目前柴油机已广泛成为汽车、船舶、火车等的动力装置。柴油机仅压缩空气，因此可以加大压缩比。压缩比随柴油机的类型和燃油喷射系统的不同而不同，通常使用16：1～24：1，大于汽油机的9：1～13：1。因此，柴油机为了降低颗粒物质、氮氧化物等废气排放量，采取延迟喷射时间、配备废气再循环系统、高压喷射、配备催化转换器或颗粒过滤器等各种措施组合，柴油机的废气排放规定更为严格。......
2023-06-28
狄赛尔循环：理解柴油发动机的基本工作原理
【摘要】：空气标准柴油循环为低速柴油机（船用）的理想循环，因在定压状态下燃烧，又称为定压循环。柴油循环与奥托循环4个过程中的3个过程相同，仅加热过程不同。现在求出空气标准柴油循环的热效率。图2-9显示了柴油循环理论热效率关系曲线。
空气标准柴油循环为低速柴油机（船用）的理想循环，因在定压状态下燃烧，又称为定压循环。柴油循环与奥托循环4个过程中的3个过程相同，仅加热过程不同。
柴油机的压缩比为17～23，比汽油机的压缩比10大很多。把1个气压（0.1MPa）、25°C状态的空气（κ=1.4）吸入到气缸内，并以压缩比17进行可逆绝热压缩，如果使用理想气体状态方程pVκ=常数、TVκ-1=常数进行计算，空气的温度和压力各自会达到约652℃和52.8个气压，远比轻油或重油的自燃温度250℃大。如果在如此高温、高压状态的空气中喷入燃料，燃料会自发火燃烧。对于活塞下降过程中气缸内压力的降低，可以从燃料燃烧所提高的压力来得到补充，因此可以假设热量的供给在定压状态中进行。图2-8是空气标准柴油循环的p-V线图和T-s线图。
现在求出空气标准柴油循环的热效率。如果利用能量守恒定律计算定压加热量Q1和定容放热量Q2，则有
由此，可知空气标准柴油循环热效率ηd为
现在推导把式（R5）中的温度比用柴油机的压缩比ε和燃料喷射时间表达的公式。φ定义为燃料喷射开始到结束时的气缸容积比，即定压预胀比（或燃料定压预胀比），其计算式为
各点的温度比计算式为：在1-2过程和3-4过程中，因为是可逆绝热过程，所以通过TVκ-1=常数和V1=V4关系式；在2-3过程中，因为是定压过程，所以通过V/T=常数和定压预胀比φ，可以推导出：
通过式（R6），可以推导出：
把式（R6）和式（R7）代入到式（R5）中，可以推导出柴油循环热效率计算式为
图2-8 空气标准柴油循环
柴油循环热效率公式为在奥托循环热效率式（2.39）中添加{（φκ-1）/κ（φ-1）}的形态。定压预胀比φ与质量热容比κ始终大于1，因此括弧内的项目始终大于1，定压预胀比φ越大，分子项以指数函数性增加，所以热效率就越低。这是因为定压预胀比（φ=V3/V2）越大，膨胀比（=V4/V3）越小。图2-9显示了柴油循环理论热效率关系曲线。从关系图中可以看出，压缩比ε越大，定压预胀比φ越小，即越接近1，柴油循环热效率就越高。
图2-9 定压循环理论热效率
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