第三章 內(nèi)燃機的工作循環(huán)

第三章內(nèi)燃機的工作循環(huán)1第三章內(nèi)燃機的工作循環(huán)

內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)內(nèi)燃機的燃料及其熱化學(xué)內(nèi)燃機循環(huán)的熱力學(xué)模型2第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)內(nèi)燃機的實際熱力循環(huán)是燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的過程，它由進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣等多個過程所組成。在這些過程中，由燃料與空氣組成的工質(zhì)，無論在質(zhì)或量上都時刻發(fā)生著變化，伴隨著各種復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，同時，機械摩擦、散熱、燃燒、節(jié)流等引起的一系列不可逆損失也大量存在，要準(zhǔn)確地從理論上描述內(nèi)燃機的實際過程，在目前條件下還是十分困難的。為了分析內(nèi)燃機中燃料熱能利用的完善程度及其主要影響因素，進而為提高能量利用率指明方向，通常將實際循環(huán)進行若干簡化，從而得到便于進行定量分析的假想循環(huán)或簡化循環(huán)，稱之為內(nèi)燃機的理論循環(huán)。3

1)用簡單的公式來闡明內(nèi)燃機工作過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)濟性和以平均壓力為代表的動力性的基本途徑。

2)確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷實際內(nèi)燃機經(jīng)濟性和工作過程進行的完善程度以及改進潛力。

3)有利于分析比較內(nèi)燃機不同熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟性和動力性。

對理論循環(huán)進行研究的目的：4第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)1、若干簡化假定工質(zhì)為定比熱的理想氣體，且工質(zhì)的質(zhì)和量是定值；忽略進、排氣過程；壓縮、膨脹過程（復(fù)雜的多變過程）簡化為絕熱過程；

燃燒是外界無數(shù)個高溫?zé)嵩吹热莼虻葔合蚬べ|(zhì)加熱，工質(zhì)放熱為等容放熱；5第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)2.三種典型的理論循環(huán)6第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)混合加熱循環(huán)

（柴油機的理想循環(huán)）（1）

為定值

t

；

t

。（2）

t

；當(dāng)

=20左右時，

t

不大7第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)定容加熱循環(huán)（奧托OTTO循環(huán)）（汽油機的理想循環(huán)）

t

；當(dāng)

=10左右時，

t

不大且汽油機容易爆燃，因此，汽油機

=6～108第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)定壓加熱循環(huán)（狄賽爾DIESEL循環(huán)）

（船舶用大型低速柴油機的理想循環(huán)）（1）

為定值

t

（2）為定值

t

910三種典型的理論循環(huán)比較結(jié)論：（1）

t

可以提高工質(zhì)的最高溫度，擴大了循環(huán)的溫度階梯，增加了內(nèi)燃機的膨脹比，從而提高了熱效率ηt，但提高率隨著壓縮比的不斷增大而逐漸降低。

（2）

t

增大壓力升高比λp可以增加混合加熱循環(huán)中等容部分的加熱量，提高了熱量利用率，因而可使熱效率ηt提高。（3）

t

增大預(yù)脹比，可以提高循環(huán)平均壓力，但由于等壓部分加熱量的增加，導(dǎo)致循環(huán)熱效率隨之降低，因為這部分熱量是在膨脹比不斷降低的情況下加入的，做功能力下降。所有提高熱效率的措施，以及增加循環(huán)始點的進氣壓力pa，降低進氣溫度Ta，增加循環(huán)供油量等措施，均有利于循環(huán)平均壓力pt的提高。11第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)從理論循環(huán)可知，在用于指導(dǎo)實踐時必須考慮到發(fā)動機實際工作條件的約束和限制：1)結(jié)構(gòu)強度的限制2)機械效率的限制3)燃燒方面的限制4)排放方面的限制12第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)1)結(jié)構(gòu)強度的限制盡管從理論循環(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，從而對承載零件的強度要求更高，這勢必縮短發(fā)動機的使用壽命，降低發(fā)動機的使用可靠性，為此只好增加發(fā)動機的質(zhì)量，結(jié)果造成發(fā)動機體積與制造成本的增加。因此，在實際設(shè)計時，對于上述參數(shù)的選擇必須根據(jù)具體情況權(quán)衡利弊而定。13第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)2)機械效率的限制內(nèi)燃機的機械效率ηm是與氣缸中的最高循環(huán)壓力pz密切相關(guān)的，因為該值決定了曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量、慣性力以及主要承壓面積的大小等。不加限制地提高εc以及λp，將引起ηm的下降。從有效指標(biāo)上看，將直接導(dǎo)致壓縮比εc，以及壓力升高比λp提高而帶來的收益得而復(fù)失。這一點，對于本來壓縮比已經(jīng)很高的柴油機來說更為明顯。14第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)3)燃燒方面的限制若壓縮比定得過高，汽油機將會產(chǎn)生爆燃、表面點火等不正常燃燒的現(xiàn)象。對于柴油機而言，過高的壓縮比將使壓縮終了的氣缸容積變得很小，對制造工藝的要求極為苛刻，燃燒室設(shè)計的難度增加，也不利于燃燒的高效進行。15第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)一、內(nèi)燃機的理論循環(huán)4)排放方面的限制循環(huán)供油量的增加取決于實際吸入氣缸內(nèi)的空氣量，即空然比的限制，否則將導(dǎo)致燃燒不完全而出現(xiàn)冒煙、熱效率下降和發(fā)動機HC、CO排放激增。另外，壓縮比上升，使最高燃燒溫度和壓力上升，發(fā)動機的NOx的排放增加，振動噪聲增加。目前，柴油機的壓縮比εc一般在12～22之間，最高爆發(fā)壓力不超過14MPa；汽油機的壓縮比εc＝6～12，最高爆發(fā)壓力不超過8.5MPa。16第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)二、內(nèi)燃機的實際循環(huán)內(nèi)燃機的實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，存在著許多不可逆損失，從而達(dá)不到理論循環(huán)的熱效率和循環(huán)平均有效壓力。通過分析兩者的差別，可以找到提高內(nèi)燃機工作過程完善程度的方向。17理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（一）、工質(zhì)不同帶來的影響（二）、換氣損失（三）、傳熱損失（四）、燃燒損失18理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（一）工質(zhì)不同帶來的影響1.工質(zhì)成分的變化理論循環(huán)工質(zhì)是理想的雙原子氣體，并假定其物理化學(xué)性質(zhì)在整個循環(huán)過程中是不變的。實際循環(huán)燃燒前工質(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程中的復(fù)合放熱現(xiàn)象。

