内燃机的工作循环
内燃机原理内燃机的工作循环
内燃机原理内燃机的工作循环内燃机是一种将燃料燃烧产生的能量转化为机械能的装置。
它是现代社会中广泛使用的技术之一，应用于汽车、发电机、飞机和船舶等各个领域。
内燃机的工作循环是指在一个完整的运行周期内，发动机执行吸气、压缩、燃烧和排气四个过程的过程。
内燃机的工作循环通常包括四个阶段：吸气阶段、压缩阶段、燃烧阶段和排气阶段。
在吸气阶段，活塞从汽缸上部的最高位置（称为上死点）向下移动，此时汽缸内的活塞腔体积增大，形成一个低压区域。
此时，汽缸顶部的进气门打开，使空气通过进气道进入到汽缸内。
当活塞达到下死点位置时，进气门关闭，汽缸内的容积达到最大，吸气阶段结束。
在压缩阶段，活塞从下死点位置向上移动，汽缸内的容积减小，空气被压缩。
同时，压缩使空气温度升高，增加了燃料燃烧的能量。
当活塞达到上死点位置时，压缩阶段结束。
在燃烧阶段，燃油被喷射到汽缸内，燃料和空气混合物被点燃，产生高温和高压的燃烧气体。
燃烧气体的体积急剧膨胀，推动活塞向下运动。
同时，高温高压的燃烧气体也推动汽缸底部的排气门打开，将废气排出。
在排气阶段，废气通过排气门排出汽缸，活塞向上运动，汽缸内的容积增大。
当活塞达到下死点位置时，排气门关闭，排气阶段结束。
随后活塞再次向上移动，回到吸气阶段，循环开始。
内燃机的工作循环通常使用缸内燃烧循环表示，也称为奥托循环。
在奥托循环中，理想气体假设忽略活塞、气缸以及其他运动零件的摩擦和损失，并假设燃料燃烧为完全燃烧。
内燃机的工作循环会受到多种因素的影响，如空气质量、燃料质量、点火时机、气门的开闭控制等。
通过调整和优化这些因素，可以提高内燃机的功率输出和燃料效率。
总结起来，内燃机的工作循环是通过吸气、压缩、燃烧和排气四个过程来完成的。
内燃机通过燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将燃料的化学能转化为机械能。
内燃机的工作循环的优化和改进是实现高效能、低排放的关键。
内燃机循环资料
v1 v2 表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。 压缩比：
升压比： p3 p2 表示定容加热过程工质压力升高的程度。
v4 v3 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。 预胀比：
（1） 混合加热循环
单位质量工质的吸热量：
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
用下角标V、m、p分别代 表定容加热循环、混合加热 循环、定压加热循环。 三种理想循环的放热量相同
q2V q2 m q2 p
三种理想循环的吸热量
q1V q1m q1 p
三种理想循环的热效率
t V tm t p
（2）进气状态、最高压力、吸热量彼此相同 三种理想循环的吸热量相同
q1 p q1m q1V
三种理想循环的放热量
q2 p q2 m q2V
三种理想循环的热效率
t p t m t V
例题 例题 300K、
（3）定压加热循环 （狄塞尔循环)
定容升压比：
循环热效率： t 1 1 1
1
1
1
早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。
3. 影响内燃机理想循环热效率的主要因素 （1） 压缩比 的影响
t
提高压缩比是提高内燃机 循环热效率的主要途径之一 。 汽油燃点低，易爆燃，压缩比受限制。 一般汽油机： 5 10 一般柴油机
14 22
柴油机热效率一般高于汽油机，但汽油机小巧。
（2）绝热指数 的影响
t
值大小取决于工质的
种类和温度 。 潜艇用氦气： 1.66
（3）升压比 和预胀比 的影响 当压缩
4. 三种活塞式内燃机理想循环的比较
内燃机工作循环的四个冲程
内燃机工作循环的四个冲程内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。
它是现代工业中的重要发明之一，广泛应用于汽车、飞机、船舶、发电机等领域。
内燃机的工作原理基于燃料的燃烧和气体的膨胀，而这个过程被称为“循环”。
内燃机的工作循环由四个冲程组成，它们是：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。
这四个冲程的顺序是固定的，每个冲程都有特定的任务。
在这篇文章中，我们将详细介绍内燃机工作循环的四个冲程，以及它们的作用。
一、进气冲程进气冲程是内燃机工作循环的第一个冲程。
在这个冲程中，活塞向下移动，气门打开，进气门打开，新鲜的空气和燃料被吸入到气缸中。
