內(nèi)燃機(jī)的工作性能及其主要影響因素

何向陽

在定性分析內(nèi)燃機(jī)工作性能的各種問題時(shí)，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)原理仍然是概念明確、方便有力的工具，適合于專業(yè)的需要。所以，本文由此出發(fā)，介紹內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作性能及其主要影響因素。

一、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的主要影響因素

對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作性能影響較大的實(shí)際因素可以從幾個(gè)方面來分析：

1．如果采用增壓技術(shù)，在保持內(nèi)燃機(jī)的過量空氣系數(shù)等幾個(gè)參數(shù)不變的條件下，提高進(jìn)氣管內(nèi)的空氣密度可以使有效功率成比例地增長(zhǎng)。

2．換氣是否充分，這是每循環(huán)發(fā)揮工作性能的基礎(chǔ)。換氣完善程度由充量系數(shù)來衡量，盡量提高充量系數(shù)有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。對(duì)汽油機(jī)，充進(jìn)氣缸的燃油量與充量系數(shù)成比例，所以換氣盡量充分，充量系數(shù)值高，有利于提高有效功率；對(duì)柴油機(jī)，充進(jìn)氣缸的空氣量越多，能夠完全燃燒的循環(huán)供油量也才能越多，循環(huán)供油量與充量系數(shù)存在著比例關(guān)系。所以要求換氣充分，就是要求提高充量系數(shù)。

3．對(duì)指示效率產(chǎn)生影響的實(shí)際因素，包括壓縮比的高低，燃燒是否及時(shí)完全和熱損失的多少等幾方面。

4．機(jī)械損失應(yīng)該盡量減少。機(jī)械損失越少，則燃料熱量轉(zhuǎn)換為有效機(jī)械功越多，冷卻系和潤(rùn)滑系傳遞的熱量與消耗功率也可以減少，機(jī)件傳遞的熱流和相應(yīng)的磨損也會(huì)減少。在負(fù)荷增大時(shí)，某些摩擦副間將出現(xiàn)邊界潤(rùn)滑，如燃燒過程中在活塞上止點(diǎn)附近活塞—活塞環(huán)—缸筒的配合將呈現(xiàn)邊界潤(rùn)滑，甚至出現(xiàn)接觸性的干摩擦。減少摩擦損失應(yīng)從減小接觸面、改善表面性能、改進(jìn)潤(rùn)滑油性能、保持最佳熱狀態(tài)、改善試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的零件磨合等方面入手。為減少機(jī)械損失，還應(yīng)該考慮進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸使阻力減小以減少換氣損失，在高速車用發(fā)動(dòng)機(jī)上，換氣損失可能高達(dá)機(jī)械損失的20%。采用直噴式燃燒室也可比分開式燃燒室減少氣缸內(nèi)的節(jié)流損失。

二、內(nèi)燃機(jī)的可靠性與耐久性

內(nèi)燃機(jī)優(yōu)良的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能是產(chǎn)生技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的依據(jù)。隨著時(shí)間的推移，動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性將發(fā)生變化，內(nèi)燃機(jī)的可靠性與耐久性就是用來衡量?jī)?nèi)燃機(jī)在持續(xù)的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中，工作性能的可靠程度與耐久程度的。

