内燃机的工作性能及其主要影响因素
何向阳
在定性分析内燃机工作性能的各种问题时，传统的内燃机原理仍然是概念明确、方便有力的工具，适合于专业的需要。所以，本文由此出发，介绍内燃机实际工作性能及其主要影响因素。
一、内燃机动力性与经济性的主要影响因素
对内燃机工作性能影响较大的实际因素可以从几个方面来分析：
1．如果采用增压技术，在保持内燃机的过量空气系数等几个参数不变的条件下，提高进气管内的空气密度可以使有效功率成比例地增长。
2．换气是否充分，这是每循环发挥工作性能的基础。换气完善程度由充量系数来衡量，尽量提高充量系数有利于发动机的工作。对汽油机，充进气缸的燃油量与充量系数成比例，所以换气尽量充分，充量系数值高，有利于提高有效功率；对柴油机，充进气缸的空气量越多，能够完全燃烧的循环供油量也才能越多，循环供油量与充量系数存在着比例关系。所以要求换气充分，就是要求提高充量系数。
3．对指示效率产生影响的实际因素，包括压缩比的高低，燃烧是否及时完全和热损失的多少等几方面。
4．机械损失应该尽量减少。机械损失越少，则燃料热量转换为有效机械功越多，冷却系和润滑系传递的热量与消耗功率也可以减少，机件传递的热流和相应的磨损也会减少。在负荷增大时，某些摩擦副间将出现边界润滑，如燃烧过程中在活塞上止点附近活塞—活塞环—缸筒的配合将呈现边界润滑，甚至出现接触性的干摩擦。减少摩擦损失应从减小接触面、改善表面性能、改进润滑油性能、保持最佳热状态、改善试运转时的零件磨合等方面入手。为减少机械损失，还应该考虑进排气系统的结构和尺寸使阻力减小以减少换气损失，在高速车用发动机上，换气损失可能高达机械损失的20%。采用直喷式燃烧室也可比分开式燃烧室减少气缸内的节流损失。
二、内燃机的可靠性与耐久性
内燃机优良的动力性能与经济性能是产生技术经济效果的依据。随着时间的推移，动力性与经济性将发生变化，内燃机的可靠性与耐久性就是用来衡量内燃机在持续的负荷运转中，工作性能的可靠程度与耐久程度的。
内燃机工作时各系统的机件将承受不同的机械负荷与热负荷，有的机件还会发生化学蚀损，这些对内燃机工作的可靠性和耐久性有着重要的影响。其机械负荷包括了由于气体压力和冲击引起的应力，由于惯性力引起的应力和由于振动、预紧、摩擦等引起的附加应力，这些应力使内燃机零部件分别受到拉伸、压缩、弯曲、扭转等或它们复合成的各种负荷和变形。热负荷过大使某些零件由于温度过高而失去工作能力，如零件烧伤烧熔，零件变形而破坏配合间隙，材料强度下降，材料硬度下降而加速磨损，润滑油变质结胶而使机件润滑条件恶化、摩擦磨损加剧等；热负荷过大也使某些零件由于温差过大而内部热应力过大。工作中，某些结构还发生化学因素造成的蚀损，如气缸壁上部由于高温废气的化学作用而蚀损，湿式缸套外壁由于电化学腐蚀的促进而穴蚀，其他如高压油路、冷却水路、曲轴轴瓦等结构也有穴蚀的可能。
在内燃机正常运转、满负荷作业和正确的技术维护情况下，机械负荷、热负荷和化学蚀损还在允许限度以内，工作的可靠性和耐久性只会合乎规律地自然缓慢地下降。如果工作不正常，处在敲缸、超负荷、过热、飞车等情况下长期作业，那么发动机将承受不应有的过大的机械负荷——静负荷和动负荷，热负荷也可能超过限度，在一些异常的运转情况下，还促进了化学蚀损的发展，因而使可靠性和耐久性急剧下降。
三、内燃机的环境保护性能
从20世纪60年代中期以来，世界范围内提出了保护环境的要求。其中，内燃机的排放污染和噪声污染也是一个重要的治理方面。随着这方面日益被人们所认识和重视，内燃机应该满足一定的环境保护性能方面的要求。
内燃机的排放污染是指排出废气中的有害成分，主要有：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、铅化合物、含臭味的有害气体及各种固体微粒以及从曲轴箱通风中泄漏出的未燃碳氢化合物和从汽油箱燃料蒸发逸出的燃油蒸气等。这些有害排放物主要生成于燃烧过程中，可从混合气形成、燃烧和排气方式上设法加以控制。
实践表明，内燃机排放物的有害成分污染环境，对人体健康有害。对特殊条件下使用的内燃机和城市车辆行驶密度大的地方，内燃机排放污染浓度显著增高，因而危害严重。
为了保护环境，保障人体健康，内燃机在工作机理和结构设计上应使有害排放物尽量减少，废气应加以净化处理。世界各国都制订了内燃机和汽车发动机排污标准，我国也已拟订了废气排放和排气烟度的限制标准和测试方法的国家标准。
内燃机工作时产生噪声是对环境的又一种污染。内燃机噪声主要包括进排气门、风扇和增压器等的气体动力噪声、气缸内的燃烧噪声、机体内的机械噪声等。国际标准组织（ISO）提出了保护环境和保护听力的噪声标准，现代内燃机的噪声已大大超过了保护环境和保护听力所允许的值，为此，我国拟订了机动车辆允许噪声、中小功率柴油机噪声限值和噪声测试方法的标准。在发动机的技术上，也发展了多方面的噪声控制措施，如从结构和机理方面改善发动机的性能，以达到环境保护允许的标准。
