內燃機的工作性能及其主要影響因素

在定性分析內燃機工作性能的各種問題時，傳統的內燃機原理仍然是概念明確、方便有力的工具，適合於專業的需要。所以，本文由此出發，介紹內燃機實際工作性能及其主要影響因素。

一、內燃機動力性與經濟性的主要影響因素

對內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．如果採用增壓技術，在保持內燃機的過量空氣係數等幾個參數不變的條件下，提高進氣管內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，這是每循環發揮工作性能的基礎。換氣完善程度由充量係數來衡量，儘量提高充量係數有利於發動機的工作。對汽油機，充進氣缸的燃油量與充量係數成比例，所以換氣盡量充分，充量係數值高，有利於提高有效功率；對柴油機，充進氣缸的空氣量越多，能夠完全燃燒的循環供油量也才能越多，循環供油量與充量係數存在着比例關係。所以要求換氣充分，就是要求提高充量係數。

3．對指示效率產生影響的實際因素，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．機械損失應該儘量減少。機械損失越少，則燃料熱量轉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的磨損也會減少。在負荷增大時，某些摩擦副間將出現邊界潤滑，如燃燒過程中在活塞上止點附近活塞一活塞環一缸筒的配合將呈現邊界潤滑，甚至出現接觸性的幹摩擦。減少摩擦損失應從減小接觸面、改善表面性能、改進潤滑油性能、保持最佳熱狀態、改善試運轉時的零件磨合等方面人手。為減少機械損失，還應該考慮進排氣系統的結構和尺寸使阻力減小以減少換氣損失，在高速車用發動機上，換氣損失可能高達機械損失的20%，採用直噴式燃燒室也可比分開式燃燒室減少氣缸內的節流損失。

二、內燃機的可靠性與耐久性

內燃機優良的動力性能與經濟性能是產生技術經濟效果的依據。隨着時間的推移，動力性與經濟性將發生變化，內燃機的可靠性與耐久性就是用來衡量內燃機在持續的負荷運轉中，工作性能的可靠程度與耐久程度的。

內燃機工作時各系統的機件將承受不同的機械負荷與熱負荷，有的機件還會發生化學蝕損，這些對內燃機工作的可靠性和耐久性有着重要的影響。其機械負荷包括了由於氣體壓力和衝擊引起的應力，由於J慣性力引起的應力和由於振動、預緊、摩擦等引起的附加應力，這些應力使內燃機零部件分別受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等或它們複合成的各種負荷和變形。熱負荷過大使某些零件由於温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，潤滑油變質結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於温差過大而內部熱應力過大。工作中，某些結構還發生化學因素造成的蝕損，如氣缸壁上部由於高温廢氣的化學作用而蝕損，濕式缸套外壁由於電化學腐蝕的促進而穴蝕，其他如高壓油路、冷卻水路、曲軸軸瓦等結構也有穴蝕的可能。

在內燃機正常運轉、滿負荷作業和正確的技術維護情況下，機械負荷、熱負荷和化學蝕損還在允許限度以內，工作的可靠性和耐久性只會合乎規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，那麼發動機將承受不應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，在一些異常的運轉情況下，還促進了化學蝕損的發展，因而使可靠性和耐久性急劇下降。

三、內燃機的環境保護性能

從20世紀60年代中期以來，世界範圍內提出了保護環境的要求。其中，內燃機的排放污染和噪聲污染也是一個重要的治理方面。隨着這方面日益被人們所認識和重視，內燃機應該滿足一定的環境保護性能方面的要求。

內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逸出的燃油蒸氣等。這些有害排放物主要生成於燃燒過程中，可從混合氣形成、燃燒和排氣方式上設法加以控制。

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

為了保護環境，保障人體健康，內燃機在工作機理和結構設計上應使有害排放物儘量減少，廢氣應加以淨化處理。世界各國都制訂了內燃機和汽車發動機排污標準，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。

內燃機工作時產生噪聲是對環境的又一種污染。內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、氣缸內的燃燒噪聲、機體內的機械噪聲等。國際標準組織（ISO）提出了保護環境和保護聽力的噪聲標準，現代內燃機的噪聲已大大超過了保護環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。在發動機的技術上，也發展了多方面的噪聲控制措施，如從結構和機理方面改善發動機的性能，以達到環境保護允許的標準。