小代君說
摘 要
本文主要介紹了實(shí)驗(yàn)室辛烷值機(jī)變壓縮比氣缸的主要結(jié)構(gòu)及改變壓縮比的原理，常用標(biāo)定氣缸高度的方法和辛烷值測定的方法。論述了關(guān)于氣缸高度、壓縮比、氣缸壓縮壓力之間的關(guān)系以及其對辛烷值測定的影響和其它影響氣缸壓縮壓力的因素。
關(guān)鍵詞：辛烷值、氣缸高度、壓縮比、氣缸壓縮壓力
1、引言
辛烷值是車用汽油的重要指標(biāo)。汽油機(jī)的熱功效率與其壓縮比有直接的關(guān)系，隨著壓縮比的提高，發(fā)動機(jī)消耗功率降低，經(jīng)濟(jì)性提高了，因而消費(fèi)者也希望擁有較高壓縮比的內(nèi)燃機(jī)。但是內(nèi)燃機(jī)的壓縮比受汽油燃料抗爆指數(shù)的制約。如果汽油的辛烷值過低，汽油發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時會產(chǎn)生一種爆震現(xiàn)象，不僅大大降低了汽油機(jī)的熱功效率，嚴(yán)重時還會引起缸頭、活塞、活塞環(huán)的損壞和缸體的磨損。如果燃料的抗爆性很好，那使用高壓縮比的發(fā)動機(jī)就不會發(fā)生強(qiáng)烈爆震。由此可見燃料辛烷值是影響發(fā)動機(jī)性能的重要指標(biāo)，那么實(shí)驗(yàn)室是如何實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)號辛烷值的測定的？發(fā)動機(jī)壓縮比是如何改變的？氣缸壓縮比、氣缸壓力和辛烷值到底從在什么樣的關(guān)系呢？
2、辛烷值的概念
辛烷值是汽油的抗爆性能指標(biāo)。通常實(shí)驗(yàn)室測定的汽油辛烷值即為汽油的牌號。定義異辛烷的辛烷值為100，正庚烷的辛烷值為0，把試樣汽油與異辛烷和正庚烷配制成的參比燃料進(jìn)行爆震性能比較，從而計算得出試樣辛烷值。即在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中同一條件下與試樣汽油具有相同爆震性能的參比燃料中所含異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)。
3、實(shí)現(xiàn)辛烷值測定的重要因素
辛烷值機(jī)采用單杠四沖程變壓縮比發(fā)動機(jī)，調(diào)整氣缸的壓縮比即可以調(diào)整氣缸的壓縮壓力。
3.1、壓縮比的概念
壓縮比是汽油發(fā)動機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)，它是混合氣（測定燃料氣化后與空氣混合）被壓縮前后的體積比，即活塞在下至點(diǎn)時氣缸的體積V1與活塞在上止點(diǎn)時氣缸的體積V2之比V1/V2。
3.2、變壓縮比氣缸的結(jié)構(gòu)
變壓縮比汽缸總成包括汽缸、搖臂機(jī)構(gòu)、一個用于提供壓縮比變化特性的帶有蝸輪、蝸輪軸機(jī)構(gòu)的汽缸夾緊套筒、一個用于提供汽缸垂直校準(zhǔn)的導(dǎo)板，以及一個曲軸箱頂部防護(hù)裝置和相關(guān)的活塞連桿機(jī)構(gòu)。
3.3、壓縮比的調(diào)整方法
氣缸夾緊套緊固在曲軸箱頂部，夾緊套上有一個對開法蘭結(jié)構(gòu)，可使用螺栓緊固對開法蘭。缸筒通過渦輪固定在夾緊套筒內(nèi)孔中，連桿和活塞與汽缸連接。蝸輪內(nèi)螺紋與汽缸裙部的外螺紋相結(jié)合，蝸輪與蝸桿緊密配合，蝸桿通過花鍵與變壓縮比電機(jī)相連，當(dāng)通過手柄驅(qū)動變壓縮比電機(jī)時便由蝸桿驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪轉(zhuǎn)動一圈可以將汽缸升高或降低0.007英寸，數(shù)字計數(shù)器的傳動比為10：1，渦輪每轉(zhuǎn)動一圈，數(shù)字計數(shù)器將改變10個單位，改變氣缸高度即改變壓縮比。
