燃机理想循环一样，假定对工质的加热过程或者是定 容加热，或者是定压加热，或者是混合加热。
b. 对涡轮增压内燃机理想循环而言，一般涡轮增压内燃机涡 轮后的排气压力略高于大气压力，但压力脉动的幅度不大， 因此假定循环的放热过程等压。
c. 假定气体由气缸流向涡轮，无流动损失与传热损失等。其 它假定与非增压时一样。
? 定压涡轮增压内燃机理想循环
在排气过程初期，气缸内中的压力要比涡轮前的压力大好 几倍，为了防止当活塞在上止点、进排气门重叠开启时造 成排气总管中的废气倒流入进气管，一般取涡轮前的压力 与Pa相近。
a'--a 压气机中的绝热压缩过程
a--c 气缸中的绝热压缩过程
c--y 气缸中的定容加热过程
y--z 气缸中的定压加热过程
d. 用假想的定容或定压加热来代替实际的燃烧过程，用定容 放热代替实际排气带走的热量。
根据加热方式的不同, 理想循环有三种形式可供分析选择：
y
图2-1 理论循环示意图 （a）混合循环；（b）等容循环；（c）等压循环
图 2-1（b）为等容循环（也称奥托循环）
a--c 为绝热压缩； c--z 为等容加入热量Q1； z--b 为绝热膨胀； b--a 为等容释放热量Q2。 在压缩、膨胀过程，工质状态用 PV k ? C表示。
将各缸中排出的废气导入一根容积很大的排气总管，使涡 轮前的压力保持恒定，在涡轮喷嘴中形成连续稳定气流， 这样废气的脉冲能量在涡轮中就不能加以利用。但在涡轮 中废气能量转换是稳定的，涡轮效率较高。当 π k>2.5时, 定压的效率高于脉冲的效率，此时常采用定压涡轮增压方 式。
? 无中冷脉冲涡轮增压内燃机理想循环
内燃机工作过程数值计算程序说明
程序说明
C C C C C C C C C C ----------------DVOLU()-----------------------------------DVOLU: THIS PROGRAM IS USED FOR THE CALCULATION OF CYLINDER VOLUME VARY WITH THE CRANK ANGLE ALMS------HALF OF THE RATIO OF STROKE DISTANCE TO THE LENGTH OF CONNECTING ROD,REAL,>0 VH--------CYLINDER SWEPT VOLUME,REAL,>0 D---------ENGINE CYLINDER BORE,REAL,(M),>0 S---------ENGINE STROKE DISTANCE,REAL,(M),>0 FUNCTION DVOLU(FI) 编程时必须加上 COMMON /A/AR,AL,D,EPS,AN,S COMMON /H/RAD,PI Vh dV sin cos sin FFI=FI*RAD s 2 2 d 2 1 s sin 180 ALMS=AR/AL VH=PI*D*D*S/4.0 SQRD=SQRT(1.0-(ALMS*SIN(FFI))**2) DVOLU=VH/2.*SIN(FFI)*(1.0+ALMS*COS(FFI)/SQRD)*RAD RETURN END
变量说明
DATA AR,AL,D,EPS,AN,S/0.0575,0.190,0.10,18.0,2300.,0.115/ DATA R,PA,TA/0.28706E-3,0.09,330./ DATA TW1,TW2,TW3/543.,493.,473./ DATA AN1,HU,AAM,ETU/1.35,44100.,0.5,1./ DATA FIVB,DFI/353.,70./ DATA AMB0,AL0/3.3E-5,14.4/ DATA RAD,PI/0.0174532,3.1415926/ DATA H1,H2,H3,H4/4.,0.4,4.0,2.0/ DATA SPRFI,ENBEFI,ENAFFI,EXBEFI,EXAFFI/25.,16.,36.,36.,14. DATA TE,TB,PE,PB/300.,300.,0.1,0.1/ END
发动机原理第二章 内燃机的循环及性能评价指标
=1
河
b) 混合循环： Q1 、一定
南
理
，，t
工
大
学
二、理论循环的评价
第二章 内燃机循环及性能评价指标
2.平均循环压力pt 单位气缸工作容积所做的循环功 评定循环的做功能力
pt
Wt Vs
tQ1
Vs
混合
ptm
k k 1
pa
k 1
1
k
1t
河 南
等容
ptv
k k 1
pa
k 1
1t
理
柴油机 pr (1.05 ~ 1.2) p0
Tr 700 ~ 900K
排温取决于燃烧温度
河
燃烧过程迟后或后燃（补燃）增加排温升高，
南
理 排温是检查发动机燃烧状况的重要参数
工
大
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
二、实际循环的评价指标 指示指标：以工质对活塞做功为基础，评价实际循