这个过程是通过曲轴的旋转来完成的。
曲轴连接杆和活塞一起工作，将活塞向下推动。
这个过程中，气缸内的压力降低，因为活塞的下降增加了气缸的容积，从而吸入更多的空气和燃料。
进气冲程的主要作用是将空气和燃料引入气缸中。
这些燃料和空气的比例被称为“混合气”。
混合气的质量对内燃机的性能和效率有很大影响。
如果混合气的比例不正确，燃料将无法完全燃烧，从而浪费燃料和降低功率。
因此，进气冲程的正确执行对内燃机的性能至关重要。
二、压缩冲程压缩冲程是内燃机工作循环的第二个冲程。
在这个冲程中，活塞向上移动，气门关闭，进气门关闭，混合气被压缩。
这个过程中，气缸内的压力增加，因为活塞的上升减少了气缸的容积。
这个过程中，混合气被压缩到非常高的压力和温度。
这种高压和高温的混合气将燃烧产生的热能转化为机械能。
压缩冲程的主要作用是将混合气压缩到一定的压力和温度。
这种压缩可以增加燃料的燃烧效率，从而提高内燃机的性能和效率。
压缩比是衡量内燃机性能的一个重要指标，它是进气冲程和压缩冲程中气缸容积的比值。
压缩比越高，内燃机的性能和效率越高。
三、燃烧冲程燃烧冲程是内燃机工作循环的第三个冲程。
在这个冲程中，混合气被点燃，燃料燃烧产生高温高压的气体。
这个过程中，活塞被推向下方，从而产生机械能。
燃烧冲程的主要作用是将燃料的化学能转化为机械能。
简述内燃机的工作过程
简述内燃机的工作过程
内燃机的工作过程可以分为以下四个冲程：
1. 吸气冲程：活塞下行形成气缸内压力小于大气压的差，这个压力差使空气进入气缸。
对于汽油机，吸入的是汽油和空气的混合物；对于柴油机，吸入的是纯空气。
2. 压缩冲程：吸气冲程完成后，活塞上行压缩空气达到一定温度，使燃料燃烧。
对于柴油机，由于压缩的工质是纯空气，压缩比高于汽油机，压缩终点的温度和压力都大大超过柴油的自燃温度，使其自燃。
3. 做功冲程：燃烧的空气使活塞下行，从而将热能转换成机械能。
这种转换是通过连杆活塞组和曲轴实现的，高温高压的燃气推动活塞下行，通过连杆使曲轴做圆周运动。
4. 排气冲程：在飞轮惯性的驱动下，活塞上行将燃烧后的废气从打开的排气阀门中排出。
当活塞行至上终点位置时，整个内燃机的工作循环完成。
这四个冲程中，只有做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。
在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。
内燃机做功原理
内燃机做功原理内燃机是一种将燃料燃烧产生的化学能转化为机械能的装置。
内燃机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，然后利用气体的膨胀驱动活塞运动，从而实现对机械设备的驱动。
内燃机的工作过程主要分为四个循环：吸气循环、压缩循环、燃烧循环和排气循环。
首先，在吸气循环中，活塞从上死点开始向下运动，汽缸内的气门打开，燃料和空气混合物通过进气阀进入汽缸。
然后，在压缩循环中，活塞向上运动，将燃料和空气混合物压缩，使其温度和压力升高。
接下来，在燃烧循环中，当活塞接近上死点时，点火系统点燃混合物，产生火焰。
火焰的膨胀推动活塞向下运动，从而转化为机械能。
最后，在排气循环中，活塞再次向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸，完成一个循环。
内燃机利用燃料的燃烧产生的高温高压气体驱动活塞运动，从而做功。
具体来说，当燃料和空气混合物燃烧时，产生的高温高压气体会迅速膨胀，推动活塞向下运动。
这个过程中，燃料的化学能被转化为气体的内能和机械能。
内燃机的功率主要取决于燃料的燃烧速率和气体的膨胀程度。
同时，内燃机的效率也是一个重要指标，它表示内燃机输出的机械功与燃料所含化学能之间的比值。
内燃机的做功原理与循环过程密切相关。
在吸气循环中，活塞的下行运动使得燃料和空气混合物进入汽缸；在压缩循环中，活塞的上行运动将混合物压缩到高压状态；在燃烧循环中，点火系统点燃混合物，产生火焰推动活塞向下运动；在排气循环中，活塞再次向上运动，将废气排出汽缸。
通过这个循环过程，内燃机不断地将燃料的化学能转化为机械能，实现对机械设备的驱动。
内燃机的做功原理是现代工业中非常重要的一部分。
它广泛应用于汽车、飞机、船舶等交通工具，以及发电机组、工程机械等设备中。
通过不断改进内燃机的设计和优化燃烧过程，可以提高内燃机的效率和性能，减少能源消耗和环境污染。
内燃机的做功原理是将燃料的化学能转化为机械能的过程。
通过燃料的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，实现对机械设备的驱动。