3.4、氣缸高度與氣缸壓縮比、壓縮壓力之間的關(guān)系
當(dāng)氣缸高度升高時，活塞運(yùn)行到下至點(diǎn)時的體積V1′相比之前增大了，假如體積增加Vm，即V1′=V1+Vm；那活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時的體積V2′同時也增大Vm，即V2′=V2+Vm；那么氣缸高升高后的壓縮比V1′/V2′=V1+Vm/V2+Vm相比之前的壓縮比V1/V2會減小。例如：當(dāng)V1=100 V2=20 Vm=10那么氣缸高度改變前的壓縮比V1/V2=5，氣缸高度改變之后的壓縮比 V1′/V2′=3.7，壓縮比減小。氣缸高度升高，活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時的體積增大，因此氣缸壓縮壓力相比之前會降低。
當(dāng)氣缸高度降低時，活塞運(yùn)行到下至點(diǎn)時的體積V1′相比之前減小了，假如體積減小Vz，即V1′=V1-Vz；那活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時的體積V2′同時也減小Vz，即V2′=V2-Vm；那么氣缸高度降低后的壓縮比V1′/V2′=V1-Vm/V2-Vm相比之前的壓縮比V1/V2會增大。
例如：當(dāng)V1=100 V2=20 Vz=10那么氣缸高度改變前的壓縮比V1/V2=5，氣缸高度改變之后的壓縮比 V1′/V2′=9，壓縮比增大。氣缸高度降低，活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時的體積V2減小，因此氣缸壓縮壓力相比之前會升高。
4、壓縮壓力法標(biāo)定基礎(chǔ)氣缸高度
發(fā)動機(jī)的壓縮比愈高，其壓縮壓力也愈大，在辛烷值機(jī)所能改變的壓縮比范圍內(nèi)，壓縮壓力與壓縮比呈直線關(guān)系。
標(biāo)定方法：
首先將發(fā)動機(jī)預(yù)熱運(yùn)行到標(biāo)準(zhǔn)溫度狀態(tài)下，然后關(guān)閉供油閥、點(diǎn)火開關(guān)并快速停機(jī) ，取下爆震傳感器，安裝氣缸壓力表（壓力表要定期校準(zhǔn)，保證準(zhǔn)確），在化油器喉管符合當(dāng)?shù)卮髿鈮毫λ蟮臉?biāo)準(zhǔn)尺寸下（馬達(dá)法根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟煌?，有三種喉管尺寸可選，研究法只有一種喉管），用壓縮比電機(jī)的驅(qū)動手柄驅(qū)動壓縮比電機(jī)，調(diào)整氣缸高度查對壓縮壓力是否符合與大氣壓對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線規(guī)定值，馬達(dá)法要選擇符合本機(jī)所處大氣壓及所使用喉管尺寸的曲線。
將計數(shù)器上下排讀數(shù)都調(diào)至930（測微計對應(yīng)讀數(shù)應(yīng)為0.352英寸），這時的壓縮壓力如果不符合曲線對應(yīng)的規(guī)定值，則松開計數(shù)器軟軸連接，然后撥動壓縮比電機(jī)的驅(qū)動手柄，調(diào)整氣缸高度，使壓縮壓力符合曲線對應(yīng)的規(guī)定值，并重復(fù)測試兩三次，確定其壓力值的準(zhǔn)確性，然后連接好軟連接，并檢查在其它壓縮比下壓縮壓力是否符合標(biāo)準(zhǔn)曲線的規(guī)定值。
