【正文】 它不僅可以預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的初步性能，進(jìn)行多方案的比較，以期獲得最佳的設(shè)。 內(nèi)燃機(jī)循環(huán)的熱力學(xué)模型第三節(jié)燃燒效率的定義為：燃料在該系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)燃燒反應(yīng)所釋放出的總熱量與燃料所能釋放的總能量之比。為了計(jì)及該損失的大小，引入燃燒效率的概念。 除此之外，還有少量燃油由于未來(lái)得及燃燒而直接排出機(jī)外，從而引起不完全燃燒損失?！?0176。在實(shí)際過(guò)程中，經(jīng)常由于供油系統(tǒng)供油不及時(shí)、混合氣準(zhǔn)備不充分、燃燒后期氧氣不足等原因而導(dǎo)致燃燒速度減緩，仍有部分燃油在氣缸壓力達(dá)到最高點(diǎn)后繼續(xù)進(jìn)行燃燒，稱(chēng)之為后燃。2．后燃以及不完全燃燒損失以上種種影響因素，使得實(shí)際的燃燒過(guò)程偏離理論循環(huán)的等容和等壓過(guò)程，增加了壓縮耗功，減少了膨脹有用功，最終使指示熱效率和平均指示壓力與理論循環(huán)相比均有明顯的降低。 理論循環(huán)假定全部熱量是在某一點(diǎn)(zt點(diǎn)，見(jiàn)圖3—2)前完全加熱(燃燒)完畢，壓力達(dá)到最大，而后進(jìn)入膨脹過(guò)程；而實(shí)際的燃燒過(guò)程則由于傳熱損失、不完全燃燒、后燃以及活塞運(yùn)動(dòng)等因素，使初始膨脹比ρ0減小(z’z’1＜z’tzt）。 (3)初始膨脹比減小 由于傳熱損失的存在、燃燒速度的有限性以及活塞在上止點(diǎn)后由上行變?yōu)橄滦羞\(yùn)動(dòng)而使氣缸體積膨脹，使得壓力升高率明顯低于理論循環(huán)值，于是實(shí)際循環(huán)的最高壓力有所下降。 為了提高熱效率，必須使燃燒能夠在上止點(diǎn)后不久即告結(jié)束，為此就需要在上止點(diǎn)前提前噴入燃油或進(jìn)行點(diǎn)火。 由于實(shí)際上燃料的燃燒速度是有限的，燃燒的進(jìn)行需要足夠的時(shí)間，這就造成了內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)中的一個(gè)重要的損失——燃燒速度的有限性所形成的損失，它帶來(lái)了以下幾方面的不利影響：根據(jù)理論循環(huán)對(duì)燃燒過(guò)程的處理，燃燒是外界熱源向工質(zhì)在一定條件下的加熱過(guò)程；燃燒(加熱)速度根據(jù)加熱方式的不同而有差異，如在等容加熱條件下，熱源向工質(zhì)的加熱速度極快，可以在容積不變條件下瞬時(shí)完成；在等壓加熱條件下，加熱的速度是與活塞的運(yùn)動(dòng)速度相配合的，以保持缸內(nèi)壓力不變。在圖3—2中，傳熱與流動(dòng)損失的存在，使示功圖形狀如實(shí)線所示。這樣，與理論循環(huán)相比，示功圖上減少的有用功面積將大于壓縮線下所增加的面積，其差值即為實(shí)際循環(huán)的傳熱損失。實(shí)際上，缸套內(nèi)壁面、活塞頂面以及氣缸蓋底面等(統(tǒng)稱(chēng)壁面)與缸內(nèi)工質(zhì)直接相接觸的表面，始終與工質(zhì)發(fā)生著熱量交換。三、傳熱損失上述兩項(xiàng)之和稱(chēng)為實(shí)際循環(huán)的換氣損失。上述過(guò)程是通過(guò)換氣過(guò)程進(jìn)行的。理論循環(huán)是閉式循環(huán)，沒(méi)有工質(zhì)的更換，也沒(méi)有任何形式的流動(dòng)阻力損失。 同時(shí)，上述曲線所圍成的示功圖面積也小于理論循環(huán)的示功圖面積。從圖3—2的內(nèi)燃機(jī)p－v圖中可以看出工質(zhì)對(duì)理論循環(huán)的影響。例如，對(duì)于壓縮比為1最高壓力為8MPa的混合循環(huán)，；當(dāng)考慮到工質(zhì)的實(shí)際物性時(shí)。 上述因素中，以工質(zhì)對(duì)比熱容的影響為最大，其他各項(xiàng)的影響較小一些。在實(shí)際內(nèi)燃機(jī)循環(huán)中，燃燒前的工質(zhì)是由新鮮空氣、燃料蒸氣和上一循環(huán)殘余廢氣等組成的混合氣體，燃燒過(guò)程中及燃燒后，工質(zhì)的成分及數(shù)量不斷發(fā)生著變化，三原子氣體占多數(shù)，其比熱容比兩原子氣體大，且隨著溫度的上升而增大，在燃燒產(chǎn)物中還存在著一些成分的高溫分解以及在膨脹過(guò)程中的復(fù)合放熱現(xiàn)象。 三、傳熱損失v 一、不同工質(zhì)帶來(lái)的影響v圖32給出二者的示功圖。 