内燃机原理（精品讲义）

三. 气体燃料 1． 天然气

天然气主要成分是甲烷，还含有乙、丙、丁烷以及CO2。天然气与汽油、柴油相比，燃烧时的理论混合低热值及火焰温度等接近于汽油，辛烷值高于110，抗爆性优于汽油。 2． 氢气

是一种取之不尽用之不竭的燃料，其单位质量热值在所有燃料中是最高的，有较宽的着火界限，火焰传播速度高，缺点是存储容积大，难于保存。 3． 液化石油气

常温常压下是一种无色、无毒、无味的气体，主要成分是丁烷（占62%~72%）；与汽油相比，汽化潜热高，相同压缩比时，压缩终点压力低，温度低，着火温度高，冷起动性及加速性差，沸点低（<00C），在进气管中已雾化好，因而充量系数小。 四. 液体燃料

1． 醇类燃料：甲醇，乙醇。特点是：辛烷值高、热值低，HC和CO 排放低。 2． 植物油燃料：菜籽油、棉籽油、花生油、蓖麻油、桐油、桉树油等。特点是：雾化性差，燃烧不完全，严重积碳，自然性低。 §2.2 燃烧热化学

一. 燃烧前后的工质变化

1． 燃料完全燃烧所需空气量

组成发动机燃料的主要元素成分是碳（C）、氢（H）和氧（O），其它成分较少，计算时可略去。

设1kg燃料中各元素质量组成为：

gc?gH?gO?1

式中，gc、gH、gO分别为1kg燃料中C、H、O的质量。

C、H与空气中的氧完全燃烧生成CO2和H2O的组分间的化学反应方程式为： C + O2 CO2 H2 +

10.5 O2 H2O 212kg 32kg 44kg 2kg 16kg 18kg

811gc gc gH 8gH 9gH 33112kg 1kmol 1kmol 2kg kmol 1kmol

21111gc gc gc gH gH gH

121242gc

1kg燃料完全燃烧所需的氧气量为：

已知氧占空气量的23.2%，于是，1kg燃料完全燃烧所需的空气量l0为

8gc + 8gH -gO [kg / kg 燃料] 3l0 =

（2-1）

18（gc + 8gH -gO ） [kg / kg 燃料]

0.2323 9

L0 =

（2-2）

1111（gc + gH -gO） [kmol / kg 燃料] 0.2112432l0=14.8 L0=0.512 (汽油) l0=14.3 L0=0.495 （柴油）

2． 燃烧前后工质摩尔值变化及分子变化系数

燃烧前吸入的空气量为：M1??aL0 [kmol / kg 燃料] （柴油机）

M1??aL0?式中，1/mT ——燃料蒸汽的摩尔值

燃烧后的工值摩尔值为：

1 [kmol / kg 燃料] （汽油机） mT11gc + gH [kmol / kg 燃料] 12211111 ??aL0-（gc + gH -gO）+gc + gH

1241223211 ??aL0 + gH + gO

432M2??aL0- 0.21L0 +

工质摩尔值的变化量：

?M?M1?M2=

（2-3）

11gH + gO （柴油） 432?M?M1?M2=

111gH + gO - （汽油） 432mT（2-4）

在不计燃油本身的体积时，ΔM仅与燃料中的H、O数量有关，而与C和Φa无关。 理论分子变化系数μ0为：

?0?M2?M ?1?M1M111gH?gO0.064432?0??1?

?aL0?a对（2-5）

于柴油机：

111gH?gO?432mT0.087?1?对于汽油机： ?0? （取mT=115）

1?a?aL0?mT（2-6）

实际分子变化系数μ为：

10

??（2-7） 式中，?r?M2?Mr?0??r?M1?Mr1??r

Mrm ——残余废气系数或?r?r

m1M1Φr—每循环每缸的残余废气量与新鲜充量的比值。 ?E??mr——排气再循环率。 ?)(m1?mr二. 燃料及可燃混合气的热值

1． 燃料热值

可燃混合气在燃烧前为反应物R，经燃烧等化学反应变为生成物P，同时放出热量Q1。由热力学第一定律，有：

Q1?UP?UR?W

?UP?UR??pdV

VRVP式中，Q1——反应热，吸热为正，放热为负 UP，UR——生成物与反应物的总内能

W——反应过程中系统与外界交换的体积功 VP，VR——生成物与反应物的体积

P，V——反应过程中系统的压力与体积

反应热是反应过程和燃前状态的函数，如果使系统体积不变，温度不变，则反应热为一定植，如果使系统压力不变，温度不变，则

Q1?Up?UR?p?VP?VR??HP?HR=常数。HP，HR是生成物与反应物的总焓。因

此，人们规定：

定容热值：单位质量的燃料在标准热化学状态条件，定容、定温下完全燃烧所放出的热量。

定压热值：单位质量的燃料在标准热化学状态条件，定压、定温下完全燃烧所放出的热量。

定压热值与定容热值差值不大，实用上多采用定压热值，因其秒年便于测定。 2． 可燃混合气的热值

燃烧时的缸内工质是燃料与空气组成的可燃混合气。可燃混合气的质量热值按公式（1-7）被定义为，单位质量混合气在热标准状态下完全燃烧所释放的热量，即：

Hum?Hu/?1??al0?。也可按单位摩尔或单位体积混合气的释放热量来定义，即：

?Hum?m?Hu（2-8）

?1???L??a0M??r??

11

或 （2-9）

?Hum?V??1???Hu?24.45??L??a0M???

r????第三章

§3.1 理想工质的理想循环

循环分析与能量利用

一. 模型的基本假设

a) 工质为理想气体，整个循环过程中工质的成分、物性参数不变；

b) 整个循环过程为封闭的热力循环。压缩、膨胀过程为绝热过程；燃烧过程按等

容、等压组合的不同模式进行简化；放热过程为定容放热。

c) 换气过程为气门在上下止点间瞬间开关，无节流损失，缸内压力不变的流入、

流出过程。

二. 理想循环的类型及参数表达式 1． 理想循环的类型

混合加热循环（Sabathe）：等容+等压加热 等容加热循环（Otto）：等容加热 等压加热循环（Diesel）:等压加热

2． 理想循环及参数表达式 1) 混合加热循环

设工质质量为m kg，则：

吸热量 Q1?Q1v?Q1p?mcv(Tz??Tc)?mcp(Tz?Tz?) 放热量 Q2?mcv(Tb?Ta) 在a—c过程中， paVa?pcVck

kpaVapV?cc Tc?Ta?k?1 TaTcVa?1?VsVc Vc 压缩比：

??在c— z’过程中，

pz?Tz? ?pcTcpz? 压力升高比 pcTz??Ta??k?1

设?? 12