环的做功能力和经济性。
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
卡诺循环:绝热压缩、绝热膨胀做功、等温加热、等 温放热
卡诺效率:
tc
W Q1
1
Q2 Q1
1 T2 T1
提高动力循环热效率 的主要途径温差
河 南
卡诺定理：任何实际循环热效率<卡诺效率
理
工 大
意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
汽油机 — 通过液体燃料（汽油）实现奥托循环 轻便快速内燃机但热效率受限制
柴油机 — 从卡诺循环，以提高热效率增加压缩比提高温 差 热效率至今最高
内燃机工作过程计算指导书
内燃机工作过程计算一、 内燃机实际工作过程的数值计算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。
③气体流入或流出的气流为准稳定流动。
④不计进气系统内压力和温度波动的影响。
⑴能量平衡方程式根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dWh h d d d d d d φφφφφφ=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓()(,).1()()w s e B s d mu du dmm u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d dd d m T φφφλλφφλφλφφφφφφφλφ=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂ ⑵质量平衡方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：s eB dm dm dm dm d d d d φφφφ=++ ⑶气体状态方程式pV mRT=⑷气缸工作容积21[1cos (121(sin 2180h sh s V V V dV d φελπφλφ=+-+-=+h V 气缸工作容积（3m ）V 气缸瞬时容积（3m ）s λ 曲柄连杆比（2s SLλ=） dVd φ气缸容积变化率 （3m /度）⑸传热计算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。
b第二章内燃机的工作指标
此可以引出平均指示压力的第二个概念，即
平均指示压力是一个假想的平均不变的压力，作用在活塞顶上， 使活塞移动一个冲程S所做的功，即为循环的指示功Wi。
平均指示压力是 从实际循环的角度评 价发动机气缸工作容 积利用率高低的一个 参数。
发动机的 PL & pme范围
机型
pme /MPa
农用柴油机 0.5~0.7
汽车用柴油机 0.7~1
强化高速柴油机 1~2.9
固定船用中速柴油机 0.6~2.5
四冲程摩托车用汽油机 0.78~1.2
四冲程小客车用汽油机 0.65~1.25
四冲程载货汽车用汽油机 0.6~0.7
二冲程小型风冷汽油机 0.4~0.65
示压力为pmi （N/m2），转速为n（r/s），根据pmi的定义，每循环
W p V 气体所作的指示功（J）为: i
mi s
具 有 i个 气 缸 的 发 动 机 每 秒 所 作 的 指 示 功 率 （ W ） 为
Pi
2
p m iV s
n
i
(2-3)
式中：为冲程数，对于四冲程内燃机： 4；对于二冲程内燃机： 2。
二冲程柴油机
0.35～1.3MPa
汽油机：
四冲程摩托车用汽油机 0.9～1.43 MPa
四冲程小客车用汽油机 0.65～1.25MPa
四冲程载货车用汽油机 0.6～0.85 MPa
二冲程小型风冷汽油机 0.4～0.85 Mpa
3. 指示功率
内燃机单位时间内所作的指示功称为指示功率Pi。
若一台内燃机的气缸数为i，每缸的工作容积为Vs (m3),平均指
初中物理之内燃机的工作过程
内燃机的工作过程
内燃机的工作过程
内燃机：燃料直接在汽缸内燃烧产生动力的热机
内燃机
汽油机 柴油机
汽油机
内燃机的工作过程
一个冲程： 活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程
汽油在汽缸内燃烧
产生高温高压燃气
推动活塞做功
带动曲轴转动
内燃机的工作过程
吸气冲程
内燃机的工作过程
进气门打开 排气门关闭 活塞向下运动 汽油和空气的混合物进入汽缸
内燃机的工作过程
例题： 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速1800r/min，则它10秒钟完成 600 个 冲程，对外做功 150 次
内燃机的工作过程
柴油机
柴油机通过压损空气直接点燃柴油
柴油机的工作过程： 1个工作循环，曲轴转动2周，对外做功1次
喷油嘴