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在定性分析内燃机工作性能的各种问题时，传统的内燃机原理仍然是概念明确、方便有力的工具，适合于专业的需要。所以，本文由此出发，介绍内燃机实际工作性能及其主要影响因素。
一、内燃机动力性与经济性的主要影响因素
对内燃机工作性能影响较大的实际因素可以从几个方面来分析：
1．如果采用增压技术，在保持内燃机的过量空气系数等几个参数不变的条件下，提高进气管内的空气密度可以使有效功率成比例地增长。
2．换气是否充分，这是每循环发挥工作性能的基础。换气完善程度由充量系数来衡量，尽量提高充量系数有利于发动机的工作。对汽油机，充进气缸的燃油量与充量系数成比例，所以换气尽量充分，充量系数值高，有利于提高有效功率；对柴油机，充进气缸的空气量越多，能够完全燃烧的循环供油量也才能越多，循环供油量与充量系数存在着比例关系。所以要求换气充分，就是要求提高充量系数。
3．对指示效率产生影响的实际因素，包括压缩比的高低，燃烧是否及时完全和热损失的多少等几方面。
4．机械损失应该尽量减少。机械损失越少，则燃料热量转换为有效机械功越多，冷却系和润滑系传递的热量与消耗功率也可以减少，机件传递的热流和相应的磨损也会减少。在负荷增大时，某些摩擦副间将出现边界润滑，如燃烧过程中在活塞上止点附近活塞—活塞环—缸筒的配合将呈现边界润滑，甚至出现接触性的干摩擦。减少摩擦损失应从减小接触面、改善表面性能、改进润滑油性能、保持最佳热状态、改善试运转时的零件磨合等方面入手。为减少机械损失，还应该考虑进排气系统的结构和尺寸使阻力减小以减少换气损失，在高速车用发动机上，换气损失可能高达机械损失的20%。采用直喷式燃烧室也可比分开式燃烧室减少气缸内的节流损失。
二、内燃机的可靠性与耐久性
内燃机优良的动力性能与经济性能是产生技术经济效果的依据。随着时间的推移，动力性与经济性将发生变化，内燃机的可靠性与耐久性就是用来衡量内燃机在持续的负荷运转中，工作性能的可靠程度与耐久程度的。
内燃机工作时各系统的机件将承受不同的机械负荷与热负荷，有的机件还会发生化学蚀损，这些对内燃机工作的可靠性和耐久性有着重要的影响。其机械负荷包括了由于气体压力和冲击引起的应力，由于惯性力引起的应力和由于振动、预紧、摩擦等引起的附加应力，这些应力使内燃机零部件分别受到拉伸、压缩、弯曲、扭转等或它们复合成的各种负荷和变形。热负荷过大使某些零件由于温度过高而失去工作能力，如零件烧伤烧熔，零件变形而破坏配合间隙，材料强度下降，材料硬度下降而加速磨损，润滑油变质结胶而使机件润滑条件恶化、摩擦磨损加剧等；热负荷过大也使某些零件由于温差过大而内部热应力过大。工作中，某些结构还发生化学因素造成的蚀损，如气缸壁上部由于高温废气的化学作用而蚀损，湿式缸套外壁由于电化学腐蚀的促进而穴蚀，其他如高压油路、冷却水路、曲轴轴瓦等结构也有穴蚀的可能。
在内燃机正常运转、满负荷作业和正确的技术维护情况下，机械负荷、热负荷和化学蚀损还在允许限度以内，工作的可靠性和耐久性只会合乎规律地自然缓慢地下降。如果工作不正常，处在敲缸、超负荷、过热、飞车等情况下长期作业，那么发动机将承受不应有的过大的机械负荷——静负荷和动负荷，热负荷也可能超过限度，在一些异常的运转情况下，还促进了化学蚀损的发展，因而使可靠性和耐久性急剧下降。
三、内燃机的环境保护性能
从20世纪60年代中期以来，世界范围内提出了保护环境的要求。其中，内燃机的排放污染和噪声污染也是一个重要的治理方面。随着这方面日益被人们所认识和重视，内燃机应该满足一定的环境保护性能方面的要求。
内燃机的排放污染是指排出废气中的有害成分，主要有：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、铅化合物、含臭味的有害气体及各种固体微粒以及从曲轴箱通风中泄漏出的未燃碳氢化合物和从汽油箱燃料蒸发逸出的燃油蒸气等。这些有害排放物主要生成于燃烧过程中，可从混合气形成、燃烧和排气方式上设法加以控制。
实践表明，内燃机排放物的有害成分污染环境，对人体健康有害。对特殊条件下使用的内燃机和城市车辆行驶密度大的地方，内燃机排放污染浓度显著增高，因而危害严重。
为了保护环境，保障人体健康，内燃机在工作机理和结构设计上应使有害排放物尽量减少，废气应加以净化处理。世界各国都制订了内燃机和汽车发动机排污标准，我国也已拟订了废气排放和排气烟度的限制标准和测试方法的国家标准。
内燃机工作时产生噪声是对环境的又一种污染。内燃机噪声主要包括进排气门、风扇和增压器等的气体动力噪声、气缸内的燃烧噪声、机体内的机械噪声等。国际标准组织（ISO）提出了保护环境和保护听力的噪声标准，现代内燃机的噪声已大大超过了保护环境和保护听力所允许的值，为此，我国拟订了机动车辆允许噪声、中小功率柴油机噪声限值和噪声测试方法的标准。在发动机的技术上，也发展了多方面的噪声控制措施，如从结构和机理方面改善发动机的性能，以达到环境保护允许的标准。
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