積炭對發(fā)動機性能影響

m.bomingjun.com 來源：互聯網作者：xjm82395219邢類別：汽車構造維修時間：2008-08-17

一、燃油系統中積炭形成的原因
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造成積炭的快速形成，歸納起來主要有：發(fā)動機經常處于短時運行狀態(tài)；長期在低溫，低速狀態(tài)下行駛；長期在高溫，高速，超負荷狀態(tài)下工作；發(fā)動機進氣門油封不良；經常在灰塵較多的場所中運行；汽油標號低，發(fā)動機爆震；汽油中含有大量的水分和膠質。8848汽車技術網:[5G!hK`uz
    以上幾種情況可以歸結為兩種原因：一種是與發(fā)動機運行工況相關的，如發(fā)動機經常處于短時運行或者超負荷運行等；另一種是與外部條件相關的，如燃油品質不好或者工作環(huán)境惡劣等。8848汽車技術網``1T4uFP-dD+M
    下面我們按照積炭形成的兩種原因分別進行分析。
T4@ Id${R    第一種與發(fā)動機運行工況相關的情況，主要是因為當發(fā)動機長時間處于超負荷，發(fā)動機進氣門油封不良，低溫低速或者高溫高速運行時，空燃比不能保證穩(wěn)定在8848汽車技術網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滑油在燃燒室中混合，同時會在發(fā)動機溫度較低的部位，如活塞頂，噴油嘴，火花塞以及節(jié)氣門內側逐漸凝固成為固體，通過長期的積累便會形成積炭現象。8848汽車技術網A? \O%o0O0mDK,X
    第二種是與發(fā)動機所處的外部環(huán)境相關的，如燃油品質不好或者是工作環(huán)境惡劣等。對于燃油品質不好的情況其實與上面的第一種情況非常相似。因為空燃比是按照空氣與燃油的體積比值進行計算的，如果燃油品質不好，則在進入燃燒室燃油體積相同的情況下，實際可以燃燒的燃油體積比例下降，相當于造成空燃比升高，同時燃油中含有的雜質，膠質以及空氣灰塵中的硅化物等在燃燒室中發(fā)生氧化，長期積累后同樣在發(fā)動機中形成了積炭現象。8848汽車技術網5hxVW)T
二、積炭的組成成分以及元素8848汽車技術網 Wh.z |J
    積炭有密實、疏松、柔軟等各種形態(tài)，其組成隨發(fā)動機工況、燃料、潤滑油性質以及進入燃燒室中的雜質不同而有差異。研究發(fā)現，積炭的組成成分主要有：燃料和潤滑油燃燒生成的碳質沉積物；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；潤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)動機零件磨損形成的金屬屑及其化合物。積炭中各種元素的質量百分比如圖1所示。
.Pq8t6Z| k圖1 積炭中各種元素的質量百分比

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    從圖1中的數據可以發(fā)現：金屬元素中鈣鐵的含量較高，其中鐵元素主要來自于機械磨損的鐵屑和潤滑油氧化產生的酸性產物以及硫酸等無機酸對于缸體的腐蝕；而鈣元素主要來自于潤滑油添加劑。另外，通過對積炭進行紅外光譜分析發(fā)現：積炭中存在雙官能團以及大量的極性集團，因此積炭為極性化合物。正因為如此，當汽車發(fā)動機中形成積炭之后，積炭的形成速度與未形成積炭時相比會增加許多。8848汽車技術網s%UL[,gIF ~,H2f