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
只有空气 点燃方式：压燃式点火
压缩冲程
内燃机的工作过程
进气门
排气门关闭
活塞向上运动
汽缸内的燃料混合物被压缩
机械能
内能
做功冲程
内燃机的工作过程
进气门
排气门关闭
活塞向下运动
对外做功
内能Βιβλιοθήκη 机械能排气冲程内燃机的工作过程
进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 把废气排出汽缸
内燃机的工作过程
1. 汽油机四个冲程中，只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，其余三个冲 程依靠飞轮的惯性完成 2. 汽油机1个工作循环有4个冲程，活塞上下往复2次，曲轴转动2周，对外做功1次
炒有机对空气的压缩程度比 汽油机更高
气体的压强大于汽油机
输出更大的功率
热机
柴油机通常会比较笨重，主要应用于大型运输工具
内燃机功率与效率的计算
内燃机功率与效率的计算以内燃机功率与效率的计算为题，我们将分别介绍内燃机的功率和效率的计算方法。
一、内燃机功率的计算内燃机的功率是指单位时间内所做的功，通常以千瓦（kW）为单位。
内燃机的功率与其燃烧室内的压力、温度以及燃烧速度有关。
1. 齿轮法通过测量内燃机输出轴上的齿轮的转速和扭矩，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于已经安装有输出轴齿轮的内燃机。
2. 风扇法通过测量内燃机风扇的转速和扭矩，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于已经安装有风扇的内燃机。
3. 涡街流量计法通过测量燃料进入内燃机的涡街流量计的流量和燃料的热值，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于喷射式和直喷式内燃机。
4. 气缸压力法通过测量内燃机气缸内的压力，可以计算出内燃机的功率。
这种方法适用于汽油机和柴油机。
二、内燃机效率的计算内燃机的效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的功率之比。
内燃机的效率通常以百分比表示。
1. 热效率内燃机的热效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的热能之比。
计算内燃机的热效率时，需要知道燃料的热值和内燃机的输出功率。
2. 燃料效率内燃机的燃料效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的功率之比。
计算内燃机的燃料效率时，需要知道燃料的热值和内燃机的输出功率。
3. 总效率内燃机的总效率是指内燃机输出的有效功率与燃料输入的总功率之比。
计算内燃机的总效率时，需要考虑到内燃机产生的废热。
三、内燃机功率与效率的关系内燃机的功率与效率之间存在着一定的关系。
一般来说，功率越大，效率越低。
这是因为功率的提高需要更多的燃料输入，而内燃机的燃料利用率是有限的。
内燃机的功率和效率是内燃机性能的重要指标，也是内燃机设计和优化的关键参数。
通过合理的设计和优化，可以提高内燃机的功率和效率，降低能源消耗，减少环境污染。
内燃机功率和效率的计算是评价内燃机性能的重要指标。
通过准确的计算和优化设计，可以提高内燃机的功率和效率，实现更高的能源利用效率和环境保护目标。
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numerical modeling numerical simulation
1、内燃机工作过程热计算
2、内燃机工作过程数值计算
第三节 内燃机工作过程数值计算——数学模型分类 第四节 发动机工作过程数值模拟软件 第五节 内燃机工作过程数值模拟应用实例 第六节 课程要求
内燃机工作过程数值计算
（3）热量利用系数 ξz
燃烧方程：
z Hu =Uz Uc Wcz
Hu为燃料低热值，在任意时刻 放出的热量中，一部分完成机械功， 另一部分增加工质的内能。 本例ξz=0.75 热量利用系数ξz是一个 来反映实际燃烧过程中燃烧不完善、通 道节流、高温分解和传热等损失大小程度的一个重要参数， 它的数值受内燃机燃烧品质的影响。凡是能改善燃烧过程和 减少传热损失的因素和措施有利于ξz的提高。 柴油机的热量利用系数一般在0.65-0.85范围内， 汽油机热量利用系数一般在0.85-0.95范围内，
取α =1.75
汽油机=0.90-1.0
一、经验参数选择
（2）最高燃烧爆发压力
本例子Pz=75(bar)
柴油机根据经验确定，汽油机直接从热计算中求出
Pz(bar) 直喷式非柴油机 预燃式柴油机 涡流式柴油机 增压柴油机 汽油机 60-90 45-60 50-70 120-150 30-80