19理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（一）工質(zhì)不同帶來的影響2.工質(zhì)比熱的變化比容增大，意味著同樣的加熱量在實際循環(huán)中所引起的壓力和溫度的升高比理論循環(huán)低，循環(huán)所作的功減少了，循環(huán)熱效率低。例如，對于壓縮比為18、過量空氣系數(shù)為1.5、最高壓力為8MPa的混合循環(huán)，其理論熱效率大致為0.60；當(dāng)考慮到工質(zhì)的實際物性時，其熱效率將降低到0.51。20理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（一）工質(zhì)不同帶來的影響3.工質(zhì)的高溫分解但在膨脹中后期，由于溫度降低，則反應(yīng)反向進行，復(fù)合反應(yīng)是放熱反應(yīng)。高溫分解的程度與壓力和溫度有關(guān)，壓力越低，溫度越高，越有利于反應(yīng)向右進行。（分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)）高溫分解的損失與循環(huán)壓縮比有關(guān)，壓縮比越高，工質(zhì)壓力越高，高溫分解越少，而膨脹比大，釋放的能量利用率可以較大，故影響較小，可以忽略不計。21理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（一）工質(zhì)不同帶來的影響4.工質(zhì)摩爾數(shù)的變化燃燒后，一般摩爾數(shù)是增大的，摩爾數(shù)增大，即體積增大，做功能力增大，即輸出的指示功率和指示熱效率都增大。綜上所述，工質(zhì)成分的變化、工質(zhì)比熱的變化、工質(zhì)的高溫分解、工質(zhì)摩爾數(shù)的變化四項中，比熱影響最大，則做功面積減少，損失一部分面積，用虛線表示。22

圖中可以看出工質(zhì)對理論循環(huán)的影響。由于比熱容隨溫度的增加而增大，燃燒膨脹線和壓縮線(虛線所示)，分別低于理論循環(huán)的燃燒膨脹線和壓縮線(點實線)，其中燃燒膨脹線由于比熱容增加的幅度較大而導(dǎo)致下降幅度也大一些。同時，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。23理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（二）換氣損失理論循環(huán)閉式循環(huán)，沒有工質(zhì)的更換，也沒有任何形式的流動阻力損失。實際循環(huán)吸入新鮮空氣與燃料，然后在合適的時候排出燃燒廢氣，這是循環(huán)過程得以周而復(fù)始進行所必不可少的。有流動損失。24理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（二）換氣損失實際循環(huán)1.為盡可能降低排氣阻力，排氣門需要提前開啟，燃?xì)庠谂蛎浀较轮裹c前從氣缸內(nèi)排出(沿b1d1線)，這將使示功圖上的有用功面積減少(圖中陰影區(qū))；2.在排氣和吸氣行程中，氣體在流經(jīng)進排氣管、進排氣道以及進排氣門時，不可避免地存在著流動阻力損失，也需要消耗一部分有用功。3.由于進氣壓力(壓縮始點壓力)pa低于大氣壓力，使整個壓縮線ac位于理論壓縮線atct的下方。25（二）換氣損失26理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（三）傳熱損失理論循環(huán)假設(shè)與工質(zhì)相接觸的氣缸壁面是絕熱的，兩者間不存在熱量的交換，因而沒有傳熱損失。實際循環(huán)缸套內(nèi)壁面、活塞頂面以及氣缸蓋底面等(統(tǒng)稱壁面)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。壓縮初期由于壁面溫度高于工質(zhì)溫度，工質(zhì)從氣缸壁吸熱；壓縮后期工質(zhì)的溫度在壓縮后期將超過壁面溫度，工質(zhì)向氣缸壁放熱；膨脹和排氣過程工質(zhì)始終向外放熱，因此有大量的熱量損失.27（三）傳熱損失與理論循環(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，其差值即為實際循環(huán)的傳熱損失。傳熱損失的存在，使循環(huán)的熱效率和循環(huán)的指示功都有所下降，同時增加了內(nèi)燃機受熱零件的熱負(fù)荷。28理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（四）燃燒損失理論循環(huán)實際循環(huán)外界熱源向工質(zhì)在一定條件下的加熱過程；燃燒(加熱)速度在等容加熱條件下，熱源向工質(zhì)的加熱速度極快，在容積不變條件下瞬時完成；在等壓加熱條件下，加熱的速度是與活塞的運動速度相配合的，以保持缸內(nèi)壓力不變。實際的燃燒過程需要經(jīng)歷著火準(zhǔn)備、火焰?zhèn)鞑ヅc擴散、后燃等環(huán)節(jié)，燃燒速度受到多種因素的制約，與理論循環(huán)有很大的差異。燃燒損失燃燒速度的有限性（時間損失）后燃及不完全燃燒損失29（四）燃燒損失1.燃燒速度的有限性（時間損失）由于實際上燃料的燃燒速度是有限的，燃燒的進行需要足夠的時間，這就造成了內(nèi)燃機實際循環(huán)中的一個由燃燒速度的有限性所形成的損失。不利影響：

(1)壓縮負(fù)功增加

為提高熱效率，必須使燃燒在上止點后不久結(jié)束，因此需在上止點前提前噴入燃油或點火。這樣實際燃燒過程在上止點前就已開始，造成了壓縮負(fù)功的增加。(2)最高壓力下降由于燃燒速度的有限性，燃燒跟不上活塞運動，活塞下移，增加傳熱損失，使壓力升高率低于理論循環(huán)值，實際循環(huán)的最高壓力有所下降，做功能力減小。(3)初始膨脹比減小做功能力減少，影響有效功。理論循環(huán)假定全部熱量是在某一點(zt點）前完全加熱(燃燒)完畢，壓力達(dá)到最大，而后進入膨脹過程；而實際的燃燒過程使初始膨脹比ρ0減小(z’z’1＜z’tzt）。30（四）燃燒損失1.燃燒速度的有限性（時間損失）31（四）燃燒損失

