第3章内燃机的工作循环

内燃机原理内燃机的工作循环内燃机是一种将燃料燃烧产生的能量转化为机械能的装置。

它是现代社会中广泛使用的技术之一，应用于汽车、发电机、飞机和船舶等各个领域。

内燃机的工作循环是指在一个完整的运行周期内，发动机执行吸气、压缩、燃烧和排气四个过程的过程。

内燃机的工作循环通常包括四个阶段：吸气阶段、压缩阶段、燃烧阶段和排气阶段。

在吸气阶段，活塞从汽缸上部的最高位置（称为上死点）向下移动，此时汽缸内的活塞腔体积增大，形成一个低压区域。

此时，汽缸顶部的进气门打开，使空气通过进气道进入到汽缸内。

当活塞达到下死点位置时，进气门关闭，汽缸内的容积达到最大，吸气阶段结束。

在压缩阶段，活塞从下死点位置向上移动，汽缸内的容积减小，空气被压缩。

同时，压缩使空气温度升高，增加了燃料燃烧的能量。

当活塞达到上死点位置时，压缩阶段结束。

在燃烧阶段，燃油被喷射到汽缸内，燃料和空气混合物被点燃，产生高温和高压的燃烧气体。

燃烧气体的体积急剧膨胀，推动活塞向下运动。

同时，高温高压的燃烧气体也推动汽缸底部的排气门打开，将废气排出。

在排气阶段，废气通过排气门排出汽缸，活塞向上运动，汽缸内的容积增大。

当活塞达到下死点位置时，排气门关闭，排气阶段结束。

随后活塞再次向上移动，回到吸气阶段，循环开始。

内燃机的工作循环通常使用缸内燃烧循环表示，也称为奥托循环。

在奥托循环中，理想气体假设忽略活塞、气缸以及其他运动零件的摩擦和损失，并假设燃料燃烧为完全燃烧。

内燃机的工作循环会受到多种因素的影响，如空气质量、燃料质量、点火时机、气门的开闭控制等。

通过调整和优化这些因素，可以提高内燃机的功率输出和燃料效率。

总结起来，内燃机的工作循环是通过吸气、压缩、燃烧和排气四个过程来完成的。

内燃机通过燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将燃料的化学能转化为机械能。

内燃机的工作循环的优化和改进是实现高效能、低排放的关键。

简述内燃机的工作过程
内燃机的工作过程可以分为以下四个冲程：
1. 吸气冲程：活塞下行形成气缸内压力小于大气压的差，这个压力差使空气进入气缸。

对于汽油机，吸入的是汽油和空气的混合物；对于柴油机，吸入的是纯空气。

2. 压缩冲程：吸气冲程完成后，活塞上行压缩空气达到一定温度，使燃料燃烧。

对于柴油机，由于压缩的工质是纯空气，压缩比高于汽油机，压缩终点的温度和压力都大大超过柴油的自燃温度，使其自燃。

3. 做功冲程：燃烧的空气使活塞下行，从而将热能转换成机械能。

这种转换是通过连杆活塞组和曲轴实现的，高温高压的燃气推动活塞下行，通过连杆使曲轴做圆周运动。

4. 排气冲程：在飞轮惯性的驱动下，活塞上行将燃烧后的废气从打开的排气阀门中排出。

当活塞行至上终点位置时，整个内燃机的工作循环完成。

这四个冲程中，只有做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。

在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。

内燃机的工作循环生物与农业工程学院孙舒畅45090120一，内燃机的理论循环通常根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程(加热方式)等特点，把火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，把压燃式柴油机的实际循环简化为混合加热循环或等压加热循环，这些循环称为内燃机的理论循环。

根据不同的假设和研究目的，可以形成不同的理论循环，如图1，a、b和c所示为四冲程内燃机的理想气体理论循环的p-V示功图。

为建立这些内燃机的理论循环，需对内燃机的实际循环中大量存在的湍流耗散、温度压力和成分的不均匀性以及摩擦、传热、燃烧、节流和工质泄漏等一系列不可逆损失作必要的简化和假设，归纳起来有：1)忽略发动机进排气过程，将实际的开口循环简化为闭口循环。

