可燃混合氣對發動機性能的影響四川省樂山師范學院物電系胡痔楊杰摩托車發動機所稱可燃混合氣即指的是空氣與汽油的結合物。其濃度（成分）對發動機的動力指標和經濟指標影響非常大。它將直接影響用戶的使用好壞。作者在教學、實驗（實習）過程中，發現部分學生甚至一些維修技術人員在對化油器、空濾器實施清洗調試維修過程中，總是容易出現這樣或那樣的問題，引起用戶的不滿，嚴重者還會引發糾紛。問題的癥結在于不了解可燃混合氣濃度（成分）對發動機性能有著較大的影響，工作隨意性而導致的。我們希望能夠借助本文同大家共同討論可燃混合氣濃度（成分）對發動機性能的影響，以減少維修工作中的誤區，提高維修技術水平。摩托車可燃混合氣形成的裝置是化油器，化油器的供給規律取決于空氣流入規律和燃油的流出規律。我們知道，汽油必須要蒸發為液態后才能與空氣均勻混合，且須在化油器中以很短的時間形成高質量的可燃燒的混合氣供給發動機。一般從理論上認為，1kg的汽油要完全燃燒所需要的空氣為14.8:1kg。所以我們把空燃比為14.8:1的可燃混合氣稱之為理論混合氣。如空燃比小于14.8:1，則提示汽油含量較大，為濃混合氣。將空燃比大于14.8:1的可燃混合氣定義為稀混合氣。事實上不同的燃料，其理論空燃比數值是不相同的。中國方面是采用過量空氣系數（。）來表述可燃混合氣濃度（成分）指標。即：a=—燃燒—g燃料——供^給的■空氣質— 1kg燃料完全燃燒后所需的理論空氣質量由上式可知，這種表述方法同使用何種燃料無關，將a=1的可燃混合氣稱為標準混合氣；a<1的為濃混合氣；a〉1的則為稀混合氣。一般來說，可燃混合氣的成分對發動機性能的影響是生產廠家通過試驗來確定的。假定在發動機轉速一定和節氣門全開的情況下，流經化油器的空氣量為一定值。此時，我們通過改變汽油主量孔的尺寸來改變供油量，就可得到不同的過量空氣系數的可燃混合氣。圖1就是分別以不同的a值的可燃混合氣供入發動機，并測定出相應的發動機的功率0）和燃料消耗率（g）。據實驗結果表明，發動機功率和燃料消耗率都是同過量空氣系數有關的。圖1為一汽油機在轉速不變和節氣門全開條件下試驗所得Pe和ae隨。值而變化的關系，圖示中的縱坐標為Pe和g°的相對值（用百分數%表示）。在功率坐標上，以使用各種濃度的混合氣所得到的各種不同的功率值中的最大值為100%；而在燃料消耗率坐標上，這一個個燃料消耗率值中最小者為100%。從理論上講，當a=1時，汽缸里空氣中的氧正好可使其中的全部燃料完全燃燒。但實際上無法做到，受時間及空間條件的限制，汽油微粒和蒸汽不可能及時的與空氣絕對均勻地混合，因此，即便當。=1時，汽油也不可能完全燃燒。要想使可燃混合氣中的汽油能夠完全燃燒，可燃混合氣的含量必須是a〉1的偏稀混合氣。從圖1中可以看出，該發動機在a=1.1時，燃料消耗率處于最低谷，即經濟性最好。這就說明在這種濃度的可燃混合氣中，有適量富余的空氣，才可能使汽油完全燃燒。經驗表明，對于不同的汽油機，最低燃料消耗率的可燃混合氣成分不盡相同，一般a在1.05?1.15的范圍內。如果可燃混合氣過稀（a〉1.05?1.15），雖然可燃混合氣中的空氣是可以將汽油完全燃燒，但是，由于過稀的可燃混合氣會使油分子間的距離延長，燃燒速度減慢，在燃燒過程中，有很大一部分可燃混合氣的燃燒可能會在活塞向下止點（BDC）移動時，燃燒空間容積很快增大的情況下進行的，這部分可燃混合氣燃燒后釋放出的熱能轉變為機械能的相對減少，而通過汽缸壁傳給散熱片（風冷機）或冷卻液（水冷機），散失的熱量相對增多，使汽油機的經濟性和動力性都相應變差。