c)eErE*f"T三、積炭對汽車的影響8848汽車技術網8J5UP*a5lw
1. 積炭對動力性的影響8848汽車技術網tnu&z U
    對動力性的影響主要表現有：怠速不穩(wěn)、高速失速；難啟動、常熄火、動力下降；易爆震。積炭為什么會影響發(fā)動機的動力性呢？8848汽車技術網\?d`%fT
    首先，發(fā)動機進氣道中的氣體流動性能，可以影響到燃燒室中的湍流強度，火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俾室约叭紵掷m(xù)時間，從而對發(fā)動機的動力性和經濟性產生影響。當進氣道中存在積炭現象時，會對進氣道中氣流的流動特性產生影響，通過上面的分析可以得出結論，必然會影響到發(fā)動機的動力性和經濟性。8848汽車技術網 Il/YXg
    其次，由于積炭是熱的不良導體，所以溫度較高，在進氣、壓縮過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汽車技術網 l#tx9j8G6Lr
    最后，因為積炭占據了燃燒室中一定的體積，在發(fā)動機功率不變的前提下，發(fā)動機的輸出功率將會降低。在汽車行駛過程中，發(fā)動機功率和汽車的行駛的阻力功率總是平衡的。汽車的運動阻力所消耗的功率包括滾動阻力功率、空氣阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而這些項直接對應的就是汽車動力性指標，所以會導致汽車的動力性能下降。
*\;Ht&\ _9kM Qd2. 積炭對經濟性的影響
)@m#p#P0oO8w g V:FK    積炭的增多會導致發(fā)動機異常耗油。對汽車燃油經濟性的評估，通常是根據發(fā)動機的萬有特性曲線與汽車功率平衡圖來進行計算。8848汽車技術網l9SY8{#ET yCh
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圖2 發(fā)動機萬有特性曲線8848汽車技術網4P l a]4o+i&n|p-k*r

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    萬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。根據曲線可以確定發(fā)動機在一定轉速n，發(fā)出一定功率P時的燃油消耗率b。計算時根據等速行駛車速Ua 以及阻力功率P，在萬有特性圖上利用插值法可確定相應的燃油消耗率b,從而計算出以該速度行駛時單位時間內的燃油消耗量Qt為：

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:l`Hy6O!jJYA    其中b為燃油消耗率，g為燃油的重度，假設燃油品質一定的情況下，燃油重度g為一常量。從上面對于動力性的分析中可以得到，當存在積炭現象時將會降低發(fā)動機的動力性，亦即發(fā)動機輸出功率將會降低，則當汽車在以同樣的等速行駛速度行駛時，為了獲得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。8848汽車技術網4YD4o"ub,T’p
3. 積炭對汽車排放的影響
7Ph9WFV@w*v    積炭對汽車排放影響的直觀表現在汽車冒黑煙。8848汽車技術網NJi"~xS
    燃油在燃燒室中被完全燃燒時，將只會產生二氧化碳和水。但是由于發(fā)動機燃燒時間極短，可燃混合氣不是完全均勻，燃料的氧化反應不徹底，所以產生了不完全燃燒產物。一氧化碳是碳氫化合物燃料在燃燒過程中生成的中間產物。產生碳氫化合物的主要途徑有：在汽缸內燃燒過程中產生；從燃燒室通過活塞與汽缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣；從發(fā)動機和燃油系統等處蒸發(fā)產生的汽油蒸汽。氮氧化合物的主要來源是空氣中的氮氣。
O+UT^1KM    影響發(fā)動機排放性的因素很多，但是具體到積炭方面則主要是表現在過量空氣系數對排放性的影響。由于發(fā)動機出現積炭層之后將會吸收部分燃油，從而導致進入燃燒室中的燃油減少，混合氣體的濃度降低，影響到發(fā)動機的正常啟動。此時，必須增加燃油的供給量以提高混合氣體的濃度，實驗證明當存在積炭現象的發(fā)動機啟動時，燃燒室中的混合氣濃度已經超過了正常的濃度標準，導致過量空氣系數變小。圖3為排氣污染物與過量空氣系數的關系圖。從圖3可以看出，在過量空氣系數從大變小的過程中，氮氧化合物的變化趨勢是逐漸減少，而一氧化碳和碳氫化合物的含量逐漸增加。
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圖3 排氣污染物與過量空氣系數的關系

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    另外，由于積炭占用了燃燒室中的部分體積，從而導致了壓縮比的提高，亦即燃燒室表面積和體積之比（面容比）增加，相對增加了激冷面積，增加了碳氫化合物的排放量。這種現象在發(fā)動機冷啟動、怠速和暖機時對于碳氫化合物的排放量影響較大。同時壓縮比的升高，使得最高燃燒溫度增加，氮氧化物的排放量增加。

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