內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)第二節(jié)對(duì)于汽油：如以體積關(guān)系式來(lái)計(jì)算化學(xué)計(jì)量空然比（單位：kmol/kg）,則計(jì)算式為： 化學(xué)計(jì)量空然比的計(jì)算式就可以寫(xiě)出簡(jiǎn)化式為：一般而言，內(nèi)燃機(jī)所用的燃料均為各種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，難于準(zhǔn)確地確定其中C、H、O三種元素的原子數(shù)c、h及o，另一方面，這三種主要元素的質(zhì)量比可以通過(guò)化學(xué)分析方法得到，分別記為gC、gH和gO。1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量(質(zhì)量)之比(稱(chēng)為化學(xué)計(jì)量空燃比)，可以采用下式計(jì)算 碳?xì)淙剂显诳諝庵型耆紵龝r(shí)的化學(xué)反應(yīng)式如考慮一種通用的碳?xì)浠衔铮淦骄肿咏M成為CcHhOo (下角c、h、o分別表示相應(yīng)元素的原子數(shù))，而空氣則可以認(rèn)為是多種理想氣體的混合氣體，按容積計(jì)其組成成分為：％，％，％為其他氣體。 燃料的燃燒過(guò)程就是燃料與空氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)而放出熱量的過(guò)程。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，發(fā)展非食用植物油作為燃料不足的補(bǔ)充，是很有意義的。另外，由于植物油的密度大，粘度比柴油高十多倍，所以霧化特性差，燃燒不充分，積碳嚴(yán)重。大多數(shù)植物油的主要化學(xué)成分是甘油三酸酯，即由一個(gè)分子甘油(丙三醇)和三個(gè)脂肪酸分子以酯鍵連接組成的復(fù)合物；植物油的熱值均比柴油低。2. 植物油燃料甲醇可以從天然氣、煤、生物質(zhì)等原料中提?。灰掖贾饕菍⒑刑呛偷矸鄣霓r(nóng)作物經(jīng)過(guò)發(fā)酵后制得。 天然氣的熱值和辛烷值均較高，在用作點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，如提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比等，可以接近原發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。 內(nèi)燃機(jī)所用的氣體燃料主要有天然氣、液化石油氣、氫氣、煤氣、沼氣等。以擴(kuò)散燃燒方式為主接近等容燃燒 多火源著火v 自行著火 柴油機(jī)： 2）發(fā)火方式汽油機(jī)： 量調(diào)節(jié)（負(fù)荷） α較小 內(nèi)部形成 外部形成 1） 混合氣形成目前，提高汽油辛烷值的主要措施是采用先進(jìn)的煉制工藝和使用高辛烷值的調(diào)和劑，如加入甲基叔丁基醚(MTBF)、乙基叔丁基醚(ETBE)或醇類(lèi)燃料等，以獲得較高辛烷值而無(wú)其他不利于環(huán)保的副作用。不斷提高汽油燃料的辛烷值，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化的需求，是汽車(chē)工業(yè)對(duì)于石油化工工業(yè)提出的要求。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范的不同，所得的辛院值分別稱(chēng)為馬達(dá)法MON或研究法RON辛烷值。汽油的抗爆性的評(píng)價(jià)也是基于兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料：辛烷值為100的抗爆性能較佳的異辛烷C8H18和抗爆性較弱、辛烷值為0的正庚烷C7H16。 在同一種烴內(nèi)，輕餾分優(yōu)于重餾分，異構(gòu)物優(yōu)于正構(gòu)物。 燃料對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆燃的抵抗能力稱(chēng)為燃料的抗爆性。 2)抗爆性汽油的揮發(fā)性應(yīng)當(dāng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)和暖車(chē)過(guò)程在內(nèi)的所有工況的要求，但揮發(fā)性過(guò)高，會(huì)增加因蒸發(fā)而形成的有害HC排放物。 一般規(guī)定蒸氣壓在夏季不低于67kPa；、冬季不大于80kPa。