2)将燃烧过程简化为等容、等压或混合加热过程，将排气过程简化为等容放热过程。

3)把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵可逆过程，忽略工质与外界的热量交换及其泄漏等的影响。

4)以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环牛工质物理及化学性质保持不变，比热容为常数。

图1 四冲程内燃机典型的理论循环a)等容加热循环b)等压加热循环c)混合加热循环通过对理论循环的热力学研究，可以达到以下目的：1)用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径。

2)确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机工作过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。

3)有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性。

各种理论循环的热效率和循环平均压力可以依照热力学的方法进行推导[1-3]。

内燃机理论循环热效率和循环平均压力的表达式及特点见表1。

表1 内燃机理论循环的比较注：V P c c k =为等熵指数，c a c V =ε为压缩比，c z P P P =λ为压力升高比，c z V V =0ρ为初始膨胀比。

分析表1中三种理论循环的热效率和平均压力表达式，不难发现：1)三种理论循环的热效率均与压缩比 有关，提高压缩比可以提高循环的热效率。

内燃机的启动原理一、内燃机的工作循环内燃机是利用燃烧燃料产生高温高压气体推动活塞运动，从而将热能转化为机械能的装置。

内燃机的工作循环包括吸气、压缩、燃烧和排气四个过程。

在启动过程中，关键是确保燃料能够顺利燃烧产生高温高压气体，从而推动活塞运动。

二、点火系统内燃机的点火系统起到将点火能量传递至燃烧室内的燃料混合物并引燃的作用。

点火系统通常由电源、点火线圈、分配器、点火塞等组成。

在启动过程中，点火系统的作用是在活塞达到压缩行程的顶点时，通过点火塞产生的火花点燃压缩的燃料混合物。

三、燃油系统燃油系统是将燃油供给到燃烧室内，确保燃料能够顺利燃烧的关键。

燃油系统主要由燃油箱、燃油泵、喷油嘴等组成。

在启动过程中，燃油系统的作用是将燃油从燃油箱中抽取并输送至燃烧室内，形成可燃的燃料混合物。

启动过程如下：1. 打开点火开关，启动电源，使点火系统准备好产生火花。

2. 踩下离合器（对于手动变速器）或切换至空档（对于自动变速器），断开发动机与车轮的连接，以保证启动时发动机不会带动车辆前进。

3. 踩下刹车踏板，保持车辆静止。

4. 转动钥匙至启动位置，同时踩下油门踏板，启动电机转动发动机，使曲轴旋转。

5. 发动机转动后，点火系统通过点火线圈产生火花，并通过点火塞引燃压缩的燃料混合物。

6. 燃油系统通过燃油泵将燃油从燃油箱抽取，并喷射至燃烧室内，形成可燃的燃料混合物。

7. 燃料混合物在点火的作用下燃烧，产生高温高压气体，推动活塞运动。

8. 发动机转速逐渐提高，经过几个循环后稳定下来，发动机启动成功。

9. 松开油门踏板，发动机进入怠速状态，维持正常运行。

总结：内燃机的启动原理主要涉及到工作循环、点火系统和燃油系统三个方面。

在启动过程中，点火系统通过产生火花点燃压缩的燃料混合物，燃油系统通过将燃油输送至燃烧室，确保燃料能够顺利燃烧产生高温高压气体，从而推动活塞运动。

通过以上几个步骤，内燃机可以顺利启动并进入正常运行状态。

内燃机原理内燃机的工作循环内燃机原理：内燃机的工作循环内燃机是一种将化学能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、船舶、飞机等交通领域。