2．后燃以及不完全燃燒損失后燃在實際過程中，經(jīng)常由于供油系統(tǒng)供油不及時、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)到最高點后繼續(xù)進行燃燒。不完全燃燒損失根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及混合氣的不同情況，后燃可能持續(xù)到上止點后40°～80°(CA)才結(jié)束，但也有可能一直拖延到排氣門打開之時。有少量燃油由于沒有燃燒或沒有完全燃燒，而直接排出機外，熱功轉(zhuǎn)換效率降低燃料化學(xué)能的損失32（四）燃燒損失33（四）燃燒損失

2．后燃以及不完全燃燒損失為了計及該損失的大小，有必要引入燃燒效率的概念。燃燒效率燃料在該系統(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。燃燒效率主要與混合氣的空燃比有關(guān)。汽油機柴油機稀混合氣其燃燒效率通常在95％-98％的范圍內(nèi)；混合氣加濃空氣中缺氧使燃料燃燒不完全，燃燒效率下降，且下降幅度隨混合氣的變濃而增大。一直運行在混合氣較稀的狀態(tài)，其燃燒效率相對較高，大約為98％。3435理論循環(huán)與實際循環(huán)的主要差別（五）渦流，泄漏損失1.渦流2.泄漏活塞高速運動產(chǎn)生渦流摩擦生熱摩擦阻力促進混合,改善燃燒綜合結(jié)果仍有損失工質(zhì)量減少,則（一）、工質(zhì)不同帶來的影響（二）、換氣損失（三）、傳熱損失（四）、燃燒損失36

一.壓縮過程理想循環(huán)中，壓縮過程始于下止點，止于上止點，是一個等熵過程，在整個過程工質(zhì)數(shù)量與比熱無變化，與周壁無熱交換。實際循環(huán)中，壓縮過程始于下止點后一定角度（進氣門完全關(guān)閉，為使多進氣），結(jié)束于上止點前燃油著火時止（提前噴油，因為燃燒有一定滯后），存在失效行程，它是一個多變過程，有泄露，比熱有變化，與周壁有熱交換。（1）

壓縮過程的作用：①擴大了工作循環(huán)的溫度范圍②使循環(huán)的工質(zhì)得到更大的膨脹比，可對活塞多作功。

③提高了工質(zhì)的溫度壓力，為冷起動及著火創(chuàng)造了條件。

（2）

壓縮比壓縮比是一個描述工質(zhì)容積變化和壓縮程度的參數(shù)，定義為壓縮始點容積比上壓縮終點容積，即，對不同類型的37

發(fā)動機有不同的要求。理論上，希望越大越好。實際上對有一定的限制。原因如下：①的上限

a.對點燃式內(nèi)燃機（如汽油機，煤氣機），在缸內(nèi)被壓縮的是空氣與燃料的混合物，上限受到可燃混合氣早燃或爆燃的限制。因此，上限取值應(yīng)考慮到燃料的性質(zhì)，傳熱條件及燃燒室結(jié)構(gòu)等因素。

b.對壓燃式發(fā)動機（如柴油機）,上限受到機械負(fù)荷Pc、Pz，噪聲、排放（溫度高,NOX上升；高溫下CO2分解形成CO）的限制。當(dāng)上升到一定程度時，上升的程度明顯減少，太高反而得不償失。②的下限

a.

對點燃式內(nèi)燃機,在滿足上限的限制下,盡量使高些。38

b.對壓燃式發(fā)動機（如柴油機），應(yīng)保證壓縮終點的溫度不低于燃料著火燃燒的自燃溫度。實際上為便于起動，比這一要求的溫度還應(yīng)高些。這是因為：提高燃燒柔和。

Tc

↑

改善冷起動性能,一般比自燃溫度高200-300k

一般分開式燃燒室的內(nèi)燃機以及小缸徑內(nèi)燃機均應(yīng)有較高的壓縮比?；推魇狡蜋C

6.5～11.0煤氣機

6～10非增壓柴油機

16～22（直噴式16～18，間噴式18～23）增壓柴油機

11～17

（3）多變壓縮指數(shù)實際循環(huán)中，壓縮過程是一個多變過程，其壓縮多變指數(shù)在整個壓縮過程中是變化的。

39

工質(zhì)受熱

，n1>k1，工質(zhì)放熱，n1<k1

在壓縮初期，工質(zhì)的溫度低于周圍表面的溫度，工質(zhì)從這些表面吸熱，此時，n1按大于絕熱指數(shù)k1變化。實際壓縮曲線ab比絕熱壓縮曲線an要陡。當(dāng)繼續(xù)壓縮，工質(zhì)溫度與周壁溫度相等，這時無換熱，

,n1=k1。壓縮繼續(xù)進行，工質(zhì)溫度進一步增高，這時工質(zhì)向周壁傳遞熱量，，n1按小于絕熱指數(shù)k1變化，實際壓縮曲線ec比絕熱壓縮曲線em平坦。

m-e

絕熱壓縮

a-n絕熱壓縮

a-b-e-c

實際壓縮多變過程

圖2-7壓縮曲線圖40

實際壓縮過程是一個按n1變化的多變過程，在實際循環(huán)近似計算時，采用變化的n1是困難的，可以用一個平均的n1來代之。只要計算使壓縮過程起點a和終點c的工質(zhì)狀態(tài)與實際過程相符即可。壓縮終點的狀態(tài)參數(shù)可由多變狀態(tài)方程確定：

MPa

（2-9）

K（2-10）一般的范圍為1.32~1.39水冷汽油機 1.36～1.39風(fēng)冷汽油機 1.39～1.42(因為Qw↓→n1↑)煤氣機 1.37～1.39非增壓柴油機 1.35～1.40(活塞冷卻)增壓柴油機 1.32～1.37(因為Ta↑

→Qw↑→

n1↓

）(活塞冷卻)41

由n1的大致范圍可知，實際壓縮過程與理想的壓縮過程還是很接近。

n1的大小主要取決于工質(zhì)與周壁熱交換的情況。因而主要受下列因素影響：

轉(zhuǎn)速熱交換時間tn

↓→向氣缸壁的傳熱量Qw

↓漏氣量↓→(2)負(fù)荷pt↑→pt↑→周壁溫度→工質(zhì)向周壁傳熱量Qw↓→(3)

氣缸尺寸↑→氣缸尺寸↑→面容比↓→工質(zhì)向周壁傳熱量Qw↓→(4)

分開式燃燒室的n1<直接噴射式燃燒室的n1因相對散熱表面積大，工質(zhì)熱損失多。(5)

冷卻強度↑→如：水冷比風(fēng)冷的低42

(6)

↑→

因為傳熱量與漏氣量↑。(7)

進氣終了溫度Ta↑→工質(zhì)向周壁傳熱量Qw↑→

如：增壓機n1<非增壓機n1

二、燃燒過程

在理想循環(huán)中，燃燒是在等容與等壓下進行的，不存在損失。在實際循環(huán)中，由于燃燒需要進行一定的時間，需提前供油，燃燒速度也不均勻（有急燃、緩燃），且與活塞運動不同步。另外，存在缺氧和高溫分解，造成燃燒滯后（不及時），后燃，不完全燃燒。在圖上反映是圓弧線。

43

三、膨脹過程

1.

