汽车发动机用能与节能分析报告

汽车发动机用能与节能分析报告

关键词：汽车发动机，热力循环，节能 内容摘要：汽车发动机在日程生活中有着广泛的应用，本文分析了汽车发动机的理想循环过程以及在实际循环过程中，引起机械效率与热损失的原因；随着科技的不断发展与进步，车用发动机的节能减排效能也在进一步的调高，我们也收集了一些近些年来车用发动机在节能环保方面的进展。 一、汽车发动机用能分析 ㈠理想循环

为了方便内燃机的实际工作过程，在这里首先假设1、工质所经历的状态变化为一闭合循环；2、工质为理想气体；3、组成个循环的过程都是可逆的；4、假设外界无数高温热源等容或者等压向工质加热；5、假设工质的压缩或者膨胀是绝热等熵过程。

在汽车发动的实际工作过程中，分别为四个阶段，即进气，压缩，燃烧，膨胀，排气。在理想条件下，汽油机的理想循环为等容加热循环，低速柴油机的理想循环是等压加热循环，高速柴油机的理想循环是混合加热循环

如图所示为理想汽油机的循环，1-2过程为绝热压缩，2-3过程是等容加热，3-4过程为绝热膨胀，4=1的排气过程是等容放热过程。

在车用柴油机的理想循环中，如图示，1-2压缩为绝热压缩，2-3的燃烧过程是等容加热过程，3-4的燃烧过程为等压加热过程。4-5是绝热膨胀过程，5-1

的排气过程是等容放热过程。混合加热循环的热效率

而低速柴油机的理想循环过程即为等压加热循环

1-2的压缩过程为绝热压缩，2-3的燃烧过程是等压加热过程，3-4的膨胀过程为绝热膨胀，4-1的排气过程为等容放热过程。

ηT =1-1/ε

k-1

×（ρ-1）/K（ρ-1）

K

以上分析了汽车发动机的理想循环过程，车用发动机的循环效率通过理论以及实践分析，受到如下条件影响： 1、压缩比的影响ε提高，则会提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度，扩大了循环温差和膨胀比，效率上升。当压缩比较小时，热效率随压缩比的增大而显著增大；当压缩比较大时，热效率随压缩比的增加增大而减小。 2、多方过程中K的影响

3、λ的影响。对于定容加热循环，效率不收其影响；而对于混合加热循环，则在λ上升时，有效率的提高。

4、ρ的影响（1）对于等压加热循环而言，ρ上升，则效率下降，（2）对于混合加热而言，ρ上升，同理有效率下降。 ㈡实际过程

以上过程是发动机的理想循环，而在实际过程中，其循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成的，实际循环比理论循环复杂得多。

图示为冲程汽油机的实际P-V图。

在实际循环过程中，其余理想循环的差别主要由以下几项损失引起：

1、换气损失Wr：为了更换工质而引起的损失，工质在流动时需要克服进、排气系统阻力所消耗的功。

2、燃烧损失：在实际燃烧过程中，部分燃料由于缺氧而造成的不完全燃烧的损失，以及在点火时产生的非顺势燃烧损失和补燃损失Wz。

3、实际工质影响引起的损失Wk：理想循环中假定工质的比热为定值，但是实际气体的比热是随着温度的上升而增大的。并且在整个工作循环过程中，工质存在着泄漏情况，其实际的指示热效率和指示功率都比理想循环要小。 4、传热、流动的损失：工质与燃烧室之间存在着热交换，其压缩与膨胀过程中不是绝热的，由此产生的损失为传热损失，用Wb表示。

在实际过程中，汽油的热效率仅为0.25~0.3,柴油机的热效率略高，为0.3~0.45，影响其机械效率的主要因素有1、发动机转速：发动机转速提高后，相对运动速率增大，大致机械损失以及摩擦损失增大；2、发动机负荷；3、润滑油品质：在机械损失中，摩擦损失所占的比例最大，达到70%左右，而润滑油的粘度对于摩擦损失的大小有着重要的影响。4、冷却水的温度。

