当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第三章：工作循环与能量利用 > 3.4 工质对循环热效率的影响 > Video
同学们好
这节课我们学习
真实工质的理想循环
并探讨工质特性
对循环热效率的影响规律
理想循环有两个基本假设
第一：是完全保持理论循环中
有关循环的假定和简化
第二：是工质特性
按照真实情况考虑
也就是工质是不同组分的混合物
而且在高温条件下
会进行化学反应
因而工质的组分是变化的
此外工质组分的热力参数
比如比热容 等熵指数等
是随温度分子结构变化
研究理想循环有两个目的
首先就是通过
与理论循环进行对比
我们可以掌握工质
对循环热效率的影响规律
其次是通过与真实循环进行对比
可以指出经过人类努力
发动机热力循环
所能达到的理想水平
为此我们提出了相对热效率的概念
定义为真实循环的热效率
与理想循环的热效率之比
研究表明现代柴油机和汽油机的
最高相对热效率超过90%
这说明人类对内燃机缸内
热力过程的组织已日趋完善
下面我们来看看工质特性
是如何影响热效率的
首先工质比热容的影响
真实工质的定容
和定压比热容随温度而变化
因而等熵指数也随之变化
燃烧加热过程中
随着缸内温度不断上升
定压比热容 定容比热容不断增加
等熵指数则不断减少
这意味着在相同加热量条件下
温升会相对降低
使得燃烧的热效率也相对下降
由此可知燃烧温度越高
相对于理论循环的
热效率下降量会越大
当然这是相对于原有比热容
不变时的热效率而言的
而绝非燃烧温度越高热效率越低
真实工质的比热容
还随着多原子分子数而变化
废气中的三原子分子
如二氧化碳 水蒸气等比例比较大
所以燃烧放热过程中
废气比例的不断上升
是使比热容不断加大的因素之一
从而也是使热效率
相对下降的一个因素
此外在充气过程中
若掺有较多废气
比如采用废气再循环
也会使得热效率降低
其次是工质高温热分解的影响
在高温下燃料与氧
存在一系列化学反应如屏幕所示
这些反应向右为吸热反应
向左为放热反应
在燃料燃烧过程中工质温度越高
压力越低则化学反应
向右反应量就会越多
而在膨胀后期和排气期间
工质温度降低
向左进行反应放出热量
工质的高温热分解效应
使得燃烧放热的总时间拉长
实际上是降低了循环的等容度
使得热效率有所下降
汽油机的平均燃烧温度
较柴油机高
燃烧压力较柴油机低
因而汽油机的高温热分解效应
要大于柴油机
由此造成汽油机热效率
相对下降多一点
工质分子变化系数μ
我们在第二章已经介绍过
它也会对热效率产生一定的影响
液体燃料发动机燃烧后
总分子数会增多
所以分子变化系数大于1
而气体燃料发动机
由于气体燃料分子
计入燃烧前的分子总数
其分子变化系数一般小于1
当分子变化系数大于1时
燃后分子数增多
输出功率和热效率会上升
反之分子变化系数小于1
输出功率和热效率会下降
总体来说分子变化系数
对热效率的影响不大
另外我们还要考虑
可燃混合气过量空气系数的影响
如图所示
当过量空气系数φa小于1时
部分燃料没有足够空气
或排出缸外 或生成一氧化碳
结果使得放热量Q1低于理想值
循环热效率自然会下降
而当过量空气系数φa大于1时
由于空气所占比例加大
工质的双原子分子数增多
最高燃烧温度下降
废气比例即高温热分解影响减小
循环热效率增大
近代汽油机通过稀薄燃烧
也就是φa大于1
来提高燃油经济性
也是基于此道理
在考虑真实工质特性后
汽、柴油机热效率的差距
进一步加大
高负荷时差距
扩大的主要原因有两个
一个是汽油机的混合气较浓
过量空气系数φa在0.8-1之间
而柴油机的平均
过量空气系数φa是大于1.2
混合气总体偏稀
所以两者的热效率差距会加大
二、汽油机虽然压缩比较低
但是由于混合气较浓
而且等容度也相对较高
所以它的最高燃烧温度
要比柴油机高得多
再加上汽油机的
残余废气系数比柴油机高
因此汽油机的
等熵指数比柴油机小
而高温热分解作用却加剧
这些都使得汽油机的热效率
相对于理论循环
下降的幅度远大于柴油机
虽然汽油机的分子变化系数
要略高于柴油机
但它的影响相对不大
低负荷时汽、柴油机
差距进一步扩大的原因
主要有三个
一、由于混合气形成
和负荷条件方式的差别
汽油机负荷越低
它的过量空气系数就越小
而柴油机则相反
这进一步扩大了
两者热效率的差距
二、汽油机是量调节
负荷越低进气量越小
它的废气系数就会越高
而柴油机的废气系数
则大致维持不变
这一因素除对汽油机的
等熵指数有影响外
更多的是使汽油机的
燃烧速度降低
因此它的热效率会下降
二、汽油机高低负荷时
工质燃烧后的温差
要比柴油机小
也就是低负荷的时候
汽油机仍然保持较高的温度
这是因为汽油机是量调节
各种混合气在不同负荷下
它的过量空气系数变化不大
虽然低负荷
进入缸内的混合气量少
但单位质量工质的
发热量没有改变
所以燃烧后的工质的
温度理论上没有大的变化
而柴油机是质调节
低负荷的时候过量空气系数增加
单位质量工质的发热量减小
温度成比例的下降
这一因素使得汽、柴油机
低负荷时的温度差别会显著增加
由此引起两者的
热效率的差距也会加大
关于真实工质的理想循环
以及工质特性对循环热效率的
影响规律就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
