《内燃机循环与效率》PPT课件
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① 提高效率一直是推动技术发明、发展的永恒动力。 ② 技术一旦上升到理论层面会使技术得到飞跃发展。
1860 年 法 国 人 勒 诺 瓦 尔 研制的二冲程内燃机—— e=～4.5% 1862年法国铁路工程师罗沙 提出现代四冲程内燃机 1876年德国人奥托提出并研 制了推动第二次工业革命的 四 冲 程 内 燃 机 ——e= ～ 14%
内燃机实际循环
实际循环与理论循环的区别：
1）实际工质（燃气空气循环） （1）工质成分在燃烧中是变化的 （2）工质比热容随温度上升而增 大 （3）高温分解
由于工质改变 燃烧、传热、换气、流动
（4）燃烧前后分子数发生变化
2）传热损失 3）燃烧时间损失（燃烧、喷油速度） 4）燃烧损失（后燃、不完全燃烧） 5）换气损失 6）涡流和节流损失 7）泄漏损失
迪赛尔循环Diesel Cycle 早期低速柴油机接近迪赛尔循环
奥托循环t 1
1
k 1 c
笛塞尔循环 t 1
1
ck 1
k 0 1 k ( 0 1)
k= cp/cv等熵指数；c=V1/V2为压缩比；0=Vc/Vb为初始膨胀比。
双烧循环
k 1 p 0 1 双烧循环t 1 k 1 c p 1 k p ( 0 1)
p
换气为负功，要保 证同样爆压，要增 加燃料量
定压燃烧
V
节流定容循环
V
增压定容循环
V
现代内燃机理论循环
（%） 等容 等压 等温 50 30 20 20
现代柴油机：30 现代汽油机：50
=相同，otto>dual>diesel
Pzmax=相同，dual>diesel
> otto
实际汽油机由于爆燃的原因， 远低于柴油机，因此汽油 机的效率低于柴油机。
3）涡流和节流损失
缸内涡流有好处、也有缺点，不同工况对缸内涡流 的要求不一样；节流损失主要指分隔式燃烧室。
涡流和节流损失
涡流和节流损失
节流损失主要指分隔式燃烧室。
4）换气损失
理论循环是向冷源等容放热， 属闭式循环；而实际与外界有 工质交换，属开式循环；由于 进排气流动损失与节流损失， 将使进排气过程产生泵气损失
（4）燃烧前后分子数发生变化
ห้องสมุดไป่ตู้
分子数变化系数μ对液体燃料>1，对气体燃料<1。
2)传热损失、3)涡流和节流损失
2）传热损失
• 对流、柴油机辐射（燃烧段占总传热的15-20%）
• 压缩冲程前段工质升温不利于进气，后期降温不利 于起动、油混合、燃烧； • 膨胀段温差大、湍流度高，传热大，不利于热功转 换。
k= cp/cv为等熵指数 c=Va/Vc为压缩比 p=pc/pb为压力升高比 0=Vd/Vc为初始膨胀比
双烧循环Dual Combustion Cycle 现代高速汽油机、柴油机接近双烧循环
理论循环对比
p p
定容燃烧
V
双烧循环
V p
换气为正功，要保 证同样爆压，可减 少燃料量
p
要保证同样爆压， 压缩比要很高
卡诺循环的弱点: Pzmax很高；循环指示功很低。
2）压缩比与效率
卡诺通过大量统计、研 究得出：要想提高发动机的
效率必须提高压缩比。
S=dQ/T
1 卡诺循环理论
3）发动机评价体系
提出了非常全面的发动机评价指标体系：动力性
、经济性、可靠性、适应性、紧凑性等。
4）对蒸汽机未来发展的预言
在蒸汽机的鼎盛时期，作出了蒸汽机必将被另一种
奥托循环t 1
1
k 1
V1 / V2 Va / Vc (Vs Vc ) / Vc 1 Vs / Vc
Va——气缸总容积 Vc——燃烧室容积 Vs——工作容积
奥托循环Otto Cycle
要得到就要先付出；付出得越多，得到得越多。
一 内燃机循环理论
1.卡诺循环理论
卡诺其人、其书、其预言(奥托机前52年，1824年，卡诺28岁)
卡诺服役期间出版了一本《热力发动机的研究与考察》 一书。50~60年后人们才真正认识该书的重要性和先见性。 1）卡诺循环； 2）压缩比与效率的结论；
3）发动机评价体系；
4）对蒸汽机未来发展的预言。
1 卡诺循环理论
1）卡诺循环
