第九節柴油機的熱力循環一、熱機循環二、理論循環與實際循環三內燃機三種理想循環的比較一、熱機循環的概念及作用1、熱機：是指把燃料的化學能通過燃燒變為熱能，再通過燃燒產物(工質)的膨脹做功把熱能轉變為機械能的動力機械。典型熱機有蒸汽機、蒸汽輪機、柴油機、汽油機。燃料的化學能

熱能

。第一次能量轉換燃燒

第二次能量轉換工質膨脹機械能2、熱機分為內燃機、外燃機兩種類型。內燃機：如果直接將燃料的燃燒產物作為工質,這種動力裝置稱為氣體動力裝置(或稱為內燃機)。內燃機直接利用燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣在氣缸內膨脹做功。分為燃氣輪機、往復式內燃機（汽油機、柴油機）、噴氣動力裝置（火箭發動機）等。外燃機（蒸汽動力裝置）：是指燃料的燃燒是在氣缸外部特設的鍋爐中進行的，燃料燃燒時放出的熱能加熱水，使水變成蒸汽，再將蒸汽引入氣缸內膨脹做功，推動機械運動。只是利用燃燒產物來加熱循環的工質(如蒸汽動力裝置中利用燃氣加熱水)。如往復式蒸汽機、蒸汽輪機。3、內燃機與外燃機比其主要優點：(1)在內燃機中，熱能不需要中間介質(如水蒸氣等)傳遞，能量損失小，具有較高的熱效率。(2)內燃機裝置結構簡單，尺寸和重量等方面具有明顯優勢。燃氣輪機在所有熱機中，具有尺寸小，裝置重量最小，單位重量的功率最大的特點。

燃氣輪機循環

4、汽油機與柴油機比較：汽油機使用揮發性好的汽油做燃料，采用外部混合法形成可燃混合氣;其燃燒為點火式。不能采用高壓縮比，限制了汽油機的經濟性。不允許其作為船用發動機所用使用，易引起火災危險性大。但他工作柔和平穩、噪音低、比重量小。廣泛應用于轎車和輕型運輸車輛。柴油機：是一種壓縮發火的往復式內燃機。柴油機使用揮發性較差的柴油或劣質燃油做燃料;采用內部混合法形成可燃混合氣;缸內燃燒采用壓縮式。

汽油機與柴油機比較：項目

特點

汽油機

柴油機燃料（工質）汽油柴油或劣質燃油點火方式電火花塞點火壓縮自行發火混合氣形成方式氣缸外混合氣缸內混合壓縮比6~1012~22有效熱效率15%~40%30~55%5、熱機循環：是指工質將外界的熱能在一定條件下連續不斷地轉變為機械能。熱機循環是熱機工作的基本原理。在狀態變化過程的任一瞬間，系統與外界沒有熱量交換的熱力過程稱為絕熱過程。在工程上，若過程進行得慢，工質與外界熱交換良好時的熱力過程可作為定溫過程。pvTsnn+∞

-∞

+∞

-∞

-∞

+∞

+∞

-∞

n=0n=0n=0n=0n=1n=1n=1n=1n=kn=kn=kn=knnnn理想氣體熱力過程的圖示綜合分析二、理論循環與實際循環1.分析動力循環的一般方法（1）把實際工作過程簡化成可逆理想循環，并圖示。（2）確定理想循環中各典型點。（3）進行循環性能分析，確定表征循環整體性能的各種指標。2.根據實際工作過程，將熱機實際循環簡化為:1）工質是理想氣體，其比熱容視為定值;2）工質與外界無質量交換，不計進、排氣過程及其流動損失。3）工質的壓縮和膨脹過程均為絕熱過程，不計缸壁傳熱漏氣等熱損失。4）燃燒過程為外界高溫熱源以定容過程、定壓過程向工質加熱，排氣過程用定容放熱過程代替。5）構成循環的各個過程均是可逆的。