内燃机的工作循环
目录
• 内燃机基本概念与原理 • 进气冲程详解 • 压缩冲程详解 • 燃烧与膨胀冲程剖析 • 排气冲程详解 • 内燃机性能优化策略 • 总结与展望
01 内燃机基本概念与原理
内燃机定义及分类
内燃机定义
内燃机是一种将燃料与空气混合 后在汽缸内部进行燃烧，将化学 能转化为机械能的热力发动机。
进气歧管作用
将空气或可燃混合气引入气缸，并分配给各个气缸。
设计要点
保证进气歧管具有足够的流通面积，避免急转弯和截面突变，以减小流动阻力； 合理布置进气歧管长度和直径，以实现良好的进气充量和气流速度分布。
混合气形成过程分析
汽油机混合气形成
汽油喷入进气歧管或气缸内，与空气混合形成可燃混合气。混合气的形成质量对 汽油机的动力性、经济性和排放性能有重要影响。
通过改进燃烧室形状和结构，促进空气和燃油的充分混合，提高 燃烧效率。
采用先进的燃油喷射技术
如缸内直喷、多次喷射等，实现燃油的精确控制和高效燃烧。
废气再循环技术
将部分废气引入进气管，降低进气氧浓度和燃烧温度，减少氮氧化 物排放，同时改善燃烧过程。
降低机械损失途径
优化发动机结构
通过减轻发动机重量、降低摩擦阻力等措施，减少机械损失。
分类
根据燃料种类和燃烧方式的不同 ，内燃机可分为汽油机、柴油机 和气体燃料发动机等。
工作原理简介
工作循环
内燃机的工作循环包括进气、压缩、 燃烧（做功）和排气四个基本过程。
02
进气过程
活塞下行，进气门开启，可燃混合气 被吸入汽缸。
01
03
压缩过程
进气门关闭，活塞上行，可燃混合气 被压缩，温度和压力升高。
随着活塞的上行，气缸内的气体被逐渐压缩，气体的体积减小。
3内燃机学第三章(1-2节)工作循环
Tc / Ta c k 1 ; Tz ' / Ta c k 1 ; Tz / Ta 0 c k 1
11
代入上式，可得：
t mCv pt Ta{( c k 1 c k 1 ) k ( 0 c k 1 c k 1 )} Vs t mCv Ta c k 1{( 1) k ( 0 1)} Vs
k 1 k 1 k 1
k 1
0 c
Tb / Ta Tz / Ta Tb / Tz 0 c Tb / Tz 0 c 0 c 1 k 1 ( ) 0k c / 0
(vz / vb )
k 1
其中， c为绝热压缩过程的压缩比； 为绝热压缩和绝热膨胀过程的绝热指数； p为等容加热过程的压力升高比； o为等压加热过程的容积增加比（预胀比）； =vb/vz为绝热膨胀过程的容积增加比（后胀比）- = c/ o 6 将各温度表达式代入循环热效率t，可得：
17
•机械效率限制 机械效率与缸内最大压力有密切关系，因为， Pmax决定了活塞 连杆机构的质量、其惯性力和主要承压面积大小等。 大幅度提高压缩比和压力升高比，必然会带来机械效率的下降， 从而使由于、提高所获得的循环效率与平均压力的收益，得而复 失。这一点对于柴油机来说，是一个很明显的问题。 国外柴油机最新发展的一个趋势，通过降低压缩比来提高柴油 机整机的经济性，其出发点就是减少摩擦损失。 •燃烧过程限制 若压缩比定得过大，压缩终点的压力和温度就会上升过多，对 于汽油机：容易产生爆震燃烧、表面点火等不正常现象；对于柴油 机：压缩终点时的气缸容积就会变得很小，给燃烧室设计带来困难， 甚至不利于高效率燃烧，造成得不偿失的后果。 •排放方面限制-冒烟、HC、CO、以及NOx等。 由于上述各种限制，目前发动机的参数范围如下： 柴油机 =12-22 =1.3-2.2 pmax=7-14 MPa 18 汽油机 7-12 2.0-4.0 3-8.5
内燃机的四个冲程 工作过程是什么
内燃机的四个冲程工作过程是什么
内燃机的四个冲程包含吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
四冲程内燃机是在四个工作冲程内完成一个工作循环的。
内燃机的四个冲程工作过程是什么
1内燃机的四个冲程
1.吸气冲程
进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气混合物进入气缸。
2.压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，汽油与空气混合物被压缩。
把机械能转化成内能。
3.做功冲程
压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。
高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