工作在高低温热源间热机所能达到的最高理论效率： carnot=1-T1/T2
2 内燃机理论循环与实际循环
理论循环假设
（1）工质为理想气体。不考虑进排气过程， 无工质交换；
（2）燃烧过程用缸外热源加热代替；
（3）以向低温热源放热代替向大气换热， 保证缸内工质温度、压力复原； （4）压缩与膨胀过程均为可逆过程。
奥托循环与迪赛尔循环
奥托循环Otto Cycle 低速汽油机接近奥托循环
发动机所代替的预言 。蒸汽机实现高温、高压缩
比都很困难。
理论循环
一．卡诺循环Carnot Cycle 二．奥托循环Otto Cycle（等容加热循 环） 三．笛塞尔循环Diesel Cycle（等压加热循 环） 四．混合循环（双烧循 环）Dual Combustion Cycle 1．斯特林循环（外燃） 2．埃里可森循环 3．米勒循环 4．阿特金森循环 5. 布雷登循环 6. 兰肯循环 7. 增压发动机理论循环 ……
0 V p
循环功：示功图围成的面积代数和， 顺时针为正，逆时针为负
p0
大气压式内燃机示功图
1. 在下止点附近燃烧，膨胀不充分；
2.没有压缩过程，压缩比~1； 3.还要借助于大气压力使活塞复位
奥托四冲程内燃机的启示
奥托发动机效率高的根本原因是通过压缩过程提高了压缩比。 重要贡献——让人们认识到：要提高效率就要提高压缩比！
1）工质
1）工质 ：考虑实际工质（燃气空气循环） （1）工质成分在燃烧中是变化的 三原子分子变多，Cp、Cv变大，意味着，加入同样的热 量，温度增加减小，热功转换能力下降； （2）工质比热容随温度上升而增大 T增加，Cp、Cv变大，同样热功转换不利。 （3）高温分解
上止点附近分解、吸热远离上止点合成、放热，但热 量的利用律下降。汽油机Tzmax>柴油机Tzmax
高等内燃机学
第一章 内燃机循环与效率
《高等内燃机学》 先修课程为《内燃机学》
本章内容
第一节 内燃机效率与理论循环
第二节 追求效率的机型
注重历史
稀薄分层燃烧
100年前的思路
欧3欧4 收口式 燃烧室
60~70年已有的 技术
绝热发动机
70~80 年代广 泛研究
重新受到重视
第一节 内燃机效率与理论循环
1860 年 法 国 人 勒 诺 瓦 尔 研制的二冲程内燃机—— e=～4.5% 1862年法国铁路工程师罗沙 提出现代四冲程内燃机 1876年德国人奥托提出并研 制了推动第二次工业革命的 四 冲 程 内 燃 机 ——e= ～ 14%
内燃机实际循环
实际循环与理论循环的区别：
1）实际工质（燃气空气循环） （1）工质成分在燃烧中是变化的 （2）工质比热容随温度上升而增 大 （3）高温分解
由于工质改变 燃烧、传热、换气、流动
（4）燃烧前后分子数发生变化
2）传热损失 3）燃烧时间损失（燃烧、喷油速度） 4）燃烧损失（后燃、不完全燃烧） 5）换气损失 6）涡流和节流损失 7）泄漏损失
迪赛尔循环Diesel Cycle 早期低速柴油机接近迪赛尔循环
奥托循环t 1
1
k 1 c
笛塞尔循环 t 1
1
ck 1
k 0 1 k ( 0 1)
k= cp/cv等熵指数；c=V1/V2为压缩比；0=Vc/Vb为初始膨胀比。
双烧循环
k 1 p 0 1 双烧循环t 1 k 1 c p 1 k p ( 0 1)
p
换气为负功，要保 证同样爆压，要增 加燃料量
定压燃烧
V
节流定容循环
V
增压定容循环
V
现代内燃机理论循环
（%） 等容 等压 等温 50 30 20 20
现代柴油机：30 现代汽油机：50
=相同，otto>dual>diesel
Pzmax=相同，dual>diesel
> otto
实际汽油机由于爆燃的原因， 远低于柴油机，因此汽油 机的效率低于柴油机。
3）涡流和节流损失
缸内涡流有好处、也有缺点，不同工况对缸内涡流 的要求不一样；节流损失主要指分隔式燃烧室。
涡流和节流损失
涡流和节流损失
节流损失主要指分隔式燃烧室。
4）换气损失
理论循环是向冷源等容放热， 属闭式循环；而实际与外界有 工质交换，属开式循环；由于 进排气流动损失与节流损失， 将使进排气过程产生泵气损失
