序
随着世界能源危机的日益严重,环境污染更加恶劣,减少产生温室效应的CO2排放是世界人民为了生存达成的共识,这也对内燃机的节能与环保性能方面提出了愈来愈严格的要求。内燃机是将燃料的热能转变为机械能的原动机。燃料在内燃机气缸内所放出的总热量,只有40%左右能转变为机械功。其他的部分均以不同的热传递方式最终散失于发动机之外,这部分散失的热量一般包括:
营口车辆违章查询1. 传递给冷却介质的热量Qc;
2. 随废气排出而损失的热量Qr;
3. 余项损失如辐射热损失等大的热量Qs。
内燃机工作时,燃料在发动机气缸中燃烧,并以一定的热效率转变为机械功。在机械功当中,除了最终从发动机输出的实际有效功外,还包括克服发动机本身的内部机械摩擦,流动
阻力和驱动一些附属部件而消耗的机械工,这部分消耗掉但不能输出的机械功成为内燃机的机械损失。事实上,在内燃机的工作过程中,经过曲轴输出的有效功率Ne总小于活塞所获得的指示功率Ni,这说明,其间不可避免的要损失一部分功率,这部分损失的功率定义为机械损失功率Nm,或平均机械损失压力Pm表示。
丰田霸道suv用以衡量内燃机机械损失大小程度的参数称为机械效率,即有效功率与指示功率之比定义为内燃机的机械效率ηm=Ne/Ni=1-Nm/Ni.。现代内燃机的机械效率一般在下列数值范围之内:
非增压四冲程柴油机 0.75~0.80变速箱轻微渗油要紧不
增压四冲程柴油机 0.80~0.92
零首付无息贷款买车非增压二冲程柴油机 0.7~0.8
增压二冲程柴油机 0.75~0.90
四冲程汽油机 0.70~0.85
煤气机 0.75~0.80
我们知道,想要提高内燃机的综合性能,不能只依靠改善气缸内部的热力指标,以提高内燃机的热效率,而且还要尽力设法减小机械损失。要知道内燃机的机械效率的高低直接影响着内燃机的稳定性、经济性、动力性和环保性,因此研究如何提高内燃机的机械效率显得尤为重要。要想提高内燃机的机械效率,首先就必须要弄清楚影响内燃机机械效率的各种因素,才能对症下药。
一、机械损失的来源
经过分析,我们知道内燃机的机械损失功率主要由以下几部分组成:摩擦损失功率Nmf,泵气损失功率Np,压气机或扫气泵气损失Nk和辅助机械损失功率Nau。它们共同组成了机械损失的
1.机械摩擦损失
机械摩擦损失是内燃机为克服各运动部件之间的摩擦而消耗的功。它在整机机械损失中所占的份额大概在60%左右。机械摩擦损失中最大的一项是活塞、活塞环与气缸套之间的摩
擦损失,这部分约占整个机械摩擦损失的50%~60%,也就是大概占到了整机机械损失的30%~36%。之所以产生如此多的机械损失是因为活塞和活塞环在气缸套壁面上滑动的面积很大,相对运动速度高,而且又得不到充分润滑,产生高强度的摩擦,因此其在整个摩擦损失中所占的比例最大,这项摩擦损失的数值不仅取决于活塞活塞环的型式、材料、结构特点和配气间隙等,而且也受到气缸内的气体压力、活塞速度和润滑油粘度的影响;机械摩擦损失的第二大块是连杆、曲轴等零件与之相应的轴承之间的摩擦损失,约占全部摩擦顺势功率的40%~50%,这部分摩擦损失中,主轴承、连杆轴承和凸轮轴轴承所占的比例较大,这项损失的数值随轴承直径的加大和发动机转速的提高而增加,但对气缸的压力变化不敏感,消耗在气门机构上的损失相对轴承来说是比较小的。
