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对发动机异常燃烧及预防措施探讨
2013/10/6 9:55:59

    摩托车发动机的连续工作依靠可燃混合气的正常燃烧,即由火花塞高压跳火,点燃混合气形成火焰中心,并以一定的速度连续地向燃烧室四周传播,在极短的时间内把所有的混合气烧完。可燃混合气在气缸内正常燃烧时,缸内压力均匀,发动机声音清晰柔和。若燃烧不是由火花塞点燃(受到某些因素的影响),或其火焰传播速度超过正常的传播速度(正常燃烧的火焰传播速度为20~50m/s),都属于异常燃烧。常见的异常燃烧现象有爆燃、早期点火、后燃和回火等。本文着重对爆燃和早期点火的起因及其预防措施进行探讨。

   爆燃

   先来描述爆燃发生的过程:当活塞上行到上止点附近时,火花塞适时跳火,点燃周围的混合气。火焰在传播过程中产生高温高压,把未燃烧的混合气推到气缸的边远角落。由于气缸压力很高(比正常压力高出许多),被挤到角落处的未燃混合气被高度压缩、加热,在火焰传播到来之前就达到了自燃温度,自发点火燃烧。爆燃具有以下几方面的特征:

   a)可燃混合气燃烧不同步。由于火焰前沿以正常的速度推进,使处于最后燃烧位置上的未燃混合气受到进一步热挤压和热辐射作用,促进先期氧化反应加快,并放出部分能量预热未燃气体,使其温度不断升高。当达到燃油的着火点时,正常的火焰到达之前,在未燃混合气最适宜的发火部位便形成了新的火焰中心,混合气自燃并由此开始改变火焰的传播速度。

   b)未燃混合气的局部温度、压力急剧上升,造成未燃混合气迅速燃烧完毕,其火焰传播速度是正常传播速度的十几倍(通常在400~600m/s左右)。爆燃现象严重时,火焰传播速度甚至高达1500m/s。

   c)由于未燃混合气急速自燃,造成缸内压力急剧升高,产生强大的压力冲击波,导致缸壁和燃烧室内表面强烈振动,发出异常噪声,其振频可达2500~4500Hz,爆燃声尖锐而清晰,可从发动机的工作声响中明显地分辨出来。

   发动机一旦发生爆燃其危害极大,它造成发动机气缸壁、活塞、活塞环、气门、连杆及连杆轴承等运动件发生变形损坏,具体产生的原因通常有以下几点:1)积碳聚集过多。发动机燃烧室内积碳过多,其容积相对变小,致使压缩比相应变大,积碳的蓄热和不导热性使可燃混合气由于炽热提前燃烧,同时会降低混合气在压缩终了时产生的涡流强度,延长了燃烧时间,增大了自燃倾向,故而极易诱发爆燃的产生;2)发动机过热。当发动机长期处于大功率、超负荷工况或低档高速连续行驶,尤其是炎热的夏季外界气温高,机件散热不良,容易造成发动机过热。当过热故障较严重且得不到及时改善时,可燃混合气在进入燃烧室的同时会被预热,造成局部混合气温度过高,提前达到着火点,等不到燃油的正常点燃就自行燃烧,从而引发爆燃;3)燃油使用不当。汽油的牌号越低,其抗爆性能越差。存放过久或密封不良的汽油辛值会自然降低,其抗爆性能变坏。若被误用,容易使混合气燃烧不完全,先燃的混合气部分膨胀,压缩其余未燃的混合气,使其达到自燃温度,瞬间突然全部起火而导致高压性燃烧;4)发动机曲柄室漏气。二冲程发动机曲轴油封唇口处的自紧弹簧脱落或失效;油封橡胶老化变得僵硬,使弹簧自紧力不能起密封作用;发动机在修理过程中,油封被刮破或碰伤;化油器转接座(进气管或中间垫片)没有拧紧等等,以上这些部件造成的漏气都会使混合气变稀,从而破坏正常燃烧,容易引发早燃、爆燃。

   早期点火

   和爆燃相似,早期点火(简称早火,下同)也是一种异常燃烧现象。早火的原因主要是由于燃烧室内部有温度过高的热点,这些热点在发动机工作时产生新的火源,在压缩行程终了前,火花塞没有跳火之前,炽热热点就点燃混合气的现象。一般情况下,单缸发动机早火容易引起熄火停车;而多缸发动机早火,虽然不至于停车,但会引起活塞、火花塞、气门等机件过热。故障严重时,甚至引起活塞连杆件损坏。