在热力发动机中,为了实现能量的转换,首先要通过燃烧过程把化学能转变为热能,然后再把热能转变为机械能.在蒸汽动力设备中,第一步在锅炉中实现,第二步则是在蒸汽机或汽轮机中实现的.蒸汽动力设备至今仍有重要意义,但由于提供单位功率的设备自重很大,因而在要求设备能够移动的某些场合,尤其是作为交通运输工具的发动机,蒸汽动力设备就显得过于笨重.所以,从18世纪末开始,就有人想制造燃料可以在气缸内燃烧的动力机,以减轻发动机的重量.这种化学能转变为热能和热能转变为机械能两个过程都在气缸内进行的动力机就称为内燃机.能够实际使用的内燃机一直到19世纪后半叶才制造成功.
1876年,德国工程师鄂图(N.A.Ono,1832—1891)制成了以煤气为燃料的四冲程内燃机,此后呐燃机迅速得到改善,并得到了越来越广泛的应用.
鄂图的四冲程发动机所用的循环被称为鄂固循环,或者叫做定容加热内燃机循环,如图2—3—3(a)所示.图2—3—3(b)给出了这种循环的P—v图以及相应于四个冲程的示意图.o一1为吸气过
程,这时气缸吸入汽油(或煤气)和空气的混合物.到达点“1”后,进气阀关闭,活塞到达下止点,随后向反方向移动.1—2是压缩过程,混合气体被压缩后,在活塞将要到达上止点“2”时,混合气体被电火花点燃.因为混合气体在压缩过程中已达到很高的温度,点火后燃烧非常迅速,在活塞尚未向下运动前,气缸内的压力迅速上升,这就2—3所示的燃烧过程,这接近于定容加热.到了“3”点,燃烧结束,3—4是燃气膨胀向外作功的过程.到“4”点,活塞再度达到下止点,排气阀门开放,气缸的压力突然下降到略高于大气压力.4一o为排气过程‘
内燃机中,工质经历的状态变化是十分复杂的开式循环.为了便于对内燃机的循环过程进行热力学分析,可以作如下理想化的
假设:
(1)吸气过程中外界所作的推动功和排气时所需的推动功可以认为正负相抵消,因而忽略不计.实际上,因为排气和吸气时都接近大气压力,而且这部分功比起整个循环所作的功来说是相当小的,因而这种简化可以认为是合理的.
(2)把燃烧过程看作是热源对工质的加热过程,因而过程2——3可认为是定容加热过程.
(3)忽略工质在压缩和膨胀过程中与外界之间进行的热交换,因而过程1—2和过程3—4可近似看作为绝热的压缩过程和
膨胀过程.
(4)废气排放和吸气过程用一个定容放热过程宋代替,就好像没有排气也没有进气一样,这样,整个循环就成了一个闭合循环.
在L述简化后,点燃式四冲程内螺机的理想循环的严一y图如图2—3—4所示,图中所示的定容加热循环由两个定容过程和两