在机械损失中,由于摩擦损失所占的比例很大,所以采取措施减少摩擦损失是提高内燃机有效功率的重要途径,在不影响循环效率的前提下,降低气缸内的最高爆发压力,可以使摩擦损失减少。因此,必须在选用压缩比、组织油气混合、控制喷油规律和燃烧规律等方面予以注意。此外,提高运动零部件摩擦面的加工精度,减少零部件重量、降低活塞平均速度、保证润滑油的良好润滑性能等都能降低柴油机的摩擦损失。
2.泵气损失
泵气功率是四冲程柴油机在进气和排气过程中对外作出和吸收的功率之和。在排气行程时,又去废气压力的方向与活塞运动方向相反,活塞必须从曲轴和飞轮上吸收一部分功来克服这一废气压力所做的功才能继续向上运动,所以作用于活塞上的功是负功。在进气行程时,由于活塞运动方向与其顶面上气体压力方向一致,所以气体对活塞所做的功为正功。每循环排气行程所做的功减去进气行程所做的功,就是一个循环的泵气功。
在非增压四冲程内燃机中,由于排气压力大于进气压力,排气行程所做的功大于进气行程所做的功,所以泵气功率是负值,成为泵气损失。在增压柴油机中,进气压力在某些情况下可大于排气压力,泵气功率是正值,这时,泵气功率应该从机械损失功率中去掉。在二冲程柴油机中,由于没有单独的进气行程和排气行程,所以泵气功率为零。在查阅到的数据中,某种非增压内燃机的测试显示,泵气损失占到了整机损失的27%,比例相对较高,但是在一某种增压式内燃机的测试结果中,泵气损失只占整机机械损失的7%左右,可以看出,增压非增压内燃机之间的泵气损失带来的影响差异较大。
泵气功率无论是正值还是负值本应该计算在平均指示压力pi的功率之内,但由于在机械损失的测量中很难将泵气损失功率单独分离出来,所以,习惯上将泵气损失功率作为机械损失的一部分加以考虑。
3.压气机或扫气泵气损失
压气机或扫气泵气损失是由油机曲轴驱动机械增压四冲程柴油机的压气机伙食驱动二冲程柴油机的扫气泵所带来的损失。在复式增压柴油机中,不论是串联增压或是并联增压都有由曲轴驱动的罗茨泵,驱动罗茨泵所消耗的功率就是压气机的损失功率。在复合式增压柴油机中,增压器既由排气涡轮驱动,又与曲轴有机械连接,压气机所消耗的曲轴功率也就是压气机的损失功率。
在非增压四冲程柴油机中没有压气机,在纯排气涡轮增压柴油机中,压气机与曲轴无机械连接。这两种柴油机的压气机或扫气泵损失为零。
4.辅助机械损失
由柴油机曲轴驱动的柴油机辅助机械有燃油泵,润滑油泵、冷却水泵、舱底泵等。这些辅助机械中只有润滑油泵和冷却水泵消耗的功率大一些。驱动辅助机械损失的功率随柴油机转速的增加而增加。
对应于机械损失功率有机械损失压力的概念,同样在数量上它等于各部分机械损失压力的
总和。为了说明这些机械损失的大小,使其有个数量上的概念,以小型高速柴油机机械损失分配的试验数据为例,其转速为1600r/min,Pe为0.82MPa,Pi为0.986MPa,Pm为0.17MPa,它的机械损失分配如下:
活塞及活塞环摩擦损失为 0.50pm;
曲轴连杆轴承摩擦损失为 0.24pm;
泵气损失为 0.14pm;
辅助机械损失为 0.06pm;
传动机构及其他损失为 0.06pm。
从以上各例子可以看出,机械损失占了指示功率的相当一部分,pm=0.172pi。而其中活塞及活塞环的摩擦损失时最主要的,其次是曲柄连杆轴承的摩擦损失。这些摩擦损失不但减少了有用功,而且损失的能量还会变成热量加热部件,增加了部件的热负荷,故应尽量减少这些损失。
在一些内燃机机械损失分析实验中,所得各部分机械损失功率占总机械损失比例基本符合以上结论,如:
