内燃机循环
内燃机的四个冲程
内燃机的四个冲程内燃机、冲程及工作循环1．内燃机：燃料在汽缸内燃烧的热机叫内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。
它们的特点是让燃料存汽缸内燃烧，从而使燃烧更充分，热损失更小，热效率较高，内能利用率较大。
2．冲程：活塞在汽缸内住复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
3．工作原理：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。
四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。
（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸；（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩；（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。
高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；（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。
（如下四个冲程的示意图）。
汽油机的工作过程进气阀开关排气阀开关活塞运动曲轴运动冲程作用能量的转化吸气冲程开关向下半周吸入汽油和空气的混合物——压缩冲程关关向上半周燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大机械能→内能做功冲程关关向下半周燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功内能→机械能排气冲程关开向上半周排除废气——说明一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能柴油机和汽油机的区别：汽油机柴油机构造不同汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料不同汽油柴油吸气冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物柴油机在吸气冲程中只吸入空气点火方式压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式效率效率低20％一30％效率高30%～45％应用自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等区分汽油机、柴油机以及判断内燃机的四个冲程的方法：区分汽油机和柴油机时，要从构造上区别，有喷油嘴的是柴油机，有火花塞的是汽油机，一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方向，在此基础上进行综合分析。
第二讲 内燃机的实际循环
2.传热损失 2.传热损失
• 理论循环: 理论循环: • 压缩、膨胀过程为绝热过
程。 • 实际循环: 实际循环: • 缸壁与工质之间始终有热交 换。 • 大量热量通过气缸壁传给冷
缸内工质通过活塞顶面、气缸盖 底面、气缸套壁面不断向外传热。 压缩过程的传热：开始工质吸热、后期 工质向外传热 燃烧与膨胀过程：大部分热量在此阶段
理论循环： 压缩比低使得汽油机的理论 热效率低于柴油机。
实际循环中各损失：
汽油机的混合气偏浓，而柴油机大部分情况下 偏稀； 柴油机负荷减小时，压力升高比变化不大，只 是预膨胀比减小，热效率升高；汽油机负荷 减小时，燃烧速度降低，燃烧时间加长，等 容度减小，热效率降低。
•
思考题
•
在现代发动机上，采用了哪些具体措施 提高发动机实际循环热效率？
3.流动损失 3.流动损失
• 理论循环: 闭口系统，没有气体流 理论循环:
动损失。
• 实际循环: 进、排气节流沿程损失， 实际循环: • 缸内进气挤压、燃烧涡
流损失。
4.燃烧损失 4.燃烧损失 • (1)时间损失 (1)时间损失 • 理论循环: 理论循环: 定容加热瞬间完成，
定压加热速度与活塞运行速度密切 配合。 • 实际循环: 实际循环: 燃烧需要时间。 实际燃烧过程要持续一段时 间，非瞬时等容加热；为了增加等 容度，燃烧提前，从而造成此损失 存在。