四个冲程中只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是靠做功冲程的惯性完成的。
把内能转化成机械能。
4.排气冲程
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
2内燃机的优点
①内燃机的热能利用率高。
增压柴油机的最高热效率可达46%。
而蒸气机仅有11~16%。
②功率范围广，适应性能好，最小的内燃机功率不到0.73千瓦，最大的内燃机功率可达34000千瓦。
⑤结构紧凑，重量轻，体积小，燃料和水的消耗量也少。
④使用操作方便，起动快。
在正常情况下，一般的柴油机和汽油机能够在3~5秒的时问内起动，并能在短时间内谜到全负荷运转，而且操作比。
简单安全。
在石油工业中，石油勘
探工作都在野外，流动性大，对于动力设备的选择和要求是:其有足够大的功率、结构紧凑、重量轻、便于搬运和安装、燃料和水的消耗少。
因此内燃机在石油勘探工作中得到广泛的应用。
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，
内燃机原理内燃机的工作循环
内燃机原理内燃机的工作循环内燃机原理：内燃机的工作循环内燃机是一种将化学能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、船舶、飞机等交通领域。
它的工作原理主要包括四个工作循环：吸气、压缩、爆炸、排气。
吸气循环是内燃机的第一个工作阶段。
当活塞下行时，汽缸膛内的发动机油门打开，气缸外的大气压力将空气通过进气阀进入气缸。
在这个过程中，燃料还未注入，发动机主要借助活塞自身的下行运动产生的负压使混合气进入气缸。
压缩循环是内燃机的第二个工作阶段。
当活塞开始上升时，进气阀关闭，活塞将混合气体向气缸膛内压缩。
在这个过程中，活塞上升使得混合气压力增加，同时体积减小。
最终，混合气体达到了高压状态。
爆炸循环是内燃机的第三个工作阶段。
当混合气体压缩到一定程度时，火花塞会发出火花，点燃混合气体。
这个点燃的火焰扩散到整个气缸，产生了高温和高压气体。
高温高压气体作用于活塞上，将活塞推力向下运动。
排气循环是内燃机的第四个工作阶段。
当活塞再次上升时，这个运动将排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。
这个过程使得气缸内的压力迅速下降，使活塞对外做功。
内燃机的工作循环是由上述四个阶段交替进行的。
每个循环周期内，发动机都完成了吸气、压缩、爆炸和排气的过程。
这种循环反复进行，产生连续的动力输出。
内燃机的工作循环可以分为两种类型：四冲程循环和两冲程循环。
首先是四冲程循环，在这种循环中，吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段分别占据发动机的四个循环。
每个循环都需要两个活塞上下运动才能完成。
四冲程循环由于充分利用了活塞上下循环运动，具有较高的热效率和动力输出。
其次是两冲程循环，它将吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段合并到两个运动循环中。
这意味着每个循环中只需一个活塞上下运动就可完成整个循环。
两冲程循环由于缺乏四冲程循环中的压缩阶段，使得其热效率较低，并且排放污染物较多。
然而，两冲程循环由于结构简单，适用于小型和低功率的内燃机。
内燃机的工作循环是内燃机能够正常运行的基础。
发动机的工作循环
发动机的工作循环
1 内燃机工作循环
内燃机是一种流体动力机械，它是由活塞和活塞环受到连续循环作用所产生的燃烧发动机。
内燃机的工作循环一般分为4个阶段：进气阶段、压缩阶段、燃烧阶段和排气阶段。
2 进气阶段
进气阶段是内燃机一次工作循环的第一阶段。
当活塞纵向下运动时，机械活塞及其连接的气门都处于开启状态，外界新鲜空气就进入气缸中。
此时，气缸内只有外界新鲜空气，混入空气的可燃气体几乎为零，空气压力逐渐升高，内燃机进入下一个工作阶段。
3 压缩阶段
在压缩阶段，活塞上行，气门关闭，内燃机真空化，空气高压，空气温度也随之升高，空气中的可燃气体混合物也变的更细腻。
压缩阶段的压力有许多因素影响，如缸径、进气阀形状等因素都会影响最终的发动机效率。
4 燃烧阶段
在燃烧阶段，活塞继续向上移动，燃烧室静置，发动机的点火系统将一定量的燃料放入燃烧室中，搭配准确的火花塞点火，燃料和空气混合的迅速发生爆燃，释放出大量的热能，热能通过活塞转换为机械能量。
5 排气阶段
排气阶段是内燃机一次工作循环的最后一个阶段，是燃烧阶段的
反面过程，活塞下行，将气缸中的热气体向外排出，完成一次循环后，发动机就会再次重复上述四个阶段，一直循环下去。
