当前位置: 气缸 >> 气缸优势 >> 浅谈汽车发动机的各项性能指标
众所周知,防锈剂可以减少锈的生成,因此国外防冻剂中通常加入防锈剂。有些防冻剂中还含有防止形成泡沫的成分。若要使冷却系统保持最大的冷却效率,防锈是很重要的。如果用清水作为冷却剂,应该在每年春暖花开之时,将冷却系统中的水排干,换用清水,并应该在清水中加入防锈剂。
当然,一年四季都使用防冻剂效果更好。气冷式发动机早期的汽车成功地使用了气冷发动机。往复式活塞发动机进行空气冷却需要大量的空气不断进行循环。空气应该流向所需要的位置,空气的流量也必须加以控制。
一台能量很大的风扇迫使空气循环,风扇本身由发动机曲轴的皮带驱动,或者在飞轮上制造出风扇叶片,在一些应用中,曲轴箱也装有散热片,气冷发动机通常用一个金属罩罩起来,并且用档板把冷却空气导致需要冷却的部位。当发动机处于运行状态时,空气穿过散热片散热。用控制冷空气体积的方法来调节发动机的温度。
安装恒温器的目的是控制阀门,或者控制一个控制环。当发动机过热时,控制环开大,多进空气;发动机温度较低时,控制环关闭,控制冷却空气量,随着控制环的关闭,空气流通量受到限制,冷发动机迅速升温。由于风冷式发动机不必对气缸水套和散热器水加热,所以迅速升温是其特性。迅速升温有碍油泥和曲轴箱沉积物的形成,对发动机是有利的。
风冷发动机在正常运行时,温度较水冷式发动机稍高一点。如果对它的冷却系统进行了适当必要的保养,则在任何正常工作条件下,它都不会过热,从而保证工作温度。但不能过多的超负荷工作,否则发动机会大于通常工作温度而过热,冷却空气也会因超负荷而供应不足,同时,又没有水箱吸收过度的热量。
水冷式发动机因为采用水箱较之风冷式发动机噪音小,但运动部件之间的清洁工作量往往较大。不管风冷具有多少优点和缺点,它已经成功地用于汽车、卡车、拖拉机、飞机、轮船和各类型的小发动机之中。润滑油的冷却虽然客车发动机在正常情况下是不向发动机润滑油提供特殊冷却的,但是很多赛车发动机在油箱上面都采用散热片来降低发动机的润滑油温。采用这种方法,也降低了油的粘度并维持了适当的润滑。
还应注意到活塞顶端里面的冷却散热片有助于润滑油、水和部分零件的散热。排气式冷却系统排气式冷却系统主要是用来打开散热器底部和水箱中的排气阀(或称排气旋塞),以便散热。国外的绝大多数样机都采用上述形式。然而,在美国年生产的汽车上,没有考虑散热器底部和发动机机体中的排气塞。
对于这种冷却系统的排气,应该采用一个虹吸过程:首先向冷却系统注入水,直到注入的水达到接管嘴(或称漏斗颈)的顶部才停止注入,然后将一个专用导管插入接管嘴,一直碰到容器的底部为止。将导管的自由端固定到虹吸装置上,并且通过对球状物的挤压进行虹吸。当水开始流出时,夹紧导管,将虹吸装置移开,当松开导管时,水应继续流出。
发动机作为一种动力机械,它在工作时能产生一定量的动力,同时又要消耗一定量的燃料。评价内燃机性能的主要指标即评价内燃机的工作能力和工作质量,主要是动力性指标和经济性指标。前者包括功率、平均有效压力和扭矩等;后者则包括热效率、机械效率和燃油消耗率等。
这些指标大多可在内燃机台架试验中测定。在我国出厂的产品名牌和使用说明书中,都标注几种有代表性的性能指标,以便使用人员了解发动机的性能,达到正确合理地使用的目的。美国通用汽车公司所作的实验表明,达到汽油机最高效率的压缩比是17:1。发动机的压缩比的提高可以通过下列途径实现:刨削气缸盖的结合面;更换更薄一些的气缸垫;重新磨削曲轴以增大冲程;或者扩大发动机的缸径等等。
但是,必须考虑到阀门撞击活塞的可能性。容积效率任何发动机都不能达到%的效率,影响汽油机效率提高的因素之一是难于使气缸获得充足的可燃混合气。进气歧管、大气温度、气门分配定时和其它类似因素的限制,使理想的混合气燃气不能充分进入气缸。每一工作循环中实际的进气量同完全达气量之比就被称为容积效率。当发动机的运行达到一定转速时,容积效率就会迅速下降。通常,几乎在达到最大扭矩的同时即能达到最大的容积效率。
