積炭對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響
互聯(lián)網(wǎng) xjm82395219邢 汽車(chē)構(gòu)造維修 2008-08-17
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一、燃油系統(tǒng)中積炭形成的原因 jM!Z;L3}fT&yK;P M 日常行駛和保養(yǎng)中的一些不正確操作都會(huì)造成積炭的快速形成，歸納起來(lái)主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于短時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；長(zhǎng)期在低溫，低速狀態(tài)下行駛；長(zhǎng)期在高溫，高速，超負(fù)荷狀態(tài)下工作；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)油封不良；經(jīng)常在灰塵較多的場(chǎng)所中運(yùn)行；汽油標(biāo)號(hào)低，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震；汽油中含有大量的水分和膠質(zhì)。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng):[5G!hK`uz 以上幾種情況可以歸結(jié)為兩種原因：一種是與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況相關(guān)的，如發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于短時(shí)運(yùn)行或者超負(fù)荷運(yùn)行等；另一種是與外部條件相關(guān)的，如燃油品質(zhì)不好或者工作環(huán)境惡劣等。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)``1T4uFP-dD+M 下面我們按照積炭形成的兩種原因分別進(jìn)行分析。 T4@ Id${R 第一種與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況相關(guān)的情況，主要是因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)油封不良，低溫低速或者高溫高速運(yùn)行時(shí)，空燃比不能保證穩(wěn)定在8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)LY;q^h%p 14.7附近并且不能保證燃燒室中的混合氣體完全燃燒，從而造成部分未燃燒的燃料以及滲入的潤(rùn)滑油在燃燒室中混合，同時(shí)會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低的部位，如活塞頂，噴油嘴，火花塞以及節(jié)氣門(mén)內(nèi)側(cè)逐漸凝固成為固體，通過(guò)長(zhǎng)期的積累便會(huì)形成積炭現(xiàn)象。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)A? \O%o0O0mDK,X 第二種是與發(fā)動(dòng)機(jī)所處的外部環(huán)境相關(guān)的，如燃油品質(zhì)不好或者是工作環(huán)境惡劣等。對(duì)于燃油品質(zhì)不好的情況其實(shí)與上面的第一種情況非常相似。因?yàn)榭杖急仁前凑湛諝馀c燃油的體積比值進(jìn)行計(jì)算的，如果燃油品質(zhì)不好，則在進(jìn)入燃燒室燃油體積相同的情況下，實(shí)際可以燃燒的燃油體積比例下降，相當(dāng)于造成空燃比升高，同時(shí)燃油中含有的雜質(zhì)，膠質(zhì)以及空氣灰塵中的硅化物等在燃燒室中發(fā)生氧化，長(zhǎng)期積累后同樣在發(fā)動(dòng)機(jī)中形成了積炭現(xiàn)象。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)5hxVW)T 二、積炭的組成成分以及元素8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng) Wh.z |J 積炭有密實(shí)、疏松、柔軟等各種形態(tài)，其組成隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況、燃料、潤(rùn)滑油性質(zhì)以及進(jìn)入燃燒室中的雜質(zhì)不同而有差異。研究發(fā)現(xiàn)，積炭的組成成分主要有：燃料和潤(rùn)滑油燃燒生成的碳質(zhì)沉積物；汽油中的抗暴劑（四乙基鉛）生成的鉛化物；燃料中的硫燃燒后與金屬生成的鹽類(lèi)；潤(rùn)滑油中的金屬添加劑燃燒后形成的金屬氧化物；空氣攜帶的灰、沙等硅化物；發(fā)動(dòng)機(jī)零件磨損形成的金屬屑及其化合物。積炭中各種元素的質(zhì)量百分比如圖1所示。 .Pq8t6Z| k圖1 積炭中各種元素的質(zhì)量百分比 (J6k?8?^7n Hd6d"a8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)*n`l bZ"G0Z 從圖1中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：金屬元素中鈣鐵的含量較高，其中鐵元素主要來(lái)自于機(jī)械磨損的鐵屑和潤(rùn)滑油氧化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物以及硫酸等無(wú)機(jī)酸對(duì)于缸體的腐蝕；而鈣元素主要來(lái)自于潤(rùn)滑油添加劑。另外，通過(guò)對(duì)積炭進(jìn)行紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)：積炭中存在雙官能團(tuán)以及大量的極性集團(tuán)，因此積炭為極性化合物。正因?yàn)槿绱�，�?dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中形成積炭之后，積炭的形成速度與未形成積炭時(shí)相比會(huì)增加許多。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)s%U L[,g IF ~,H2f c)eErE*f"T三、積炭對(duì)汽車(chē)的影響8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)8J5UP*a5lw 1. 積炭對(duì)動(dòng)力性的影響8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)t nu&z U 對(duì)動(dòng)力性的影響主要表現(xiàn)有：怠速不穩(wěn)、高速失速；難啟動(dòng)、常熄火、動(dòng)力下降；易爆震。積炭為什么會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性呢？8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng) \?d `%f T 首先，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中的氣體流動(dòng)性能，可以影響到燃燒室中的湍流強(qiáng)度，火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俾室约叭紵掷m(xù)時(shí)間，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。當(dāng)進(jìn)氣道中存在積炭現(xiàn)象時(shí)，會(huì)對(duì)進(jìn)氣道中氣流的流動(dòng)特性產(chǎn)生影響，通過(guò)上面的分析可以得出結(jié)論，必然會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng) Il/YXg 其次，由于積炭是熱的不良導(dǎo)體，所以溫度較高，在進(jìn)氣、壓縮過(guò)程中不斷加熱混合氣，從而最終提高了終燃混合氣的溫度；積炭本身占有一定的體積，因而提高了壓縮比。