内燃机的每一个工作循环都包括
内燃机的每一个工作循环都包括内燃机的每一个工作循环都包括：进气、压缩、燃烧—膨胀和排气等四个过程。
四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即四个行程中完成的；而二冲程内燃机的工作循环则是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。
下面介绍四冲程内燃机的工作原理：（一）四冲程汽油机的工作原理研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示汽缸内气体压力p和相当于活塞不同位置时的汽缸容积v之间的变化关系图。
此图能表示一个工作循环中气体在汽缸内所做的功，所以称为示功图。
1、进气过程在进气过程中，活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。
这时活塞上方的汽缸容积增大，于是压力降低到小于大气压力，也就是产生了真空度处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用真空度表示。
若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。
从真空表所读得的数值称真空度。
真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=(大气压强—绝对压强）。
在外界大气压力的作用下，空气经空气滤清器进入化油器，在化油器中与汽油混合而成为可燃混合气，经进气管和进气门进入汽缸。
由于进气系统对气流有阻力，所以进气终了时汽缸内的气体压力低于大气压力po。
进气过程在示功图上以曲线ra表示。
当活塞到达下止点活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。
时，进气终了，这时汽缸中的气体压力约为0.074~0.088MPa（当节气门完全开启时），温度为353K~403K。
2、压过过程为使汽缸中的混合气能迅速燃烧以产生较大的压力，从而使发动机发出较大的动力，必须在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小，密度增大，温度升高，即需要有压缩过程。
在进气过程终了后，进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，将汽缸中的混合气压缩，这时压缩过程。
压缩过程在示功图上以曲线ac表示。
随着气体容积的缩小，它的压力和温度就升高。
内燃机设计知识点总结
内燃机设计知识点总结内燃机是一种利用燃料在活塞内进行燃烧以产生动力的机器。
它在现代交通、工业和农业领域起着至关重要的作用。
本文将对内燃机设计的几个关键知识点进行总结。
一、循环过程内燃机的基本工作循环包括吸气、压缩、燃烧和排气四个过程。
在吸气过程中，活塞向下移动，气缸内的气门打开，使空气燃料混合物进入气缸；在压缩过程中，活塞向上移动，气门关闭，将混合气压缩至较高压力；在燃烧过程中，火花塞产生的火花点燃混合气，产生高温高压气体推动活塞向下运动；在排气过程中，活塞再次向上移动，排气门打开，将燃烧产生的废气排出。
二、缸径和行程内燃机的缸径和行程是影响其排量和效率的重要参数。
缸径是指气缸内径的直径，行程是指活塞在气缸内上下运动的长度。
一般来说，较大的缸径可以提供更高的输出功率，而较长的行程可以提供更高的扭矩。
设计时需要根据具体要求和预算确定缸径和行程的比例，以获得最佳的性能和经济性。
三、压缩比压缩比是指活塞在压缩过程中气缸内最高和最低容积的比值。
增加压缩比可以提高内燃机的热效率和功率输出，但同时也会增加发动机的热量和压力负荷。
因此，在设计内燃机时需要综合考虑压缩比与发动机结构、材料和燃油的适配性，以兼顾性能和可靠性。
四、点燃方式内燃机常见的点燃方式包括火花点燃和压缩点燃两种。
火花点燃是通过火花塞产生的火花点燃混合气，适用于汽油发动机；压缩点燃是在高压条件下，将燃料喷入气缸内通过自身的高温压力引燃，适用于柴油发动机。
在设计时，需要根据燃料类型和发动机要求选择合适的点燃方式。
五、气门正时气门正时是控制气门开启和关闭时间的一项重要设计参数。
它直接影响内燃机的进、排气效率和动力特性。
正确的气门正时设计可以提高燃烧效率和输出功率。
根据不同的工作循环要求和发动机特性，需要合理调整气门正时角度和持续时间。
六、冷却系统内燃机在工作过程中会产生大量的热量，冷却系统起到相应的散热作用。
设计冷却系统需要考虑散热效果、流体循环和材料耐久性等因素。