一、经验参数选择
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
热计算的目的： 在一台新内燃机的设计过程中，大致确定气缸内的压力和温度 变化情况，绘出示功图，可以对发动机方案设计中所确定的指 标起到一定的校核作用。 热计算的局限性： 1、是一种近似的、半经验的估算方法、其计算结果的精确性依 赖于大量经验数据的选取是否恰当。 2、一般只能进行标定工况（额定工况）的计算，其它工况不适 用，须另找实验统计资料选取或进行详细的工作过程模拟。
一、经验参数选择
（4）示功图丰满系数
φi
本例 φi=0.96
在热计算时，先假设燃烧、 膨胀和排气过程由等容过程等 压过程、多边过程和等容过程 所组成的理论过程来处理。 为考虑实际循环的损失，用 棱角修圆（用小于1丰满系数 φi来修正）的简单办法来使所 得燃烧、膨胀和排气过程的PV线近似于实际循环的P-V线。
内燃机工作过程数值计算
第一章 概论 第二章 内燃机实际工作过程热力学计算 第三章 柴油机实际工作过程的数值计算 一. 基本微分方程 二. 气缸内实际工作过程的计算 三. 边界条件的确定 第四章 汽油机实际工作过程的数值计算 第五章 数值计算软件介绍
Hale Waihona Puke 第一章 概论第一节 模拟（仿真）技术 第二节 内燃机工作过程计算方法
H u =44100kg/kg燃料
ω Ps=1bar Ts=288k 1500r/min
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
一、经验参数选择 （1）过量空气系数（额定工况） • 高速非增压柴油机的过量空气系数一般均推荐1.6-1.9 • 高速增压柴油机的过量空 气系数较非增压机柴油机大10%-30%
空气中氧气摩尔成分约占21%）
1 wC wH wO L0 ( ) 0.21 12 4 32
柴油： wC＝0.87
( kmol/kg )
wO=0.004
wH＝0.126
L0=0.495 kmol/kg
二、燃烧热化学计算 （2）新鲜充量M1
M1 L0
燃烧 1 kg 燃料实际供给的空气量 完全燃烧 1 kg 燃料理论上所需要的空气量
泄漏损失
燃烧损失
换气损失
6135型柴油机热计算过程
• 已知条件为： • 型号： • 型式： • 缸数： • 气缸直径： • 活塞行程： • 工作容积： • 压缩比： • 燃料低热值： • 燃烧室 • 大气状态： • 额定工况转速 6135 四冲程,水冷，直列直喷式，非增压 i=6 D=135mm S=140mm VH=2L ε=16.5
一般四冲程发动机的丰满系数在（0.92-0.97）范围内。
一、经验参数选择
（5）机械效率 • 非增压柴油机：（0.78-0.85） • 增压柴油机： （0.80-0.92） • 汽油机： （0.80-0.90）
本例ηm=0.80
第二章 内燃机实际工作过程热计算
（6）残余废气系数及排气终了残余废气温度Tr 每循环进气过程结束时，缸内残余废气量与实际进入气缸的 新鲜充量的比值（质量或体积比）。
本题选取残余废气系数0.04,残余废气温度Tr=800K
二、燃烧热化学计算 （1） 1 kg燃料燃烧所需的理论空气量 ——质量kg：
（空气中氧气质量成分约占23%）
(kg / kg燃料)
1 wC Lo’ 8 8 w wo H 0.23 3
——摩尔数 kmol：（
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
混合加热理论循环
泄漏损失
实际循环与理论循环区别
燃烧损失
1、实际工质 2、传热损失和流动损失 3、泄漏损失 4、燃烧损失 5、换气损失
换气损失
第二章 内燃机实际工作过程热力学计算
混合加热理论循环 热计算方法：用闭口系统 来模拟不稳定的开口系统， 用定容定压加热代替实际 的燃烧过程，用多变过程 来代替实际的压缩和膨涨 过程，用定容放热代替排 气过程等；最后的结果用 一个折扣系数近似接近实 际循环。
燃烧前工质质量： 柴油机：M1= α L0（空气）
汽油机：M1=αL0+1/MT（空气+燃油）
（3）1kg燃料燃烧时的燃烧产物量M2
完全燃烧产物是由CO2、H2O、剩余的O2及未参与反应的 N2组成
wC wH wO wc wH wH wO M 2 L0 ( ) L ０ 12 4 32 12 2 4 32 0.8975 Kmol/Kg燃料
第一章 概论 第二章 内燃机实际工作过程热力学计算 第三章 柴油机实际工作过程的数值计算 一. 基本微分方程 二. 气缸内实际工作过程的计算 三. 边界条件的确定 第四章 汽油机实际工作过程的数值计算 第五章 数值计算软件介绍
第二章 内燃机工作过程热力学计算
是一种近似的、半经验的 估计方法，它是根据热力学 计算公式，以理论循环为基 础，对内燃机各热力参数、 性能参数进行计算.