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積炭對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響

m.bomingjun.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：xjm82395219邢類別：汽車構(gòu)造維修時(shí)間：2008-08-17

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，歸納起來主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于短時(shí)運(yùn)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(fù)荷狀態(tài)下工作；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門油封不良；經(jīng)常在灰塵較多的場所中運(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)長時(shí)間處于超負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門油封不良，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)氣門內(nèi)側(cè)逐漸凝固成為固體，通過長期的積累便會(huì)形成積炭現(xiàn)象。8848汽車技術(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汽車技術(shù)網(wǎng)5hxVW)T
二、積炭的組成成分以及元素8848汽車技術(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；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(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，其中鐵元素主要來自于機(jī)械磨損的鐵屑和潤滑油氧化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物以及硫酸等無機(jī)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(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汽車技術(shù)網(wǎng)s%UL[,gIF ~,H2f

c)eErE*f"T三、積炭對汽車的影響8848汽車技術(shù)網(wǎng)8J5UP*a5lw
1. 積炭對動(dòng)力性的影響8848汽車技術(shù)網(wǎng)tnu&z U
    對動(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汽車技術(shù)網(wǎng)\?d`%fT
    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)對進(jìn)氣道中氣流的流動(dòng)特性產(chǎn)生影響，通過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(shù)網(wǎng) l#tx9j8G6Lr
    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。在汽車行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和汽車的行駛的阻力功率總是平衡的。汽車的運(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)直接對應(yīng)的就是汽車動(dòng)力性指標(biāo)，所以會(huì)導(dǎo)致汽車的動(dòng)力性能下降。
*\;Ht&\ _9kM Qd2. 積炭對經(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。對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估，通常是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線與汽車功率平衡圖來進(jìn)行計(jì)算。8848汽車技術(shù)網(wǎng)l9SY8{#ET yCh
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圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線8848汽車技術(shù)網(wǎng)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(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(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：

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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(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汽車技術(shù)網(wǎng)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(xiàn)在汽車冒黑煙。8848汽車技術(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^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)燃燒過程中產(chǎn)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(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源是空氣中的氮?dú)狻?
O+UT^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)在過量空氣系數(shù)對排放性的影響。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)超過了正常的濃度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致過量空氣系數(shù)變小。圖3為排氣污染物與過量空氣系數(shù)的關(guān)系圖。從圖3可以看出，在過量空氣系數(shù)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?xì)浠衔锏暮恐饾u增加。
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圖3 排氣污染物與過量空氣系數(shù)的關(guān)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(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，相對增加了激冷面積，增加了碳?xì)浠衔锏呐欧帕俊＿@種現(xiàn)象在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)、怠速和暖機(jī)時(shí)對于碳?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。

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