内燃机的工作循环
• 2.定压加热循环 • 假想在压力一定的条件下对工质加热的循环。
3.混合加热循环
• 将燃烧过程假想为部分定容加热，部分定压加热
的混合加热循环。（可将实际柴油机循环简化）
• 结论： 定容加热循环（汽油机理想循环）、定压加热循
环、混合加热循环（柴油机理想循环），以柴油机的热效 率最高，因为柴油机的压缩比远比汽油机的压缩比高。
•
• (2)工质燃料燃烧释放过程或混合加热 过程（定容和定压加热过程）的热量代替，因而 可以不考虑燃烧完全的程度以及热分解的问题 (3)压缩和膨胀过程是在绝热情况下进行，工质 与外界没有热交换，因此没有传热损失 (4)工质的比热视为定值，忽略变比热的影响。
上止点移动到下止点所扫过的容积。多缸 内燃机是所有气缸工作容积之和。 • 余隙容积Vc :当活塞在上止点时，活塞顶上 方的容积，又称燃烧室容积。 • 气缸总容积Va :当活塞在下止点时，在活塞 顶上方的容积。 • Va = Vh + Vc
• 3.压缩比ε ：压缩前与压缩后体积之比。 • ε = Va / Vc = 1 + (Vh / Vc)
• Z12V190B型柴油机活塞冲程为210mm。 • 活塞每走一个冲程，曲轴旋转半圈(180度)。
4冲程内燃机1个工作循环曲轴转720度 • 曲轴转动半径r来表示，活塞冲程以S表 • 示。对于气缸中心线垂直通过曲轴轴心的 内燃机， • 则S=2r • 2．余隙容积和工作容积
第三章：内燃机的工作循环
第三章：内燃机的工作循环内燃机的理论循环3种形式：等容加热循环、等压加热循环、混合加热循环等容加热循环：加热循环很快完成，热效率仅与压缩比有关等压加热循环：加热过程在等压条件下缓慢完成，负荷的增加使得热效率下降。
当初始状态一致且加热量及压缩比相同时等容加热循环的热效率最高，等压加热循环的热效率最低，当最高循环压力相同、加热量相同而压缩比不同时，等压加热循环的热效率最高，等容加热循环的热效率最低。
得出结论：1、提高压缩比，提高了热效率，但提高率随着压缩比的不断增大而逐渐降低2、增大压力升高比，可使热效率提高3、压缩比以及压力升高比的增加，将导致最高循环压力的急剧上升4、增大初始膨胀比，可以提高循环平均压力，导致热循环效率降低5、等熵指数增大，循环热效率提高柴油的理化性质：自然温度、馏程、粘度、含硫量等，以自然温度和低温流动性影响较大。
1、自然温度：柴油在无外源点火的情况下能够自形点火的性质为自然性。
能够使柴油自行着火的最低温度称自然温度。
自然性用正十六烷值衡量2、低温流动性（浊点与凝点）：温度降低时，柴油中所含的高分子烷簇（如石蜡）和燃料中夹杂的水分开始析出并结晶，使原来呈半透明状的柴油变得浑浊，达到这一状态的温度值就是柴油的浊点，当温度再降低时，柴油完全凝固，此温度称为凝点。
3、化学成分及发热量：燃油的化学成分：碳、氢、氧、氮。
1千克柴油完全燃烧所发出的热量叫做燃料的发热量或热值。
汽油的理化性质：挥发性和抗爆性1、挥发性：表示液体燃料汽化的倾向，与燃料的馏分组成、蒸汽压、表面张力以及汽化潜热有关。
汽油馏出的温度范围称为馏程。
初馏点：40－80︒C，终馏点：180－210︒C。
2、抗爆性：燃料对发动机发生爆燃的抵抗能力称为燃料的抗爆性。
汽油的抗爆性是以辛烷值来表示的。
根据试验规范的不同，所得的辛烷值分别称为马达法MON或研究法RON辛烷值气体燃料：天然气、液化石油气、氢气、煤气、沼气。
代用燃料：醇类燃料、植物油燃料燃烧：燃烧是外界热源向工质在一定条件下加热的过程。
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内燃机的工作循环生物与农业工程学院孙舒畅45090120一，内燃机的理论循环通常根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、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等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循环简化为混合加热循环或等压加热循环，这些循环称为内燃机的理论循环。
根据不同的假设和研究目的，可以形成不同的理论循环，如图1，a、b和c所示为四冲程内燃机的理想气体理论循环的p-V示功图。
为建立这些内燃机的理论循环，需对内燃机的实际循环中大量存在的湍流耗散、温度压力和成分的不均匀性以及摩擦、传热、燃烧、节流和工质泄漏等一系列不可逆损失作必要的简化和假设，归纳起来有：1)忽略发动机进排气过程，将实际的开口循环简化为闭口循环。