它的工作原理主要包括四个工作循环：吸气、压缩、爆炸、排气。

吸气循环是内燃机的第一个工作阶段。

当活塞下行时，汽缸膛内的发动机油门打开，气缸外的大气压力将空气通过进气阀进入气缸。

在这个过程中，燃料还未注入，发动机主要借助活塞自身的下行运动产生的负压使混合气进入气缸。

压缩循环是内燃机的第二个工作阶段。

当活塞开始上升时，进气阀关闭，活塞将混合气体向气缸膛内压缩。

在这个过程中，活塞上升使得混合气压力增加，同时体积减小。

最终，混合气体达到了高压状态。

爆炸循环是内燃机的第三个工作阶段。

当混合气体压缩到一定程度时，火花塞会发出火花，点燃混合气体。

这个点燃的火焰扩散到整个气缸，产生了高温和高压气体。

高温高压气体作用于活塞上，将活塞推力向下运动。

排气循环是内燃机的第四个工作阶段。

当活塞再次上升时，这个运动将排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。

这个过程使得气缸内的压力迅速下降，使活塞对外做功。

内燃机的工作循环是由上述四个阶段交替进行的。

每个循环周期内，发动机都完成了吸气、压缩、爆炸和排气的过程。

这种循环反复进行，产生连续的动力输出。

内燃机的工作循环可以分为两种类型：四冲程循环和两冲程循环。

首先是四冲程循环，在这种循环中，吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段分别占据发动机的四个循环。

每个循环都需要两个活塞上下运动才能完成。

四冲程循环由于充分利用了活塞上下循环运动，具有较高的热效率和动力输出。

其次是两冲程循环，它将吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段合并到两个运动循环中。

这意味着每个循环中只需一个活塞上下运动就可完成整个循环。

两冲程循环由于缺乏四冲程循环中的压缩阶段，使得其热效率较低，并且排放污染物较多。

然而，两冲程循环由于结构简单，适用于小型和低功率的内燃机。

内燃机的工作循环是内燃机能够正常运行的基础。

活塞式内燃机的工作循环活塞式内燃机是一种通过燃烧燃料产生动力的发动机，它的工作循环是其运行过程中产生的燃气在气缸内的变化过程。

这一过程可以分为四个阶段：进气、压缩、爆燃和排气。

首先是进气阶段。

在活塞式内燃机的工作循环中，这是一个由活塞向下运动的过程。

当活塞下行时，气缸的进气阀打开，外部空气经过气门进入气缸内。

汽油或柴油也被喷入气缸中以混合空气。

这个混合物的比例通常是由发动机控制系统自动调整的，它会根据各种因素如发动机转速、负载和环境条件来调整。

接着是压缩阶段。

这个阶段中活塞开始向上运动，将已经混合好的燃气压缩再次变得非常密集。

气缸内气体的压力和温度随着容积的减少而升高，这个过程通常可以通过往气缸中喷入高压点火能够自燃的柴油引擎中来提高温度。

而对于汽油发动机，通常还需要一个火花塞来点燃混合物。

接下来是爆燃阶段。

当混合气体压缩到极限后，点火系统会触发火花塞，在柴油机中，这个时候油料会被喷射器喷入，并被高温高压的气体点燃。

而在汽油机中，点燃的是由点火系统产生的火花来点燃混合物。

这就导致了一个爆炸，产生巨大的能量推动活塞向下。

最后一个阶段是排气。

在爆燃阶段结束之后，活塞开始向上运动，将燃气废气排出气缸。

排气阀会打开，将废气排出到排气管中，并送入排气系统。

以上四个过程便构成了活塞式内燃机的工作循环。

整个循环是不断重复的，驱动活塞来回运动，从而产生动力。

这一循环的频率取决于引擎的转速，同时也受到控制系统的调节。

活塞式内燃机广泛应用于汽车，飞机，摩托车等各种交通工具和工业机械中。

2、等压加热循环（柴油机） 1 0 1c * 1 2 3 4 ( 01)3、混合加热循环（柴油机） p ( 01)第三章 内燃机的工作循环 概念：内燃机的工作循环是周期性地将燃料（化学能）燃烧所产生的热能 转变为机械能的过程，由活塞往复运动形成的进气、压缩、膨胀和排气等有序 联系和重复进行的过程组成。

首先在进气过程吸入新鲜空气，或空气与燃油的混合气，活塞压缩使气缸内 工质的压力和温度升高到一定的程度，然后由火花点火或压燃着火燃烧释放出热 能，推动活塞运动转化为机械功输出。

燃烧做功后的排气排出气缸，继续下一个 循环。

第一节 内燃机的理论循环 一、概念：根据内燃机所使用的燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程（加 热方式）等特点，把火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环，把压燃 式柴油机的实际循环简化为混合加热或等压加热循环，这些循环称为内燃机的 理论循环。