作用：膨脹過程是內(nèi)燃機的作功過程。一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。

2.

差異：在理想循環(huán)中，膨脹過程為絕熱等熵過程。在實際過程中是一個多變過程：①膨脹過程的前階段是以燃燒,緩燃和后燃為主的過程，后一階段才是以工質(zhì)膨脹為主的熱力過程。②膨脹過程中不僅放出熱量，也改變了工質(zhì)的成分和數(shù)量；還發(fā)生高溫分解產(chǎn)物的重新化合；工質(zhì)向周壁有傳熱，傳熱強度不斷變化；存在漏氣；比熱變化。

3.膨脹多變指數(shù)

n2

膨脹過程不是絕熱過程，多變指數(shù)n2是變值。在膨脹過程中，工質(zhì)受熱dQ>0，n2<k2

工質(zhì)放熱dQ<0，n2>k244

圖2-8柴油機膨脹過程曲線示意圖

zz1

：膨脹初期，后燃較多，過程接近等溫過程，n2≈1。

z1z2

：后燃及分解產(chǎn)物重新化合，工質(zhì)受熱量大于向缸壁散熱量，所以dQ>0工質(zhì)仍受熱，但比zz1,少，所以n2<k2

。45

z2z3

：后燃減少，分解產(chǎn)物的化合作用仍在進行，工質(zhì)受熱量等于向缸壁散熱量

dQ=0，這時n2=k2

。

z3b

：后燃已消失，但高溫分解產(chǎn)物化合作用仍在進行，發(fā)出的熱量小于工質(zhì)向缸壁的傳熱量,工質(zhì)放熱dQ<0，n2>k2

。

在膨脹過程的簡化計算中，與壓縮過程一樣，用一不變的n2來代替變化的n2

，并用不變的n2計算膨脹終點pb和Tb

，使之與實際相符。膨脹過程可用多變方程表示：（2-11）

（2-12）

Pb

、Tb的大致范圍：汽油機

pb=0.35～0.5MPa,Tb=1200～1500K非增壓柴油機

pb=0.25～0.6MPa,Tb=1000～1200K

增壓柴油機

pb=0.60～1.0MPa,Tb=1000～1200K46

n2的值一般如下：

高速內(nèi)燃機 n2 =1.15～1.24非冷卻活塞柴油機 n2=1.20～1.28冷卻活塞柴油機 n2=1.25～1.30()汽油機 n2=1.22～1.28影響n2的因素：

(1)轉(zhuǎn)速當(dāng)→膨脹過程時間

(2)燃燒速度后燃↓→燃燒階段的熱利用系數(shù)工質(zhì)受熱↓

(3)氣缸尺寸↑→當(dāng)S/D一定，氣缸尺寸大→相對散熱表面積小，相對漏氣縫隙也小→工質(zhì)受熱↑→，47

(4)負(fù)荷

pe

↓→n2↓

n一定，pe

↓→

工質(zhì)平均溫度↓→→工質(zhì)受熱↑→

n2↓

.

四、換氣過程。

1.作用：更換工質(zhì)，使循環(huán)能不斷進行。

2.差異：理想循環(huán)是閉式循環(huán)，無工質(zhì)更換，無換氣過程。內(nèi)燃機實際循環(huán)必須排除上一循環(huán)的廢氣，進入新鮮空氣，才能使燃料混合燃燒，使循環(huán)得以進行下去。進氣時經(jīng)過進氣管和進氣道有阻力，非增壓機進入氣缸的空氣壓力低于大氣壓，為使排氣克服排氣道、排氣管阻力，排氣壓力必須大于大氣壓力才能排出，因此，排氣過程的壓力大于大氣壓力。進、排氣過程的曲線包容的封閉曲線表示作用于活塞上的負(fù)功，人們稱之為泵氣功。所以換氣過程有功的損失。