• 3.燃烧过程 3.燃烧过程
将燃料的化学能转化为热能， 将燃料的化学能转化为热能，
使工质的压力温度升高。 使工质的压力温度升高。 放热量越多，放热时越接近上止点， 放热量越多，放热时越接近上止点， 热效率越高。 热效率越高。 要求燃烧过程要完全、及时。 要求燃烧过程要完全、及时。
内燃机工作循环
2020/2/12
由热效率表达式，还可以得到如下结论：
1. 提高压缩比εc可以提高热效率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可使热效率ηt提高。 3. 压缩比εc以及压力升高比λp的增加，将导致最高循
环压力pz的急剧上升。 4. 增大初始膨胀比ρ0，可以提高循环平均压力，但循
环热效率ηt随之降低。 5. 等熵指数k增大，循环热效率ηt提高。
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内燃机实际工作条件的约束和限制： • 1)结构条件的限制
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表3—2给出了在从原油提炼液体燃料过程中 ，不同炼制工艺对油料性质的影响。热裂解 法虽然工艺简单，但由于所得到的燃油稳定 性较差，一般还需要进行催化裂解等炼制过 程，以保证质量。值得强调的是，每一种商 品燃料都是多种烃类的混合物，而且是各种 炼制工艺所得油料的调和产物；近年来，为 了提高汽油燃料的辛烷值，大量采用催化重 整工艺，即将低辛院值的汽油在铂、镍等催 化剂的接触催化下进行重整，使其辛烷值水 平得到进一步提高。
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一、内燃机的燃料
• （一）石油燃料 • （二）天然气燃料 • （三）代用燃料
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(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
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1、石油中烃的分类
从化学结构上看，石油基本上是 由脂 肪族烃、环烷族烃和芳香族烃等各种烃类
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。
2-内燃机的循环
内燃机的循环
3、影响因素分析
系） 在
v3 代表加热量（∵ ，加热量多，V3 v2
同前所述：
t ，
，
与 q 有顺变关
。
一定时，增加
（即 q1
tp则随之减少，但 ），
ptp
三、混合加热循环（萨巴德循环） 1、混合循环热效率 tvp（ tm ）
tvp
Cv T5 T1 q2 1 1 q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
将 T2 、T 、 T 代入式子得：
3
4Leabharlann ptvpp1 k 1 k 1 t 1 k 1
内燃机的循环
3、影响因素分析
同前分析，结果相同 和
虽 =1时，为等压循环 =1时，为等容循环
一样，但加热时间不同，其热效率亦不同。如一个在上止点加热，一
内燃机的循环
一、定容加热循环
内燃机有三种基本空气标准循环：定容、定压、混合 汽油机为定容加热循环（亦称 otto 循环）；低速柴油机为定压 加热循环（Diesel Cycle）；高速柴油机为混合加热循环（Mixed Cycle）（实际上现在发展并非这样，实际上柴油机的压力升高率 dp >汽油机）
d
曲柄 曲轴
工作行程（S ）：上下止点间的距离。 四行程发动机：活塞经四个行程完成一个工作循环的发动机 二行程发动机：活塞经二个行程完成一个工作循环的发动机 曲柄半径 R ：曲轴中心与连杆轴径中心之距 S 2 R
内燃机的循环
气缸余隙容积 Vc （燃烧室容积）：活塞在上止点时，活塞顶部 以上的容积。 气缸工作容积 Vh （气缸排量）：活塞从上止点到下止点所走 过的容积。 D 2
内燃机热力循环-打印版
内燃机热力循环一、燃气轮机循环燃气轮机理想循环为布雷顿循环（Brayton Cycle) ，它是工质连续流动做功的一种轮机循环，如图1所示 。
它既可作内燃布雷顿循环，又可作外燃布雷顿循环。
内燃的布雷顿循环为开式循环，常用工质为空气或燃气。
外燃的布雷顿循环是闭式循环，通过热交换器对工质加热，在另一热交换器排出工质余热。
