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基于使用因素的發(fā)動機爆震燃燒現(xiàn)象

發(fā)布時間:2015-03-23

    行駛中的摩托車,特別是在高溫狀態(tài)下和總行程較高時,經(jīng)常會突發(fā)一種清脆的爆炸聲,這就是發(fā)動機的爆震燃燒現(xiàn)象。現(xiàn)就使用因素對該現(xiàn)象的成因和防止措施作一分析。 

  一、摩托車發(fā)動機的正常燃燒 

  摩托車汽油機一般是在氣缸外部使燃油與空氣混合,進入氣缸到壓縮終了時已形成大體均勻的混合氣,之后依靠電火花強制點火形成火焰中心并向未燃混合氣體傳播,最后完成燃燒。如果燃燒由定時的電火花點火,首先使火花塞電極間隙內(nèi)的混合氣體形成微小火焰核,同時火焰具有向相鄰的混合氣以30m~50m/s的速度連續(xù)傳播的能力,進而把火焰?zhèn)鞅檎麄€燃燒室,這稱為發(fā)動機的正常燃燒。 

  摩托車發(fā)動機的燃燒過程分為著火延遲期、急燃期、后燃期3個過程。 

  第一階段為著火延遲期,指從電火花跳火到點燃混合氣形成火焰中心為止的一段時間。 

  第二階段為急燃期,指火焰由火焰中心傳遍整個燃燒室的階段。亦稱火焰?zhèn)鞑ルA段。它是汽油機燃燒的主要時期。 

  第三階段為后燃期,指急燃期終點到燃油基本完全燃燒為止期間的燃燒。在后燃期中,主要是火焰前鋒后未及時燃燒的燃油再燃燒,及粘附在氣缸壁上的未燃混合氣層的繼續(xù)燃燒。 

  二、發(fā)動機不正常燃燒 

  摩托車在某種條件下,如溫度過高、壓縮比過高等,發(fā)動機的燃燒會出現(xiàn)不正常現(xiàn)象,壓力曲線出現(xiàn)了高頻大振幅波動,上止點附近的dp/dt值急劇變動,此時火焰?zhèn)鞑ニ俣群突鹧嫘螤罹l(fā)生急劇變化,該現(xiàn)象稱為爆燃燃燒。 

  爆燃產(chǎn)生的機理為電火花點火后,火焰以30m~80m/s的正常速度向前傳播,終燃混合氣(指最后燃燒位置上的那部分混合氣)因受燃燒氣體的壓縮和熱輻射影響,其壓力、溫度升高,從而加速了燃燒先期的化學(xué)反應(yīng)并放出熱量,使其本身的溫度不斷升高。如果在正常火焰前鋒面尚未到達之前,部分終燃混合氣的先期化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)完成,產(chǎn)生了一個或多個新火焰中心,并從這些中心以100m~300m/s(輕微爆燃)直到800m~1000m/s或更高(強烈爆燃)的速度傳播,終燃混合氣將被迅速燃燒完畢。因此,發(fā)動機爆燃現(xiàn)象就是終燃混合氣的自燃現(xiàn)象。 

  三、爆震燃燒的外部特征及危害 

  發(fā)動機爆震燃燒有較明顯的外部特征,具體表現(xiàn)為: 

  1、發(fā)出清脆的金屬敲缸聲,也即前面所述的爆炸聲。 

  2、在輕微爆震燃燒時,發(fā)動機功率略有增加,但強烈爆震時,發(fā)動機功率下降,工作變得不穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速下降,發(fā)動機出現(xiàn)較大振動。 

  3、冷卻系統(tǒng),如冷卻水、潤滑油等溫度上升。 

  4、機體組件溫度升高。 

  發(fā)動機爆震燃燒的危害非常大,其主要具體表現(xiàn)為: 

