内燃机内燃机换气过程存在哪些损失

内燃机内燃机换气过程存在哪些损失

理想工质的理论循环理论循环最简化而又最能突出发动机工作过程本质特征的物理模型，就是将工质理想化，把循环过程也理想化的模型。此模型又叫空气标准循环或理论循环模型。作为理论循环的基本假设：实际动力过程简化为封闭热力循环，燃烧放热看作外界向系统加热；而膨胀作功，当作系统向外界放热。上述循环由特殊热力过程所组成：压缩及膨胀为绝热等熵过程；加热及放热过程按等容、等压组合的不同模式进行简化，常规放热过程一般都当做等容放热来处理。换气过程简化为气门在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入、流出过程。按上述基本假设，将理论循环分为混合加热循环、等容和等压循环。对这三种循环进行分析对比，有利于准确、全面地理解理论循环及其影响因素的物理实质。实际上，发动机的理论循环分析就是指这三种循环的对比分析。）循环参数及热效率、平均压力的表达式图 ①压缩过程的传热。压缩过程初期，因工质温度低于周边，出现周边壁面向 改为工质向外传热。从图工质传热；中、后期，工质温度压缩上升后的传热曲线即可看到这一点。②燃烧及膨胀过程传热。这是传热量最集中的阶段。由于传出热量多，引起缸内压力不如理想循环绝热过程时高，图 所示的损失功，有 上面积相当一部分就是传热造成的损失。以上传热所引起的作功损失，约占总加热量的 左右，远小于冷却系统所带出的热量。这是因为，冷却系所散失的热量中，还包括了排气及附件摩擦损失的热量，也包括了工质向冷源正常排出的热量（大部分由废气排出，如果系统绝热，则这些能量应全由废气带走）。传热之所以引起作功损失，主要是与理想循环完全绝热相比，工质燃烧的平均温度下降，致使系统热能降低。早燃损失及后燃损失。由于实际的燃烧过程总要持续一段时间，不存在理 中燃烧始点要略为提前 下面小块面积所示 上面和上止点燃烧，获得较高等容度。由此引起图上早燃损失。同时，由于高温热分解等作用，压力不会陡然下降，燃烧也要拖延段时间才能结束，这就出现图上（下面小块面积表示的后燃损失。早燃损失的多少与实际燃烧始点的相位密切相关。汽油机通过调整点火前角，柴油机则通过调整供油提前角来控制这一位置。任何工况都存在最佳提角，此时，早燃损失并不大。但当提前角选择不当时，就会使性能恶化。所以 外的又一个很重要的性能调整参数前角是发动机除过量空气系数 上表现为两换气损失。实际循环换气过程所造成的作功损失，在图分：一是排气门提前在小面点开启而造成的自由排气损失，见图上 中，进气、排所示的损失功；另外则是进、排气过程中的泵气损失，即图 ，其行程曲线所包围的带麻点的面积部分。换气损失约占总放热量的排气损失所占比例比进气损失大。 缸内流动损失。指压缩及燃烧、膨胀过程中，由于缸内气流（涡流与湍流）所形成的损失。表明压缩过程中，多消耗压缩功；燃烧膨胀过程中，一部分能量用于克服气流阻力，使作用于活塞上作功的压力减小。缸内流动损失一般不会太大。除非人为设计的强涡流、湍流燃烧室，如柴油机涡流室与预燃室，才会有较大影响。这一设计的目的是牺牲部分动力性和经济性来换取其他性能，如高速性、噪声、排放等性能的改善。直喷式柴油机燃烧室有时也组织各种类型较强气流来改善混合气形成与燃烧，流动损失会因此而得补偿。 工质泄漏的损失。工作过程中，工质通过活塞环向外泄漏是不可避免的。正常情况下，其量甚小，不超过排量的 。活塞环、缸套磨损后以及低速工况下，泄漏会明显上升。以上是真实循环与理想循环六个方面的差距。经过多年努力，虽然每个方面的损失，在采取各种技术措施和完善的参数匹配情况下，已减到很低①提高压缩比可提高内燃机的热效率。当然实际压缩比的提高还需考虑到械效率、热效率及所用燃料的限制。②当燃料在上止点燃烧时，其热功转换负荷最高。燃烧时间的延长会使热效率下降。但实际内燃机中，要使燃料全部在上止点燃烧是不可能的，但应尽量燃料在上止点附近燃烧完毕。 值增大的缘故。当③稀混合气的采用有利于提高热效率。这是由于等熵指数汽油机燃用稀混合气时，压缩比还可进一步提高。提高发动机的压缩比发动机的压缩比是指压缩前气缸内的最大容积与压缩后气缸内的最小容积比值。换句话说，压缩比就是活塞在下止点时，活塞上部的容积，与活塞在下点时活塞上部的容积之比。它表示气缸内新鲜气体压缩后，容积缩小的倍数。这个倍数越大，则压缩比越大。定容加热循环热效率与压缩 的关系式为从式（ 中可以看出。这是由于随着压缩比的提高，气缸内混合气压缩终了时的温度和压力也随着升高，善了燃烧条件，减少了不完全燃烧和传热损失；同时由于被燃烧气体膨胀充分，料燃烧产生的热量能够得到充分的利用；压缩比的提高，也有利于燃烧稀混合气因此，同升量的发动机，选择较大的压缩比，不仅能获得较大的热效率。而且料的使用也愈加经济。根据我国在解放 型发动机上所作的试验知：当压缩比在个单位压缩比，功率增加左右，转矩增加 之间时，每提高 左右。，而油耗率降低从提高发动机的指示负荷的角度来看，发动机压缩比愈大愈好。但实际上又不可能任意增大压缩比。如果压缩比过大，不但燃料超耗，还会引起不良后果。对于汽油发动机，如果在汽油辛烷值一定的条件下，压缩比过大，就会产生爆燃；对于柴油发动机，如果压缩比过大，会使零件的负 妨碍压缩比提高的因素主要是爆燃。因为随着压缩比的提高，压缩终了的温度升高的较多，使混合气的自然倾向增大，以致火焰前锋面尚未到达之前，便出现自燃而产生爆燃。 影响爆燃的因素，主要是汽油的辛烷值。一般汽油的辛烷值越高，越不易产生爆燃，但汽油的辛烷值也不能过高，它的大小必须与发动机的压缩比合理匹配。

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