循环过程为：工质在压气机中等熵压缩1－2，在燃烧室（或热交换器中）等压加热2－3 ，在燃气轮机中等熵膨胀3－4和等压排气4－1 。
图1 燃气轮机循环燃气轮机循环的指示热效率为11k k i c ηπ-=-式中，c π为压气机中气体的压比，k 为比热比。
燃气轮机开式循环常与内燃机基本循环配合使用。
二、涡轮增压内燃机热力循环将涡轮增压技术（或燃气轮机技术）应用到内燃机上是内燃机循环的一项重大技术发展。
一方面内燃机希望获得更多的进气（或可燃混合气）充量，以提高内燃机的功率和热效率；另一方面从内燃机排出的高温、高压废气能导入燃气涡轮中再作功，推动与燃气涡轮相连（同轴）的压气机来提高进气（或可燃混合气）的压力供给内燃机，这样就成为涡轮增压内燃机。
涡轮增压内燃机有等压涡轮和变压涡轮两种系统，它们的热力循环也有所不同。
1．恒压涡轮增压内燃机热力循环图2是等压涡轮增压内燃机热力循环。
它由内燃机基本循环1→2→3’→3→4→1和燃气轮机循环7→1→5→6→7组成。
图2 等压涡轮增压内燃机热力循环压气机将气体从状态7（大气压力p0）等熵压缩到状态1（压力为p s）之后进入内燃机。
按内燃机热力循环到达状态4。
气体在排气过程进入等压涡轮时由于排气门的节流损失和排气动能在排气总管内的膨胀、摩擦、涡流等损失而变成热能，气体温度升高，体积膨胀而到达状态5。
气体从4→5 这部分能量没有利用，对内燃机来说相当于从状态4直接回到状态1。
气体在等压涡轮中从状态5等熵膨胀到状态6，然后排入大气。
2 ．变压涡轮增压内燃机热力循环变压涡轮增压内燃机热力循环如图3 。
内燃机的工作循环
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。
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，
第三章 内燃机的工作循环
(part at constant volume and part at constant pressure , called limited pressure combustion,) （ 高速柴油机）
• a-c：绝热压缩 (isentropic compression) (Adiabatic and reversible (hence isentropic)
t
W Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
tm
1
1
k1 c
(p
p0k 1 1) kp (0
1)
压缩比， c
Va Vc
压力升高比，P
pz pc
初始膨胀比，0
Vz Vc
4
三、循环平均压力pt —评定循环的动力性
pt
W Vs
pt (tQB )( 1 )( c ) pa cvTa k 1 c 1
汽油
14.8 43960 3810 750 305~483 216 3.4 314 80~97 10~15 493~533
柴油 14.3 42500 3789 860 453~603 272.5 40 301 20~30 40~55 473~493
10
（二）柴油的理化性质 (Characteristics of diesel fuel )
发动机的热效率和发动机的运转参数及燃烧室结构型式 无关
所有提高循环热效率的措施，以及增加pa，降低Ta，增 加gb （QB）等措施，均有利于提高pt。
7
五、提高循环热效率及平均压力的限制(restriction)
内燃机循环
内燃机实际循环
排气损失
实际循环换气过程所造成的损失。 提前排气损失：因排气门提前开启而造成的膨胀功的损失。 泵气损失: 因工质流动时需要克服进排气系统的阻力所消耗的功。
内燃机理论循环
四冲程内燃机典型的理论循环
(a)等容加热循环 (a)等容加热循环
(b)等压加热循环 (b)等压加热循环
(c)混合加热循环 (c)混合加热循环
总之，忽略了工质的影响、传热损失、燃烧损失、 总之，忽略了工质的影响、传热损失、燃烧损失、换气损失
内燃机实际循环
理论循环：粉色（ 理论循环：粉色（acz`zba)
P z` z`1 z`2 3 z z1 z2 4
实际工质的影响： 实际工质的影响：绿色 传热损失：红色 传热损失： 燃烧损失： 燃烧损失：蓝色 换气损失： 换气损失：咖啡色 实际循环： 实际循环：a2123456r
内燃机简介
优势： 优势 1、体积小、质量小、便于移动。 2、起动性能好。
劣势： 劣势 1、污染大，排放严重。 2、功率小。