▲注：以上壓力數(shù)允許±2.0磅/平方英寸的誤差，上表數(shù)據(jù)只適用于喉管尺寸為9/16英寸。
檢查后，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計數(shù)器范圍內(nèi)普遍存在偏差，則應(yīng)重新調(diào)整計數(shù)器的對應(yīng)關(guān)系，如果發(fā)現(xiàn)在某一段數(shù)據(jù)有偏差，而其它部分?jǐn)?shù)據(jù)正常，則說明氣缸某一段有變形的可能，要進(jìn)行仔細(xì)的測量，嚴(yán)重的要進(jìn)行氣缸大修。
5、影響氣缸壓縮壓力的其它因素
5.1氣缸漏氣
氣缸漏氣是影響氣缸壓縮壓力的一個重要因素，主要的漏點(diǎn)有爆震傳感器、火花塞、進(jìn)排氣閥等。在正常分析測試中，當(dāng)沖擊度表指針在不調(diào)整壓縮比的情況下頻繁的周期性晃動，那就有可能存在漏氣的可能，需要排查。
5.1.1爆震傳感器漏氣
爆震傳感器以螺紋的形式安裝在缸頭的拾波器孔中，安裝時配有密封墊片。當(dāng)出現(xiàn)氣缸漏氣現(xiàn)象需要排查時，可以向爆震傳感器底座噴少量的潤滑油觀察油的狀態(tài)，如果傳感器密封墊密封不嚴(yán)就會隨著活塞的運(yùn)動產(chǎn)生大量的氣泡。這時只需要用扭力扳手在原30磅緊固力的基礎(chǔ)上增加5磅緊固，或直接更換墊片即可。
5.1.2火花塞漏氣
火花塞是將高壓導(dǎo)線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩極間的空氣產(chǎn)生電火花以此引燃?xì)飧變?nèi)混合氣體的部件，它的安裝形式和爆震傳感器一樣，安裝在缸頭后側(cè)并配有密封墊片。當(dāng)出現(xiàn)氣缸漏氣現(xiàn)象時，它不能像傳感器那樣試漏，只能通過更換墊片來排除。
5.1.3氣門漏氣
進(jìn)排氣門是氣缸的重要組成部件，當(dāng)測試儀運(yùn)行時，進(jìn)排氣門會周期性高頻率開關(guān)，以達(dá)到進(jìn)氣和排氣的目的，氣門底座與氣門的接觸面要求絕對的平滑，以保證氣門關(guān)閉后氣缸的密封性。設(shè)備長時間運(yùn)行，由于燃?xì)獾母g性和燃燒產(chǎn)生的煙氣，會在氣門底座和氣門表面形成積碳影響氣門在關(guān)閉時的密封性，從而導(dǎo)致氣缸壓力波動。
當(dāng)出現(xiàn)氣缸漏氣的情況，在排查完氣缸外部漏氣的可能性時，就只能拆機(jī)進(jìn)行大修維護(hù)，檢查進(jìn)排氣門、氣門底座的積碳和腐蝕狀況，清理完積碳，如果進(jìn)排氣門腐蝕不嚴(yán)重可以通過反復(fù)研磨處理，如果腐蝕嚴(yán)重就只能更換新氣門進(jìn)行研磨處理。
5.2活塞環(huán)漏氣
活塞環(huán)有氣環(huán)和油環(huán)，氣環(huán)的作用是保證氣缸與活塞的密封性，油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時在氣缸壁上涂一層油膜，以達(dá)到活塞和氣缸壁的潤滑和防止機(jī)油竄入氣缸中燃燒，并起到輔助封氣的作用?；钊h(huán)漏氣主要有活塞環(huán)磨損和活塞環(huán)竄環(huán)兩種原因，在大修維護(hù)，拆除缸頭時首先檢查活塞環(huán)是否竄環(huán)（活塞環(huán)在安裝時開口有角度要求），其次在清理完活塞環(huán)積碳后測量活塞環(huán)的相關(guān)尺寸，如果尺寸偏差，必須更換。
6、辛烷值的測定