48第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)三、實際循環(huán)示功圖的處理1.熱計算中，只計算面積acz’zba這塊面積。換氣損失不計算（放入機械損失功率中），燃燒損失面積用豐滿系數(shù)來修正。四沖程非增壓機：2.面積acz’zba的計算，通過內(nèi)燃機循環(huán)的熱力學(xué)模型解決，由工作過程計算完成。49第一節(jié)內(nèi)燃機的理論循環(huán)和實際循環(huán)四、發(fā)動機的熱平衡熱平衡表示熱量分配情況。只有了解熱量損失所在，才能進一步去減少它或設(shè)法利用它。燃料在內(nèi)燃機中燃燒所放出的熱量，只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У臋C械功，其余的熱量隨冷卻水廢氣等從發(fā)動機中排出。所謂內(nèi)燃機的熱平衡，就是給出燃油總的發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為有效功和其他各項熱損失的分配比例。505152四、發(fā)動機的熱平衡燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量恒等于轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Чεc各項散失的熱量之和。QT：燃料在氣缸中完全燃燒發(fā)出的總熱量；QE：轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃?；（?5～40％)QS：冷卻介質(zhì)帶走的熱量；（占10～35％)QR：排氣帶走的熱量；（占25～50％)QB：燃料不完全燃燒帶走的熱量（約為1％）；QL：其它損失的熱量。53四、發(fā)動機的熱平衡：燃料在氣缸中完全燃燒發(fā)出的總熱量；假設(shè)燃料完全燃燒，則每小時所發(fā)出的熱量為式中，是發(fā)動機所耗燃油的熱量（kJ/h）；B是發(fā)動機每小時的耗油量（kg/h);Hu是燃料低熱值（kJ/kg)。：轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃浚唬ㄕ?5～40％)54四、發(fā)動機的熱平衡:冷卻介質(zhì)帶走的熱量；（占10～35％)這部分熱量包括實際循環(huán)中工質(zhì)與缸壁的傳熱損失，廢氣通過排氣道時傳給冷卻介質(zhì)的熱量，活塞與缸壁摩擦產(chǎn)生又傳給冷卻介質(zhì)的熱量以及潤滑油傳給冷卻介質(zhì)的熱量等。發(fā)動機冷卻介質(zhì)每小時流量（kg/h)冷卻介質(zhì)的比熱容[kJ/(kg.0C）]t1、t2是冷卻介質(zhì)的入口和出口溫度55四、發(fā)動機的熱平衡分別是每小時消耗的燃料量和空氣量（kg/h)分別是廢氣和空氣的定壓比熱容[kJ/(kg.0c)]t2是靠近排氣門處的廢氣溫度排氣帶走的熱量；（占25～50％)進氣管入口處工質(zhì)的溫度56四、發(fā)動機的熱平衡燃燒效率燃料不完全燃燒帶走的熱量（約為1％）；在汽油機中，因采用空氣不足的濃混合氣，在柴油機中，因空氣和燃料混合不均，均可產(chǎn)生不完全燃燒。近似計算為：：其它損失的熱量。由于不能分別給予它們準(zhǔn)確的估計，所以一般只根據(jù)下式確定其總值57燃料燃燒的總熱量僅有２５％～４０％轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ч?，其余６０～７５％的熱量損失掉。其中主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水，在某些汽油機中不完全燃燒所占比例也不小。四、發(fā)動機的熱平衡58燃料燃燒的總熱量僅有２５％～４０％轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ч?，其余６０～７５％的熱量損失掉。其中主要由廢氣帶走，其次傳給冷卻水，在某些汽油機中不完全燃燒所占比例也不小。四、發(fā)動機的熱平衡為了回收冷卻介質(zhì)的傳熱損失，20世紀(jì)80年代，一度盛行用陶瓷設(shè)計絕熱發(fā)動機，但絕熱后對高速車用發(fā)動機，由于燃燒溫度及排氣溫度的提高，不僅NOx排放量增加，排氣損失也增加，所以熱效率的提高不明顯，而且熱負(fù)荷的增加影響發(fā)動機的可靠性。總之，利小弊大，最終徹底放棄。59第二節(jié)內(nèi)燃機的燃料及其熱化學(xué)一、內(nèi)燃機的燃料二、燃燒熱化學(xué)60一、內(nèi)燃機的燃料（一）燃料的分類（二）柴油的理化性質(zhì)（三）汽油的理化性質(zhì)61一、內(nèi)燃機的燃料（一）燃料的分類1.常用燃料:2.代用燃料:汽油和柴油，來源于石油，主要由碳、氫兩種元素組成。氣體天然氣、液化石油氣，煤氣，來源于石油，氫氣，沼氣液體醇類燃料（甲醇、乙醇）、來源于石油，植物油燃料6263天然氣壓縮天然氣（CNG)液化天然氣(LNG)優(yōu)點：1.主要成分是甲烷，CO排放量少。2.辛烷值高達(dá)130，可采用高壓縮比，獲得高熱效率。3.天然氣燃料的著火界限范圍寬，稀薄燃燒特性優(yōu)越，所以可在廣泛的運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)降低NOx生成。4.由于是氣體燃料，低溫起動及低溫運轉(zhuǎn)性能良好。缺點：1.常溫常壓下是氣體，儲運性能比液體燃料差，一次充氣可行駛距離短。2.由于儲氣壓力一般達(dá)20MPa，使燃料容器加重。3.由于呈氣態(tài)吸入氣缸，使發(fā)動機體積效率降低。與液體燃料相比，單位體積的混合氣熱值低，所以功率降低10%以上。天然氣作為一種車用燃料，價格低廉，且汽車的有害物排放量低，所以在城市公交車和出租車中得到廣泛應(yīng)用。一、內(nèi)燃機的燃料6465醇類燃料甲醇乙醇與汽油相比的特點：1.醇類燃料的熱值低，但醇中含氧量大，所需理論空氣量比汽油少，所以兩者的混合氣熱值差不多，從而保證發(fā)動機的動力性能不降低。2.醇的汽化潛熱是汽油的3倍左右，燃料蒸發(fā)汽化可以促進進氣溫度進一步降低，增加充氣量，但冷起動困難需要預(yù)熱。3.醇的辛烷值高，抗爆性能好，對提高壓縮比有利。4.醇的沸點低，產(chǎn)生氣阻的傾向比汽油大。5.甲醇對視覺神經(jīng)有損傷作用，有一定的毒性，注意安全，且甲醇對金屬有一定的腐蝕作用，應(yīng)采用防腐措施。乙醇無毒性，美國、巴西、中國已把其加入到汽油中，構(gòu)成汽油醇混合燃料而廣泛應(yīng)用。一、內(nèi)燃機的燃料可從淀粉和糖的農(nóng)作物中提取可從天然氣、煤、生物質(zhì)等原料中提取66生物柴油特點：1.優(yōu)良的環(huán)保性。含硫量低，不含芳香烴，不增加大氣中CO2的排放。2.良好的燃料性能。十六烷值高，燃燒性能好，潤滑性能好。3.較好的安全性。閃點高，可溶解，對土地和水的污染小。4.可再生，資源不會枯竭。5.能與石油柴油以任何比例相溶，柴油機不需改動即可與柴油混燒或純燒生物柴油，可直接應(yīng)用現(xiàn)有的柴油機系統(tǒng)和加油站系統(tǒng)。一、內(nèi)燃機的燃料由動物脂肪或植物油通過酯化反應(yīng)而得到的長鏈脂肪酸甲（乙)酯組成的新型燃料，具有與柴油相近的性質(zhì)。67石油從哪里來？

