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探析可燃混合气浓度对发动机性能的影响

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楼主
发表于 广东省 2006-2-8 00:40 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  (转)人们常说发动机是摩托车的心脏,而化油器又是发动机的心脏。在发动机组成结构一定的情况下,化油器性能的好坏,对发动机的正常工作起着举足轻重的作用。化油器与发动机的性能匹配,主要是看汽油雾化、气化的效果。本文拟对可燃混合气浓度对发动机性能的影响作一探析,供广大用户和摩托车爱好者参考。

  要使汽油的油滴转变成油雾分子,需要适当的比例及相关的技术参数控制。在化油器的工作原理中,空气与燃油按一定比例形成浓度适宜的混合气,被称为可燃混合气。对于可燃混合气成分的表示方法,欧美、日等国一般都直接以其中所含空气与燃料的质量比——空燃比来表示,常用符号“A/F”。其中,“A”是英语“空气”的字头;“F”是英语“燃料”的字头。在我国习惯用“m”来表示空燃比。在俄罗斯等东欧国家通常的可燃混合气成分指标是用过量空气系数表示,即燃烧1Kg燃料实际供给的空气质量除以完全燃烧1Kg燃料所需的理论空气质量,常用符号为“a”。理论上1Kg质量的汽油完全燃烧所需的空气为14.8Kg≈15 Kg(约3.427 Kg的氧,氧在空气中只占23%),即m=15:1 或a=15:15,即a=1。此时,发动机的动力性和经济性均好,称为标准混合气。当m=(15.75~17.25):1,即a=1.05~1.15时,混合气较稀,燃烧最完全,经济性最好,因而称为经济混合气。由于所供氧气充足,剩余的氧和氮生成氧化氮(NOX)随废气排出。当m=(12~13.5):1,即a=0.8~0.9时,混合气较浓,燃烧速度最快,动力性最好,因而称为功率混合气。此时,废气中的一氧化碳(CO)和未燃烧的燃油—碳氢化合物(HC)排出量较多。当<0.8时,CO和HC显著增多,功率反而下降。当m=18:1,即a>1.2时,混合气过稀、燃烧缓慢、动力性和经济性明显变差。同时,废气中未燃烧的HC也显著增多。经过无数次的科研试验,人们得出一个结论:发动机的最佳的空燃比“m”应控制在13.5~17.25之间,即过量空气系数“a”需调整在0.9~1.15之间最为理想。因此,这些理论数据对于化油器的设计和制造是一个非常重要的参考依据。

[ Last edited by zhangjt932 on 2006-2-8 at 08:41 ]
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沙发
 楼主| 发表于 广东省 2006-2-8 00:40 | 只看该作者
由内燃机原理可知,可燃混合气浓度在形成过程中受多种因素的影响,其中,汽油的蒸发性能影响最大。汽油蒸发性虽然是由其自身的化学组成和馏分组成所决定,但使用条件对其蒸发速度和蒸发量也有一定的影响,下面分别予以阐述:

  1.空气温度

  汽油进入化油器与空气混合时,要吸收空气的热量才能蒸发,因而使空气的温度降低。车用汽油的蒸发量越大,则空气的温度降低越多。降低的数值与汽油蒸发量及汽化热成正比,与汽油单位质量所需空气量及热容成反比。

  1kg汽油蒸发时,要吸收相当于它的汽化热的热量。而在可燃混合气沿化油器和进气管流动过程中,汽油蒸发所需的汽化热只有取自可燃混合气。因此,随着汽油的不断蒸发,可燃混合气的温度就会不断降低。据试验测定,汽油在化油器中蒸发后形成的可燃混合气,其温度比进入化油器的空气温度低18~20℃。由此可见,空气温度的高低,与汽油蒸发量的多少有密切关系。提高汽油发动机的进气温度,能使汽油的表面张力降低,雾化的油粒更细,蒸发面积增大,因而蒸发速度和扩散速度增加,蒸发量变大。但同时应看到,当进气温度升高时,混合气的密度必然减小,进入发动机汽缸的可燃混合气渐少,使充气量不足,发动机功率会降低。

  2. 进气流动速度

  研究可燃混合气形成的过程,有助于深入了解进气流动速度对汽油蒸发似的影响。通过汽油动蒸发模拟装置的试验可以看到,当汽油从化油器喉管处喷出时,在气流的作用下被分成直径不同的油粒,然后呈三种状态经过进气管。一种是已经汽化的油蒸汽;另一种是平均直径为0.2~0.5mm的小油粒,它们漂浮在气流中,如果气流速度快,它们就会被气流产生的动能击碎得更细小,使蒸发和扩散的表面积增大,从而得到较高的蒸发速度、扩散速度和蒸发量;还有一种是大颗粒油滴,因其自身较重,不能被气流携带,故在离化油器喉管约10cm处就落在进气管壁上,形成沿进气管流动的液体油膜。这种油膜的流动速度约为空气速度的1/50,必须依靠高速气流的冲击,才能提高其蒸发量。

  3.可燃混合气浓度

  稀的可燃混合气中,汽油所占的比例小,吸收空气的热量少,扩散速度也快。反过来说,稀的可燃混合气中空气所占比例大,被汽油吸走的热量少,混合气温度降低不多,因而对汽油蒸发有利。随着可燃混合气浓度的提高,汽油的蒸发量就会减少(见表1所示)。

  表1(混合气浓度与蒸发量的关系)

