內燃機原理及問題探究

蔣明磊

摘要：內燃機是促進世界工業(yè)發(fā)展的重要產物之一，給人類文明的進步和人們生活水平的提高形成了巨大的推動作用。而目前我們對于內燃機原理以及所出現(xiàn)的各種問題研究并不透徹，導致對內燃機應用效率較低的情況。本文主要對內燃機的工作原理以及幾個常見的問題進行了簡要的分析。

關鍵詞：內燃機；原理；震爆燃燒；扭矩儲備

中圖分類號：TK1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）15-0224-01

內燃機從發(fā)明應用到現(xiàn)在已經過去了一百多年，給人類社會的發(fā)展形成了非常巨大的推動作用。內燃機也被稱之為曲柄連桿機構發(fā)動機，汽油機有效熱效率是25-35%，而柴油機則為30-45%。以何種方法才能更好地提高內燃機運行效率，還值得廣大從業(yè)人員更為積極的探索。

1 內燃機概述

內燃機，屬于動力機械，主要是燃料在機械內部進行燃燒，將其所釋放出的熱能轉換成動力的一種熱力發(fā)動機。從廣義上將，內燃機主要包括往復式活塞內燃機、自由活塞發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機以及旋轉葉輪燃氣輪機等，不過通常我們所說的內燃機指的都是活塞式內燃機，而活塞式內燃機則主要以往復式活塞最常見。該種內燃機主要是讓燃料跟空氣之間混合，在汽缸當中燃燒，從而釋放熱能，讓汽缸當中形成高溫高壓燃氣。而燃氣通過膨脹來推動活塞做功，隨后利用曲柄連桿等構件實現(xiàn)機械工的輸出，最終實現(xiàn)機械工作。

2 內燃機的相關問題

2.1 內燃機理想循環(huán)條件

就理論層次來說，將內燃機的工作流程進行抽象化處理，忽略對其形成影響的一些次要因素，將基本熱力工程當作理想的循環(huán)，之后做出相應計算，更好的完善內燃機性能，提高其動力性以及經濟性。所以，設計人員可以進行以下假設：①假設內燃機處在封閉循環(huán)當中運行，不考慮排氣流動的損失與影響。②不考慮內燃機在工作過程當中所出現(xiàn)的摩擦、漏氣、傳熱和熱力損失等。③對內燃機燃燒的過程進行簡化，在等壓條件下對工質加熱，將加熱過程看作定容放熱。④將循環(huán)氣體假設成理想氣體，將比熱當作一個固定值，不考慮變熱比的影響。結合上述假設條件的設置，將內燃機整體簡化成定容加熱循環(huán)，讓高增壓以及低速大型柴油機實現(xiàn)向定壓加熱循環(huán)的簡化。

2.2 內燃機的爆震燃燒

在二十世紀三十年代末，美國科學家就提出了關于爆震燃燒的理論，也就是目前我們所熟悉的尖銳爆聲、積碳過多以及發(fā)火撞振等。利用實驗研究我們可以得知，內燃機在發(fā)生爆震燃燒的過程當中會有以下幾種情況出現(xiàn)：在火焰行至末端會大幅加劇，壓力明顯提升，出現(xiàn)極高峰值。而在內燃機燃燒即將結束時，混氣當中會形成高頻壓力波，導致火焰輻射能力大幅提升。在該種情況之下，壓力波將會強迫汽缸振動，出現(xiàn)尖銳的爆聲。不過結合近幾年的研究證實，在爆震過程當中，會受到多種因素影響，其內部化學成分非常復雜，應該依據(jù)實際情況做出判定。為了提高內燃機性能，從而避免爆震燃燒的情況出現(xiàn)，應該對其內部結構進行進一步優(yōu)化對其影響因素做出全面分析。①在設計工作當中，應該對最佳點火提前角進行選擇，并對混合氣體成分以及轉速所帶來的影響進行考量，從而在最大程度上控制爆震燃燒，選擇出最為優(yōu)質的燃料。②設計工作人員需要將壓縮比控制好，對燃燒室進行合理劃分，提高其抗暴性能，確保波流運動的正常，縮減可燃混合氣體溫度，合理設置火花塞位置并增加進氣量，優(yōu)化冷卻方式。

結合美國泰勒兄弟所做的研究，內燃機內部因為油料和空氣之間沒有完全實現(xiàn)摻和，正常燃燒的情況之下，壓力升高率會比點燃震爆時混氣壓力升高率慢。而在內燃機發(fā)動之前，有較長的延遲期，空氣跟油料之間混合效果比較好，可以在短時間之內提高壓力升高率，會形成燃機爆震聲波，稱之為撞振。壓燃機在震爆的過程中，火箭將會以很快的速度擴散，汽缸當中的壓力會急劇上升。

2.3 柴油機扭矩儲備

依據(jù)內燃機原理，柴油機速度特性指的主要是噴油泵油量調節(jié)機構的位置確定時，柴油機相應性能指標會隨著轉速而出現(xiàn)變化的關系。而在將油量調節(jié)機構直接固定在所標定功率位置的時候，所測得速度特性稱之為外特性。經分析可知，扭矩會隨著轉速的變化逐漸趨于平緩，這樣很難滿足于機械柴油機對于扭矩儲備方面的需求。為了更好地滿足工程機械的工作要求，通常需要針對柴油機平緩的外部特性扭矩曲線作矯正處理，而扭矩矯正的本質其實就是對噴油泵油量的校正。因此，油量校正裝置的主要作用是在柴油機外界的阻力矩呈現(xiàn)出不斷增加導致轉速下降的時候，噴油泵自動提升供油量，從而讓低速時扭矩增加，提升扭矩的儲備指數(shù)。校正方法主要包括兩種：出油閥校正以及彈簧校正器校正，通常采用后者。

因為對外特性的定義中，噴油泵的油量調節(jié)裝置位置固定，因此只能對油泵校正作用加以反映，無法體現(xiàn)出彈簧校正器所具備的作用。內燃機原理提出對彈簧校正器以及出油閥都可以提升柴油機所具備的扭矩儲備。而真實情況是因為外特性要求調節(jié)機構需要固定，在進行外特性實驗的過程中，彈簧校正器無法發(fā)揮出作用，這明顯是不夠合理的。因為彈簧校正器所具備的校正作用無法在外特性扭矩方面得到反映，若想達到工程機械所應用柴油機在扭矩儲備方面的指標是非常困難的。在工作實踐當中，為了能夠達到所規(guī)定范圍的考核指標，需要利用調速特性的最大扭矩當作外特性曲線當中的最大扭矩，而不用實際外特性線當中的扭矩，這也就說明了在目前的定義當中存在一些不合理因素。經過以上的論述我們可以得知，在柴油機配有校正裝置的時候，外特性上最大扭矩并不是柴油機真實的最大扭矩，所以不能夠以此為依據(jù)對柴油機實際扭矩儲備情況以及動力性能進行衡量。

3 結束語

總而言之，對內燃機原理加以更為深入的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義，對國家工業(yè)行業(yè)發(fā)展具有良好的推動作用。相關從業(yè)人員應該積極探索，對國外的一些先進應用技術和理念加以借鑒，繼而與我國工業(yè)發(fā)展的實際情況相結合，創(chuàng)建出一套更為符合我國國情的內燃機科研與應用體系，為國家經濟發(fā)展注入源源不斷的活力。

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