影響引擎燃燒的因素:
一、影響點火的因素:
點火的難易乃由‘最小點火能’所決定,最小點火能則是受燃料的分子量、混合氣的濃度、火星塞電極的形狀與間隙、汽缸溫度、混合氣氣體流動的影響而產生變化。燃料的分子量越小、汽缸的溫度越高,其最小點火能越小,點火越容易。混合氣的濃度稍濃于理想空燃比(14.7:1),并能在汽缸內快速的流動使油氣更均勻,皆有助于點火。而火星塞對點火的難易更有決定性的影響,火星塞的電極間隙若減小則最小點火能將增大,不過間隙也不是越大越好,因為間隙大則跳火時間縮短,不利于點火,所以間隙直必須取兩者的折沖。火星塞中央電極的直徑越大,點火所需的電壓必須升高,若將電擊形狀改為尖型,將有利于點火。此外,火星塞的熱度等級越高,表示中央電極不易散熱,因此對點火越有利。但是當火星塞熱值過高或汽缸過熱時,將使油氣在火星塞未點火前及自行點燃,稱為〞預燃〞(Preignition)是異常燃燒的一種,有別于爆震,但同樣對引擎將產生不利的影響。有人會改用電極為針型、且導電性較好的火星塞,為的就是加速完成點火。
二、影響燃燒的因素:
1、空燃比
燃燒速度會因為混合氣的組成、壓力、溫度而變化,影響最顯著的是空燃比,稍濃于理想空燃比(14.7:1)時可得到最大的燃燒速度,若空燃比低或高達到某一界限以上時,火焰便不再前進,此界限稱為‘燃燒界限’。汽油的燃燒界限是空燃比22:1~8:1可安定運轉的極限是18:1。所謂‘稀薄燃燒引擎系統’技術(Lean Burn Combustion System) 就是讓引擎在盡量接近燃燒界限的下限且不產生爆震的情況下運轉。
2、火星塞的位置
火星塞的位置雖對燃燒的速度沒有影響,但是它決定了相同燃燒速度下完成燃燒所需的時間。火星塞和汽缸必的距離越近,則完成燃燒的時間越短。因為油氣燃燒的過程也是引擎最主要的加熱、加壓過程,這段時間的長短,直接影響到引擎的熱效率,也影響到爆震的趨勢。火星塞的最佳位置就是在燃燒室的中央,而為了達成此一設計,多氣門和雙凸輪軸的設計是必然的趨勢。
3、進、排氣壓力與進氣溫度
進氣壓力的提高可促使油氣燃燒的速度增加,而進氣溫度升高卻會使容積效率和混合氣密度降低,導致火焰傳播速度下降。當排氣壓力越高時,則每循環殘留在汽缸內的廢氣越多,使能吸入的新鮮混合氣減少,而隨著殘留廢氣比例的增加,燃燒時的阻礙亦增大,火焰傳播的速度因而降低。要提高進氣壓力最常用的方法就是利用 Turbo-charger 或Super-Charger ,而賽車引擎通常用碳纖維來作為進氣道的材料,除了重量輕外,最重要的就是取碳纖維不易吸熱,本身的溫度不會因為引擎室的溫度升高而升高,可大幅降低進氣溫度。至于要如何降低排氣壓力,當然是從排氣管著手,而又以頭段的影響最大。
4、進氣速度
進氣速度影響了進入汽缸內油氣的流動,油氣的流動除了可以讓油氣的混合更均勻,更可產生攪動的作用使燃燒火焰和未燃燒的油氣容易混在一起,增加火波前的范圍,加快燃燒的速度。進氣速度與燃燒速度成近乎正比的關系,進氣速度越快,燃燒的速度越快。而進氣的速度與進氣歧管的口徑與長度、汽門設計、燃燒室幾何形狀有關。
5、壓縮比
壓縮比的增加會同時影響燃燒時的溫度與壓力,并讓油氣分子間的距離變小,而油氣的燃燒速度也隨著壓縮比的增高而增大。高性能引擎都想辦法在不發生爆震的前提下盡量的提高壓縮比,不但自然吸氣引擎是如此,就連增壓引擎的壓縮比都已提高到超過9.0:1 以上的水準。要提高壓縮比最簡單的方法就是改用較薄的汽缸墊片。
6、點火正時
引擎的最大功率輸出是取決于油氣燃燒產生最大氣體壓力時活塞的位置,而這個位置的改變可經由點火正時的改變來達成,最理想的點火正時角度就是要讓燃燒過程完成一半時,活塞位置恰抵達上死點,此時活塞正好完成壓縮行程準備往下運動,因此燃燒所產生的最高壓力可完全用來把活塞往下推,這就是產生最大燃燒速度點火正時。
三、影響淬熄的因素
淬熄主要受到燃燒室的形狀、汽缸壁的溫度與粗糙度的影響。淬熄的發生是主要是由于火焰接觸到燃燒室的壁面,因此要在相同的燃燒室容積下使燃燒室的表面積越小,減少淬熄量,一般而言燃燒是的形狀越規則越能達到此目的。而淬熄也是熱導傳的結果,所以燃燒室的溫度越高,則熱傳量越少,火焰也就越能接近壁面,淬熄層就越薄,被淬熄的氣體容積就越少。但是汽缸壁的溫度卻被材料所能承受的熱應力及爆震的發生所限制,所以只能維持在一相當的低溫下。此外,降低燃燒室的粗糙度也可減少淬熄量及熱傳量,提高熱效率。
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