二、车用发动机的节能发展 ㈠气用发动机的发展

气动发动机在节能环保方面有着巨大优势。

第一，气动发动机的做功介质都来自大气，可以实现零排放，因此气动发动机是真正意义上的绿色动力。同时，在制取这些做功介质时，可以实现空气中的颗粒与空气的分离，从而使得气动发动机的应用成为清洁空气的手段。

第二，由于气动发动机的做功原理比较简单，即只通过单纯的气体膨胀做功

来达到功率输出的目的，因此，气动发动机的结构可以更紧凑、更简单，重量可以更轻，并且运行过程中不存在高温燃烧现象和大幅度的热力工况变化，因此有利于延长发动机各主要零部件的使用寿命。

第三，对于气动发动机工作介质具有低温特性，气动汽车可以方便地实现汽车的低温空调功能，而不需要额外消耗能量。 ㈡醇类发动机

用甲醇代替汽油和柴油均能减少内燃机排放，但利用煤或天然气生产甲醇需要复杂的设备，成本很高，同时甲醇本身有剧毒，造成处置和使用麻烦。用乙醇代替石油燃料也可减轻污染，且其本身无毒。如果从植物和农作物中提炼，可以实现燃料生产使用循环中的碳平衡，有利于解决温室效应问题。但是乙醇的大规模、经济地生产亦涉及复杂的系统工程问题。 ㈢ 车用汽油机的技术进步

汽油机的油气混合气在气缸外制备，燃烧属于预混燃烧。对这种发动机来说，混合气的空燃比控制是重中之重。传统的化油器式汽油机用化油器来控制空燃比，能大致保证各工况所需的空燃比要求。由于化油器依靠喉口处空气流速增加所产生的低压来抽取汽油与空气混合，受流体力学固有复杂规律的限制，空燃比的控制不可能很精确。而在实际应用中电控喷油系统可利用排气氧传感器对空燃比进行较精确的反馈控制，因而电喷逐步取代了化油器。电喷系统本身也在逐步改进，采用了如果用高压由将汽油直接喷入汽缸内的技术，从原则上解决了冷启动时油气混合不足的问题。 目前，分层燃烧缸内直喷汽油机的空燃比稀限已提高到40倍以上。在小负荷工况下不需要关小节气门来限制进气量，基本上避免了发动机在换气过程中的泵气损失。同时，在高空燃比情况下，由于混合气物性的改变，绝热指数增加，以及传热损失减少，发动机热效率可以进一步提高。由于汽车发动机经常工作在小负荷工况，分层燃烧可使其平均燃油消耗量下降。由于这些原因，汽油缸内直喷分层燃烧发动机可以在对发动机排放要求相对较低、汽油价格昂贵、且汽油中含硫量较低的地区，例如日本、欧洲等地得到应用。 总之，现代车用汽油机已经发展到很高的水平。电控进气道多点顺序低压喷射以化学计量空燃比均匀燃烧的汽油机配上三效催化转化器，具有相当好的动力性、经济性和排放性，将在相当长一段时间内获得广泛应用，但在其它方面特别在电控和排气后处理方面还需进一步改进。

㈣车用柴油机的技术进步

柴油机与汽油机相比，因不太受气缸直径限制，单机功率可以很大；压缩比高，平均空燃比大，热效率较高；具有不容易出现故障的点火系统等，结构简单、可靠性好。车用柴油机的发展方向在于：一、提高功率到45kw/L~50kw/L.二、降低燃油消耗量。

以上是对车用发动机的用能和节能分析。通过对热力学第二定律的学习，我们小组收获了很多，也将其应用在具体实例分析中，知识面也进一步得到拓展。 参考文献：

《汽车发动机在节能与排放领域的新进展》 吉林大学汽车工程学院 刘巽俊 《气动汽车发动机工作循环的理论分析》 浙江大学机械与能源工程学院

愈小莉 元广杰 沈瑜铭 刘震涛 苏石川

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dm77.html