内燃机实际循环
z
进气过程： 进气过程：r-a 压缩过程: 压缩过程 a-c 燃烧过程: 燃烧过程 c-z 膨胀过程: 膨胀过程 z-b 排气过程: 排气过程 b-r
P
c b p0
内燃机循环
ENGINE OPERATING CYCLES
主要内容
1 2
内燃机简介 内燃机实际循环
3 内燃机理论循环与斯特林循环 4 评价指标与计算
内燃机简介
内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧， 内燃机 并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
内燃机简介
① 根据所用燃料 所用燃料分：汽油机、柴油机、天然气（CNG）、LPG发动机、乙 所用燃料 醇发动机等，另有双燃料发动机和灵活燃料发动机。 ② 根据缸内着火方式 着火方式分：点燃式、压燃式 着火方式 ③ 根据冲程数 冲程数分：二冲程、四冲程 冲程数 ④ 根据活塞运动方式 ：往复式、旋转式 活塞运动方式分 活塞运动方式 ⑤ 根据气缸冷却方式 ：水冷式、风冷式 缸冷却方式分 缸冷却方式 ⑥ 根据内燃机转速 内燃机转速分：低速(<300r/min)、中速(300 ~ 1000 r/min)、高 内燃机转速 速(>1000 r/min)； ⑦ 根据进气充量压力 进气充量压力分：自然吸气式、增压式 进气充量压力 ⑧ 根据气缸排列 气缸排列分：立式、卧式直列、V型、对置X型、星型 气缸排列
内燃机理论循环和实际循环
B 为每小时燃油消耗量（kg/h）
Hu 为所用燃料的低热值（kJ/kg）
ηit 、 bi之间的关系： ηit =3.6 ×106 / bi Hu
(4)有效热效率ηet
定义：实际循环的有效功与相应消耗的热量的比值。
ηet=We/Q1=Wiηm/Q1=ηit ηm
同理有 ηet =We/gbHu ηet =3.6 ×103 Pe/（B×Hu）
发动机输出转矩 Ttq=318.3pme Vs i/τ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5、经济性评价指标
（1）指示燃油消耗率bi ------单位指示功的耗油量。
单位：[g/（kW.h）]
设每小时燃油消耗量为B（kg/h），
则 bi=（B/Pi）×103
（g/kWh）
（2）有效燃油消耗率be-------单位有效功的耗油量
单位：[g/（kW.h）]
程度的重要指标之一。
（2）比质量me—单位有效功率所占质量（评价工作过程、轻 量化和紧凑性）
me=m/Pe
（kg/KW）
（3）强化系数 — 平均有效压力Pme与活塞平均速度
Cm的乘积。
7 其他性能指标
（1）环境指标 排放性能和噪声
（2）冷起动性能
§1.4 机械损失
一 机械效率
定义：有效功（功率）与指示功（或功率） 的比值。
ηet 、 be之间的关系： ηet =3.6 ×106 / be Hu
6、发动机结构和强化程度的指标
（1）升功率PL—单位发动机排量发出的功率（评价汽缸容积 利用程度）
PL=Pe/Vsi
（kW/L)
升功率PL是从发动机有效功率的角度对其气缸工作容积的利用 率作总的评价，也是评定一台发动机整机动力性能和强化
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。
第三章 内燃机的工作循环
汽油的使用性能指标
(3) 汽油的抗暴性 抗暴性是指汽油抵抗自燃的一种能力，一般 用辛烷值表示。 通常将正庚烷(C7H16)(抗暴性差)与异辛烷 (C8H18)(抗暴性好)按一定比例混合，构成不 同体积百分比的异辛烷和正庚烷的标准汽油， 其中异辛烷含量的百分数叫做辛烷值。 国产汽油的牌号就用辛烷值表示，如90＃汽 油表示用研究法测出的辛烷值不小于90。
根据目前掌握的情况，我国石油的总储量 达780亿吨，实际可开采的储量约为390亿吨， 名列世界前茅。塔里木盆地的塔克拉玛干大 沙漠中发现的石油高达300亿吨。
若干国家石油储量预测/（亿吨）
世界 1360 中国 390 沙特 352 俄罗斯 阿联酋 伊拉克 科威特 伊朗 280 272 136 128 126
柴油的使用性能指标
3 柴油的热值 柴油的热值一般比汽油的热值低，约为 42500kJ/kg。 4 柴油的自燃性 十六烷值：将十六烷（自燃性好）与-甲基奈 （自燃性差）按一定比例混合，构成不同体积 百分比的十六烷和-甲基奈的标准柴油，其中 十六烷含量的百分数叫做十六烷值。
