内燃机工作循环

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。

内燃机做功原理内燃机是一种将燃料燃烧产生的化学能转化为机械能的装置。

内燃机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，然后利用气体的膨胀驱动活塞运动，从而实现对机械设备的驱动。

内燃机的工作过程主要分为四个循环：吸气循环、压缩循环、燃烧循环和排气循环。

首先，在吸气循环中，活塞从上死点开始向下运动，汽缸内的气门打开，燃料和空气混合物通过进气阀进入汽缸。

然后，在压缩循环中，活塞向上运动，将燃料和空气混合物压缩，使其温度和压力升高。

接下来，在燃烧循环中，当活塞接近上死点时，点火系统点燃混合物，产生火焰。

火焰的膨胀推动活塞向下运动，从而转化为机械能。

最后，在排气循环中，活塞再次向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸，完成一个循环。

内燃机利用燃料的燃烧产生的高温高压气体驱动活塞运动，从而做功。

具体来说，当燃料和空气混合物燃烧时，产生的高温高压气体会迅速膨胀，推动活塞向下运动。

这个过程中，燃料的化学能被转化为气体的内能和机械能。

内燃机的功率主要取决于燃料的燃烧速率和气体的膨胀程度。

同时，内燃机的效率也是一个重要指标，它表示内燃机输出的机械功与燃料所含化学能之间的比值。

内燃机的做功原理与循环过程密切相关。

在吸气循环中，活塞的下行运动使得燃料和空气混合物进入汽缸；在压缩循环中，活塞的上行运动将混合物压缩到高压状态；在燃烧循环中，点火系统点燃混合物，产生火焰推动活塞向下运动；在排气循环中，活塞再次向上运动，将废气排出汽缸。

通过这个循环过程，内燃机不断地将燃料的化学能转化为机械能，实现对机械设备的驱动。

内燃机的做功原理是现代工业中非常重要的一部分。

它广泛应用于汽车、飞机、船舶等交通工具，以及发电机组、工程机械等设备中。

通过不断改进内燃机的设计和优化燃烧过程，可以提高内燃机的效率和性能，减少能源消耗和环境污染。

内燃机的做功原理是将燃料的化学能转化为机械能的过程。

通过燃料的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，实现对机械设备的驱动。

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。

第一章 内燃机工作循环与性能指标内燃机的实际工作循环：由进气、压缩、燃烧—膨胀、排气四个过程组成，它是周期性地将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的往复过程。

基本原理：内燃机通过进气过程向气缸内吸入新鲜空气或空气与燃料的混合气，通过活塞的压缩行程，将新鲜充量的温度、压力提高到一个合适的水平，然后燃料以点燃或压燃的方式开始燃烧释放出热能，气缸内气体工质被加热，温度和压力得到进一步提升，同时膨胀推动活塞做功实现由热能到机械能的转变，最后通过排气过程排除已燃废气。

理论循环提出的假设：（1）以空气作为循环工质，视其为理想气体，物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数；（2）循环工质的总质量保持不变（3）将燃烧过程简化为等容或等压的加热过程，将排气过程简化为等容放热过程；（4）将工质的压缩和膨胀过程看成等熵过程，工质与外界不进行热交换。

三种形式的理论循环：（1）定容加热循环，如汽油机（2）定压加热循环，如高增压和低速大型柴油机（3）混合加热循环，如高速柴油机理论循环的评价指标：（1）循环热效率t η：工质所做循环功W 与循环加热量1Q 之比，用来评价循环的经济性，即 12t 11Q Q W Q Q η-== 影响t η的因素有：①压缩比ε（随着ε增大，三种循环的热效率都提高，提高压缩比可以提高循环平均加热温度，降低循环平均放热温度）；②绝热指数k （随着k 值增大，t η将提 高）；③压力升高比λ（定压加热循环与定容循环的t η均与λ无关，对于混合加热循环，当1Q 与ε不变时，λ增大则ρ减小，膨胀过程增加，2Q 减少，t η提高）；④预胀比ρ（ρ值 增加，t η下降）（2）循环平均压力t p ：单位气缸工作容积所做的循环功，用来评价循环的做功能力，即 t ()SW p kPa V = 对于定压和定容加热循环，循环平均压力t p 随压缩起点压力a p 、压缩比ε、压力升高比λ 预胀比ρ、绝热指数K 和热效率t η的增加而增加；对于混合加热循环，若1Q 不变，增加ρ 就是减少λ，t η下降，t p 也降低继续膨胀循环：（1）脉冲涡轮增压（2）定压涡轮增压四行程内燃机的实际循环：（1）进气过程：进气压力终点a p 一般小于环境大气压力0p ，压力差用于克服进气阻力，进气终点的温度a T 高于环境大气温度0T（2）压缩过程：复杂多变过程，压缩终了的压力1n c a p p ε=，温度11n c a T T ε-=，其中，多 变指数1n 主要受工质与缸壁的热交换及工质泄露情况的影响，当转速提高时，热交换时间 缩短，缸壁的传热和气缸泄漏气量减少，1n 会增大，当负荷增加时，气缸壁温度升高，传 热量减少，1n 增大，而当漏气量增加或缸壁温度降低时，1n 减小。