1. 在用倒拖法测得的BN492QA型汽油机机械损失功率中,摩擦损失功率所占比例最大,约为65%。在摩擦损失功率中,活塞及连杆大小头摩擦损失功率所占比例最大。当发动机转速从l000r/mni升高到3800r/mni时,所占比例从33.6大众高尔夫多少钱%增加到51.4%;活塞环摩擦损失功率所占比例则从31.4%减小到19.4%;曲轴及凸轮轴的摩擦损失功率所占比例从5.1%增大到21.8%;配气机构摩擦损失功率所占比例从29.9%下降到7.4%。
2. 在用倒拖法及油耗线法测量了6105ZLQ型柴油机的机械效率,用电力测功器倒拖分析了活塞组、曲柄连杆机构、喷油泵、配气机构等组件的机械损失。结果表明活塞组、曲柄连杆机构的机械摩擦损失及泵气损失共占整机机械损失的75%左右。在柴油机各部件中,活塞组曲柄连杆机构的机械损失最大,占整机机械损失的57.3%;其次是换气损失,占整机机械损失的20.9%;进、排气管的机械损失占整机机械损失的8.7%,主要是在进气装置中装有增压器和空滤器;配气机构的机械损失占整机机械损失的2.7%;不喷油时,喷油泵机械损失数值较小,仅占整机机械损失的1.0%。
二、机械损失的影响因素
1.转速
转速及活塞速度的提高将使活塞摩擦损失及轴承摩擦损失迅速增加。此外,非增压机的泵气损失,辅助机械损失,二冲程的扫气泵驱动功率都会随转速及活塞速度的提高而增加。虽然转速增加后,每循环相对损失的热量较少,润滑油黏性阻力有所降低,但综合的影响仍将使机械损失功率Nm或pm大大增加。
2.润滑油温度及冷却水温度
润滑油温度与冷却水温度对内燃机机械损失功率有较大的影响。由于润滑油温度升高,其粘度将下降,因此黏性阻力减小,机械损失Nm或pm也减小。润滑油的温度决定于冷却水的温度,水温高则油温高,所以提高水温会使Nm和pm下降。
在冷车启动时,水温,油温都很低,故Nm大。在热稳定状态时,则Nm小。故柴油机都规定了正常运转的水温和油温,以保证Nm不致过大。Nm随着油温的增加而降低,到达一个最低点,超过这一温度,Nm即重新上升。这一最低点略大于润滑油允许温度。
因此,选择合适的润滑油并保证一定的清洁度,以及定期的维护以调节保证冷却系统的正常运行,对使内燃机维持稳定的运行状况就显得尤为重要,密切注视发动机的运行时的不良现象以及时排除故障,保证稳定的运行对提高机械效率也是有利的。
3.增压
当内燃机采用排气涡轮增压时,Ni随增压度增加成正比的增加,这时气缸中最大爆压虽有增加,但采取降低压缩比的措施后,Pz增加的幅度将低于Ni增加的幅度,因此,可减小机械损失;当采用机械增压时,机械损失的减小与否,将视增压比的高低由泵气功与压气机耗功的和而定;此外,增压后,润滑油温度的提高,会使润滑油黏性阻力降低,并且燃烧较为柔和,这减弱了轴承上的冲击负荷等。由于Ni值提高,所以涡轮增压及低压比的机械增压将使机械效率增加。
4.负荷
虽然负荷增加,Pz也随之加大,但机械损失也会随之加大,而且在高负荷时Pz增加的幅度应比低负荷时小;在涡轮增压的内燃机中,为控制Pz,一般采取降低压缩比的措施,使机
械损失压力不致增加过大。同时,负荷增加,润滑油的温度提高,润滑油的黏性阻力下降,综合这些因素,可以说负荷大小对Pm的影响不会太大。而负荷增大必然增加供油量,使Pi成正比的增加,这样,机械效率也随之提高。Pi导致机械效率的提高是机械效率随负荷加大而提高的主要因素。
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