1.2.3 影响发动机工作性能的主要因素

发动机的工作是一个非常复杂的过程，影响其工作性能的因素很多，各因素之间存在着错综复杂的关系。

1.影响发动机动力性与经济性的主要因素

对发动机工作性能影响较大的实际因素可以从以下几个方面来分析：

（1）增压度。在保持过量空气系数α等几个参数不变的条件下，如果采用增压技术，提高空气密度ρs，可以使Ne成比例地增长。

（2）换气质量。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ηv来衡量，尽量提高充量系数有利于发动机的工作。对汽油机，充进汽缸的燃油量与ηv成比例，所以换气应尽量充分，ηv值高，有利于提高Ne；对柴油机，充进汽缸的空气量越多，能够完全燃烧的循环供油量Δg也才能越多，Δg与ηv存在着比例关系。所以要求换气充分，就是要求提高ηv。

（3）对指示效率产生实际影响的因素。包括压缩比的高低，燃烧是否及时完全和热损失的多少等。

压缩比的高低尤其对汽油机产生显著的影响，压缩比提高可以改善循环的热量利用（膨胀比加大）、减少热损失（燃烧室散热面积减小），从而提高ηi；并使汽油机部分负荷时采用稀混合气，可更好工作。当然也应考虑到提高压缩比对燃料辛烷值要求提高，并使发动机热负荷和机械负荷增大的不利方面。

燃烧是否及时完全，这是每循环发挥工作性能的关键。ηi表现了实际循环的效率，在一定的发动机上，它主要受燃烧完善程度的影响。发动机燃烧完善程度主要从完全、及时、柔和、无烟、低排污等几方面来加以衡量。燃烧越完善，在z点的热利用系数越高，平均指示压力也就越大，这是研究燃烧过程所努力追求的目标。但由于种种因素的影响，发动机燃烧过程往往难以达到理想完善的程度。对柴油机而言，主要与换气质量、压缩终点的温度、最大喷油压力、燃油雾化质量，以及燃油束与燃烧室内空气运动的配合等因素有关；对汽油机而言，主要与空燃比、混合气形成质量、点火提前等因素有关。

总体而言，如果采用尽量小的α达到尽量高的ηi，就可以增加汽缸单位工作容积的做功量，提高其动力性和经济性。

（4）尽量减少机械损失。机械损失越少，意味着燃料热能转换为有效机械功越多，冷却系和润滑系传递的热量和消耗功率也越少，机件传递的热流和相应的磨损也会减少。负荷增大时，某些摩擦副间将出现边界润滑，甚至出现接触性的干摩擦。减少摩擦损失应从改善接触条件、强化表面性能、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。为了减少机械损失，还应该优化进排气系统结构和尺寸，通过减少进排气阻力来减少换气损失，在高速车用发动机上，换气损失可能高达机械损失的20%。采用直接喷射式燃烧室比采用开式燃烧室更能减少汽缸内的节流损失。

2.影响机械损失及机械效率的主要因素

（1）增压。当发动机采用排气涡轮增压时，Ni与增压度增加成正比地增加，此时汽缸中最大爆压虽有增加，但采取降低压缩比等措施后，pz增加的幅度将低于Ni增加的幅度，致使机械损失减少；当采用机械增压时，机械损失的减少与否，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，有利于减轻轴承上的冲击负荷等。综上所述，若发动机转速不变，则机械损失功率将与非增压时大致相当。由于Ni值提高，所以涡轮增压及低压比的机械增压将使ηm提高。

（2）曲轴转速及活塞平均速度。曲轴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。同样，非增压机的泵气损失、辅助机械损失、二冲程机的扫气泵驱动功率均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，但综合影响仍将使机械损失功率Nm或pm大大增加。

图1.14所示为一部6缸非增压高速柴油机平均机械损失压力pm随转速n迅速增加。图1.15所示为同一柴油机机械效率ηm随转速增加而下降，图中实线表示全负荷工况，虚线表示30%的部分负荷工况，显而易见，负荷低时的ηm比全负荷时的下降更显著。

6缸柴油机，汽缸总排量8L（升），ε=16∶1，转速范围600～2400r/min。

（3）负荷。虽然负荷增加，pz也随之加大，但机械损失也会增大，而且在高负荷时pz增加的幅度应比低负荷时小；在涡轮增压发动机中，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，润滑油温度提高，其黏性阻力下降，因此负荷大小对pm的影响不会太大。负荷增大必然增加供油量，从而使Pi成正比地增加，机械效率ηm也随之提高。

（4）润滑油温度及冷却水温度。润滑油温度和冷却水温度对发动机机械损失功率Nm有较大的影响。润滑油因温度升高，而黏度下降，黏性阻力减小，机械损失N或p也减小。润滑油温度取决于冷却水温度，水温高则油温高，所以提高水温会使Nm或pm下降。

冷车启动时，水温和油温皆低，故Nm大；热车稳定状态时，则Nm小。因而对柴油机正常运转时的水温和油温都作了明确规定，以保证Nm不致过大。图1.16所示为Nm与油温T的关系曲线，Nm随着油温T增加而降低，并到达一个最低点，当超过这一温度后，Nm又将逐渐增加。Nm最小时，油温略大于润滑油容许温度。图1.17所示为Nm随冷却水温T的变化曲线，显然Nm随着水温上升而下降。

（5）汽缸尺寸及数目。若运动速度不变，作用于摩擦表面的正压力不变，机械损失中的摩擦损失功率则与摩擦面积的大小有关，指示功率则与汽缸工作容积有关。即pz、Cm保持不变的前提下，若缸径加大或者行程加长，则汽缸面积与容积比相对减小，Ni增加的幅度大于Nm，ηm相对提高。

当汽缸尺寸和n都相同时，多缸机的ηm比单缸机大，这是由于单缸机带动辅助机械所需的功率相对偏大，机械损失功率相对增加。

（6）工艺水平。汽缸套内壁、轴颈、轴承等摩擦表面加工精度对机械损失功率有较大影响，表面加工精度越高，机械效率越高。