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。

内燃机的四个冲程•内燃机、冲程及工作循环1．内燃机：燃料在汽缸内燃烧的热机叫内燃机，内燃机分为汽油机和柴油机。

它们的特点是让燃料存汽缸内燃烧，从而使燃烧更充分，热损失更小，热效率较高，内能利用率较大。

2．冲程：活塞在汽缸内住复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。

3．工作原理：四冲程内燃机的工作过程是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。

四个冲程为一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的惯性完成。

（1）吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸；（2）压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩；（3）做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。

高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；（4）排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。

（如下四个冲程的示意图）。

•汽油机的工作过程进气阀开关排气阀开关活塞运动曲轴运动冲程作用能量的转化吸气冲程开关向下半周吸入汽油和空气的混合物——压缩冲程关关向上半周燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大机械能→内能做功冲程关关向下半周燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功内能→机械能排气关开向上半周排除废气——冲程说明一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能•柴油机和汽油机的区别：汽油机柴油机构造不同汽缸顶部有火花塞汽缸顶部有喷油嘴燃料不同汽油柴油吸气冲程汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物柴油机在吸气冲程中只吸入空气点火方式压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式效率效率低20％一30％效率高30%～45％应用自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等••区分汽油机、柴油机以及判断内燃机的四个冲程的方法：区分汽油机和柴油机时，要从构造上区别，有喷油嘴的是柴油机，有火花塞的是汽油机，一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方向，在此基础上进行综合分析。

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。

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。

内燃机工作循环的四个冲程内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。

它是现代工业中的重要发明之一，广泛应用于汽车、飞机、船舶、发电机等领域。

内燃机的工作原理基于燃料的燃烧和气体的膨胀，而这个过程被称为“循环”。

内燃机的工作循环由四个冲程组成，它们是：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。

这四个冲程的顺序是固定的，每个冲程都有特定的任务。

在这篇文章中，我们将详细介绍内燃机工作循环的四个冲程，以及它们的作用。

一、进气冲程进气冲程是内燃机工作循环的第一个冲程。

在这个冲程中，活塞向下移动，气门打开，进气门打开，新鲜的空气和燃料被吸入到气缸中。

这个过程是通过曲轴的旋转来完成的。

曲轴连接杆和活塞一起工作，将活塞向下推动。

这个过程中，气缸内的压力降低，因为活塞的下降增加了气缸的容积，从而吸入更多的空气和燃料。

进气冲程的主要作用是将空气和燃料引入气缸中。

这些燃料和空气的比例被称为“混合气”。

混合气的质量对内燃机的性能和效率有很大影响。

如果混合气的比例不正确，燃料将无法完全燃烧，从而浪费燃料和降低功率。

因此，进气冲程的正确执行对内燃机的性能至关重要。

二、压缩冲程压缩冲程是内燃机工作循环的第二个冲程。

在这个冲程中，活塞向上移动，气门关闭，进气门关闭，混合气被压缩。

这个过程中，气缸内的压力增加，因为活塞的上升减少了气缸的容积。

这个过程中，混合气被压缩到非常高的压力和温度。

这种高压和高温的混合气将燃烧产生的热能转化为机械能。

压缩冲程的主要作用是将混合气压缩到一定的压力和温度。

这种压缩可以增加燃料的燃烧效率，从而提高内燃机的性能和效率。

压缩比是衡量内燃机性能的一个重要指标，它是进气冲程和压缩冲程中气缸容积的比值。

压缩比越高，内燃机的性能和效率越高。

三、燃烧冲程燃烧冲程是内燃机工作循环的第三个冲程。

在这个冲程中，混合气被点燃，燃料燃烧产生高温高压的气体。

这个过程中，活塞被推向下方，从而产生机械能。

燃烧冲程的主要作用是将燃料的化学能转化为机械能。