膨胀比大于压缩比的汽车发动机的理论效率

  当发动机的做功膨胀倍数大于压缩倍数时的循环均可称之为Atkinson/Miller循环,特此分析其循环效率。这里先要引用四个状态方程,如下所示。其中⑷是理想气体状态方程的简单表示方法,而⑴⑵⑶则是绝热过程方程。


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膨胀比大于压缩比的汽车发动机的理论效率

  显然⑺和⑸是不相等的,但看来都有道理,而且当两个膨胀比相等时都可以得到⑹,这时两者又一致了。这就是一个分令人费解的事情。

  仔细分析,我们将发现⑺是正确的,而推导过程中⑸中的有关温度也是正确的。这里揭示了一个规律:当膨胀比大于压缩比时,或者说排气体积大于吸气体时,气体必须多做一部分无用功,气体的温度下降了但是输出功并没有增加那么多,这也不是能量不守恒了,而是对环境(大气)做了功。

  下面给出一个简单的解释:

  为什么呢?因为从包括环境在内的整个系统而言,从气缸与环境相通瞬间(f点或e点)来看整个系统的气体体积已经增加了那一部分,因此气体向环境做了功,从而公式⑸中多算了一部分有用功。为了进一步理解这一原理,可以从水池来看,如果在水池中膨胀出一部分,则结果是水面上升了一点,水池的状态是上面多了一层水,而这一层水的体积正是膨胀出的体积,这时水池中的水的势能增加了,增加的势能等于这部分水在水面与在膨胀处的势能之差,也可以理解为要在水中撑出一个空间必须对水做功,要做功的大小等空间体积与压强的乘积,

在空气中也一样。


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