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基于使用因素的发动机爆震燃烧现象

2009-4-14  来源:不详 阅读次数:12671
行驶中的摩托车,特别是在高温状态下和总行程较高时,经常会突发一种清脆的爆炸声,这就是发动机的爆震燃烧现象。现就使用因素对该现象的成因和防止措施作一分析。

一、摩托车发动机的正常燃烧

摩托车汽油机一般是在气缸外部使燃油与空气混合,进入气缸到压缩终了时已形成大体均匀的混合气,之后依靠电火花强制点火形成火焰中心并向未燃混合气体传播,最后完成燃烧。如果燃烧由定时的电火花点火,首先使火花塞电极间隙内的混合气体形成微小火焰核,同时火焰具有向相邻的混合气以30m~50m/s的速度连续传播的能力,进而把火焰传遍整个燃烧室,这称为发动机的正常燃烧。

摩托车发动机的燃烧过程分为着火延迟期、急燃期、后燃期3个过程。

第一阶段为着火延迟期,指从电火花跳火到点燃混合气形成火焰中心为止的一段时间。

第二阶段为急燃期,指火焰由火焰中心传遍整个燃烧室的阶段。亦称火焰传播阶段。它是汽油机燃烧的主要时期。

第三阶段为后燃期,指急燃期终点到燃油基本完全燃烧为止期间的燃烧。在后燃期中,主要是火焰前锋后未及时燃烧的燃油再燃烧,及粘附在气缸壁上的未燃混合气层的继续燃烧。

二、发动机不正常燃烧

摩托车在某种条件下,如温度过高、压缩比过高等,发动机的燃烧会出现不正常现象,压力曲线出现了高频大振幅波动,上止点附近的dp/dt值急剧变动,此时火焰传播速度和火焰形状均发生急剧变化,该现象称为爆燃燃烧。

爆燃产生的机理为电火花点火后,火焰以30m~80m/s的正常速度向前传播,终燃混合气(指最后燃烧位置上的那部分混合气)因受燃烧气体的压缩和热辐射影响,其压力、温度升高,从而加速了燃烧先期的化学反应并放出热量,使其本身的温度不断升高。如果在正常火焰前锋面尚未到达之前,部分终燃混合气的先期化学反应已经完成,产生了一个或多个新火焰中心,并从这些中心以100m~300m/s(轻微爆燃)直到800m~1000m/s或更高(强烈爆燃)的速度传播,终燃混合气将被迅速燃烧完毕。因此,发动机爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象。

三、爆震燃烧的外部特征及危害

发动机爆震燃烧有较明显的外部特征,具体表现为:

1、发出清脆的金属敲缸声,也即前面所述的爆炸声。

2、在轻微爆震燃烧时,发动机功率略有增加,但强烈爆震时,发动机功率下降,工作变得不稳定,转速下降,发动机出现较大振动。

3、冷却系统,如冷却水、润滑油等温度上升。

4、机体组件温度升高。

发动机爆震燃烧的危害非常大,其主要具体表现为:

1、热效率降低,输出功率下降,行驶中的车开始出现行驶无力。

2、气缸过热。受燃烧恶化的影响,传热受阻,冷却系统温度明显增高,导致发动机过热。

3、零件应力增加。由于热量过大,主要零件如活塞、气缸盖、气门、气缸体等零件受热力影响,使原本较大的应力变得复杂且紊乱,零件长期在爆震燃烧环境下工作,其寿命会大大缩短。

4、有害排放物明显增多。由于燃烧效果下降,发动机排入的CO量成倍上升,外部特征可看出消声器排出的烟雾增多,对大气环境造成很大的破坏。

四、引起爆震燃烧的原因

1、燃油的影响。现代发动机使用的燃油均经过抗爆处理,如果燃油含杂质较多,或燃油为非纯正油品,燃烧效果受影响,燃烧室积炭将增加,终燃混合气越容易被积炭中的小火星点燃。

2、点火提前角。增大点火提前角,爆震燃烧倾向加大,正规厂家的摩托车点火提前角在出厂时已调整到最佳角度,一般使用者不用进行调整。

3、转速的影响。转速增加,火焰传播速度提高,终燃混合气温度下降,故使爆震燃烧倾向下降。

4、负荷的影响。在转速一定而节气门关小或负荷减小时,由于残余废气系数增大,气缸壁散热损失相对增加,循环最高压力下降,爆震燃烧倾向随之下降。

5、混合气浓度的影响。当混合气浓度在α=0.8~0.9时,爆震燃烧倾向最大,过浓过稀的混合气都有助于减少爆震燃烧的发生。

6、燃烧室沉积物的影响。由于发动机工作时间过长且又未进行必要的保养,燃烧室的积炭厚度不断增加,沉积物的温度较高,在进气和压缩过程中不断加热混合气,沉积物又是高热的不良导体,从而提高了终燃混合气的温度。

五、发动机爆震燃烧的防止措施

1、使用纯正高品质的燃料,可有效防止爆震燃烧的发生,目前这一措施得到广泛应用;经常清洗油箱,不在燃料中添加其它物料。

2、降低终燃混合气的温度要采用降低冷却系统的温度,如保持机体组件外观清洁,保持润滑油道的畅通和润滑油的清洁度等。

3、使用过浓或过稀的混合气,行驶过程中用加大油门的方法提高供油浓度较为有效,采用过稀混合气的方法一般驾驶员不易掌握,反而会使发动机熄火。

4、降低终燃混合气压力可采用进气节流,如在有条件的发动机上将阻风门的开度调整到90%、80%等。

5、提高发动机转速如换高挡位、加大燃油的供给等,都可有效防止爆震燃烧。以上为仅从使用或运转角度对摩托车发动机爆震燃烧现象作了分析,而爆震燃烧现象还与气缸直径,火花塞位置,气缸体、气缸盖、活塞材料,燃烧室结构等因素有紧密地联系,属于摩托车和发动机专业研发人员在摩托车和发动机出厂前应做的工作,这里不一一述说。此外,发动机爆震燃烧与消声器放炮是两处完全性质不同的声响,消声器放炮主要是在消声器中段处由积炭火星引发的爆炸声响,本文不作讨论。


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