許多人都知道石油和天然氣主要來自地質(zhì)時期埋藏的生物，但某些畫面也造成了誤解，似乎它們是由像恐龍這樣的大型動物死亡以后的尸骨演化來的。其實石油作為多種烴類（碳與氫的化合物）的混合物，它主要來源于微生物。微生物死亡以后沉淀于較深的海底或湖底，這里的還原環(huán)境使它保存下來并與沉積物一起被深埋。當(dāng)埋深還不夠大時，只有幾十度的地溫使厭氧的甲烷菌群落還能生存，它們以沉積物中的有機質(zhì)為“食”，代謝的產(chǎn)物是甲烷，從而形成生物氣藏。隨著沉積物的成巖過程，埋深加大、溫度更高，用石油地質(zhì)學(xué)家的話來說，有機質(zhì)越來越成熟了。在自然催化物的作用下，這期間以經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成液態(tài)烴為主，即生成石油。

68石油的主要成分：碳?xì)浠衔?，?6%~99%，少量O、N、S等，占1%~4%

碳?xì)浠衔锖喎Q“烴”，據(jù)組成和結(jié)構(gòu)的不同分烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。C和H的不同構(gòu)成不同分子量、不同沸點的物質(zhì)，汽油和柴油通過石油蒸餾獲得。69煉制過程典型的工藝流程有直接蒸餾法和裂解法。前者是將原油在專用的煉油塔(分餾塔)中進行加熱蒸餾，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％；后者是將蒸餾后的重油等一些高分子成分通過不同的技術(shù)手段裂解為分子量較輕的成分。其中，通過加溫加壓的方法進行裂解的稱為熱裂解法，使用催化劑(觸媒)進行裂解的稱為催化裂解法。熱裂解法雖然工藝簡單，但所得到的燃油穩(wěn)定性差，辛烷值低，為得到高品質(zhì)的燃油，可用催化裂解法。石油的煉制方法與燃料70石油的煉制方法與燃料71一、內(nèi)燃機的燃料（二）柴油的理化性質(zhì)1.自燃性:柴油的使用性能指標(biāo)：自燃性和低溫流動性。自燃性柴油在無外源點火的情況下能夠自行著火的性質(zhì)。評價柴油著火性能的指標(biāo)自燃溫度能夠使柴油自行著火的最低溫度。柴油的自燃性用十六烷值衡量。72一、內(nèi)燃機的燃料（二）柴油的理化性質(zhì)1.自燃性:十六烷值的評定：用兩種自燃性能截然不同的標(biāo)準(zhǔn)燃料作比較，一種是正十六烷C16H34，自燃性很好，其十六烷值定義為100；另一種是α－甲基萘C11H10，自燃性很差，其十六烷值定義為0。在標(biāo)準(zhǔn)的專用試驗機上，分別對待試柴油和一定混合比例的正十六烷與α－甲基萘混合液進行自燃性比較；當(dāng)兩者自燃性相同時，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。73一、內(nèi)燃機的燃料（二）柴油的理化性質(zhì)1.自燃性:十六烷值高的柴油其自燃溫度低，滯燃期短，著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣少，著火后壓力升高率低，工作柔和，有利于發(fā)動機的冷起動，適合于高速柴油機使用。過高十六烷值的柴油在燃燒過程中容易裂解，造成排氣過程中的碳煙。因此，一般情況下，柴油的十六烷值在40～55之間，限制柴油的十六烷值在65以下。與柴油機的起動性和工作粗暴性有密切的關(guān)系。74一、內(nèi)燃機的燃料（二）柴油的理化性質(zhì)2.低溫流動性(濁點與凝點)粘度是分子的內(nèi)聚力,即為液體抵抗運動的阻力。影響柴油流動性粘度愈小，流動性愈好，噴出的柴油霧化性愈好。粘度過小，流動時易漏失，造成偶件表面易磨損。粘度由柴油的濁點反映。濁點溫度降低時，柴油中所含的高分子烷族烴(如石蠟)和燃料中夾雜的水分開始析出并結(jié)晶，使原來呈半透明狀的柴油變得渾濁，達(dá)到這一狀態(tài)的溫度值就是柴油的濁點。影響柴油機噴射系統(tǒng)的噴霧質(zhì)量75一、內(nèi)燃機的燃料（二）柴油的理化性質(zhì)2.低溫流動性(濁點與凝點)凝點當(dāng)溫度降低到柴油完全凝固，失去流動性時的溫度為凝點。凝點過低，將造成油道堵塞，因此凝點應(yīng)比最低工作溫度低3～5℃以上。我國的國標(biāo)中對輕柴油的標(biāo)號，即是按照柴油的凝點來規(guī)定的。0號柴油凝點為0℃，適合夏季使用-20號柴油凝點為-20℃，適合冬季或寒冷地區(qū)使用10號柴油、0號柴油、－10號柴油、－20號柴油、－35號柴油、－50號柴油76一、內(nèi)燃機的燃料（三）汽油的理化性質(zhì)汽油的使用性能指標(biāo)：揮發(fā)性和抗爆性。汽油是100多種烴的混合物，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85~87%,氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13~15%。汽油最重要的理化性能是抗爆性，用辛烷值表示；其次是揮發(fā)性，他對發(fā)動機的冷啟動、瞬態(tài)工況和燃油蒸發(fā)、排放都有很大影響。77一、內(nèi)燃機的燃料（三）汽油的理化性質(zhì)1.揮發(fā)性:通過蒸餾試驗來測定的，測出10％、50％、90％汽油蒸餾溫度和100％終餾溫度。揮發(fā)性的測定：汽油機對汽油的揮發(fā)性要求比柴油嚴(yán)（它是外部混合的），揮發(fā)性對混合質(zhì)量的影響很大。由于汽油是烴類的混合物，沒有一定的沸點，在進行蒸餾時，隨溫度的上升，按照餾分的由輕到重，逐次沸騰。汽油餾出的溫度范圍稱為餾程。汽油蒸發(fā)—般以蒸發(fā)餾程中餾出一定比例的燃料時所對應(yīng)的溫度來表示。78（三）汽油的理化性質(zhì)1.揮發(fā)性:10％餾出溫度影響冷起動性，此溫度低易揮發(fā)，易起動。（<70℃)50％餾出溫度影響暖機，加速和工作穩(wěn)定性，此溫度低，有利于加速。（<120℃)90％餾出溫度影響燃料分配，此溫度低表明重餾分少，有利于分配均勻。（<190℃)100％餾出溫度影響燃料是否完全燃燒。注意：發(fā)動機所使用汽油揮發(fā)性太強，易產(chǎn)生氣阻。一般初餾點為40～80℃，終餾點為180～210℃。氣阻由于汽油管道中可能受熱升溫，當(dāng)溫度升高，汽油蒸發(fā)很快達(dá)到飽和值（即等于管道壓力時），管道中將產(chǎn)生大量汽油蒸汽泡，阻礙汽油流動，流量減少，轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動機工作不穩(wěn)定，甚至熄火，這種現(xiàn)象叫氣阻。79（三）汽油的理化性質(zhì)2抗爆性:定義：燃料對于發(fā)動機發(fā)生爆燃的抵抗能力。汽油機燃燒過程中的一種不正常燃燒現(xiàn)象，發(fā)生時，使發(fā)動機過熱，冒煙，油耗增加，功率下降，振動加劇。烷烴抗爆性最差，烯烴次之，環(huán)烷烴較好，芳香烴最好。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?？贡芰τ眯镣橹祦矸从?，辛烷值高，抗爆能力強。80（三）汽油的理化性質(zhì)2抗爆性:辛烷值的評定：汽油的抗爆性的評價也是基于兩種標(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。在專用的試驗機上，將所試油料的爆燃強度同標(biāo)準(zhǔn)混合液(異辛烷與正庚烷按一定比例混合的混合液)的爆燃強度相比較，當(dāng)兩者相同時，標(biāo)準(zhǔn)混合液中所含異辛烷的體積分?jǐn)?shù)，即為所試油料的辛烷值。根據(jù)試驗規(guī)范的不同，所得的辛院值分別稱為馬達(dá)法MON或研究法RON辛烷值。我國生產(chǎn)的汽油是按研究法辛烷值RON分級，分為90、93、97三個牌號。81

