可燃混合氣對發(fā)動機(jī)性能的影響

可燃混合氣對發(fā)動機(jī)性能的影響四川省樂山師范學(xué)院物電系胡痔楊杰摩托車發(fā)動機(jī)所稱可燃混合氣即指的是空氣與汽油的結(jié)合物。其濃度（成分）對發(fā)動機(jī)的動力指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響非常大。它將直接影響用戶的使用好壞。作者在教學(xué)、實驗（實習(xí)）過程中，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生甚至一些維修技術(shù)人員在對化油器、空濾器實施清洗調(diào)試維修過程中，總是容易出現(xiàn)這樣或那樣的問題，引起用戶的不滿，嚴(yán)重者還會引發(fā)糾紛。問題的癥結(jié)在于不了解可燃混合氣濃度（成分）對發(fā)動機(jī)性能有著較大的影響，工作隨意性而導(dǎo)致的。我們希望能夠借助本文同大家共同討論可燃混合氣濃度（成分）對發(fā)動機(jī)性能的影響，以減少維修工作中的誤區(qū)，提高維修技術(shù)水平。摩托車可燃混合氣形成的裝置是化油器，化油器的供給規(guī)律取決于空氣流入規(guī)律和燃油的流出規(guī)律。我們知道，汽油必須要蒸發(fā)為液態(tài)后才能與空氣均勻混合，且須在化油器中以很短的時間形成高質(zhì)量的可燃燒的混合氣供給發(fā)動機(jī)。一般從理論上認(rèn)為，1kg的汽油要完全燃燒所需要的空氣為14.8:1kg。所以我們把空燃比為14.8:1的可燃混合氣稱之為理論混合氣。如空燃比小于14.8:1，則提示汽油含量較大，為濃混合氣。將空燃比大于14.8:1的可燃混合氣定義為稀混合氣。事實上不同的燃料，其理論空燃比數(shù)值是不相同的。中國方面是采用過量空氣系數(shù)（。）來表述可燃混合氣濃度（成分）指標(biāo)。即：a=—燃燒—g燃料——供^給的■空氣質(zhì)— 1kg燃料完全燃燒后所需的理論空氣質(zhì)量由上式可知，這種表述方法同使用何種燃料無關(guān)，將a=1的可燃混合氣稱為標(biāo)準(zhǔn)混合氣；a<1的為濃混合氣；a〉1的則為稀混合氣。一般來說，可燃混合氣的成分對發(fā)動機(jī)性能的影響是生產(chǎn)廠家通過試驗來確定的。假定在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一定和節(jié)氣門全開的情況下，流經(jīng)化油器的空氣量為一定值。此時，我們通過改變汽油主量孔的尺寸來改變供油量，就可得到不同的過量空氣系數(shù)的可燃混合氣。圖1就是分別以不同的a值的可燃混合氣供入發(fā)動機(jī)，并測定出相應(yīng)的發(fā)動機(jī)的功率0）和燃料消耗率（g）。據(jù)實驗結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)功率和燃料消耗率都是同過量空氣系數(shù)有關(guān)的。圖1為一汽油機(jī)在轉(zhuǎn)速不變和節(jié)氣門全開條件下試驗所得Pe和ae隨。值而變化的關(guān)系，圖示中的縱坐標(biāo)為Pe和g°的相對值（用百分?jǐn)?shù)%表示）。在功率坐標(biāo)上，以使用各種濃度的混合氣所得到的各種不同的功率值中的最大值為100%；而在燃料消耗率坐標(biāo)上，這一個個燃料消耗率值中最小者為100%。從理論上講，當(dāng)a=1時，汽缸里空氣中的氧正好可使其中的全部燃料完全燃燒。但實際上無法做到，受時間及空間條件的限制，汽油微粒和蒸汽不可能及時的與空氣絕對均勻地混合，因此，即便當(dāng)。=1時，汽油也不可能完全燃燒。要想使可燃混合氣中的汽油能夠完全燃燒，可燃混合氣的含量必須是a〉1的偏稀混合氣。從圖1中可以看出，該發(fā)動機(jī)在a=1.1時，燃料消耗率處于最低谷，即經(jīng)濟(jì)性最好。這就說明在這種濃度的可燃混合氣中，有適量富余的空氣，才可能使汽油完全燃燒。經(jīng)驗表明，對于不同的汽油機(jī)，最低燃料消耗率的可燃混合氣成分不盡相同，一般a在1.05?1.15的范圍內(nèi)。如果可燃混合氣過?。╝〉1.05?1.15），雖然可燃混合氣中的空氣是可以將汽油完全燃燒，但是，由于過稀的可燃混合氣會使油分子間的距離延長，燃燒速度減慢，在燃燒過程中，有很大一部分可燃混合氣的燃燒可能會在活塞向下止點（BDC）移動時，燃燒空間容積很快增大的情況下進(jìn)行的，這部分可燃混合氣燃燒后釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的相對減少，而通過汽缸壁傳給散熱片（風(fēng)冷機(jī)）或冷卻液（水冷機(jī)），散失的熱量相對增多，使汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動力性都相應(yīng)變差。如可燃混合氣出現(xiàn)嚴(yán)重的過稀，燃燒過程甚至可能拖延到下一個循環(huán)的進(jìn)氣過程開始以后，這時殘存于汽缸中的火焰將通過開啟的進(jìn)氣門，將進(jìn)氣管中的新鮮的可燃混合氣點燃，造成進(jìn)氣管回火，產(chǎn)生拍擊聲。加之過稀的可燃混合氣燃燒時，單位容積的可燃混合氣所能放出的熱量也較少。