1） 三种理论循环的热效率均与压缩比有关，提高压缩比c 可以提高循环 的热效率。

2） 增大压力升高比p 可以增加混合加热循环中等容部分的加热量，使循环 的最高温度和最高压力增加，可以提高循环热效率;3）增大初期膨胀比°，使等压部分加热量增加，导致混合加热循环热效率降低；4）增加循环始点压力，降低进气温度，增加循环供油量等，均有利于循环 平均压力的增加。

四、提高循环热效率和平均压力的限制1） 结构强度的限制；2） 机械效率的限制；3） 燃烧方面的限制；4） 排放方面的限制。

第二节 内燃机的燃料和热化学一、内燃机的燃料（一） 石油基燃料组成元素：主要C 、H ;少量0、N 、S 。

烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃等组 成。

汽油：C 原子5—12;轻柴油：C 原子10-22（二） 柴油的理化性质m EGREGR 1、 自燃性：在无外源点火的情况下，柴油能自行着火的性质叫自燃性。

自行着火的最低温度叫自燃温度。

衡量：十六烷值，正十六烷 C 16H 34， 100， —甲基萘C 11H 10，0。

发动机的工作循环
1 内燃机工作循环
内燃机是一种流体动力机械，它是由活塞和活塞环受到连续循环作用所产生的燃烧发动机。

内燃机的工作循环一般分为4个阶段：进气阶段、压缩阶段、燃烧阶段和排气阶段。

2 进气阶段
进气阶段是内燃机一次工作循环的第一阶段。

当活塞纵向下运动时，机械活塞及其连接的气门都处于开启状态，外界新鲜空气就进入气缸中。

此时，气缸内只有外界新鲜空气，混入空气的可燃气体几乎为零，空气压力逐渐升高，内燃机进入下一个工作阶段。

3 压缩阶段
在压缩阶段，活塞上行，气门关闭，内燃机真空化，空气高压，空气温度也随之升高，空气中的可燃气体混合物也变的更细腻。

压缩阶段的压力有许多因素影响，如缸径、进气阀形状等因素都会影响最终的发动机效率。

4 燃烧阶段
在燃烧阶段，活塞继续向上移动，燃烧室静置，发动机的点火系统将一定量的燃料放入燃烧室中，搭配准确的火花塞点火，燃料和空气混合的迅速发生爆燃，释放出大量的热能，热能通过活塞转换为机械能量。

5 排气阶段
排气阶段是内燃机一次工作循环的最后一个阶段，是燃烧阶段的
反面过程，活塞下行，将气缸中的热气体向外排出，完成一次循环后，发动机就会再次重复上述四个阶段，一直循环下去。

内燃机的每一个工作循环都包括内燃机的每一个工作循环都包括：进气、压缩、燃烧—膨胀和排气等四个过程。

四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即四个行程中完成的；而二冲程内燃机的工作循环则是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。

下面介绍四冲程内燃机的工作原理：（一）四冲程汽油机的工作原理研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示汽缸内气体压力p和相当于活塞不同位置时的汽缸容积v之间的变化关系图。

此图能表示一个工作循环中气体在汽缸内所做的功，所以称为示功图。

1、进气过程在进气过程中，活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。

这时活塞上方的汽缸容积增大，于是压力降低到小于大气压力，也就是产生了真空度处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用真空度表示。

若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。

从真空表所读得的数值称真空度。

真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=(大气压强—绝对压强）。

在外界大气压力的作用下，空气经空气滤清器进入化油器，在化油器中与汽油混合而成为可燃混合气，经进气管和进气门进入汽缸。

由于进气系统对气流有阻力，所以进气终了时汽缸内的气体压力低于大气压力po。

进气过程在示功图上以曲线ra表示。

当活塞到达下止点活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。

时，进气终了，这时汽缸中的气体压力约为0.074~0.088MPa（当节气门完全开启时），温度为353K~403K。

2、压过过程为使汽缸中的混合气能迅速燃烧以产生较大的压力，从而使发动机发出较大的动力，必须在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小，密度增大，温度升高，即需要有压缩过程。

在进气过程终了后，进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，将汽缸中的混合气压缩，这时压缩过程。