（4）燃烧前后分子数发生变化
ห้องสมุดไป่ตู้
分子数变化系数μ对液体燃料>1，对气体燃料<1。
2)传热损失、3)涡流和节流损失
2）传热损失
• 对流、柴油机辐射（燃烧段占总传热的15-20%）
• 压缩冲程前段工质升温不利于进气，后期降温不利 于起动、油混合、燃烧； • 膨胀段温差大、湍流度高，传热大，不利于热功转 换。
k= cp/cv为等熵指数 c=Va/Vc为压缩比 p=pc/pb为压力升高比 0=Vd/Vc为初始膨胀比
双烧循环Dual Combustion Cycle 现代高速汽油机、柴油机接近双烧循环
理论循环对比
p p
定容燃烧
V
双烧循环
V p
换气为正功，要保 证同样爆压，可减 少燃料量
p
要保证同样爆压， 压缩比要很高
卡诺循环的弱点: Pzmax很高；循环指示功很低。
2）压缩比与效率
卡诺通过大量统计、研 究得出：要想提高发动机的
效率必须提高压缩比。
S=dQ/T
1 卡诺循环理论
3）发动机评价体系
提出了非常全面的发动机评价指标体系：动力性
、经济性、可靠性、适应性、紧凑性等。
4）对蒸汽机未来发展的预言
在蒸汽机的鼎盛时期，作出了蒸汽机必将被另一种
奥托循环t 1
1
k 1
V1 / V2 Va / Vc (Vs Vc ) / Vc 1 Vs / Vc
Va——气缸总容积 Vc——燃烧室容积 Vs——工作容积
奥托循环Otto Cycle
要得到就要先付出；付出得越多，得到得越多。
一 内燃机循环理论
1.卡诺循环理论
卡诺其人、其书、其预言(奥托机前52年，1824年，卡诺28岁)
卡诺服役期间出版了一本《热力发动机的研究与考察》 一书。50~60年后人们才真正认识该书的重要性和先见性。 1）卡诺循环； 2）压缩比与效率的结论；
3）发动机评价体系；
4）对蒸汽机未来发展的预言。
1 卡诺循环理论
1）卡诺循环
工作在高低温热源间热机所能达到的最高理论效率： carnot=1-T1/T2
2 内燃机理论循环与实际循环
理论循环假设
（1）工质为理想气体。不考虑进排气过程， 无工质交换；
（2）燃烧过程用缸外热源加热代替；
（3）以向低温热源放热代替向大气换热， 保证缸内工质温度、压力复原； （4）压缩与膨胀过程均为可逆过程。
奥托循环与迪赛尔循环
奥托循环Otto Cycle 低速汽油机接近奥托循环
发动机所代替的预言 。蒸汽机实现高温、高压缩
比都很困难。
理论循环
一．卡诺循环Carnot Cycle 二．奥托循环Otto Cycle（等容加热循 环） 三．笛塞尔循环Diesel Cycle（等压加热循 环） 四．混合循环（双烧循 环）Dual Combustion Cycle 1．斯特林循环（外燃） 2．埃里可森循环 3．米勒循环 4．阿特金森循环 5. 布雷登循环 6. 兰肯循环 7. 增压发动机理论循环 ……
0 V p
循环功：示功图围成的面积代数和， 顺时针为正，逆时针为负
p0
大气压式内燃机示功图
1. 在下止点附近燃烧，膨胀不充分；
2.没有压缩过程，压缩比~1； 3.还要借助于大气压力使活塞复位
奥托四冲程内燃机的启示
奥托发动机效率高的根本原因是通过压缩过程提高了压缩比。 重要贡献——让人们认识到：要提高效率就要提高压缩比！
1）工质
1）工质 ：考虑实际工质（燃气空气循环） （1）工质成分在燃烧中是变化的 三原子分子变多，Cp、Cv变大，意味着，加入同样的热 量，温度增加减小，热功转换能力下降； （2）工质比热容随温度上升而增大 T增加，Cp、Cv变大，同样热功转换不利。 （3）高温分解
上止点附近分解、吸热远离上止点合成、放热，但热 量的利用律下降。汽油机Tzmax>柴油机Tzmax
高等内燃机学
第一章 内燃机循环与效率
《高等内燃机学》 先修课程为《内燃机学》
本章内容
第一节 内燃机效率与理论循环
第二节 追求效率的机型
注重历史
稀薄分层燃烧
100年前的思路
欧3欧4 收口式 燃烧室
60~70年已有的 技术
绝热发动机
70~80 年代广 泛研究
重新受到重视
第一节 内燃机效率与理论循环