不要让过热和过冷成为发动机性能下降的罪魁祸首

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：但是，燃烧气体的最高温度要受到与燃烧气体接触的气缸或活塞等部件的耐久性的限制：过度冷却会导致过大的冷却损失，造成发动机性能下降；不充分的冷却会造成各部件的异常温度，并会导致热负荷、热应力、热膨胀和润滑油恶化等不良反应。②防止发动机部附件的热损伤，保持各部附件的安全热应力，防止润滑油的恶化等，以确保发动机的可靠性和耐久性。大型发动机的热应力会比气体压力的应力更大。

内燃机的燃烧气体自身是工质流体这一点为最大的特征，因此发动机材质的冷却相当重要。燃烧室内的最高温度瞬间会达到2500K以上的高温，如果不冷却，与燃烧气体直接接触的部分的强度会降低，这些部件甚至会融化，不能保持其固有的运行状态。尤其是，热力发动机的热效率随燃烧最高温度的上升而增大，具有提高燃烧气体温度的倾向，因此材料能在高温下耐用的冷却技术是左右内燃机热效率的重要因素之一。

冷却损失热量大部分通过构成燃烧室的气缸盖、气缸套、活塞头部和气门等传递到冷却媒介（如冷却水或周围空气），此外还向润滑油传递热量。

内燃机的冷却特性是周期性热源和温度差较大。为了正确测量周期性变化的温度，设计人员做了很多努力，但因每个循环每个气缸内的温度分布差异较大，因此要正确测量温度相当不易。如果忽略局部温度变化，利用指示线图可以假设平均温度。但是，通过热辐射的传热要依赖于气缸内最高温度的燃烧火焰温度，这不能用平均温度计算热辐射。尤其是，火焰的热辐射根据燃料和燃烧气体的构成，以及燃烧室的形状会有显著的差异。高速发动机的辐射传热量是全部传热量的10%左右。

内燃机的传热问题如上所述较复杂，不易从理论上或通过试验的方法进行分析，仅以包括热辐射的广义的热传递问题进行分析。

1.冷却目的

所有热力发动机的输出功率是，燃烧温度越高、冷却损失越小就越大。即，发动机的冷却对输出功率的影响相当大。燃烧气体的温度如航空涡轮喷气发动机根据涡轮叶片的材料耐热性来决定，涡轮叶片材料如果为金属，则最高温度约为950℃；如果为陶瓷，则最高温度约为1200℃。但是，往复式活塞发动机气缸内燃烧气体瞬间的最高温度即使超过2200℃，但因有冷却液冷却气缸周围，所以对燃烧最高温度没有限制。

但是，燃烧气体的最高温度要受到与燃烧气体接触的气缸或活塞等部件的耐久性的限制：过度冷却会导致过大的冷却损失，造成发动机性能下降；不充分的冷却会造成各部件的异常温度，并会导致热负荷、热应力、热膨胀和润滑油恶化等不良反应。因此，内燃机应在不发生异常燃烧（爆燃）的程度进行适当的冷却，以保持最佳的运行状态。

发动机冷却的目的如下：

①防止异常燃烧（早期着火、爆燃），获得良好的燃烧性能。

②防止发动机部附件的热损伤，保持各部附件的安全热应力，防止润滑油的恶化等，以确保发动机的可靠性和耐久性。

③燃烧室壁表面温度会影响容积效率（空气或混合气质量），因此应适当调节冷却液的温度，提高容积效率。

2.冷却温度对发动机性能的影响

冷却温度为了符合其目的设定在一定的范围。冷却温度过高或过低都会给发动机带来不良影响，还会导致相关部附件的异常状态。通常，往复式内燃机的冷却液温度范围为70～100℃。

低冷却温度对发动机的影响：

①温度低，会造成不完全燃烧，导致热效率降低，燃料消耗率增加。

②润滑油黏度高，造成摩擦损失增大，输出功率降低。

③燃料不能充分蒸发，会导致起动困难。

④气门间隙会发生变化。

⑤会诱发低温腐蚀。