03第三章 内燃机的工作循环解析

对理论循环进行研究可以达到以下目的：
1)用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热
力参数间的关系，以明确提高以理论循环热效率为 代表的经济性和以平均压力为代表的动力性的基本
途径。
2)确定循环热效率的理论极限，Baidu Nhomakorabea判断实际内燃
机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力。
3)有利于分析比较内燃机不同热力循环方式的经
(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
1、石油中烃的分类
内燃机所使用的液体燃料主要来源于天然石油(原 油)，主要由碳、氢两种元素所组成，两者的体积分 类之和占总量的97％－98％，其他还有氧、氯、 硫等少量元素。在天然石油中，绝大部分元素是以
碳氢化合物的形式存在的，称之为烃。从化学结构 上看，石油基本上是有脂肪族烃、环烷族烃和芳香 族烃等各种烃类组成的混合物。
脂肪族烃
包括烷烃和烯烃，烷烃是一种饱和链状分子结构(碳链 上碳原子的键位由氢原子完全充满，仅有单键存在)， 其中直链式排列的正构烷热稳定性低，在高温下易分 裂，滞燃期短，适合作柴油机的燃料；非直链排列的异构 烷抗爆性强，自行着火的倾向比正构烷小得多，适合作 汽油机的燃料，并且常用异构烷来作为评价汽油燃料抗
3) 燃烧方面的限制
若压缩比定得过高，汽油机将会产生爆燃、表面点 火等不正常燃烧的现象。对于柴油机而言，过高的 压缩比将使压缩终了的气缸容积变得很小，对制造 工艺的要求极为苛刻，燃烧室设计的难度增加，也 不利于燃烧的高效进行。
4) 排放方面的限制
循环供油量的增加取决于实际吸入气缸内的空气量，即 空然比的限制，否则将导致燃烧不完全而出现冒烟、热 效率下降和发动机HC、CO排放激增。另外，压缩比上 升，使最高燃烧温度和压力上升，发动机的NOx的排 放增加，振动噪声增加。
济性和动力性。
简化假设
1)以空气作为工作循环的工质，并视其为理想气体， 在整个循环中的物理及化学性质保持不变，工质比热 容为常数。
2)不考虑实际存在的工质更换以及泄漏损失，工质的 总质量保持不变，循环是在定量工质下进行的，忽略 进、排气流动损失及其影响。
3)把气缸内的压缩和膨胀过程看成是完全理想的绝热 等熵过程，工质与外界不进行热量交换。
石油从哪里来？(补充)
石油，这种又黑又粘的东西，它引得 烽烟四起、战火燎原，它带来滚滚财 富，瞬间把严酷的沙漠变成宝库，它 关系到国家的安全，经济的发展，这 种被称为“现代社会的血液”的神奇 液体是从哪里来的呢？
许多人都知道石油和天然气主要来自地质 时期埋藏的生物，但某些画面也造成了误 解，似乎它们是由像恐龙这样的大型动物 死亡以后的尸骨演化来的。其实石油作为 多种烃类（碳与氢的化合物）的混合物， 它主要来源于微生物。微生物死亡以后沉 淀于较深的海底或湖底，这里的还原环境 使它保存下来并与沉积物一起被深埋。
3. 增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但由于等压部 分加热量的增加，导致循环热效率ηt随之降低，因为这部分 热量是在膨胀比不断降低的情况下加入的，做功能力下降。
4. 所有提高热效率的措施，以及增加循环始点的进气压力pa， 降低进气温度Ta，增加循环供油量等措施，均有利于循环平 均压力pt的提高。
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。
结论
1. 提高压缩比εc可以提高工质的最高温度，扩大了循环的温度 阶梯，增加了内燃机的膨胀比，从而提高了热效率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可以增加混合加热循环中等容部分的加热 量，提高了热量利用率，因而可使热效率ηt提高。
2) 机械效率的限制
内燃机的机械效率ηm是与气缸中的最高循环压力pz密 切相关的，因为该值决定了曲柄连杆机构的质量、惯 性力以及主要承压面积的大小等。不加限制地提高εc 以及λp，将引起ηm的下降。从有效指标上看，将直接 导致压缩比εc，以及压力升高比λp提高而带来的收益 得而复失。这一点，对于本来压缩比已经很高的柴油 机来说更为明显。
当埋深还不够大时，只有几十度的地温使厌 氧的甲烷菌群落还能生存，它们以沉积物中 的有机质为“食”，代谢的产物是甲烷，从 而形成生物气藏。随着沉积物的成岩过程， 埋深加大、温度更高，用石油地质学家的话 来说，有机质越来越成熟了。在自然催化物 的作用下，这期间以经过化学反应生成液态 烃为主，即生成石油。
目前，柴油机的压缩比εc一般在12～22之间， 最高爆发压力不超过14 MPa；汽油机的压缩
比εc＝6～12，最高爆发压力不超过8.5 MPa 。
第二节 内燃机的燃料及其热化学
一、内燃机的燃料 二、燃烧热化学
一、内燃机的燃料
（一）石油基燃料 （二）柴油的理化性质 （三）汽油的理化性质
内燃机实际工作条件下的约束和限制
1) 结构强度的限制
尽管从理论循环的分析可知，提高压缩比εc和压力 升高比λp时提高循环热效率ηt起着有利的作用，但 将导致最高循环压力pz的急剧升高，从而对承载零 件的强度要求更高，这势必缩短发动机的使用寿命， 降低发动机的使用可靠性，为此只好增加发动机的 质量，结果造成发动机体积与制造成本的增加。因 此，在实际设计时，对于上述参数的选择必须根据 具体情况权衡利弊而定。
第三章 内燃机的工作循环
第一节 内燃机的理论循环 第二节 内燃机的燃料及其热化学 第三节 内燃机的实际循环 第四节 内燃机循环的热力学模型
第一节 内燃机的理论循环
内燃机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程， 它由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成。 在这些过程中，由燃料与空气组成的工质，无论在质或量 上都时刻发生着变化，伴随着各种复杂的物理、化学过程， 同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列不可 逆损失也大量存在，要准确地从理论上描述内燃机的实际 过程，在目前条件下还是十分困难的。为了分析内燃机中 燃料热能利用的完善程度及其主要影响因素，进而为提高 能量利用率指明方向，通常将实际循环进行若干简化，忽 略一些次要的影响因素，并对其中变化复杂、难于进行细 致分析的物理、化学过程〔如可燃混合气的准备与燃烧过 程等〕进行简化处理，从而得到便于进行定量分析的假想 循环或简化循环，通常称之为内燃机的理论循环。