其綜合效果為沉積物的存在使得爆震傾向增加。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng) l#t x9j8G6Lr 最后，因?yàn)榉e炭占據(jù)了燃燒室中一定的體積，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率將會(huì)降低。在汽車(chē)行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和汽車(chē)的行駛的阻力功率總是平衡的。汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率包括滾動(dòng)阻力功率、空氣阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而這些項(xiàng)直接對(duì)應(yīng)的就是汽車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)，所以會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)的動(dòng)力性能下降。 *\;Ht&\ _9k M Q d2. 積炭對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響 )@m#p#P0oO8w g V:FK 積炭的增多會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)異常耗油。對(duì)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估，通常是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線與汽車(chē)功率平衡圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)l9SY8{#ET yCh 8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)/AxM F+\~eI&Go e_ 1_3n-A`5qrBUC 圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)4P l a]4o+i&n| p-k*r 8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)&@UuF0n&{ Z Y Ky 萬(wàn)有特性曲線是一組繪制有等功率和等燃油消耗率曲線，如圖2所示。根據(jù)曲線可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速n，發(fā)出一定功率P時(shí)的燃油消耗率b。計(jì)算時(shí)根據(jù)等速行駛車(chē)速Ua 以及阻力功率P，在萬(wàn)有特性圖上利用插值法可確定相應(yīng)的燃油消耗率b,從而計(jì)算出以該速度行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量Qt為： f&Q {?)N(HG"D,A d u 5yj(pb+na#q O :l `Hy6O!jJYA 其中b為燃油消耗率，g為燃油的重度，假設(shè)燃油品質(zhì)一定的情況下，燃油重度g為一常量。從上面對(duì)于動(dòng)力性的分析中可以得到，當(dāng)存在積炭現(xiàn)象時(shí)將會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，亦即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率將會(huì)降低，則當(dāng)汽車(chē)在以同樣的等速行駛速度行駛時(shí)，為了獲得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)4Y D4o"ub,T’p 3. 積炭對(duì)汽車(chē)排放的影響 7P h9WFV@w*v 積炭對(duì)汽車(chē)排放影響的直觀表現(xiàn)在汽車(chē)冒黑煙。8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)NJi"~xS 燃油在燃燒室中被完全燃燒時(shí)，將只會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水。但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間極短，可燃混合氣不是完全均勻，燃料的氧化反應(yīng)不徹底，所以產(chǎn)生了不完全燃燒產(chǎn)物。一氧化碳是碳?xì)浠衔锶剂显谌紵^(guò)程中生成的中間產(chǎn)物。產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏闹饕緩接校涸谄變?nèi)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生；從燃燒室通過(guò)活塞與汽缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣；從發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)等處蒸發(fā)產(chǎn)生的汽油蒸汽。氮氧化合物的主要來(lái)源是空氣中的氮?dú)狻? O+U T^1KM 影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放性的因素很多，但是具體到積炭方面則主要是表現(xiàn)在過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)排放性的影響。由于發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)積炭層之后將會(huì)吸收部分燃油，從而導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室中的燃油減少，混合氣體的濃度降低，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)。此時(shí)，必須增加燃油的供給量以提高混合氣體的濃度，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)存在積炭現(xiàn)象的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，燃燒室中的混合氣濃度已經(jīng)超過(guò)了正常的濃度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致過(guò)量空氣系數(shù)變小。圖3為排氣污染物與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系圖。從圖3可以看出，在過(guò)量空氣系數(shù)從大變小的過(guò)程中，氮氧化合物的變化趨勢(shì)是逐漸減少，而一氧化碳和碳?xì)浠衔锏暮恐饾u增加。 \a q2m { jbo$z#k0a8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)O(d:KR}.g\ 8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)w^9z5b/hgY 圖3 排氣污染物與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系 g s5_ S.BUj W\8848汽車(chē)技術(shù)網(wǎng)3o0y d-x?/ONe nT 另外，由于積炭占用了燃燒室中的部分體積，從而導(dǎo)致了壓縮比的提高，亦即燃燒室表面積和體積之比（面容比）增加，相對(duì)增加了激冷面積，增加了碳?xì)浠衔锏呐欧帕�。這種現(xiàn)象在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)、怠速和暖機(jī)時(shí)對(duì)于碳?xì)浠衔锏呐欧帕坑绊戄^大。同時(shí)壓縮比的升高，使得最高燃燒溫度增加，氮氧化物的排放量增加。 9vHI[2` a? A JnA9V’u%~/P,z-R~ |
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