  1、熱效率降低,輸出功率下降,行駛中的車開始出現(xiàn)行駛無力。 

  2、氣缸過熱。受燃燒惡化的影響,傳熱受阻,冷卻系統(tǒng)溫度明顯增高,導(dǎo)致發(fā)動機過熱。 

  3、零件應(yīng)力增加。由于熱量過大,主要零件如活塞、氣缸蓋、氣門、氣缸體等零件受熱力影響,使原本較大的應(yīng)力變得復(fù)雜且紊亂,零件長期在爆震燃燒環(huán)境下工作,其壽命會大大縮短。 

  4、有害排放物明顯增多。由于燃燒效果下降,發(fā)動機排入的CO量成倍上升,外部特征可看出消聲器排出的煙霧增多,對大氣環(huán)境造成很大的破壞。 
四、引起爆震燃燒的原因 

  1、燃油的影響?,F(xiàn)代發(fā)動機使用的燃油均經(jīng)過抗爆處理,如果燃油含雜質(zhì)較多,或燃油為非純正油品,燃燒效果受影響,燃燒室積炭將增加,終燃混合氣越容易被積炭中的小火星點燃。 

  2、點火提前角。增大點火提前角,爆震燃燒傾向加大,正規(guī)廠家的摩托車點火提前角在出廠時已調(diào)整到最佳角度,一般使用者不用進行調(diào)整。 

  3、轉(zhuǎn)速的影響。轉(zhuǎn)速增加,火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?,終燃混合氣溫度下降,故使爆震燃燒傾向下降。 
4、負荷的影響。在轉(zhuǎn)速一定而節(jié)氣門關(guān)小或負荷減小時,由于殘余廢氣系數(shù)增大,氣缸壁散熱損失相對增加,循環(huán)最高壓力下降,爆震燃燒傾向隨之下降。 

  5、混合氣濃度的影響。當(dāng)混合氣濃度在α=0.8~0.9時,爆震燃燒傾向最大,過濃過稀的混合氣都有助于減少爆震燃燒的發(fā)生。 

  6、燃燒室沉積物的影響。由于發(fā)動機工作時間過長且又未進行必要的保養(yǎng),燃燒室的積炭厚度不斷增加,沉積物的溫度較高,在進氣和壓縮過程中不斷加熱混合氣,沉積物又是高熱的不良導(dǎo)體,從而提高了終燃混合氣的溫度。 
五、發(fā)動機爆震燃燒的防止措施 

  1、使用純正高品質(zhì)的燃料,可有效防止爆震燃燒的發(fā)生,目前這一措施得到廣泛應(yīng)用;經(jīng)常清洗油箱,不在燃料中添加其它物料。 

  2、降低終燃混合氣的溫度要采用降低冷卻系統(tǒng)的溫度,如保持機體組件外觀清潔,保持潤滑油道的暢通和潤滑油的清潔度等。 

  3、使用過濃或過稀的混合氣,行駛過程中用加大油門的方法提高供油濃度較為有效,采用過稀混合氣的方法一般駕駛員不易掌握,反而會使發(fā)動機熄火。 
4、降低終燃混合氣壓力可采用進氣節(jié)流,如在有條件的發(fā)動機上將阻風(fēng)門的開度調(diào)整到90%、80%等。 

  5、提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速如換高擋位、加大燃油的供給等,都可有效防止爆震燃燒。 
以上為僅從使用或運轉(zhuǎn)角度對摩托車發(fā)動機爆震燃燒現(xiàn)象作了分析,而爆震燃燒現(xiàn)象還與氣缸直徑,火花塞位置,氣缸體、氣缸蓋、活塞材料,燃燒室結(jié)構(gòu)等因素有緊密地聯(lián)系,屬于摩托車和發(fā)動機專業(yè)研發(fā)人員在摩托車和發(fā)動機出廠前應(yīng)做的工作,這里不一一述說。此外,發(fā)動機爆震燃燒與消聲器放炮是兩處完全性質(zhì)不同的聲響,消聲器放炮主要是在消聲器中段處由積炭火星引發(fā)的爆炸聲響,本文不作討論。