内燃机原理及问题探究

蒋明磊

摘要：内燃机是促进世界工业发展的重要产物之一，给人类文明的进步和人们生活水平的提高形成了巨大的推动作用。而目前我们对于内燃机原理以及所出现的各种问题研究并不透彻，导致对内燃机应用效率较低的情况。本文主要对内燃机的工作原理以及几个常见的问题进行了简要的分析。

关键词：内燃机；原理；震爆燃烧；扭矩储备

中图分类号：TK1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0224-01

内燃机从发明应用到现在已经过去了一百多年，给人类社会的发展形成了非常巨大的推动作用。内燃机也被称之为曲柄连杆机构发动机，汽油机有效热效率是25-35%，而柴油机则为30-45%。以何种方法才能更好地提高内燃机运行效率，还值得广大从業人员更为积极的探索。

1 内燃机概述

内燃机，属于动力机械，主要是燃料在机械内部进行燃烧，将其所释放出的热能转换成动力的一种热力发动机。从广义上将，内燃机主要包括往复式活塞内燃机、自由活塞发动机、喷气式发动机以及旋转叶轮燃气轮机等，不过通常我们所说的内燃机指的都是活塞式内燃机，而活塞式内燃机则主要以往复式活塞最常见。该种内燃机主要是让燃料跟空气之间混合，在汽缸当中燃烧，从而释放热能，让汽缸当中形成高温高压燃气。而燃气通过膨胀来推动活塞做功，随后利用曲柄连杆等构件实现机械工的输出，最终实现机械工作。

2 内燃机的相关问题

2.1 内燃机理想循环条件

就理论层次来说，将内燃机的工作流程进行抽象化处理，忽略对其形成影响的一些次要因素，将基本热力工程当作理想的循环，之后做出相应计算，更好的完善内燃机性能，提高其动力性以及经济性。所以，设计人员可以进行以下假设：①假设内燃机处在封闭循环当中运行，不考虑排气流动的损失与影响。②不考虑内燃机在工作过程当中所出现的摩擦、漏气、传热和热力损失等。③对内燃机燃烧的过程进行简化，在等压条件下对工质加热，将加热过程看作定容放热。④将循环气体假设成理想气体，将比热当作一个固定值，不考虑变热比的影响。结合上述假设条件的设置，将内燃机整体简化成定容加热循环，让高增压以及低速大型柴油机实现向定压加热循环的简化。

2.2 内燃机的爆震燃烧

在二十世纪三十年代末，美国科学家就提出了关于爆震燃烧的理论，也就是目前我们所熟悉的尖锐爆声、积碳过多以及发火撞振等。利用实验研究我们可以得知，内燃机在发生爆震燃烧的过程当中会有以下几种情况出现：在火焰行至末端会大幅加剧，压力明显提升，出现极高峰值。而在内燃机燃烧即将结束时，混气当中会形成高频压力波，导致火焰辐射能力大幅提升。在该种情况之下，压力波将会强迫汽缸振动，出现尖锐的爆声。不过结合近几年的研究证实，在爆震过程当中，会受到多种因素影响，其内部化学成分非常复杂，应该依据实际情况做出判定。为了提高内燃机性能，从而避免爆震燃烧的情况出现，应该对其内部结构进行进一步优化对其影响因素做出全面分析。①在设计工作当中，应该对最佳点火提前角进行选择，并对混合气体成分以及转速所带来的影响进行考量，从而在最大程度上控制爆震燃烧，选择出最为优质的燃料。②设计工作人员需要将压缩比控制好，对燃烧室进行合理划分，提高其抗暴性能，确保波流运动的正常，缩减可燃混合气体温度，合理设置火花塞位置并增加进气量，优化冷却方式。

结合美国泰勒兄弟所做的研究，内燃机内部因为油料和空气之间没有完全实现掺和，正常燃烧的情况之下，压力升高率会比点燃震爆时混气压力升高率慢。而在内燃机发动之前，有较长的延迟期，空气跟油料之间混合效果比较好，可以在短时间之内提高压力升高率，会形成燃机爆震声波，称之为撞振。压燃机在震爆的过程中，火箭将会以很快的速度扩散，汽缸当中的压力会急剧上升。

2.3 柴油机扭矩储备

依据内燃机原理，柴油机速度特性指的主要是喷油泵油量调节机构的位置确定时，柴油机相应性能指标会随着转速而出现变化的关系。而在将油量调节机构直接固定在所标定功率位置的时候，所测得速度特性称之为外特性。经分析可知，扭矩会随着转速的变化逐渐趋于平缓，这样很难满足于机械柴油机对于扭矩储备方面的需求。为了更好地满足工程机械的工作要求，通常需要针对柴油机平缓的外部特性扭矩曲线作矫正处理，而扭矩矫正的本质其实就是对喷油泵油量的校正。因此，油量校正装置的主要作用是在柴油机外界的阻力矩呈现出不断增加导致转速下降的时候，喷油泵自动提升供油量，从而让低速时扭矩增加，提升扭矩的储备指数。校正方法主要包括两种：出油阀校正以及弹簧校正器校正，通常采用后者。

因为对外特性的定义中，喷油泵的油量调节装置位置固定，因此只能对油泵校正作用加以反映，无法体现出弹簧校正器所具备的作用。内燃机原理提出对弹簧校正器以及出油阀都可以提升柴油机所具备的扭矩储备。而真实情况是因为外特性要求调节机构需要固定，在进行外特性实验的过程中，弹簧校正器无法发挥出作用，这明显是不够合理的。因为弹簧校正器所具备的校正作用无法在外特性扭矩方面得到反映，若想达到工程机械所应用柴油机在扭矩储备方面的指标是非常困难的。在工作实践当中，为了能够达到所规定范围的考核指标，需要利用调速特性的最大扭矩当作外特性曲线当中的最大扭矩，而不用实际外特性线当中的扭矩，这也就说明了在目前的定义当中存在一些不合理因素。经过以上的论述我们可以得知，在柴油机配有校正装置的时候，外特性上最大扭矩并不是柴油机真实的最大扭矩，所以不能够以此为依据对柴油机实际扭矩储备情况以及动力性能进行衡量。

3 结束语

总而言之，对内燃机原理加以更为深入的研究具有十分重要的现实意义，对国家工业行业发展具有良好的推动作用。相关从业人员应该积极探索，对国外的一些先进应用技术和理念加以借鉴，继而与我国工业发展的实际情况相结合，创建出一套更为符合我国国情的内燃机科研与应用体系，为国家经济发展注入源源不断的活力。

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