影响机械损失的因素及其对汽车的影响

一、气缸直径及活塞行程

根据试验，机械损失功率与气缸直径、活塞行程的大致关系为

式中　D——气缸直径（mm）；

S——活塞行程（mm）；

Dm——曲轴的平均直径（mm）；

K——与气缸数和转速有关的常数。

当发动机工作容积增加，即加大气缸直径或活塞行程时，机械损失功率增加，但因气缸的面积与容积之比（A/V）减小、相对摩擦面积减少，故相对的机械损失减少、机械效率提高。当气缸工作容积一定，而活塞行程、缸径比（S/D）减小时，因活塞平均速度Cm值和A/V值均有所下降，所以机械效率提高。

二、摩擦损失

在机械损失中，摩擦损失所占比例最大，达70％左右，故降低摩擦损失一直是人们极为关注的问题。

1）活塞组件

活塞组件是发动机中主要的摩擦源，主要存在于活塞环、活塞裙部和活塞销的部位。影响摩擦损失的主要因素是活塞环的结构与组合、活塞裙部的几何形状、缸套的温度及配合间隙等。在高速车用汽油机中，为减少摩擦损失采取的措施有以下两种。

（1）减少活塞环数目，如由三道环（二气一油）减至二道环（一气一油），甚至一道环；减薄活塞环厚度，目前已有2～3 mm的气环。

（2）减少活塞裙部的接触面积，如在裙部加装凸起物，制成骨架式结构；在裙部涂固体润滑膜等。

2）曲轴组件

曲轴摩擦源于轴颈与轴承及其密封装置，一般滑动阻力与轴颈的直径和宽度的立方成正比。因此，减少摩擦的主要措施是减小运动件的惯性质量，如减小活塞、活塞销、连杆的质量等，还可以通过降低轴承负荷，减小轴承宽度和轴径。(www.xing528.com)

3）配气机构

气门机构在发动机整个工作范围均承受高负荷，在较低转速时作用于气门上的负荷主要由弹簧力引起；在较高转速时零件质量引起的惯性力占主导地位。减小配气机构运动件质量（如已有气门导杆直径减至2～3 mm）、降低弹簧负荷、在摇臂与凸轮接触面处加入滚动轴承等，都是减小配气机构摩擦损失的有效措施。

三、转速n（或活塞平均速度Cm）

发动机转速上升（Cm随之加大），致使各摩擦副间相对速度增加，活塞侧压力和轴承负荷均增高，曲柄连杆机构的惯性力加大，泵气损失加大，驱动附件消耗的功多，摩擦损失增加。

机械效率随转速变化的大致关系如图1.12所示。随转速上升，摩擦损失所占比例明显加大，且在转速大致相同的情况下，柴油机摩擦损失大于汽油机，这是由柴油机压缩比高、气缸压力高、运动部件质量大引起的。

四、负荷

当发动机转速一定而负荷减小时（在汽油机中是减少混合气量，在柴油机中是减小供油量），平均指示压力pmi随之下降，而平均机械损失压力pmm变化很小（图1.13），因为pmm的大小主要决定于摩擦副的相对速度和惯性力大小。图1.13所示为pmi、pmm、ηm随负荷变化的关系。

图1.12　机械效率与转速的关系

图1.13　机械效率与负荷的关系

五、润滑油品质和冷却液温度

在机械损失中，摩擦损失占的比例最大，达70％左右，而润滑油（常称全损耗系统用油）的黏度对摩擦损失的大小有重要影响。

全损耗系统用油黏度即稠稀程度表示了流体分子之间内摩擦力的大小，黏度大，全损耗系统用油内摩擦力大、流动性差，使摩擦损失增加，但它的承载能力强，易于保持液体的润滑状态。反之，全损耗系统用油黏度小、流动性好。

冷却液温度直接影响燃烧过程和传热损失，同时会对全损耗系统用油黏度和摩擦损失产生一定的影响。在发动机使用过程中，应严格保持一定的油温和冷却液温度，即限制其在一定热力状态下工作。提高冷却液温度对性能有益，但受水的沸点限制，一般水冷式发动机冷却液温度多在80～95℃。