  空气与汽油的质量比(m)
  空气过量系数(a)
  可燃混合气温度为15℃ 进气门内侧气流速度80mm/s时的汽油蒸发量(%)
  19:1
  1.27
  58
  15:1
  1.00
  51
  13:1
  0.87
  43
  11:1
  0.73
  39
  10:1
  0.67
  34

  4. 汽缸壁温度

  可燃混合气进入汽油发动机汽缸后,还没有汽化的油滴因吸收缸壁的热量而汽化,汽缸壁的温度高,则汽油在汽缸内的蒸发量增大,因此,它对发动机冷起动的难易有着十分密切的关系。

  以上四种影响汽油蒸发性的因素说明,要使汽油发动机易于冷起动、升温速度快、耗油率降低、机械磨损小,除了要求油本身应该具有良好的蒸发性外,还与操作汽油发动机的人员有密切关系。如果操作人员熟练,懂得使用条件对蒸发性的影响,根据季节气温变化和汽油发动机的工作情况,采用恰当的措施,适时调整可燃混合气的浓度,适当提高发动机的转速等,就可以使汽油在发动机内的蒸发速度加快,蒸发量增加(见表2所示),从而提高汽油的雾化质量,以便充分发挥发动机的性能。

  表2(汽油发动机汽缸壁温度对汽油蒸发性的影响)
  汽油发动机汽缸壁的温度(℃)
  进气温度为20℃时 汽油在汽缸内的蒸发量(%)
  a=0.7
  a=1.0
  20
  43
  46
  50
  60
  66
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 楼主| 发表于 广东省 2006-2-8 00:41 | 只看该作者
由上述可知,在化油器的设计和实际使用过程中,既要避免可燃混合气过浓,又要避免可燃混合气过稀。可燃混合气过浓或过稀,会对发动机的正常工作造成以下危害:
  
  1.当混合气过浓时,由于燃烧不完全,会使汽缸中产生大量的一氧化碳和游离的炭粒,造成汽缸盖、活塞顶、气门和火花塞积炭,排气管冒蓝烟、排气污染严重。况且,废气中的一氧化碳还可能在排气管中被高温废气引燃,发生排气管“放炮”现象。此外,由于这种混合气的燃烧速度较低,有效功率也将减小,燃油消耗率将大大增加。再有,可燃混合气过浓还会冲刷和破坏汽缸中的润滑油膜,使摩擦副零件的润滑性能得不到可靠保证。混合气过浓会对发动机的怠速性能产生较大的影响,主要表现在怠速转速极不稳定,严重时无怠速,最终导致发动机熄火。此时,若拆下火花塞会发现其电极颜色为黑色,即可确认为可燃混合气过浓。

  2.当混合气过稀时,燃料的燃烧速度降低,有一部分混合气的燃烧,会在活塞向下止点移动时进行(指四冲程发动机,即燃烧室空间容积逐渐增大的情况下)。严重时,燃烧过程甚至会推迟到下一个循环的进气行程开始以后,使残存在汽缸中的火焰由开着的进气门将进气管内和化油器出油腔内混合气点燃,形成回火(也称化油器回火)并产生拍击异声。这部分混合气燃烧不但放出的热量中变为机械功的相对较少,而通过汽缸壁传给冷却水或散热片散失的热量,却相对增多。因此,过稀的混合气会造成发动机过热,输出功率下降。混合气过稀会使其怠速转速偏高,加速回油门时,发动机转速在短时间内难以降到怠速转速。此时拆下火花塞,会发现电极颜色为白色,即可确认为可燃混合气过稀。
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地板
发表于 上海市 2006-6-3 11:21 | 只看该作者
这么好的理论文章竟然没人顶!!!
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5#
发表于 北京市 2006-6-3 13:11 | 只看该作者
是好文章,可惜有点专业,看不太懂。
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6#
发表于 江苏省 2006-6-17 15:22 | 只看该作者
好帖!
顶!!!
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7#
发表于 山东省 2006-6-17 16:05 | 只看该作者
Originally posted by staryin at 20060507 23:22:
好帖!
顶!!! :P:P

顶!!!
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8#
发表于 河南省 2006-6-18 14:19 | 只看该作者
眼看花了,头也看晕了,就是没看懂。不好意思:P
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9#
发表于 北京市 2006-8-8 03:08 | 只看该作者
真是好帖呀
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10#
发表于 湖北省 2006-8-8 03:55 | 只看该作者
要想达到完美境界,只有买电喷摩托啦 ,哈哈!
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11#
发表于 广东省 2006-8-8 06:17 | 只看该作者
好东西,在学习中.
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12#
发表于 北京市 2006-8-8 13:08 | 只看该作者
哇,好帖,可就是没看懂.
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13#
发表于 河南省 2006-11-26 10:05 | 只看该作者
好帖,知识全面,简单易懂
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14#
发表于 河南省 2006-11-26 13:03 | 只看该作者
顶了
好贴
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15#
发表于 福建省 2006-11-26 13:16 | 只看该作者
看了 ,很复杂,顶 下
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16#
发表于 湖南省 2007-1-22 12:57 | 只看该作者
已收藏好
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17#
发表于 浙江省 2007-3-1 12:23 | 只看该作者
这才是调整空然比的根本!!  好贴! 顶了!!!!
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18#
发表于 北京市 2007-3-1 12:40 | 只看该作者
看了!有点明白混合气的原理
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19#
发表于 四川省 2007-3-1 12:51 | 只看该作者
坚决要顶。要让地球人都知道
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20#
发表于 广东省 2007-5-4 17:53 | 只看该作者
相当好的帖子!!
支持楼主,多传些这方面的知识!!
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