內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)各系統(tǒng)的機(jī)件將承受不同的機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷，有的機(jī)件還會(huì)發(fā)生化學(xué)蝕損，這些對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作的可靠性和耐久性有著重要的影響。其機(jī)械負(fù)荷包括了由于氣體壓力和沖擊引起的應(yīng)力，由于慣性力引起的應(yīng)力和由于振動(dòng)、預(yù)緊、摩擦等引起的附加應(yīng)力，這些應(yīng)力使內(nèi)燃機(jī)零部件分別受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等或它們復(fù)合成的各種負(fù)荷和變形。熱負(fù)荷過大使某些零件由于溫度過高而失去工作能力，如零件燒傷燒熔，零件變形而破壞配合間隙，材料強(qiáng)度下降，材料硬度下降而加速磨損，潤(rùn)滑油變質(zhì)結(jié)膠而使機(jī)件潤(rùn)滑條件惡化、摩擦磨損加劇等；熱負(fù)荷過大也使某些零件由于溫差過大而內(nèi)部熱應(yīng)力過大。工作中，某些結(jié)構(gòu)還發(fā)生化學(xué)因素造成的蝕損，如氣缸壁上部由于高溫廢氣的化學(xué)作用而蝕損，濕式缸套外壁由于電化學(xué)腐蝕的促進(jìn)而穴蝕，其他如高壓油路、冷卻水路、曲軸軸瓦等結(jié)構(gòu)也有穴蝕的可能。

在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、滿負(fù)荷作業(yè)和正確的技術(shù)維護(hù)情況下，機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷和化學(xué)蝕損還在允許限度以內(nèi)，工作的可靠性和耐久性只會(huì)合乎規(guī)律地自然緩慢地下降。如果工作不正常，處在敲缸、超負(fù)荷、過熱、飛車等情況下長(zhǎng)期作業(yè)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)將承受不應(yīng)有的過大的機(jī)械負(fù)荷——靜負(fù)荷和動(dòng)負(fù)荷，熱負(fù)荷也可能超過限度，在一些異常的運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，還促進(jìn)了化學(xué)蝕損的發(fā)展，因而使可靠性和耐久性急劇下降。

三、內(nèi)燃機(jī)的環(huán)境保護(hù)性能

從20世紀(jì)60年代中期以來，世界范圍內(nèi)提出了保護(hù)環(huán)境的要求。其中，內(nèi)燃機(jī)的排放污染和噪聲污染也是一個(gè)重要的治理方面。隨著這方面日益被人們所認(rèn)識(shí)和重視，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該滿足一定的環(huán)境保護(hù)性能方面的要求。

內(nèi)燃機(jī)的排放污染是指排出廢氣中的有害成分，主要有：一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、鉛化合物、含臭味的有害氣體及各種固體微粒以及從曲軸箱通風(fēng)中泄漏出的未燃碳?xì)浠衔锖蛷钠拖淙剂险舭l(fā)逸出的燃油蒸氣等。這些有害排放物主要生成于燃燒過程中，可從混合氣形成、燃燒和排氣方式上設(shè)法加以控制。

實(shí)踐表明，內(nèi)燃機(jī)排放物的有害成分污染環(huán)境，對(duì)人體健康有害。對(duì)特殊條件下使用的內(nèi)燃機(jī)和城市車輛行駛密度大的地方，內(nèi)燃機(jī)排放污染濃度顯著增高，因而危害嚴(yán)重。

為了保護(hù)環(huán)境，保障人體健康，內(nèi)燃機(jī)在工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)使有害排放物盡量減少，廢氣應(yīng)加以凈化處理。世界各國(guó)都制訂了內(nèi)燃機(jī)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排污標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也已擬訂了廢氣排放和排氣煙度的限制標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生噪聲是對(duì)環(huán)境的又一種污染。內(nèi)燃機(jī)噪聲主要包括進(jìn)排氣門、風(fēng)扇和增壓器等的氣體動(dòng)力噪聲、氣缸內(nèi)的燃燒噪聲、機(jī)體內(nèi)的機(jī)械噪聲等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）提出了保護(hù)環(huán)境和保護(hù)聽力的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的噪聲已大大超過了保護(hù)環(huán)境和保護(hù)聽力所允許的值，為此，我國(guó)擬訂了機(jī)動(dòng)車輛允許噪聲、中小功率柴油機(jī)噪聲限值和噪聲測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)上，也發(fā)展了多方面的噪聲控制措施，如從結(jié)構(gòu)和機(jī)理方面改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)允許的標(biāo)準(zhǔn)。

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