內(nèi)燃機的工作性能及其主要影響因素

何向陽

在定性分析內(nèi)燃機工作性能的各種問題時，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機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)燃機實際工作性能及其主要影響因素。

一、內(nèi)燃機動力性與經(jīng)濟性的主要影響因素

對內(nèi)燃機工作性能影響較大的實際因素可以從幾個方面來分析：

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

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)動機的工作。對汽油機，充進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；對柴油機，充進氣缸的空氣量越多，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．對指示效率產(chǎn)生影響的實際因素，包括壓縮比的高低，燃燒是否及時完全和熱損失的多少等幾方面。

4．機械損失應(yīng)該盡量減少。機械損失越少，則燃料熱量轉(zhuǎn)換為有效機械功越多，冷卻系和潤滑系傳遞的熱量與消耗功率也可以減少，機件傳遞的熱流和相應(yīng)的磨損也會減少。在負荷增大時，某些摩擦副間將出現(xiàn)邊界潤滑，如燃燒過程中在活塞上止點附近活塞—活塞環(huán)—缸筒的配合將呈現(xiàn)邊界潤滑，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、改進潤滑油性能、保持最佳熱狀態(tài)、改善試運轉(zhuǎn)時的零件磨合等方面入手。為減少機械損失，還應(yīng)該考慮進排氣系統(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)動機上，換氣損失可能高達機械損失的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)燃機的可靠性與耐久性

內(nèi)燃機優(yōu)良的動力性能與經(jīng)濟性能是產(chǎn)生技術(shù)經(jīng)濟效果的依據(jù)。隨著時間的推移，動力性與經(jīng)濟性將發(fā)生變化，內(nèi)燃機的可靠性與耐久性就是用來衡量內(nèi)燃機在持續(xù)的負荷運轉(zhuǎn)中，工作性能的可靠程度與耐久程度的。

內(nèi)燃機工作時各系統(tǒng)的機件將承受不同的機械負荷與熱負荷，有的機件還會發(fā)生化學(xué)蝕損，這些對內(nèi)燃機工作的可靠性和耐久性有著重要的影響。其機械負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、預(yù)緊、摩擦等引起的附加應(yīng)力，這些應(yīng)力使內(nèi)燃機零部件分別受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等或它們復(fù)合成的各種負荷和變形。熱負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，材料強度下降，材料硬度下降而加速磨損，潤滑油變質(zhì)結(jié)膠而使機件潤滑條件惡化、摩擦磨損加劇等；熱負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)燃機正常運轉(zhuǎn)、滿負荷作業(yè)和正確的技術(shù)維護情況下，機械負荷、熱負荷和化學(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、超負荷、過熱、飛車等情況下長期作業(yè)，那么發(fā)動機將承受不應(yīng)有的過大的機械負荷——靜負荷和動負荷，熱負荷也可能超過限度，在一些異常的運轉(zhuǎn)情況下，還促進了化學(xué)蝕損的發(fā)展，因而使可靠性和耐久性急劇下降。

三、內(nèi)燃機的環(huán)境保護性能

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

內(nèi)燃機的排放污染是指排出廢氣中的有害成分，主要有：一氧化碳、碳氫化合物、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中泄漏出的未燃碳氫化合物和從汽油箱燃料蒸發(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。

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

為了保護環(huán)境，保障人體健康，內(nèi)燃機在工作機理和結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)使有害排放物盡量減少，廢氣應(yīng)加以凈化處理。世界各國都制訂了內(nèi)燃機和汽車發(fā)動機排污標準，我國也已擬訂了廢氣排放和排氣煙度的限制標準和測試方法的國家標準。

內(nèi)燃機工作時產(chǎn)生噪聲是對環(huán)境的又一種污染。內(nèi)燃機噪聲主要包括進排氣門、風扇和增壓器等的氣體動力噪聲、氣缸內(nèi)的燃燒噪聲、機體內(nèi)的機械噪聲等。國際標準組織（ISO）提出了保護環(huán)境和保護聽力的噪聲標準，現(xiàn)代內(nèi)燃機的噪聲已大大超過了保護環(huán)境和保護聽力所允許的值，為此，我國擬訂了機動車輛允許噪聲、中小功率柴油機噪聲限值和噪聲測試方法的標準。在發(fā)動機的技術(shù)上，也發(fā)展了多方面的噪聲控制措施，如從結(jié)構(gòu)和機理方面改善發(fā)動機的性能，以達到環(huán)境保護允許的標準。

（05）

endprint