举例来说,某发动机在转速为r/min时最大容积效率为82%,但在转速为r/min时会下降为65%。提高容积效率的一个方法是采用增压器。众所周知,大气压力将随地面的海拔高度的增加而下降。同样,容积效率也将随地面的海拔高度的增加而下降。因为它受气缸内的压力与气缸外压力差的影响。热效率各种发动机可以以它们的热效率为基础来比较彼此之间的性能。
发动机产生的用来做功的热当量同它提供的总热量之比就是所谓的热效率。功率评价内燃机做功能力,通常有两种表示方法:指示功率Ni和有效功率Ne,都以马力为单位。指示功率是单位时间内燃料在气缸内燃烧后对活塞所作的净功。它可以通过测取的施工图和转速而计算出来。指示功率只是评价气缸内部工作循环的一个指标,而无实际使用方面的意义。有效功率是内燃机实际向外输出的功率,以Ne表示。
它通常通过曲轴上的皮带轮或飞轮传给工作机械。它可以由测功器测出。由于内燃机工作时,需要克服各运动件的摩擦阻力,以及驱动各辅助设备如水泵、风扇、配气机构、机油泵等,这些都要消耗一部分功率。因此,气缸内所发出的指示功率不可能全部向外输出,有效功率总是小于指示功率。指示功率与有效功率之差,称为摩擦功率,以Nt记之。亦即Ne=Ni-Nt有效功率是内燃机最主要的性能指标之一。
在国家标准未作上述规定之前,拖拉机和农用柴油机等采用额定功率这一名词作为名牌上的功率名称。其定义与上述12h功率相同。现在也有把12h功率称为额定功率的。有的内燃机用途较广,因此在使用说明书中规定有几种不同的标定功率,使用人员可根据配套工作机械的特点加以选用。但不可超出其最大使用界限,以免缩短使用寿命和损坏内燃机。有效功率也称作制动马力,后者在国外使用得更加普遍。
“制动马力”这一术语,是由首次用于测定发动机发出的功率的设备而得名的。这种设备就是普朗尼制动器,普朗尼制动器由一大直径转鼓和一套在转鼓外表面上操作的带式制动器所组成。连接制动器的杠杆的自由端,架在量重秤上。转鼓直接同待试验的发动机曲轴相连接,转鼓转动时,制动器就被拉紧。
发动机被加载时,就会使杠杆压靠在量秤之上。使用普朗尼制动器作试验,首先应该调节气门,使发动机以某种特定转速运行。这时制动器即被拉紧直到发动机的转速降低,量秤上的表盘就会做出显示。这种程序需要重复多次,每次试验要提高转/分的转速。制动马力也可以由测功器算出,这种测功器由阻力产生装置构成,就象发电机或在流体中旋转的桨轮一样。
设计这种结构,是为了吸收和消耗发动机所产生的功率。此外,还用适当的仪表来显示所吸收的功率数值。在汽车制造厂的试验室内,发动机经常同测功机轴直接连接。而在某些汽车修理站,测功机下装有滚轮,以便由汽车车轮加以驱动。目前,国外已有一种随着汽车行驶而自行启动的测功仪,广泛地用于诊断中心,为改进汽车的性能而提供最可靠的信息。
机械效率有效功率与指示功率之比,称为机械效率,以nm记之,即Nenm=Ni机械效率的数值反映内燃机内部功率的损耗情况。机械效率数值愈大,表示内部损耗愈小,气缸内气体对活塞所作的功转变为有效的输出功愈多。机械效率的高低不仅取决于产品的设计和制造质量,而且与使用保养有关。如润滑不良、机油变质而不及时更换、运动件配合间隙调整不当等,均会增加内部功率损耗,降低机械效率。有时也将发动机的机械效率简称为发动机的效率。
有效扭矩内燃机通过曲轴上的驱动件(如皮带轮或飞轮)实际向外输出的扭矩,称为有效扭矩,以Me记之,其单位在国内通常用kg·m表示。有效扭矩可在内燃机台架试验中由测功器直接测出,如同时测出曲轴转速,即可用上式算出有效功率Ne。有时也把发动机的有效扭矩简称为扭矩。扭矩通常在发动机转速提高时会急剧增大,然后扭矩可保持在高水平上,而在发动机达到较高的转速时又会下降。
在设计发动机时,人们总是试图在整个发动机的转速范围之内,尽可能地保持高的扭矩。有助于此的途径是采用大汽化器、大断面歧管、大气门和具有最小背压的排气系统。然而,由于混合气的惯性对进气系统和气门分配定时产生的混合气运动的阻力,当发动机转速加大时,燃料混合气没有时间充分进入气缸内部。结果,容积效率和扭矩都会同时降低。