目前實(shí)驗(yàn)室測定辛烷值主要有兩種方法，即內(nèi)插法和壓縮比法，因?yàn)閴嚎s比法的精確度與內(nèi)插法并沒有明顯差異，而用壓縮比法測定只需要內(nèi)插法測定時間的1/3，并且使用壓縮比法一旦標(biāo)定爆震強(qiáng)度確定后，可以同時評定幾個辛烷值水平接近的樣品燃料的辛烷值，所以應(yīng)用最多的是壓縮比法，下面介紹壓縮比法測定辛烷值的方法。
6.1壓縮比法
壓縮比法只需要一種參比燃料，確定機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)爆震條件，再用改變壓縮比的方法，使樣品達(dá)到相同的標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度，再對照壓縮比標(biāo)準(zhǔn)表對應(yīng)查找辛烷值數(shù)。
具體操作步驟如下：
6.1.1確定標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度
⑴用與樣品接近的辛烷值燃料作為參比燃料。
⑵把壓縮比調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)參考曲線的對應(yīng)值上。
⑶調(diào)整燃料杯高度找到最大爆震。
⑷通過調(diào)整放大器將爆震儀爆震讀數(shù)調(diào)整到50。
6.1.2確定樣品燃料的爆震強(qiáng)度
⑴通過汽化器選擇閥調(diào)到樣品杯。
⑵調(diào)整壓縮比使爆震儀讀數(shù)為50。
⑶調(diào)整樣品杯高度找到最大爆震。
⑷重新調(diào)整壓縮比使爆震儀讀數(shù)達(dá)到50。
6.1.3讀取計數(shù)器讀數(shù)，并從標(biāo)準(zhǔn)參考表中查的辛烷值的數(shù)值。
使用壓縮比法的兩個注意事項(xiàng)：
⑴因?yàn)槊颗_機(jī)器的壓縮壓力與辛烷值只在很窄范圍內(nèi)有線性關(guān)系，所以參比燃料的辛烷值一定要接近樣品的辛烷值。如下表：
⑵雖然不需要每個樣品都對照參比燃料的標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度，但建議在評定100辛烷值以下的試樣時，超過4個就進(jìn)行一次參比燃料標(biāo)準(zhǔn)爆震強(qiáng)度的檢查，如發(fā)現(xiàn)有變化需重新標(biāo)定。尤其是一些特殊樣（安定性差的燃料），會在燃燒室留下反常的燃燒積碳，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)爆震強(qiáng)度變化。
7、總結(jié)
通過上述內(nèi)容我們可以得出三點(diǎn)結(jié)論：第一、當(dāng)氣缸高度升高時，氣缸壓縮比降低、壓縮壓力降低，由于壓縮壓力與辛烷值在窄范圍內(nèi)有線性關(guān)系，所以燃油辛烷值的測定范圍也在降低；當(dāng)氣缸高度降低時，氣缸壓縮比升高、壓縮壓力升高，同樣由于壓縮壓力與辛烷值在窄范圍內(nèi)有線性關(guān)系，所以燃油辛烷值的測定范圍隨之升高；第二、在同一壓縮比下，沖擊度表指針在一定范圍內(nèi)來回波動或同一燃料多次標(biāo)定的爆震強(qiáng)度不在同一范圍，這時氣缸可能存在漏氣，就必須要進(jìn)行檢查處理或大修維護(hù)了。第三、燃油抗暴指數(shù)是辛烷指測定的重要指標(biāo)，在同一壓縮比下，燃油的抗暴指數(shù)越高則燃油的辛烷值越高，抗暴指數(shù)越低則燃油辛烷值越低。
參考文獻(xiàn)
【1】辛烷值測定設(shè)備操作與維護(hù)第二版-WauKesha
【2】辛烷值機(jī)細(xì)解-中國石化總公司生產(chǎn)經(jīng)營協(xié)調(diào)部技術(shù)監(jiān)督處