結(jié)果造成汽油機(jī)輸出的功率下降。因此對發(fā)動機(jī)不能供給這種過稀的混合氣。之所以有些發(fā)動機(jī)在大修或清洗化油器后，容易出現(xiàn)發(fā)動機(jī)溫度過高，冷車啟動困難，甚至有些發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速段一旦遇到顛簸路面時，就出現(xiàn)只要一抖動就要熄火的怪現(xiàn)象。實質(zhì)上，就是維修技術(shù)人員經(jīng)意或不經(jīng)意之間使化油器向發(fā)動機(jī)提供了較稀的可燃混合氣造成的。如果可燃混合氣稀釋到。=1.3?1.4時，燃料分子之間的距離將進(jìn)一步加大，當(dāng)增大到使可燃混合氣的火焰都無法傳播的程度，發(fā)動機(jī)就不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，甚至缺火停轉(zhuǎn)。在摩托車技術(shù)中，我們將此a值稱為過量空氣系數(shù)的火焰?zhèn)鞑ハ孪蕖膱D1還可以看出，當(dāng)節(jié)氣門處于全開狀態(tài)，而轉(zhuǎn)速保持一定的情況下，過量空氣系數(shù)為0.88時，發(fā)動機(jī)輸出的功率最大。對不同的汽油機(jī)來說，過量空氣系數(shù)a=0.85?0.95時的可燃混合氣中，汽油分子相對較多，混合氣燃燒速度最快，熱損失最小。假定其他條件相同的話，用這種濃度的可燃混合氣工作的汽油機(jī)所能輸出的功率將是最大的。但是這種可燃混合氣中的空氣氧含量不足，必然會有一部分汽油不能完全燃燒，因而使發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性最差，廢氣中的CO和HC的含量也較高。如可燃混合氣過濃到過量空氣系數(shù)a<0.88的情況下，由于燃燒很不完全，汽缸中將產(chǎn)生大量的CO和游離的碳粒，造成汽缸蓋、活塞頂、氣門和火花塞積碳，排氣管冒黑煙，排氣污染嚴(yán)重。廢氣中的CO還可能被排氣管中的高溫廢氣引燃，出現(xiàn)排氣管“放炮”此外，由于這種可燃混合氣的燃燒速度非常低，有效功率也隨之減小，燃油消耗率則顯著增高。而當(dāng)可燃混合氣加濃到a=0.4?0.5左右時，由于燃燒過程中嚴(yán)重缺氧，也將使火焰不能傳播，此a值稱為過量空氣系數(shù)的火焰?zhèn)鞑ド舷蕖Ｔ趯嶋H工作中，部分維修技術(shù)人員在處理摩托車發(fā)動機(jī)高速回油熄火問題上，普遍認(rèn)為是怠速較低或可燃混合氣偏稀，但調(diào)整又往往無效，這尤其在氣溫升高變化時更明顯，如將可燃混合氣濃度稍微調(diào)稀些，問題則會得到解決，其原因就在于發(fā)動機(jī)的可燃混合氣濃度本身偏濃，而急速的回節(jié)氣門，必然造成汽缸里的可燃混合氣變得更濃，當(dāng)達(dá)到火焰的傳播上限時，燃燒不能繼續(xù)，發(fā)動機(jī)也就自然要熄火。由上分析可知，要保證發(fā)動機(jī)能可靠地穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。汽油機(jī)工作時，所用可燃混合氣的濃度（成分）應(yīng)在0.8?1.2范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般在節(jié)氣門全開條件下，所用可燃混合氣的a=0.85?0.95時，發(fā)動機(jī)可得到較大功率，當(dāng)a=1.05?1.15時發(fā)動機(jī)可得到較好的經(jīng)濟(jì)性。將節(jié)氣門置于不同開度時，重復(fù)上述實驗便可發(fā)現(xiàn)節(jié)氣門開度愈?。òl(fā)動機(jī)負(fù)荷愈小）則相應(yīng)于發(fā)動機(jī)最大功率的。值也愈小。表示這種變化規(guī)律的圖線即為圖2中的曲線1。同樣，在各種不同的節(jié)氣門開度下（發(fā)動機(jī)在各種不同的負(fù)荷下），都存在著一個燃油消耗率最低的a值，但其數(shù)值也隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小而降低，如圖2中的曲線2所示。該曲線說明，最經(jīng)濟(jì)的可燃混合氣并不總是稀的。在小負(fù)荷范圍內(nèi)，混合氣也要變得較濃（并非很濃）才能保證發(fā)動機(jī)工作處于最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)?；推鞴┙o的混合氣的理想濃度（成分）其a值應(yīng)在曲線1和曲線2之間，即曲線3。實際上，對于一定的發(fā)動機(jī)，相應(yīng)于一定工況，化油器只能供給一定a值的可燃混合氣，該a值究竟應(yīng)照顧發(fā)動機(jī)功率的要求，還是照顧發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性的要求，即a值是靠近曲線1還是靠近曲線2,或者二者都適當(dāng)兼顧，在某一段靠近曲線1另一段又靠近曲線2。這就要根據(jù)摩托車及其發(fā)動機(jī)的工況進(jìn)行具體分析確定。事實上，由于摩托車在使用過程中，路面性質(zhì)及道路情況十分復(fù)雜，加之，作為摩托車動