汽油的飽和蒸氣壓是用標(biāo)準(zhǔn)儀器在一定條件下(38℃)測(cè)定的。 一般初餾點(diǎn)為40～80℃，終餾點(diǎn)為180～210℃。汽油蒸發(fā)—般以蒸發(fā)餾程中餾出一定比例的燃料時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度來(lái)表示。 表示液體燃料汽化的傾向，與燃料的餾分組成、蒸氣壓、表面張力以及汽化潛熱等有關(guān)。 1)揮發(fā)性 對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，與其性能有關(guān)的燃料特性主要是揮發(fā)性和抗爆性。(2)汽油的理化性質(zhì) 高熱值：計(jì)及水蒸氣冷凝時(shí)放出汽化潛熱的發(fā)熱量；1kg燃油完全燃燒所放出的熱量叫做燃料的發(fā)熱量或熱值，其單位為kJ／kg。 20號(hào)柴油凝固點(diǎn)為20℃，適合冬季或寒冷地區(qū)使用。 我國(guó)的國(guó)標(biāo)中對(duì)輕柴油的標(biāo)號(hào)，即是按照柴油的凝點(diǎn)來(lái)規(guī)定的。 柴油在低于凝點(diǎn)后，無(wú)法正常供應(yīng)與工作；用降凝劑可以降低凝點(diǎn)，但對(duì)濁點(diǎn)影響不大。此時(shí)盡管柴油仍然具有流動(dòng)性，但其析出的結(jié)晶會(huì)堵塞濾清器和油管等；當(dāng)溫度再降低時(shí)，柴油即完全凝固，此時(shí)的溫度稱(chēng)為凝點(diǎn)。 因此，一般情況下，常限制柴油的十六烷值在65以下。在標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)用試驗(yàn)機(jī)上，分別對(duì)待試柴油和一定混合比例的正十六烷與α－甲基萘混合液進(jìn)行自燃性比較；當(dāng)兩者自燃性相同時(shí)，混合液中正十六烷的容積百分比，即為所試柴油的十六烷值。柴油在無(wú)外源點(diǎn)火的情況下能夠自行著火的性質(zhì)稱(chēng)之為自燃性，能夠使柴油自行著火的最低溫度稱(chēng)為自燃溫度。 與柴油機(jī)性能有關(guān)的燃料特性是自燃溫度、餾程、粘度、含硫量等，其中，以自燃溫度和低溫流動(dòng)性(凝點(diǎn))影響最大1)自燃溫度(1)柴油的理化性質(zhì)值得強(qiáng)調(diào)的是，每一種商品燃料都是多種烴類(lèi)的混合物，而且是各種煉制工藝所得油料的調(diào)和產(chǎn)物；近年來(lái)，為了提高汽油燃料的辛烷值，大量采用催化重整工藝，即將低辛院值的汽油在鉑、鎳等催化劑的接觸催化下進(jìn)行重整，使其辛烷值水平得到進(jìn)一步提高。表3—2給出了在從原油提煉液體燃料過(guò)程中，不同煉制工藝對(duì)油料性質(zhì)的影響。其中，通過(guò)加溫加壓的方法進(jìn)行裂解的稱(chēng)為熱裂解法，使用催化劑(觸媒)進(jìn)行裂解的稱(chēng)為催化裂解法。 直接蒸餾法：將原油在專(zhuān)用的煉油塔(分餾塔)中進(jìn)行加熱蒸餾，不同的分餾溫度，得到不同成分的燃油，最終獲得的燃料約占原油的25％一40％；其中，屬于芳香烴的α－甲基萘與正十六烷還用作評(píng)定柴油機(jī)自燃性能(十六烷值)的標(biāo)準(zhǔn)燃料。 環(huán)烷族烴的碳原子不是鏈狀而是環(huán)狀排列，屬飽和烴，其熱穩(wěn)定性比脂肪族高，自燃溫度較脂肪族高，適合作汽油機(jī)的燃料。烯烴是種不飽和的鏈狀烴，其熱值較低，著火性能差，只適合作汽油機(jī)的燃料。v 柴油和汽油的理化性質(zhì) 石油中烴的分類(lèi)v （三）代用燃料 （一）石油燃料v 內(nèi)燃機(jī)的燃料及其熱化學(xué) 對(duì)于柴油機(jī)而言，過(guò)高的壓縮比將使壓縮終了的氣缸容積變得很小，對(duì)制造工藝的要求極為苛刻，燃燒室設(shè)計(jì)的難度增加，也不利于燃燒的高效進(jìn)行。v不加限制地提高εc以及λp，將引起ηm的下降。 2)機(jī)械效率的限制 從理論循環(huán)的分析可知，提高壓縮比εc和壓力升高比λp時(shí)提高循環(huán)熱效率ηt起著有利的作用，但將導(dǎo)致最高循環(huán)壓力pz的急劇升高，從而對(duì)承載零件的強(qiáng)度要求更高，這勢(shì)必縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用可靠性，為此只好增加發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，結(jié)果造成發(fā)動(dòng)機(jī)體積與制造成本的增加。 