在柴油机的实际循环中,燃料的化学能转变为机械功的过程是十分复杂的。例如,在整个循环中工质的质和量不断变化,整个过程是不可逆的。在能量转变中还存在着机械摩擦、泵气、散热及燃烧不完全等一系列必不可免的损失,使切地描述其实际热力过程变得十分困难。 为了能利用工程热力学的基本理论与公式进行研究,就应根据柴油机实际适当的简化和抽象化。这种基于工程热力学的基本理论把实际过程加以抽象和简化,将其概括成由几个基本热力过程所组成的循环叫做理论循环或理想循环。 柴油机的实际
循环存在着许多不可避免的损失,使它不可能达到理论循环的热效率η t 和平均压力pt。工质是实际混合气,以燃烧加热和排气放热,并计及各种热力损失的实际工作循环称实际循环。为了改善实际循环,减少与理论循环指针上的差距,应分析两种循环之间的差异和引起各项损失的原因。一般地说,两者之间的差异如下: 1)工质的影响 理论循环中的工质是理想气体,而实际循环中的工质是空气和燃烧产物。工质成分的变化、工质比热的变化、工质的高温分解以及工质分子数的变化会使燃烧阶段的压力、温度增加减少,使实际循环的
热效率和作功能力下降。 2)气缸壁的传热损失 在实际循环中,柴油机的工质与缸壁之间始终存在着热量交换,并非绝热过程。例如在压缩过程初期,气缸壁温度较高使空气被加热;而在后期,由于气体温度超过了缸壁温度,便发生从气体到缸壁的热量传递。因此,实际压缩终点压力低于绝热压缩终点压力。在膨胀初期由于后燃现象以及原在高温时已分解的燃烧产物的重新复合反应,使缸内工质为加热膨胀;在膨胀后期,由于后燃结束及复合反应的减弱使工质为散热膨胀。膨胀终点缸内压力绝热膨胀压力。 3)换气损失 理论循环中
是混合加热和定容放热,无需进行工质的替换。而实际循环排出废气和吸入新鲜空气。在排气过程中,为了减少排气消耗的功,其排气阀总是提前开启,让废气在下止点前某点就开始逸出,由此减少了一部分有用功,称膨胀损失功。另外,实际循环的进气过程与排气过程均消耗轴功, 称泵气功。膨胀损失功与泵气功之和即为实际循环的换气损失。 4)燃烧损失 燃烧损失是指后燃和不完全燃烧所引起的损失。 在理论循环中,全部热量是由高温热源吸入热量Q1,无燃烧过程。但在实际循环中是由燃油的燃烧得到的,必然存在部
分燃油在膨胀中仍继续燃烧的后燃现象。另外由于空气不足,或混合物形成不良造成的不完全燃烧,使燃料的热值未充分利用,则促使燃烧膨胀线的位置下移,产生不完全燃烧损失。 5) 泄漏损失 气阀处的泄漏可以完全防止,但活塞环处的泄漏却无法避免。不过在良好的磨合状态下,其泄漏量约为气缸内工质总重的0.2%。通常,漏气损失可并入热交换损失中。 6)其它损失 如工质的涡动损失以及活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时间损失等。 在上述各项损失中,工质影响是不可避免的。对实际循
环损失影响较大的还有传热损失、换气损失和燃烧损失。由于上述各项损失的存在,使实际循环的热效率明显下降。如一台非增压四冲程柴油机的压缩比ε=13,过量空气系数α=2,比较高发压力pz=5MPa,其理论循环热效率ηt=61%,而实际循环热效率降低到45%,仅为理论循环热效率的74%。