[发明专利]一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法

说明书

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法，包括以下步骤：确定气体动力循环的工作温限；根据工作温限确定目标压缩比，并将目标压缩比作为往复式内燃机的工作压缩比；其中，目标压缩比为气体动力循环在循环比功最大时或在循环平均有效压力最大时所对应的压缩比。本发明提出的一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法，解决了现有内燃机的工作压缩比需要依靠经验才能确定的问题。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法。

背景技术

移动工具用途的往复式内燃机，如奥托内燃机(理论循环为奥托循环的往复式内燃机)，已有很长的历史。以奥托内燃机为例，其理想工作循环为奥托循环(Otto cycle)，属若干气体动力循环之一。对气体动力循环性能的热力学性能分析方面，理想的汽油机循环(Otto循环，或奥托循环)、柴油机狄塞尔循环(Diesel循环，或狄塞尔循环)、柴油机混合加热循环(Sabathe循环，沙巴得循环)以及燃气轮机装置循环(Brayton循环，或布雷敦循环)等的工作过程、循环性能指标(如热效率等)及循环性能分析方法，指出了热效率随相关参数的变化规律。但是，上述分析方法无法确定循环最佳工作状态；在应用时，按高效率指标设计气体动力循环装置也并不是合理的。现代奥托循环内燃机(汽油发动机)的压缩比一般为9-12，(柴油发动机的压缩比一般为17-22)，该数值的确定也是经验的，理论上不是允许循环工作温度条件下的最佳值，因而使用过程中的综合经济性(综合效率)未达到最佳值。理想奥托循环内燃机的理论效率完全决定于压缩比，压缩比越高，效率就越高，理论上可以逼近给定循环工作温限(循环最低和最高温度)下的热力学极限效率，即卡诺循环效率，而此时内燃机每个循环的净输出功将趋向于零。即，以效率为目标的奥托循环内燃机的评价指标是不合理的，是无法指导工程实际的。

总之，往复式内燃机如奥托循环内燃机的设计以效率为指标是不合理的，是无法设计出高效能的内燃机的。因为，通过技术进步使实际发动机工作靠近给定条件下的理论极限时，可以实现高效率，而此时内燃机输出功将非常小，为了实现给定的功率输出，内燃机将增大很多，导致自身重量增加很多，对于移动工具用途的内燃机而言相当于增加了很大的自身载荷，反而使内燃机实际使用效率显著降低。

发明内容

本发明提出一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法，以解决现有内燃机的工作压缩比需要依靠经验才能确定的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种往复式内燃机工作压缩比的确定方法，包括以下步骤：

S1：确定气体动力循环的工作温限；

S2：根据所述工作温限确定目标压缩比，并将所述目标压缩比作为往复式内燃机的工作压缩比；

其中，所述目标压缩比为所述气体动力循环在循环比功最大时或在循环平均有效压力最大时所对应的压缩比。

优选的是，当S2中的目标压缩比为在循环比功最大时所对应的压缩比时，S2具体包括：

根据所述工作温限利用求导循环比功的表达式计算得到目标压缩比，并将所述目标压缩比作为往复式内燃机的工作压缩比。

优选的是，当S2中的目标压缩比为在循环平均有效压力最大时所对应的压缩比时，S2具体包括：

根据所述工作温限利用求导循环平均有效压力的表达式得到压缩比的表达式；对所述压缩比的表达式求解得到目标压缩比，并将所述目标压缩比作为往复式内燃机的工作压缩比。

优选的是，所述气体动力循环为奥托循环，当S2中的目标压缩比为在循环比功最大时所对应的压缩比时，所述目标压缩比的计算公式为：

其中，所述为循环温度比，T₁为压缩起点工质的温度，T₃为吸热后工质的最高温度，κ为工质的比热比。