不斷提高汽油燃料的辛烷值，以適應(yīng)發(fā)動機強化的需求，是汽車工業(yè)對于石油化工工業(yè)提出的要求。提高辛烷值的傳統(tǒng)方法，是在汽油中添加高效抗爆劑如四乙鉛Pb(C2H5)4，但由于該添加劑含鉛量高，對人體及環(huán)境有較為嚴(yán)重的危害，同時還會使排氣催化轉(zhuǎn)換器中的催化劑嚴(yán)重中毒而導(dǎo)致失效，我國于2000年禁止生產(chǎn)和使用。目前，提高汽油辛烷值的主要措施是采用先進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)或醇類等高辛烷值調(diào)和劑，以獲得較高辛烷值而無其他不利于環(huán)保的副作用。提高辛烷值的措施82汽油和柴油的物性差異決定了汽油機和柴油機在混合氣形成、著火和燃燒上的差異1）混合氣形成

汽油機：柴油機：外部形成內(nèi)部形成均勻混合氣非均勻混合氣

α較小α較大量調(diào)節(jié)（負(fù)荷）質(zhì)調(diào)節(jié)（負(fù)荷）832）發(fā)火方式汽油機：柴油機：外源點火自行著火單火源發(fā)火多火源著火3）燃燒方式汽油機：

柴油機：以火焰?zhèn)鞑シ绞綖橹饕詳U散燃燒方式為主接近等容燃燒接近先等容后等壓燃燒84燃料的燃燒過程就是燃料與空氣中的氧進行氧化反應(yīng)而放出熱量的過程。燃油在氣缸中燃燒情況極為復(fù)雜，但本質(zhì)上是碳和氫激烈的氧化反應(yīng)，本節(jié)只研究燃油中主要成分和空氣中的氧進行化學(xué)反應(yīng)的最終結(jié)果，而不是研究其中間反應(yīng)。

二、燃燒熱化學(xué)85二、燃燒熱化學(xué)（一）化學(xué)計量空燃比化學(xué)計量空燃比1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量(質(zhì)量)之比。1.理論所需要的氧氣量:發(fā)動機所用的汽油或柴油主要由碳、氫、氧組成，其它成分如氮、硫等含量不多，在熱計算時不考慮，如以gC、gH、gO分別表示1kg燃油中所含碳、氫、氧的kg數(shù)，即質(zhì)量成分%，則：86（一）化學(xué)計量空燃比1.理論所需要的氧氣量:理論所需要的氧氣量:(Kg)87（一）化學(xué)計量空燃比1.理論所需要的氧氣量:理論所需要的氧氣量:(Kmol)88（一）化學(xué)計量空燃比2.理論所需空氣量:理論所需要的氧氣量(Kg)發(fā)動機中，燃油燃燒所需要的氧氣來自空氣。以體積成分計空氣中氧占21%，氮占79%；以質(zhì)量成分計氧占23%，氮占77%。(Kmol)1千克燃油完全燃燒理論所需的空氣量，即理論空氣量為：(Kg)(Kmol)89（一）化學(xué)計量空燃比2.理論所需空氣量:(Kg)(Kmol)汽油的平均質(zhì)量成分：柴油的平均質(zhì)量成分：代入理論空氣量的計算公式中，可得汽油柴油實際所需空氣量？90二、燃燒熱化學(xué)（二）燃料的熱值燃料的熱值：在101.3kPa，295.15K條件下每千克燃料完全燃燒所釋放的熱量成為燃料的熱值。高熱值低熱值燃油中含有氫，燃燒后生成水。水的狀態(tài)對熱值大小有影響，因而熱值就有高熱值和低熱值之分。計及水蒸氣冷凝時放出汽化潛熱的發(fā)熱量。不計及汽化潛熱的發(fā)熱量。在內(nèi)燃機中，由于無法利用汽化潛熱，所以燃油的發(fā)熱量常用低熱值。91二、燃燒熱化學(xué)（三）燃燒前后物質(zhì)的量變化系數(shù)生成物物質(zhì)的量反應(yīng)物物質(zhì)的量汽油機：1.04~1.12，理論空燃比時，1.055；柴油機1.03~1.0692二、燃燒熱化學(xué)（四）殘余廢氣系數(shù)和排氣再循環(huán)（EGR）率1、殘余廢氣系數(shù)上一循環(huán)殘余氣體量每循環(huán)氣體總質(zhì)量汽油機壓縮比小，進氣有節(jié)流，氣門疊開角較小，殘余廢氣系數(shù)大。柴油機壓縮比大，沒有進氣節(jié)流，氣門疊開角較大，殘余廢氣系數(shù)小。93二、燃燒熱化學(xué)（四）殘余廢氣系數(shù)和排氣再循環(huán)（EGR）率2、排氣再循環(huán)率再循環(huán)的排氣質(zhì)量每循環(huán)新鮮充量在一個循環(huán)吸入的新鮮充量中，若其中一部分來自發(fā)動機的排氣，用來稀釋可燃混合氣，以降低燃燒溫度，控制NOX的生成與排放，稱為排氣再循環(huán)（EGR)。94在EGR系統(tǒng)中，EGR率(重新進入進氣歧管的廢氣量／新進空氣量)是根據(jù)發(fā)動機工況的變化而變化的。（四）殘余廢氣系數(shù)和排氣再循環(huán)（EGR）率準(zhǔn)確的EGR率是通過ECU控制的，在ECU內(nèi)存儲了發(fā)動機各種工況的EGR最佳工作狀態(tài)，通常稱為EGRMAP圖。ECU可根據(jù)發(fā)動機的油門位置、轉(zhuǎn)速、離合器踏板及水溫信號，在不同的工況提供給發(fā)動機最佳的EGR率(即廢氣量)，以滿足發(fā)動機排放及性能要求。如果加入的廢氣量太多，則將造成發(fā)動機冒黑煙，性能惡化；如果加入的廢氣量太少，則不能滿足排放法規(guī)工求。95排氣再循環(huán)原理圖96發(fā)動機控制單元即ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷(節(jié)氣門開度)、溫度、進氣流量、排氣流量,溫度控制電磁閥適時地打開，進氣管真空度經(jīng)電磁閥進入EGR閥真空膜室，膜片拉桿將EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOX是在富氧、高溫條件下生成的，故抑制了NOX的再次生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。但是，過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機的動力性，特別是在發(fā)動機怠速、低速、小負(fù)荷及冷機時，再循環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機性能。所以，當(dāng)發(fā)動機在怠速、低速、小負(fù)荷及冷機時，ECU控制廢氣不參與再循環(huán)，避免發(fā)動機性能受到影響；當(dāng)發(fā)動機超過一定的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及達(dá)到一定的溫度時，ECU控制少部分廢氣參與再循環(huán)，而且，參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度及廢氣溫度的不同而不同，以達(dá)到廢氣中的NOX最低。

