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内燃机循环
刘环宇工程力学2班0904020238
燃气动力循环（或气体动力循环）按热机的工作原理分类，可分为内燃机循环和燃气轮机循环两类。内燃机的燃烧过程在热机的汽缸中进行，燃气轮机的燃烧过程在热机以外的燃烧室中进行。本论文主要研究内燃机循环
内燃机使用气体或液体燃料，以燃料在汽缸中燃烧时产生的燃气作为工质。活塞式内燃机按燃烧方式的不同，可分为点燃式内燃机（或称汽油机）和压燃式内燃机（或称柴油机）。相应的，内燃机理论循环分为定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环。
定容加热循环
定容加热理想循环是汽油机实际工作的理想化，它是德国工程师奥托（Otto）于1876年提出的，所以又称奥托循环。

内燃机的实际工作循环可通过装在汽缸上的示功器将活塞在汽缸中的位置与工质压力的关系曲线描绘下来，即示功图。右图就是一个四冲程汽油机的工作循环的理想图。
活塞由上死点向下移动时将燃料与空气的混合物经进气阀吸入汽缸中，活塞的这一行程称为吸气冲程。吸气过程中，由于气阀的节流作用，使汽缸中压力略低于大气压力。活塞到达下死点时，进气阀关闭，进气停止。活塞随即反向移动，汽缸中的可燃气体被压缩升温，称为压缩冲程（图中1——2）。当活塞接近上死点时，点火装置将可燃气体点燃，气缸内瞬间生成高温高压燃烧产物。因燃烧反应进行极快，在燃烧的瞬间活塞移动极小，可以认为工质是在定容下燃烧而升压升温（2——3）。活塞到达上死点后，工质膨胀，推动活塞做工（3——4），称为工作冲程。膨胀终了时排气阀门打开，废气开始排出。活塞从下死点返回时，继续将废气排出缸外，称为排气冲程（4——0）。由于排气阀的阻力，所以排气压力略高于大气压力。这样就完成了一个实际工作循环。
由上述可见，内燃机是个开口系统每一个循环都要从外界吸入工质，循环结束时又将废气排于外界。同时，活塞在移动时与汽缸壁不断发生摩擦，高温工质也可能通过汽缸壁向外界少量放热，因此，世界的汽油机循环并不是闭合循环，也不是可逆循环。但是，为了便于从热力学上对实际工作过程进行分析，需要加以合理的抽象和简化，使之成为闭口的、可逆的理想循环。为此，我们用性质与燃气相似的空气作为工质。工质首先被定熵压缩（过程1——2），接着从热源定容吸热（2——3），然后进行绝热膨胀（3——4），最后冷源定容放热（4——1），完成一个可逆循环。经过上述抽象和概括，汽油机的实际循环被理想化为定容加热循环。

最终，可以算出循环的热效率

式中称为压缩比，是一个大于1的数，表示工质在燃烧前被压缩的程度。
易知，压缩比越高，内燃机的热效率也越高。但是值并不能任意提高，因为压缩比过大，压缩终了温度过高，容易产生爆炸，对活塞和气缸造成损害。所以压缩比要根据所用燃料的性质决定。按定容加热循环工作的内燃机适合燃用汽油，因为汽油的挥发性强，容易在气缸外面预先制成可燃气体混合物。这种内燃机称为汽油机或点燃式内燃机。汽油机广泛应用于汽车，飞机等轻型发动机上。压缩比要根据汽油的品质来决定，对于一般的汽油机，=7—9

定压加热循环
由于定容燃烧汽油机压缩比的提高受到限制，因而限制了其热效率的提高。为了提高压缩比，发展了空气和燃料分别压缩的压燃式内燃机。这种内燃机以柴油作为燃料，所以又称柴油机。定压加热理想循环是柴油机实际工作循环的理想化，常称迪塞尔（Diesel）循环，其理想图如右图所示。
活塞自上死点向下移动，将空气吸入气缸，为吸气冲程。活塞从下死点返回，此时进气阀关闭，空气被绝热压缩到燃料的的着火点以上，为压缩冲程1——2。随着活塞反行时，由装在气缸顶部的喷嘴将燃料喷入气缸，燃料的微粒遇到高温空气着火燃烧。随着活塞的移动，燃料不断喷入不断燃烧，这一燃烧过程（2——3）的压力基本保持不变。燃料喷射停止后，燃烧随即结束，这时活塞靠高温高压产物的绝热膨胀而继续被推向右方做功，形成工作冲程（3——4）。接着排气阀门打开，废气迅速派出，最后活塞反向移动，继续将废气排出气缸，为排气冲程（4——0），从而完成一个循环。
为了便于分析，假设有1kg空气在一闭口系统中进行的可逆循环，如图所示，工质的压缩过程1——2与膨胀过程3——4都是绝热过程，吸热过程2——3是等压过程，放热过程4——1是定容过程。
可算出循环效率为

其中，称为定压预胀比
易知，压缩比大，热效率高；定压预胀比大，则热效率低。柴油机吸入的是单纯空气，压缩后不会产生爆炸，所以压缩比可以比汽油大，同时也只有提高压缩比，才有可能使压缩终了的空气温度高于燃料的燃点。但过大，则活塞、汽缸等承受的压力也过大，无疑将增大机器的自重。柴油机的压缩比一般为14—18。因为压缩比大，所以热效率比汽油机高。定压预胀比表示工质在燃烧过程中比体积增长的程度，显然它取决于喷入汽缸的燃料量。对于一定的柴油机