摩擦损失及其影响因素分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：摩擦损失为机械损失、泵气损失和辅助装置驱动所消耗功的总和。图3-30所示为利用倒拖法测量的汽油机的摩擦损失以摩擦平均有效压力pm，f表现的结果。但是，气门驱动机构的摩擦损失在高转速领域中反而减小，这是因为气门驱动机构的凸轮与从动件之间的润滑条件随转速的增加而得到改善。如图3-30所示，在摩擦损失中泵气损失所占的比例与发动机转速无关，约为40%。pm，f为缘于摩擦损失动力的摩擦平均有效压力。

摩擦损失为机械损失、泵气损失和辅助装置驱动所消耗功的总和。消耗在摩擦损失上的动力称为摩擦动力，是计算机械效率η_m的基准。

摩擦损失包括：

①活塞环、曲轴轴承、气门驱动机构等的机械损失。

②泵气损失（进气-排气损失）。

③驱动辅助装置（冷却水泵、燃料泵、冷却风扇、机油泵、发电机、空调压缩机等）所需的动力。

最近生产的汽车发动机的机械损失和泵气损失会有所减少，但驱动辅助装置所需的动力趋于增加的趋势。对于用摩擦损失度量指标的机械效率来说，在活塞环等运动部件惯性力降低的作用下，摩擦损失相对减少，因此机械效率可以达到85%～90%。

1.机械损失

机械损失主要发生在活塞-曲柄机构中，因气缸内压力即负荷不断发生变化，因此很难对其进行测量。通常，利用倒拖法进行测量并比较。利用倒拖法测量的数据显示，机油黏度对摩擦损失的影响比任何其他方面都要严重，可以看出，在机油黏度很大的低温状态，摩擦损失大幅度增加。

图3-30所示为利用倒拖法测量的汽油机的摩擦损失以摩擦平均有效压力p_m，f表现的结果。当转速增加时，摩擦也随之加大，因此摩擦损失也随之增加。但是，气门驱动机构的摩擦损失在高转速领域中反而减小，这是因为气门驱动机构的凸轮与从动件之间的润滑条件随转速的增加而得到改善。另外，在相同转速条件下，负荷增加时机械损失有所增加，但看成基本相同也不会带来不良影响。其结果净热效率在低负荷状态急剧降低，到了无负荷状态达到0。

2.泵气损失

泵气损失是把混合气吸入到气缸内，并把燃烧废气排出到气缸外而消耗的损失功，在理论循环中不考虑此损失。如图3-30所示，在摩擦损失中泵气损失所占的比例与发动机转速无关，约为40%。

图3-30 汽油机的摩擦损失

图3-31 泵气损失和指示热效率

图3-31所示为为了说明泵气损失的净平均有效压力p_m，e与指示热效率η_i之间的关系。图中η_i和η′_i分别为考虑泵气损失的指示热效率和没有考虑泵气损失的指示热效率，与此所对应的指示平均有效压力为p_m，i和p′_m，i。p_m，f为缘于摩擦损失动力的摩擦平均有效压力。图中两个指示效率之差，即η′_i-η_i表示泵气损失。可以看出，没有考虑泵气损失的指示热效率η′_i随净平均有效压力（或负荷）的变化而受到的影响非常小。但是，因为随负荷（或净平均有效压力）降低，泵气损失增大，所以考虑了泵气损失的指示热效率η_i会降低。与此所对应的指示平均有效压力和摩擦平均有效压力的大小可以在图3-32中看出。

图3-32所示为随转速和负荷的指示热效率η_i和净热效率η_e及两者之比的机械效率η_m的变化。可以看出，负荷越大，泵气损失越小，转速越高，冷却损失越小，因此指示热效率η_i在低速-低负荷侧低，在高速-高负荷侧高。机械效率η_m在越是低速-高负荷状态越高，越是高速-低负荷状态越小。以η_i和η_m乘积表示的净热效率η_e受到转速的影响较少，几乎仅为负荷的函数，因此具有在低负荷状态低、在高负荷状态高的特性。

图3-32 随转速和负荷变化的指示热效率、净热效率和机械效率

3.辅助装置驱动损失

发动机上安装使用的辅助装置有水泵、机油泵、燃料泵、动力转向泵、冷却风扇、发电机、空调压缩机等。这些辅助装置都由发动机的输出功率驱动，因此把这些辅助装置的驱动力视为损失。

最近，汽车上配备的以发动机为主的动力传动系统、悬架系统、制动系统、智能系统等所有部分均为电控部件，导致辅助装置的驱动损失要素趋于增大。

摩擦损失及其影响因素分析

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