（四）殘余廢氣系數(shù)和排氣再循環(huán)（EGR）率97EGR閥通常在下列條件下開啟：1.發(fā)動機暖機運轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)速超過怠速。98第三節(jié)

內(nèi)燃機循環(huán)的熱力學(xué)模型模擬計算的作用1.預(yù)測所設(shè)計發(fā)動機的初步性能，進行多方案的比較，以期獲得最佳的設(shè)計方案。2.可以對結(jié)構(gòu)參數(shù)與運行參數(shù)進行優(yōu)化，對發(fā)動機的壽命和可靠性進行預(yù)測。３.減少試驗的工作量，縮短發(fā)動機的設(shè)計周期，節(jié)省開發(fā)研究費用。99第三節(jié)

內(nèi)燃機循環(huán)的熱力學(xué)模型模擬預(yù)測計算發(fā)展熱力計算法建立在簡單熱力學(xué)關(guān)系基礎(chǔ)之上的一種近似的、半經(jīng)驗的估算方法。精度和應(yīng)用范圍都受到了很大的限制。從零維模型到多維模型，從整機到分部件、分系統(tǒng)的計算軟件，從性能預(yù)測到強度分析等等不一而足。進入20世紀(jì)60年代以后，隨著內(nèi)燃機數(shù)值模擬技術(shù)的不斷完善和計算機技術(shù)的進步，有關(guān)數(shù)值模擬方面的研究也不斷深入，新的理論不斷涌現(xiàn)，極大促進了設(shè)計手段的更新和設(shè)計觀念的變革。100第三節(jié)

內(nèi)燃機循環(huán)的熱力學(xué)模型熱力學(xué)模型零維模型從內(nèi)燃機工作循環(huán)各系統(tǒng)內(nèi)所發(fā)生的物理過程出發(fā)，用微分方程對各系統(tǒng)的實際工作過程進行數(shù)學(xué)描述，通過編制計算機程序，得到氣缸內(nèi)各參數(shù)隨時間(或曲軸轉(zhuǎn)角)的變化規(guī)律；然后，通過相應(yīng)的計算公式，計算出發(fā)動機的宏觀性能參數(shù)。其基本思路是：以熱力學(xué)基本概念為基礎(chǔ)，模擬內(nèi)燃機的主要熱力學(xué)參數(shù)的變化。不涉及內(nèi)燃機中各種熱力學(xué)參數(shù)在空間場的不均勻性問題以及工作過程的細(xì)節(jié)。101

在推導(dǎo)氣缸內(nèi)工作過程計算的基本微分方程式時，采用如下的簡化假定：1)不考慮氣缸內(nèi)各點的壓力、溫度與濃度場的差異，并認(rèn)為在進氣期間，流入氣缸內(nèi)的空氣與氣缸內(nèi)的殘余廢氣實現(xiàn)瞬時的完全混合，缸內(nèi)的狀態(tài)是均勻的，亦即為單區(qū)過程。2)工質(zhì)為理想氣體，其比熱容、內(nèi)能僅與氣體的溫度和氣體的組成有關(guān)。3)氣體流入與流出氣缸為準(zhǔn)穩(wěn)定流動，不計流入或流出時的動能。

4)缸內(nèi)工質(zhì)在封閉過程中無泄漏。一、模型假定102下標(biāo)含義:B-burnw-Walls-sucke-exhaust參數(shù)含義:T-temperaturem-massQ-Quantityofheat二、基本的微分方程組將氣缸壁面、活塞頂面以及缸蓋底面所圍成的容積作為一個熱力學(xué)系統(tǒng)。內(nèi)燃機工作過程的通用方程組：103二、基本的微分方程組下標(biāo)s表示通過進氣門流人氣缸的氣體參數(shù)，下標(biāo)e表示通過排氣門流出氣缸的氣體參數(shù)，下標(biāo)B表示燃料燃燒放熱項