3.往復式內燃機的動力循環內燃機

往復式內燃機的進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣四個工作過程是由活塞在四個行程內完成的，稱為“四沖程內燃機”在兩個行程內完成的，稱為“二沖程內燃機”往復式內燃機燃料直接在氣缸中燃燒，全部熱力過程都在氣缸內。特點:熱效率高、功率范圍廣、便于移動。內燃機實際循環：進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣五個過程。4.柴油機的基本工作原理是采用壓縮發火方式使燃油在缸內燃燒，用高溫高壓的燃氣作為工質，在氣缸中膨脹推動活塞往復運動，并通過活塞一連桿一曲柄機構將往復運動轉變為曲柄的回轉運動。進氣、壓縮、膨脹、排氣周而復始的循環稱為工作循環。

熱機的實際循環存在著許多不可避免的損失(如機械摩擦、散熱、燃燒不完全等)。使它不可能達到理論循環的熱效率。工質是實際混合氣，存在燃燒加熱和排氣加熱，計及各種熱力損失的實際工作循環稱為熱機實際工作循環。1）、機械噴射式柴油機工作過程的實際過程PVPb0-1：吸氣過程

。由于閥門的阻力，吸入氣缸內空氣的壓力略低于大氣壓力。0121-2：壓縮過程

2－3－4－5：燃燒和膨脹過程

燃燒可分為定容過程和定壓過程34565－6－0：排氣過程內燃機實際循環是不可逆的開式循環。2)理想化為:（1）不計吸氣和排氣過程，將柴油機的工作過程看作是氣缸內工質進行狀態變化的封閉循環。（2）把燃燒過程看作是外界對工質的加熱過程，并認為2－3是定容加熱過程，3－4是定壓加熱過程。（3）略去壓縮過程和膨脹過程中工質與氣缸壁之間的熱量交換,近似地認為是絕熱過程。（4）用定容放熱過程來代替廢氣排入大氣中的實際放熱過程。該循環由于兼有定容和定壓加熱過程，所以稱為“混合加熱循環”，也稱“薩巴德循環”。機械噴射式柴油機理想循環的p-v圖和T-s圖1-2：絕熱壓縮

2-3：定容吸熱3-4：定壓吸熱4-5：絕熱膨脹

5-1：定容放熱q絕熱壓縮絕熱膨脹定容吸熱定壓吸熱

定容放熱柴油機理想循環是封閉可逆正循環5、內燃機的特性參數（1）壓縮比：壓縮前的比體積與壓縮后的比體積之比，它是表征內燃機工作體積大小的結構參數。（2）定容升壓比:定容加熱后的壓力與加熱前的壓力之比，它是表示內燃機定容燃燒情況的特性參數。（3）定壓預脹比:定壓加熱后的比體積與加熱前的比體積之比，它是表示內燃機定壓燃燒情況的特性參數。6、混合加熱循環的熱效率熱效率λλ（λ-1）+[

]

增高混合加熱循環的熱效率的方法

(1)在一定的λ、ρ條件下，壓縮比ε愈大,熱效率愈高。現代柴油機的壓縮比通常為ε=12~22。（2）在一定的ε值條件下,提高定容升壓比λ和降低定壓預脹比ρ混合加熱循環的熱效率增高。

混合加熱循環的熱效率隨壓縮比ε、定容升壓比λ的增大而增大，隨定壓預脹比ρ的減小而增大。因此，在組織燃燒過程時，應盡可能增加定容燃燒部分的比例，減少定壓部分的比例。（3）提高進氣密度，就可以增加氣缸的充氣量，使更多的燃油完全燃燒，從而大幅度提高內燃機的功率。現代柴油機為了提高平均壓力進而提高功率，就是利用增壓的方法。所謂增壓，就是用提高氣缸進氣壓力的方法，使進入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高內燃機的平均壓力。7、定容加熱理想循環(奧托循環)：汽油機的理想循環

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