气缸内多变指数及其与工质供给热量的关系分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：得出气缸内气体压力和容积数据，并把此数据显示在对数-对数坐标中，可以得出压缩行程和膨胀行程中的多变指数。另外，CI发动机在膨胀过程期间n值为1.0、1.3、1.35持续增加，这表示在膨胀过程期间持续发生燃烧。其次，要看一下多变指数n与工质供给热量δQ之间的关系。膨胀多变指数ne在膨胀冲程初期变小，但在持续燃烧作用下逐步增大，直到燃烧结束后保持一定。

得出气缸内气体压力和容积数据，并把此数据显示在对数-对数坐标中，可以得出压缩行程和膨胀行程中的多变指数。如果已知多变指数n的值，可以知道气缸内气体热量的出入状态。

理论上把发动机的压缩过程和膨胀过程假设为绝热过程。但是，实际发动机在压缩过程和膨胀过程中，气缸内气体和周围气缸壁之间有温差，会发生传热现象，因此不是绝热过程。当有传热现象时，把气体状态变化称为多变状态，表示为

pVⁿ=C

式中，把两边取对数，有

logp+nlogV=常数

在这里，获取压缩（或膨胀）过程的两点状态，即状态1（p₁，V₁）和状态2（p₂，V₂）代入到上式中，有

此时，把正确的p，V数据显示在对数-对数坐标（纵轴为logp，横轴为logV）中，压缩过程和膨胀过程基本上显示为平衡直线，其斜率为多变指数。图3-13所示为做功的试验结果。图3-13a为四冲程火花点火（SI）发动机，图3-13b为二冲程压缩点火（CI）发动机。

图3-13 logp-logV线图

在logp-logV线图中，燃烧开始点A处于脱离直线压缩过程线的位置。这是因为在燃烧作用下供给热量使n值发生变化导致的。可以看出，CI发动机膨胀过程的n值为1.3，比SI发动机的1.29大。这是因为，CI发动机在膨胀过程中的燃烧生成物较少的原因。另外，CI发动机在膨胀过程期间n值为1.0、1.3、1.35持续增加，这表示在膨胀过程期间持续发生燃烧。因此，在logp-logV线图中可以获得持续燃烧的相关信息。

其次，要看一下多变指数n与工质供给热量δQ之间的关系。因关系式推导过程较复杂，仅显示其结果为

式中，右边c_Vp/R总是正（+），因此多变指数n与比热比κ之间的关系（差）由δQ/dV的值为正（+）或负（-）来决定。

（1）压缩过程即便是压缩过程，在压缩过程初期和压缩过程末期的多变指数不同。这是因为，通常进入到气缸内的燃料空气混合气（或空气）的温度比气缸温度低，直到压缩过程的中期从气缸和残留废气中接受热量，使δQ/dV<0，但到了压缩过程的后期因温度上升，会通过气缸向外部放热，使δQ/dV>0。即，压缩过程的多变指数n_e，在压缩过程前半部分为n_c>κ，在后半部分为n_c<κ。这种现象在压缩比高的柴油机中更为显著。

虽然多变指数n由气缸内气体与气缸壁之间的热量传递的大小来决定，但还受到压缩比、转速、发动机的种类和气缸尺寸等参数的影响。

对于压缩多变指数n_C来说，压缩比越大，与气缸之间的温差更大，压缩多变指数越小；转速越高，热损失越少，压缩多变指数越大。另外，对柴油机来说，燃烧室与表面积之比越小，即越为大型发动机，压缩多变指数越大；对汽油机来说，虽然压缩比小，但因压缩中的汽油蒸发时从空气中吸收蒸发潜热，因此混合气越浓，压缩多变指数越小。

（2）膨胀过程在膨胀过程中，因燃烧气体温度高，与外部的温差更大，进而大量向外部放热，δQ/dV值为负（-），因此n_e>κ。但是，实际上大部分发动机的膨胀曲线比绝热变化更为缓慢下降，显示为n_e<κ。这表示，在膨胀过程中，比起放热量，在后燃烧作用下所供给的热量更多。膨胀多变指数n_e在膨胀冲程初期变小，但在持续燃烧作用下逐步增大，直到燃烧结束后保持一定。

气缸内多变指数及其与工质供给热量的关系分析

相关推荐