2)将燃烧过程简化为等容、等压或混合加热过程，将排气过程简化为等容放热过程。
3)把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵可逆过程，忽略工质与外界的热量交换及其泄漏等的影响。
4)以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环牛工质物理及化学性质保持不变，比热容为常数。
图1 四冲程内燃机典型的理论循环a)等容加热循环b)等压加热循环c)混合加热循环通过对理论循环的热力学研究，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，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环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，以判断实际内燃机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。
3)有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性。
各种理论循环的热效率和循环平均压力可以依照热力学的方法进行推导[1-3]。
内燃机理论循环热效率和循环平均压力的表达式及特点见表1。
表1 内燃机理论循环的比较注：V P c c k =为等熵指数，c a c V =ε为压缩比，c z P P P =λ为压力升高比，c z V V =0ρ为初始膨胀比。
分析表1中三种理论循环的热效率和平均压力表达式，不难发现：1)三种理论循环的热效率均与压缩比 有关，提高压缩比可以提高循环的热效率。
高压缩比c ε可以提高工质的最高燃烧温度，扩大了循环的温度阶梯，从而使热效率t η增加，但热效率t η增加率随着压缩比c ε的提高而逐渐减小。
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，使循环的最高温度和压力增加，因而提高了燃料热量的利用率，即循环的热效率t η。
3)增大初期膨胀比，使等压部分加热量增加，将导致混合加热循环热效率t η的降低，因为这部分热量是在活塞下行的膨胀行程中加入的，做功能力较低。
4)所有提高内燃机理论循环热效率的措施，以及增加循环始点的进气压力，降低进气温度a T ，增加循环供油量(b g ，即循环加热量B Q )等措施，均有利于循环平均压力的t P 提高。
理论上能够提高内燃机理论循环热效率和平均压力的措施，往往受到内燃机实际工作条 件的限制：1)结构强度的限制。
尽管从理论循环的分析可知，提高内燃机的压缩比c ε和压力升高比。
对提高循环热效率和平均压力t P 均起着有利的作用，但c ε和压力升高比的增加将导致最高燃烧压力z P 和压力升高率dp/d ϕ的升高，使发动机的负荷水平、振动和噪声大大增加，因而受到发动机结构及强度的限制。
为保证发动机的可靠性和使用寿命，考虑发动机的制造成本，在实际选择上述参数时，须根据具体情况权衡利弊而定。
2）机械效率的限制。
内燃机的机械效率m η与气缸中的最高燃烧压力z P 密切相关，而z P 决定曲柄连杆机构的设计。
相同转速下，z P 的增加不仅会使活塞与气缸套之间的摩擦损失增加，也使得活塞、连杆等运动件的质量及其惯性力增加，轴承的承压面积加大，从而进一步增加发动机的摩擦损失，因此不加限制地提高c ε或压力升高比，将导致机械效率m η的下降，从有效性能指标上看，使得由压缩比c ε和压力升高比提高而获得的收益得而复失。
这一点对于本来压缩比已经很高的柴油机来说更为明显。
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时的气缸容积变得很小，燃烧室的设计和制造难度增加，也不利于混合气的形成和燃烧的高效进行。
4）排放方面的限制。
循环供油量的增加取决于实际吸人气缸内的空气量，即有空燃比的限制，否则将导致燃烧不完全而出现冒烟、热效率下降和发动机的HC 、CO 排放激增。
另外，内燃机压缩比的上升，使最高燃烧温度和压力上升，发动机的NO x 的排放物增加，振动噪声增加。
一般地，柴油机的压缩比在12—22之间，最高爆发压力不超过14MPa ；汽油机的压缩 比在6-12之间，最高爆发压力不超过8.5MPa 。
二，内燃机的实际循环与内燃机的理论循环相比，内燃机的实际循环存在着许多不可逆损失，因而不可能达到理论循环的热效率和循环平均压力。
分析这些损失，有助于掌握两者之间的差异及成因，为提高内燃机工作过程的热效率指明方向。