压缩过程在示功图上以曲线ac表示。

随着气体容积的缩小，它的压力和温度就升高。

活塞式内燃机的工作循环
活塞式内燃机是一种常见的动力装置，广泛应用于汽车、摩托车、飞机等交通工具以
及工业设备中。

它采用燃油燃烧产生的高温高压气体来驱动活塞进行往复运动，从而产生
功率输出。

下面将详细介绍活塞式内燃机的工作循环。

一、四冲程行程循环
1. 吸气行程：活塞由上往下移动，汽缸容积扩大，进气门打开，燃油-空气混合物由
进气管道进入气缸。

2. 压缩行程：活塞由下往上移动，进气门关闭，汽缸容积缩小，压缩燃油-空气混合物，使之达到点火需要的高压状态。

3. 爆发行程：点火系统触发点火，点火塞点燃燃油-空气混合物，燃烧产生高温高压
气体，推动活塞向下运动，产生功率。

4. 排气行程：活塞由下往上移动，废气门打开，排出燃烧废气，汽缸容积扩大，为
下一次循环做准备。

二、工作特点
1. 高效能：内燃机循环过程中燃烧室的容积随着活塞的运动变化，使得空气和燃料
混合物在气缸内得以充分燃烧，从而保证了燃料的充分利用，实现了高效能的能量转化。

2. 稳定可靠：内燃机在工作过程中，各个工作过程之间存在一定的重叠，使得气缸
内的气体压力保持相对稳定，工作效率高，输出转矩平稳。

3. 灵活适应性：内燃机在实际工程应用中可以根据具体需求进行设计和调整，适应
不同工作条件下的动力需求。

结语：
活塞式内燃机的工作循环过程中，通过吸气、压缩、爆发和排气四个行程的循环运动，将化学能转化为机械能，实现了引擎的功率输出。

其高效、稳定、灵活的特点使得活塞式
内燃机成为广泛应用的动力装置，推动着各种交通工具和工业设备的运行。

第三章：内燃机的工作循环内燃机的理论循环3种形式：等容加热循环、等压加热循环、混合加热循环等容加热循环：加热循环很快完成，热效率仅与压缩比有关等压加热循环：加热过程在等压条件下缓慢完成，负荷的增加使得热效率下降。

当初始状态一致且加热量及压缩比相同时等容加热循环的热效率最高，等压加热循环的热效率最低，当最高循环压力相同、加热量相同而压缩比不同时，等压加热循环的热效率最高，等容加热循环的热效率最低。

得出结论：1、提高压缩比，提高了热效率，但提高率随着压缩比的不断增大而逐渐降低2、增大压力升高比，可使热效率提高3、压缩比以及压力升高比的增加，将导致最高循环压力的急剧上升4、增大初始膨胀比，可以提高循环平均压力，导致热循环效率降低5、等熵指数增大，循环热效率提高柴油的理化性质：自然温度、馏程、粘度、含硫量等，以自然温度和低温流动性影响较大。

1、自然温度：柴油在无外源点火的情况下能够自形点火的性质为自然性。

能够使柴油自行着火的最低温度称自然温度。

自然性用正十六烷值衡量2、低温流动性（浊点与凝点）：温度降低时，柴油中所含的高分子烷簇（如石蜡）和燃料中夹杂的水分开始析出并结晶，使原来呈半透明状的柴油变得浑浊，达到这一状态的温度值就是柴油的浊点，当温度再降低时，柴油完全凝固，此温度称为凝点。

3、化学成分及发热量：燃油的化学成分：碳、氢、氧、氮。

1千克柴油完全燃烧所发出的热量叫做燃料的发热量或热值。

汽油的理化性质：挥发性和抗爆性1、挥发性：表示液体燃料汽化的倾向，与燃料的馏分组成、蒸汽压、表面张力以及汽化潜热有关。

汽油馏出的温度范围称为馏程。

初馏点：40－80︒C，终馏点：180－210︒C。

2、抗爆性：燃料对发动机发生爆燃的抵抗能力称为燃料的抗爆性。

汽油的抗爆性是以辛烷值来表示的。

根据试验规范的不同，所得的辛烷值分别称为马达法MON或研究法RON辛烷值气体燃料：天然气、液化石油气、氢气、煤气、沼气。

代用燃料：醇类燃料、植物油燃料燃烧：燃烧是外界热源向工质在一定条件下加热的过程。