1
影响循环效率的因素 压缩比的影响 增大压缩比可以 提高ICE的循环 效率； 压缩比由8增加 t 为12，热效率 提高10～15％， 压缩比>20，热 效率提高不明显。
t f , k , ,

T
Q1 Q1
z’ z
c’
c
b b’
a
Q2
Q2
S
同等吸热量时：

（二）驱动附件损失 Wme 10 %
发电机、水泵、机油泵、高压油泵、调速器、点火装置。 内燃机台架试验中必须拆除的四大附件： 空压机、空滤器、风扇和消声器。 转速、负荷增大，驱动附件损失也增大。 （三）泵气功损失 WPl 5% ~ 40% 进排气过程中工质流动时的节流和摩擦损失。 SI-ICE小负荷和高速，泵气损失大 负荷对CI-ICE泵气损失影响小
向外散热。 散热量：
QW FW (T T )d
式中： α—传热系数；
Fw —散热面积， Fw =f（）；
T—缸内工质温度， T= f（）； Tw —燃烧室壁面温度。
压缩行程：前期吸热， 后期散热， 使压缩线略下降—有利
作功行程：温差大， 散热强烈， 使pz和膨胀线下降—不利
cV、cp/(kJ/kg.k)
真实工质对循环效率的影响 最高燃烧温度 比热容 cv , c p f T , 分子结构 Qv cv T Q p c p T
cp R
cV k
k
T
cv , c p
k
T
多原子分子数
t
cv , c p
T/K
k
T
t
在相同加热量下，燃烧温度越高，工质比热容升高越多，
理论循环 理想循环
k k
后燃损失 传热、流动、不完全燃烧 工质泄漏等
c’
换气损失
p0
b’ b a
Vs Va
BDC
TDC
r
Vc
V
工质和循环的变化，使实际循环效率和理论循环效率相差
10% ～20%。
传热、流动、不完全燃烧和泄漏损失
四大损失
换气损失 时间损失
后燃损失
传热损失(总加热量的6％) 真实循环并非绝热过程, 通过气缸壁面、缸盖底面、活塞顶面
S
在预膨胀比一定时，压力升
高比对循环效率影响不大。
等 容 过 程

在压力升高比一定时，减小
预膨胀比，会显著提高循环 效率。
等压过程

分析： ICE接近等容燃烧（高等容度），可以得到高循环效率； CI-ICE负荷增大，循环喷油量加大，燃烧时间加长，
预膨胀比加大，等容度下降，循环效率降低；
CI-ICE高压喷射技术会提高循环效率； CI-ICE多次喷射技术会降低循环效率。 EFI的SI-ICE把按照化学计量比混合气进行控制，火焰传播 速度快，等容度高，可得到较高的循环效率。
tg
rg rd
小负荷时
SI-ICE加浓 ag 很小，CI-ICE的 ad 很 大
Tmax g Tmax d
tg td tg td
rg rd
在小负荷、大负荷工况下，SI-ICE的经济性低30%～50%
三、真实循环 （Real Cycle）
时间损失
p
z c

t
燃烧温度越高、压力越小，热裂解越严重 SI-ICE高温裂解程度>CI-ICE高温裂解程度
工质分子变化数 液体燃料ICE，分子量大，不计燃料分子数 p t
气体燃料ICE，分子量小，计入燃料分子

混合气浓度 未燃燃料量
p
t
分子变化数对ICE循环效率影响不大
a 1
Q1
t
k
多原子分子数
绝热指数下降越多，循环效率偏离理论循环效率越远。
工质的高温裂解 高温时，原子间的结合力减弱，产生热裂解——吸热
2CO2 2H2O+O2 O2 2O 2CO+O2 4OH 2H2O H2 N2+O2
2H2+O2
2H2 2NO
膨胀过程温度、压力下降，进行逆向反应——放热
高温裂解吸热 放热时间延长
Q1
Q2 Q2
t t
压力升高比和预膨胀比的影响 T 等容度：循环吸热过程中
Q1
Q1
z’
z’
z z
等容吸热量占总吸热量的
比率。
Q1V Q1
c b b a
等容度提高
吸热量相同
Q1V Q1V
Q2 Q2
Q2
Q1V
Q2
Q1V
t2 t 2
提高等容度，可以提高ICE的循环效率
绝热指数 提高绝热指数，
可以提高循环效率。
t
吸热量相同
k
c c 增大， p 、 V 减小、