柴油挥发性小结
最终溜程太高，不易燃烧，稀释机油，形 成碳烟
小结 自燃性
自燃性—不用点燃而自动着火的性能 化学稳定性的好坏决定了自燃性能； 就自燃性来说： 高C > 低C， 正烃>异烃>环烃>芳香烃 十六烷值与辛烷值都表示自燃性，关系为：
辛烷值=120-2十六烷值
小结 挥发性
挥发性—液体燃料气化的难易程度
一般用馏程评价挥发性能 分子越大，蒸发越难，物理稳定性越好。 汽油：物理稳定性差、易挥发，所以预混方 式燃烧；
研究理论循环的目的
研究提高理论循环热效率的途径。
确定理论循环热效率的极限，判断内燃 机工作过程完善程度。 分析比较内燃机不同热力循环方式的经 济性和动力性。
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（2） 定容加热循环 （奥图Otto循环)
定压预胀比： 1
汽油机和煤气机的理想循环
循环热效率：
t
1
1
1
（3）定压加热循环 （狄塞尔循环)
定容升压比： 1
循环热效率：
t
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 当压缩比 和
压缩比： v1 v2 表示压缩过程中工质体积被压缩的程度。
升压比： p3 p2 表示定容加热过程工质压力升高的程度。
预胀比： v4 v3 表示定压加热时工质体积膨胀的程度。
（1） 混合加热循环
单位质量工质的吸热量：
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
单位质量工质的放热量：
q2 cv T5 T1
分析循环能量转化的经济性（热效率）t
W0 Q1
在热力学基本定律的基础上
方向 经济性
途径
Q1 T1
Q2
热机
T2 T1 T2
W0
活塞式内燃机循环
活塞式内燃机分类
按燃料
煤气机 汽油机
柴油机
分类 按点火方式
按冲程
点燃式 压燃式
二冲程 四冲程
1. 活塞式内燃机实际循环与理想循环 (1) 活塞式内燃机实际循环
简化 可逆绝热
⑤开式循环 抽象 闭式循环
活塞式内燃机理想混合加热循环（萨巴德循环）
1－2：可逆绝热压缩过程； 2－3：可逆定容加热过程； 3－4：可逆定压加热过程； 4－5：可逆绝热膨胀； 5－1：可逆定容放热过程。
2. 活塞式内燃机理想循环分析
为了说明内燃机的工作过程对循环热效率的影响， 引入下列内燃机的特性参数：
➢ 柴油机工作的4个冲程：
1）进气冲程0-1 2）压缩冲程1-2
2’ 点开始喷进柴 油 3）动力冲程2-3-4-5
4）排气冲程5-0
（2）循环的抽象和概括 ①工质 假定 空气 ②燃料燃烧 简化 可逆吸热
定容吸热：2 — 3
定压吸热：3 — 4 ③排气过程 简化 定容放热 5 —1
④压缩过程 1 — 2 膨胀过程 4 — 5
（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
q1p q1m q1V
三种理想循环的放热量
q2 p q2m q2V
三种理想循环的热效率 t p t m t V
例例题题 300K、
绝热指数 一定时
t
t
4. 三种活塞式内燃机理想循环的比较
（1）进气状态、最高压力、最高温度彼此相同
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 q2m q2 p
三种理想循环的吸热量
q1V q1m q1p
三种理想循环的热效率 t V tm t p
循环热效率：t
wnet q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
1
T3
T5 T2
T1
T4
T3
将各点温度由参数关系解出代 入循环热效率表达式：
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
1
1
1Hale Waihona Puke 11由上式可见，混合加热循环的热效率与多种因素有关，
当压缩比 增加、升压比 增加以及预胀比 减少时，
动力装置循环
➢ 热能动力装置 ： 将热能转换为机械能的设备，也称为热力
发动机，简称热机。
➢ 动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
蒸汽动力装置循环: 以蒸汽为工质的热机工作循环（如蒸汽机、
蒸汽轮机等）。
气体动力装置循环: 以气体为工质的热机工作循环（如内燃机、
燃气轮机等）。
◆ 分析动力循环的目的