如可燃混合氣出現嚴重的過稀，燃燒過程甚至可能拖延到下一個循環的進氣過程開始以后，這時殘存于汽缸中的火焰將通過開啟的進氣門，將進氣管中的新鮮的可燃混合氣點燃，造成進氣管回火，產生拍擊聲。加之過稀的可燃混合氣燃燒時，單位容積的可燃混合氣所能放出的熱量也較少。結果造成汽油機輸出的功率下降。因此對發動機不能供給這種過稀的混合氣。之所以有些發動機在大修或清洗化油器后，容易出現發動機溫度過高，冷車啟動困難，甚至有些發動機在低轉速段一旦遇到顛簸路面時，就出現只要一抖動就要熄火的怪現象。實質上，就是維修技術人員經意或不經意之間使化油器向發動機提供了較稀的可燃混合氣造成的。如果可燃混合氣稀釋到。=1.3?1.4時，燃料分子之間的距離將進一步加大，當增大到使可燃混合氣的火焰都無法傳播的程度，發動機就不能穩定運轉，甚至缺火停轉。在摩托車技術中，我們將此a值稱為過量空氣系數的火焰傳播下限。從圖1還可以看出，當節氣門處于全開狀態，而轉速保持一定的情況下，過量空氣系數為0.88時，發動機輸出的功率最大。對不同的汽油機來說，過量空氣系數a=0.85?0.95時的可燃混合氣中，汽油分子相對較多，混合氣燃燒速度最快，熱損失最小。假定其他條件相同的話，用這種濃度的可燃混合氣工作的汽油機所能輸出的功率將是最大的。但是這種可燃混合氣中的空氣氧含量不足，必然會有一部分汽油不能完全燃燒，因而使發動機經濟性最差，廢氣中的CO和HC的含量也較高。如可燃混合氣過濃到過量空氣系數a<0.88的情況下，由于燃燒很不完全，汽缸中將產生大量的CO和游離的碳粒，造成汽缸蓋、活塞頂、氣門和火花塞積碳，排氣管冒黑煙，排氣污染嚴重。廢氣中的CO還可能被排氣管中的高溫廢氣引燃，出現排氣管“放炮”此外，由于這種可燃混合氣的燃燒速度非常低，有效功率也隨之減小，燃油消耗率則顯著增高。而當可燃混合氣加濃到a=0.4?0.5左右時，由于燃燒過程中嚴重缺氧，也將使火焰不能傳播，此a值稱為過量空氣系數的火焰傳播上限。在實際工作中，部分維修技術人員在處理摩托車發動機高速回油熄火問題上，普遍認為是怠速較低或可燃混合氣偏稀，但調整又往往無效，這尤其在氣溫升高變化時更明顯，如將可燃混合氣濃度稍微調稀些，問題則會得到解決，其原因就在于發動機的可燃混合氣濃度本身偏濃，而急速的回節氣門，必然造成汽缸里的可燃混合氣變得更濃，當達到火焰的傳播上限時，燃燒不能繼續，發動機也就自然要熄火。由上分析可知，要保證發動機能可靠地穩定運轉。汽油機工作時，所用可燃混合氣的濃度（成分）應在0.8?1.2范圍內調節。一般在節氣門全開條件下，所用可燃混合氣的a=0.85?0.95時，發動機可得到較大功率，當a=1.05?1.15時發動機可得到較好的經濟性。將節氣門置于不同開度時，重復上述實驗便可發現節氣門開度愈?。òl動機負荷愈小）則相應于發動機最大功率的。值也愈小。表示這種變化規律的圖線即為圖2中的曲線1。同樣，在各種不同的節氣門開度下（發動機在各種不同的負荷下），都存在著一個燃油消耗率最低的a值，但其數值也隨發動機負荷減小而降低，如圖2中的曲線2所示。該曲線說明，最經濟的可燃混合氣并不總是稀的。在小負荷范圍內，混合氣也要變得較濃（并非很濃）才能保證發動機工作處于最經濟狀態?；推鞴┙o的混合氣的理想濃度（成分）其a值應在曲線1和曲線2之間，即曲線3。實際上，對于一定的發動機，相應于一定工況，化油器只能供給一定a值的可燃混合氣，該a值究竟應照顧發動機功率的要求，還是照顧發動機經濟性的要求，即a值是靠近曲線1還是靠近曲線2,或者二者都適當兼顧，在某一段靠近曲線1另一段又靠近曲線2。這就要根據摩托車及其發動機的工況進行具體分析確定。事實上，由于摩托車在使用過程中，路面性質及道路情況十分復雜，加之，作為摩托車動