工质温升增大，放热 量减小，循环效率提高
理论循环研究的意义 提供了改善ICE性能的原则和方向 在允许的条件下, 尽可能提高压缩比 , 尤其是汽油机； 合理组织燃烧, 提高循环加热等容度（减少预膨胀比、
一、理论循环（ Theoretical Cycle ）
热力循环构成
工质——理想气体（空气），物性参数不变 循环——理想循环构成封闭热力系统
Q1
Q2
等熵压缩
等容/等压加热
等熵膨胀
定容放热
封闭热力循环： 绝热压缩 等容等压吸热（燃烧放热）
等容放热（进排气换气过程）
绝热膨胀
循环类型
等容（isochoric）加热循环 等压（isobaric）加热循环 等容等压混合加热循环
c
Q1
z
机（船舶）
喷油压力低，
持续时间长， 柴油机接近 定压加热循环
r
p0
TDC BDC
可简化为等
压加热循环
b
Q2
a
Vc Va
V
Vs
T-S图
T
Q1
z
c
b
a
Q2
S
混合加热循环（Sabathe Cycle） p Q
1
z，
z
现代ICE活塞
Q1
运动速度高，
喷油压力高， 均为混合加 热循环
c b
Q2
r
合理选择燃烧始点、压燃同时着火 ）；
保证工质具有较高的等熵指数（稀燃 ）。
提供ICE之间性能比较的理论依据
同一机型不同加热模式比较 压缩比、工质吸热量相同，吸热形式不同
T
Q1 p Q1m Q1v
c
Q1m
Q1v Q1 p
zv zm zp
Q2 p Q2 m Q2v
bv
bp
bm
tp tm tv
流动增强以及提高涡流与湍流程度， t 下降 原因：流动造成能量损失、散热损失 流动损失，非直喷式柴油机＞直喷式柴油机
工质泄漏损失 曲轴箱窜气造成的工质泄露，损失相对较小。 工质和循环方面的差异，使得： 理论循环效率—实际循环效率 =10~20百分点 该差别是改善ICE循环效率的基本原则
机械损失各 部分所占份额
t
燃烧温度 T
k
浓度增大
T/K
a 1
单双原子数
空气量
k
燃烧温度 T
t
采用稀薄燃烧可
循环效率
以得到高循环效率
CI-ICE比EF具有
更高的循环效率
燃空当量比

残余废气系数
燃烧速度

k
t t
残余废气量
三原子分子数 SI-ICE残余废气系数
rg CI-ICE残余废气系数 rd
SI-ICE循环效率较低
存在摩擦、散热、燃烧、节流等（不可逆）。
对ICE工作过程的研究只能建立模型，进行定性分析！ 三种循环模式： 理论循环（Theoretical Cycle） 循环—理想循环 工质—实际气体 工质—理想气体
理想循环（Ideal Cycle） 循环—理想循环
工质—实际气体 真实循环（Real cycle） 循环—真实循环
高转速时泵气损失高
SI-ICE的试验结果
能量转换“质”问题 混合气总量
be
1
ct m H u
本章的研究目标： 如何得到高的循环效率？ 如何得到高的机械效率？
ICE工作过程研究内容： 工质成分变化； 热能的转化过程。 目标：
工质 高的循环效率 循环模式
低的污染物排放
工作过程研究难度：
工质的质和量是时间的函数；
物理、化学过程一直在进行；
Q2 m
S
更高的压缩比决定了等压加热循环具有更高的效率
理论循环下SI-ICE和CI-ICE比较 CI-ICE压缩比远高于SI-ICE，CI-ICE具有更高的循环效率， 表现出更好的动力性和经济性； CI-ICE的 be min 比SI-ICE低15% ～ 25%； 中、小负荷CI-ICE的 be 比SI-ICE低30% ～ 50% CI-ICE负荷质调节，负荷减小，喷油量减少 负荷
a Q 2m
Q2v
Q2 p
S
更高的等容度决定了等容加热循环具有更高的效率
Q1 p
不同机型比较 最高爆发压力相同， 吸热量相同，压缩比不同
T
Q1m
Q1v
zp zm
等pmax 线
zv
cp cm cv a
Q2v
Q2 p
Q1 p Q1m Q1v
Q2 p Q2 m Q2v
bp
bm
bv
tp tm tv
循环效率 Otto循环循环效率:
பைடு நூலகம்
t 1
1
k 1
Diesel循环循环效率: