内燃机原理若干问题的分析研究
Internal Combustion Engine &Parts
1内燃机理想循环的条件
从理论方面讲，就是把内燃机工作流程的抽象化，从而忽略了影响其他的次要素，主要把基本的热力工程作为理想的循环，然后进行相应的计算，从而进一步改善内燃机性能，提升内燃机的经济性和动力性。因此，设计人员可以做出以下几方面的假设：第一，假设内燃机在封闭循环中运行，忽略了排气流动的影响和损失。第二，忽略内燃机在运行过程中产生的传热、摩擦以及漏气以及热力损失。第三，简化内燃机燃烧过程，在等压过程中，对工质进行加热，在放热过程中，视为定容放热。第四，把循环空气假定为理想气体，把比热看作定值，忽略变比热的影响。根据以上假定条件，把整个内燃机简化为定容加热循环，把高增压和低速大型柴油机简化成定压加热循环。
2内燃机爆震燃烧原理分析
早在1938年，麻省理工大学泰勒兄弟的《内燃机原理》中，提出了爆震燃烧理论，就是被人们熟知的“尖锐爆声”、“发火撞振”、“积炭过多”等。经过实际研究得知，在内燃机爆震燃烧过程中，会出现以下几种现象：火焰行程至末端火焰会急剧加剧，压力会明显上升，产生极高的峰值。在内燃机燃烧快要结束的的时候，整个混气中，会产生高频的压力波，火焰辐射能量会大大增强，在这种情况下，压力波会强迫气缸出现震动，从而发出尖锐的爆声。但根据最新研究证明，在整个爆震过程中，受到各种因素的影响，内部化学成分十分复杂，需要结合实际情况进行判定。由此可知，爆震发火速度很快，不会单纯地依靠焰峰燃烧，根据物理原理，最末燃烧的那部分之所以会产生，其原因就是“压热点火”或“自燃点火”。
为了有效提升内燃机的性能，防止出现爆震燃烧现象，需要进一步优化内部结构，分析其中的影响因素，采用有效的解决措施。第一，在实际设计过程中，可以选择最佳的点火提前角，然后分析混合气成分和转速的影响，最大限度减少爆震燃烧的情况，选择最佳的燃料。第二，内燃机构造因素对整个燃烧过程的影响。设计人员需要控制好压缩比，科学合理地分布燃烧室容积，提升抗爆性，保证涡流运动正常运行，有效降低可燃混合气的温度，适当安排火花塞位置和增加进气充量，运用良好的冷却方式。
根据泰勒兄弟的研究，在内燃机内部，由于油料与空气没有完整的掺和，在正常燃烧过程中，压力升高率比点燃机爆震那部份混气的压力升高率要慢，但是在内燃机发动前，具有很长的延迟期，油料与空气混合的效果也会很好，也能短时间内提升压力升高率，也会产生燃机爆震的声波，被称为撞振。在压燃机爆震过程中，火焰就会以很快的速度进行扩散，整个气缸内压力就会急剧上升。
3曲柄连杆机构发动机分析
在曲柄连杆机构发动机运行过程中，不能实现内燃机的理想循环。在内燃机工质燃烧过程中，会产生很大的膨胀力，主要会产生以下几个方面的变量：自身膨胀力、转换变量、容积的增加量、活塞移动的线速度与曲轴的圆周速度等。当最大膨胀力为常数时，转换效率大约为70%，因此，实际运行不可能实现理论的定容加热循环。并且内燃机具体表现为极低的热效率，会产生爆震燃烧。
根据内燃机运行的原理，为了有效分析发动机产生的机械损失，需要明确机械效率的概念：就是发动机的有效功率，通常可以采用倒拖法和灭缸法。其中曲柄连杆机构发动机械损失主要包括内运动件的摩擦损失、附属机构出现损耗以及进排气过程中出现的损耗。
根据机械运行的原理，利用倒拖法和灭缸法并不能准确测量发动机的有效功率。由于发动机气缸做功过程中，气缸压力与压缩过程的气缸压力会相差50%，不在同一条件下进行测量，无法真正测量直线运动机械功作用。因此，针对同一结构的发动机，测量人员可以采用同样的办法，从而有效对比机械损失的大小。
根据前文论述，内燃机出现爆震的原因主要是机械原因和物理原因，主要由于曲柄连杆机构固有作用力以及力学特性和速度特性的不可改变性，因此，设计人员可以实现可燃气体的燃烧过程与曲柄连杆机构的特性配合，保证在热能转化成机械能过程中，防止出现爆震问题，最大限度提升发动机的热效率。与汽油机相比，曲柄连杆机构柴油机在实际燃烧过程中，就会压燃着火，并且混合气燃烧时间比较长，具有较宽的机械功传递范围。因此，在实际运行过程中，柴油机压缩比相对比较高时，不会出现爆震燃烧问题，由此可见，柴油机热效率比汽油机热效率高。
综上所述，本文结合实际情况，针对内燃机原理进行了
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—作者简介:白卫星（1978-），男，河南巩义人，学工办主任，助理实
验师，研究方向为机械、计算机。
内燃机原理若干问题的分析研究
白卫星
（郑州工程技术学院，郑州450044）
摘要:内燃机发明距今已经有100多年的历史了，在推动人类社会进步和便于人们出行方面发挥了重要的作用。内燃机也被称为
曲柄连杆机构发动机，其中汽油机的有效热效率为25-35%，柴油机的有效热效率30-45%。因此，为了进一步提升内燃机的运行效率，本文针对内燃机原理若干问题进行分析。
关键词:内燃机；原理；问题分析