等熵指數(shù)k增大，循環(huán)熱效率ηt提高。 增大初始膨脹比ρ0，可以提高循環(huán)平均壓力，但循環(huán)熱效率ηt隨之降低。 壓縮比εc以及壓力升高比λp的增加，將導(dǎo)致最高循環(huán)壓力pz的急劇上升。 增大壓力升高比λp可使熱效率ηt提高。 提高壓縮比εc可以提高熱效率ηt，但提高率隨著壓縮比εc的不斷增大而逐漸降低。 當(dāng)最高循環(huán)壓力pz(或稱(chēng)為最高燃燒壓力)相同、加熱量相同而壓縮比不同時(shí)，等壓加熱循環(huán)的熱效率最高，等容加熱循環(huán)的熱效率最低，混合加熱循環(huán)的熱效率仍介于兩者之間。三種理論循環(huán)的熱效率分析 ：v 4)分別用假想的加熱與放熱過(guò)程來(lái)代替實(shí)際的燃燒過(guò)程與排氣過(guò)程，并將排氣過(guò)程即工質(zhì)的放熱視為等容放熱過(guò)程。 3)把氣缸內(nèi)的壓縮和膨脹過(guò)程看成是完全理想的絕熱等熵過(guò)程，工質(zhì)與外界不進(jìn)行熱量交換。 2)不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換以及泄漏損失，工質(zhì)的總質(zhì)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進(jìn)行的，忽略進(jìn)、排氣流動(dòng)損失及其影響。 1)以空氣作為工作循環(huán)的工質(zhì)，并視其為理想氣體，在整個(gè)循環(huán)中的物理及化學(xué)性質(zhì)保持不變，工質(zhì)比熱容為常數(shù)。 3)有利于分析比較內(nèi)燃機(jī)不同熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。 2)確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實(shí)際內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性和工作過(guò)程進(jìn)行的完善程度以及改進(jìn)潛力。 1)用簡(jiǎn)單的公式來(lái)闡明內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中各基本熱力參數(shù)間的關(guān)系，以明確提高以理論循環(huán)熱效率為代表的經(jīng)濟(jì)性和以平均壓力為代表的動(dòng)力性的基本途徑。內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán):將實(shí)際循環(huán)進(jìn)行若干簡(jiǎn)化，忽略一些次要的影響因素，并對(duì)其中變化復(fù)雜、難于進(jìn)行細(xì)致分析的物理、化學(xué)過(guò)程〔如可燃混合氣的準(zhǔn)備與燃燒過(guò)程等〕進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，從而得到便于進(jìn)行定量分析的假想循環(huán)或簡(jiǎn)化循環(huán)。在這些過(guò)程中，伴隨著各種復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，同時(shí)，機(jī)械摩擦、散熱、燃燒、節(jié)流等引起的一系列不可逆損失也大量存在。 內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)第一節(jié)由此看來(lái)，對(duì)比渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和性能，要與同功率的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，而以同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，也就失去了開(kāi)發(fā)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的意義了。上面我們說(shuō)到增壓器增加進(jìn)氣量，同時(shí)也對(duì)噴油量的需求增加了，從這一點(diǎn)看，這樣我們就可以看出，當(dāng)排量小時(shí)，采用渦輪增壓的方式可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，使其和排量更大的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力相當(dāng)，其油耗也接近，這樣一來(lái)就能符合嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放的規(guī)定了，這也就是開(kāi)發(fā)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的目的所在。