图2所示为以混合加热循环自然吸气压燃式发动机为例的理论循环与实际循环示功图，以下将两者之间的差别分别阐述如下。
一、工质的影响理论循环的工质是理想的双原子气体，其物理化学性质在整个循环过程中是不变的。
在内燃机的实际循环过程中，燃烧前的工质是由新鲜空气、燃料蒸气和上一循环残留废气等组成的混合气体。
在燃烧过程中，工质的成分及质量不断地变化。
二氧化碳、水蒸气等三原子气体成分增加，使工质的比热容增大，且随着温度的升高而增大，导致实际气体温度下降。
同时，燃烧产物还存在着高温分解及在膨胀过程中的复合放热现象。
上述因素中，以工质比热容的影。
向为最大，其他各项的影。
向相对较小。
这就意味着，由于工质比热容随温度增加而增大，对于相同的加热量(燃料燃烧的放热量)，实际循环所能够达到的最高燃烧温度和气缸压力均小于理论循环的，其结果是使循环的有用功减少，热效率下降。
例如，对于一个压缩比为18、过量空气系数为1．5、最高压力为8MPa的自然吸气混合加热循环，其理论热效率为0．63，当考虑到工质的影响时，其热效率降为0．51。
图2所示的内燃机P-V示功图显示了工质热物性对理论循环的影响。
由于比热容随温度的升高而增大，使燃烧膨胀过程线(虚线)低于理论循环的燃烧膨胀线(点实线)。
工质对压缩过程的影响较小。
上述虚线所围成的示功图面积小于理论循环点实线所围成的示功图面积。
二、传热损失理论循环假设，与工质相接触的燃烧室壁面是绝热的，两者间不存在热量的交换，因而没有传热损失。
实际上，缸套内壁面、活塞顶面以及气缸盖底面等(统称壁面)与缸内工质直接接触的表面，始终与工质发生着热量交换。
在压缩行程初期，由于壁面温度高于工质温度，工质受到加热，随着压缩过程的进行，工质温度在压缩后期将超过壁面温度，热量由工质流向壁面。
特别是在燃烧和膨胀期，工质大量向壁面传热。
传热损失造成循环的热效率和循环的指示功有所下降，同时增加了内燃机受热零部件的热负荷。
图2 自然吸气压燃式内燃机理论和实际循环p-V图的比较三、换气损失内燃机的理论循环不考虑换气过程中气体流动的阻力损失，而实际循环中，在吸人新鲜充量、排出废气的过程中，不可避免地造成多种损失，主要有膨胀损失、活塞推出功损失和吸气功损失。
为了保证内燃机有一个较好的性能，排气门需要在膨胀行程接近下止点前提前开启，以排出更多废气，降低缸内压力，减少活塞强制排气的推出功损失。
燃气在膨胀下止点前开始从气缸内排出，循环沿^，d，线进行，造成了示功图上有用功面积的减少(图中阴影区面积6，d：^)，称为膨胀损失。
在强制排气和自然吸气行程中，气体在流经进排气管、进排气道以及进排气门时，由于各种流动阻力损失，形成活塞推出功和吸气功损失(自然吸气)。
上述排气门提前开启造成的膨胀损失、强制排气的推出功和吸气损失功，统称为换气损失。
由于进气节流造成压力损失，压缩始点压力降低。
低于进气管压力，使整个压缩线oc 处于理论压缩线IZtC，的下方，从而影响到整个循环的平均压力。
四、燃烧损失根据理论循环对燃烧过程的处理，燃烧是外界热源向工质在等容和等压条件下的加热过程。
燃烧(加热)速度根据加热方式的不同而有差异：在等容条件下加热，热源向工质的加热速度极快，可以在活塞上止点瞬时完成；在等压条件下加热，加热的速度是与活塞的运动速度相配合的，以保证缸内压力不变。
实际的燃烧过程{柴油机)要经历着火准备、预混燃烧、扩散燃烧、后燃等阶段，燃烧速度受到多种因素的影响，与理论循环有较大的差异，这种差异所造成的燃烧损失体现在以下两个方面。
(一)燃烧速度的有限性实际的燃料燃烧速度是有限的，燃烧需要足够的时间来完成，这就造成了内燃机实际循环中一个由燃烧速度的有限性所造成的损失，也称为时间损失。
归纳起来，它给整个循环带来了以下几方面的不利影响：(1)压缩负功增加为了使燃烧能够在上止点附近完成，燃料的燃烧在上止点前就已经开始了，由此造成了压缩负功的增加(图中面积ccc 1)。
(2)最高压力下降由于燃烧速度的有限性，等容加热部分达不到瞬时完成加热的要求，再加上活塞在上止点后的下行运动使工质体积膨胀，使得实际循环的最高压力有所下降，循环的平均压力和做功能力下降。
(3)膨胀功减少由于理论循环假设等容加热是瞬时完成的，其余热量是在等压的条件下于某一点(z点)前完全加入，而后进入绝热膨胀过程，而实际循环的燃烧持续期长(至e点)，部分热量是在膨胀行程的z点后加入，这部分热量的做功能力低，循环获得的膨胀功减少。
(二)不完全燃烧损失理论上在空气充分的条件下，燃料能够完全燃烧，释放出所有化学能，但实际上仍会有很少一部分燃油由于附着到燃烧室壁面、熄火等原因，没有燃烧或没有完全燃烧，以未燃HC、CO和碳烟颗粒等形式排出机外，此外还存在一定的高温分解等，所有这一切造成了燃料的不完全燃烧损失。