设计因素与行程长度的关系及其影响分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：行程S在发动机设计中成为唯一的变数。气缸内径B与冲程S之间的比值，即Rsb的选择与发动机性能息息相关，因此在发动机设计因素中非常重要。这表示气门直径dV与侧压Fn在几何学上相互有关联。从图3-16中可以看出，行程越短，随Rsb传递到气缸、活塞的热量比率越大。因此，可以得出对于左右热传递的ψ值来说存在最佳的Rsb。这表示减少了同等量的冷却损失。

1.压缩比

图3-14所示为实际发动机中压缩比对发动机指示热效率的影响。运行条件为，理论空燃比下几乎没有泵气损失的全负荷状态。在图中同时显示了空气标准循环和燃料-空气循环的理论热效率。在压缩比相同的条件下，实际循环热效率为燃料-空气循环的75%～85%。可以看出，虽然热效率随压缩比的增大而同时增加，但其增加的幅度随压缩比越大而减小。

图3-14 实际发动机的指示热效率

2.气缸直径与行程比

根据式（3.25a），活塞比功率与平均有效压力p_m，e和活塞平均速度v_p，m的乘积成正比，因其活塞平均速度v_p，m在相同的工作容积V_h下随行程S的不同而不一样，因此有必要考虑冲程S的影响。行程S在发动机设计中成为唯一的变数。对此有必要进一步进行探讨。

气缸内径B与冲程S之间的比值，即R_sb（=S/B）的选择与发动机性能息息相关，因此在发动机设计因素中非常重要。如果采用大R_sb值，只能采用小型气缸内径，气缸内径小必然会导致气门面积A_v（或气门孔直径d_v）减小。还有，R_sb与影响输出功率的活塞摩擦力，即侧压（侧向推力：Side thrust）F_n也有关联。

活塞往复运动时的转矩，参考图3-15所示的活塞-曲柄机构，有

由此可知

如果各运动转矩M相同，（活塞与曲轴之间的距离）会影响F_n。这表示气门直径d_V与侧压F_n在几何学上相互有关联。

下面对R_sb与压缩比之间的关系进行探讨。压缩比越大，燃烧室的几何学形状越平整，使燃烧室表面积与容积比越大。这表示，当发动机的工作容积V_h一定时，对比长行程发动机，短冲程发动机的气缸内径大，因此行程越短其发动机表面积越大，热损失越大。活塞的热负荷与活塞头部受到的热量成正比，另外活塞面积与活塞直径B的平方成正比，因此越是行程短的发动机，其活塞头部的温度越高。从图3-16中可以看出，行程越短，随R_sb（=S/B）传递到气缸、活塞的热量比率越大。

下边对随燃烧室表面积与容积比ψ（=A/V）的传热量进行探讨。气缸容积为燃烧室容积与工作容积之和。在此，利用燃烧室容积（与活塞的位置无关）相关的表面积与容积之比进行探讨。燃烧室容积相关的气缸盖与活塞之间的距离x可以利用压缩比ε以下式进行推算：