1.储气罐2.减压阀3.热交换器4.流量阀5.电磁开关阀6.压缩空气喷嘴7.进气门8.喷油嘴9.电控喷油装置10.排气门11.气缸12.活塞13.曲柄连杆机构单缸混合动力发动机结构示意图本文在压缩空气/燃油混合动力发动机工作过程的热力学第一定律数值模拟的基础上，应用热力学第二定律，对其两种工作模式的工作过程基金项目：国家自然基金一福特基金资助项目（）（中虚线包围部分）为简化计算假定：①气缸内的气体状态是均匀的，气缸内各点的压力、温度完全相同；②工质为理想气体比热、内能、焓等参数仅与气体温度和气体成分有关；③气体流入或流出气缸为准稳定流动；④进出口气体的动能忽略不计。
1.1压缩空气动力模式可用能平衡方程压缩空气动力模式下，发动机的工作过程是气体热力学状态变化的过程。由热力学第一定律可得到系统的能量守恒方程：界换热量；hi、hE、he分别为进气、排气和压缩空气进气比焓；mi、mE、m（：分别为进气、排气和压缩空气进气质量；9为曲轴转角。，T为缸内工质温度。
进入和排出气缸的气体瞬时质量按一维等熵绝热流动，则随曲轴转角的变化率为开口面积；pi为进排气口前气体压力；P为进排气口前气体瞬时密度；小为流动函数。
由热力学第二定律可得到压缩空气动力模式下系统的可用能平衡方程：流动：Aw，为活塞功可用能；Aq为缸壁传热可用能；A为系统内可用能；Ad为不可逆引起的可用能损失。
当<时，进排气为超临界流动：（1）压缩空气的可用能变化量。压缩空气进气口处单位质量的压缩空气具有的可用能为工质的内能按usti公式计算18，工质比熵的一变化由理想气体熵方程求得，即压力；列为环境压力。
储气罐内单位质量的压缩空气具有的可用能由下式计算：系统与缸壁的换热量可写成：压力。
（2）进气带入系统的可用能变化量为传热表面平均温度。
1.2内燃机模式可用能平衡方程与压缩空气动力模式相仿，由热力学第一定律可得内燃机模式下系统的能量守恒方程：（4）活塞功可用能变化量为（7）燃油燃烧产生的可用能变化量由下式确定：（5）系统向缸壁传热的可用能变化量为比熵。
（3）排气从系统带走的可用能变化量为由热力学第二定律可得到内燃机模式下系统的可用能平衡方程：气缸直径（mm）62活塞行程（mm）66压缩比8.7吸气压力（MPa）0.10排气压力（MPa）0.11压缩空气进气压力（MPa）3.00环境压力（MPa）0.10环境温度（IO293料燃烧百分数。
燃料放热率dX/d可采用韦柏代用放热曲线进行模拟计算，计算精度足够，其经验公式如下：始角。
内燃机模式可用能平衡方程中其他可用能变化项的计算可参见压缩空气动力模式。
2工作过程可用能分析基于上述数学模型，在应用热力学第一定律数值模拟得到缸内瞬时温度、压力和气体质量的基础上，应用热力学第二定律对混合动力发动机两种工作模式的工作过程进行能量可用性分析计算。在城市交通中，平均车速通常在40km/h左右，此时发动机转速一般在1500~1800r/min之间。仿真计算时两种工作模式的切换转速设为1500r/min，其他仿真计算初始参数见表1.表1混合动力发动机仿真初始参数2.1压缩空气动力模式可用能分析180°）作为计算始点，在355°（即压缩空气进气提前角为5°时，开启电磁开关阀向缸内喷入压缩空气，在，=445°时关闭电磁开关阀（即压缩空气进气持续角为90°）。仿真可得到转速为1500r/min时系统可用能随曲轴转角变化的曲线（、）。
所示为气门关闭期缸内可用能随曲轴转角的变化曲线。由于压缩空气进气压力与缸内压力压差较大，随着电磁开关阀打开，进入气缸的压缩空气可用能迅速增加。压缩行程时活塞向系统做功，系统内可用能增加，随着压缩空气喷入气缸而逐渐增加到峰值，继而随着膨胀行程进行逐渐减少。压缩行程时活塞功为负值，膨胀行程时活塞功增加到正值，并随着缸内气体膨胀逐渐增大。在气门闭合期，传热可用能由负值逐渐增加到正值，这说明缸内气体从环境吸收了热量，但传热可用能很小。不可逆性在压缩行程时近似为零，在压缩空气进气和膨胀行程时逐渐增大。