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)低速或怠速時(shí)，渦輪增壓器沒(méi)有介入，其進(jìn)氣量也只相當(dāng)于同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)由于其壓縮比較低，空氣和汽油的燃燒效率不高，產(chǎn)生的熱能也就相對(duì)較低，我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就是將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，由于其熱能較低，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)零部件運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能也就相對(duì)較少，因此為了維持發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要采用較多的燃油來(lái)產(chǎn)生足夠的熱量，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象的發(fā)生，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比往往要低于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。而渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比低是其特殊的工作原理使然，是不能設(shè)計(jì)較高壓縮比的?；蛟S很多人會(huì)說(shuō)，油耗高很大程度上是由于低速工況過(guò)多，走走停停導(dǎo)致的，而這個(gè)時(shí)候渦輪增壓器是不工作的，那它也會(huì)多噴油嗎？沒(méi)錯(cuò)，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)是不會(huì)按照渦輪增壓介入的工況噴油的，但即使如此，在低速和怠速的時(shí)候，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗仍然要高于同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。顯然，雖然氣缸容積沒(méi)變化，隨著進(jìn)氣量的增加了，燃油也是按比例增加噴射的，那么此時(shí)油耗比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)高得多也就順理成章。這樣一來(lái)，雖然沒(méi)有改變氣缸容積，但卻增加了進(jìn)氣量。對(duì)于相同排量來(lái)說(shuō)，渦流增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗要遠(yuǎn)高于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這是為什么呢？為什么排量相同油耗卻不同呢？這當(dāng)然是不可能的，從哲學(xué)的原理上講，世間萬(wàn)物的存在都是相互影響，相互制約的。這樣一來(lái)，就誤導(dǎo)了不少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)并不了解的購(gòu)車(chē)者，使他們認(rèn)為渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以以更小的油耗換來(lái)更大的動(dòng)力。EME超聲波渦流技術(shù)降低了維修和安裝成本。EME的立足在有實(shí)地支持的產(chǎn)品，啟動(dòng)援助以及NIST校準(zhǔn)設(shè)備。2．EME的保證EME將保證所有已核定運(yùn)用的汽車(chē)產(chǎn)品的性能。EME的每個(gè)流量計(jì)都是按NIST追蹤標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)校準(zhǔn)的，沒(méi)有移動(dòng)部件，所以它們不會(huì)有故障問(wèn)題。這就減少了低檔的性能。 BL = 根據(jù)圖及種種因素的分析，結(jié)合國(guó)情，考慮到該公式是首次采用，特推薦C = %，l