浅谈影响内燃机经济性能的因素

黄锦华　王　俊

内燃机的性能,从设计角度来说,常见的性能指标有经济性、动力性、可靠耐久性、使用维修性、排放和噪声性、加工工艺性;从使用角度来说,还包括安全性。

一、压缩比方面的变化对油耗的影响

压缩比是气缸总容积与燃烧室的比值,表示活塞由下止点移到上止点时气缸内的气体被压缩的程度。压缩比过高或过低都会引起油耗的增加。另外,对一辆车来说,其压缩比设计之后,是不能改变的。但是,在使用过程中,会出现以下的情况影响压缩比。

1.连杆弯曲

例如,车辆快速通过深水坑路面、冲洗汽车时,水流入空气滤清器后,若发动机继续工作,会导致水进入气缸。当气缸处于压缩行程时,又由于水是不能被压缩的,此时活塞就不会到达原来的位置(上止点),这样就会使连杆弯曲,压缩比受到影响,最后导致车辆的混合气燃烧不充分,油耗增加。

如果车辆在通过深水坑途中熄火后被强行多次起动发动机,会造成连杆扭弯、变形,严重时连曲轴也会被压弯、捣缸。所以,缸内进水、涉水后的车辆,发动机千万不能再继续工作或强行再次起动发动机,否则必会造成发动机大修。

2.气缸里存在大量的积炭

在气缸壁上、活塞上方、燃烧室内(缸盖)、气门处积炭,是汽车发动机常发生的问题。由于交通流量的增加,而私家车往往是在交通拥堵(城市里面)的状况下行驶,一走一停的现象常常出现,所以容易患上“城市忧郁症”,造成混合气燃烧变差,从而导致油耗升高。若不及时清除积炭,油耗会增高。

3.气门密封性能不良

密封性能不良的现象有时会导致进、排气管放炮。因为在压缩时,气门密封不良,混合气就泄漏了,从而造成压缩不良,油耗增加。

时常在交通拥挤的道路(城市)行驶的车辆,燃烧不良产生的积炭会留在气门与气门座圈间的密封环带处。热车时,现象不太明显(积炭偏软);冷车时,由于积炭较硬并不整齐地留在环带上,导致气门漏气,起动后的怠速会使发动机抖动3～5秒,热车后现象消除。随着积炭的增加,抖动越来越严重,并且抖动时间也越来越长,从3～5秒延长到7～8秒,甚至到3～5分钟。这种情况出现时,不用怀疑液压挺柱。如果液压挺柱有问题的话,也不会在这么短的时间内发生如此明显的症状,即使有变化的话也是很缓慢的。若是有问题的话也会出现气门响,但是有积炭是不存在气门响的。

出现这种现象后,更换火花塞、喷油嘴都是无济于事的,只有清除积炭才能根本解决问题(如果积炭不严重的话,可多加几脚油门或跑跑高速)。

4.配气机构工作不良

配气机构不良,配气相位变化则压缩比同样会改变。可变正时,机构能随发动机转速高低来改变配气相位、改变气门升程、开闭的时刻,若出现问题,则该改而不改,或是开得早晚不一样,就会影响配气相位。配气相位变了就会影响油耗。配气相位的变化最终还影响了压缩比,但又和别的影响压缩比的情况不一样。因为用气缸压力表去测量缸压,配气相位变了,气缸压力是不变的,仅仅是在点火的那一时刻的压缩性能不够、点火时刻不准导致燃油增加。例如,帕萨特、奥迪A6 1.8T都采用此结构,凸轮轴上进排凸轮间有一链条,这配气相位的链条的两个彩色标记中间是16个链节,若装成15个链节,车子很难起动,并有故障码00515(霍尔传感器)出现,同时油耗增加、怠速不稳;若装成17个链节后也有凸轮轴位置传感器信号对地短路的故障码,此时对起动影响不太大,但是对加速性能的影响很大,并且油耗增加。从这可变相位上,可看出气门开闭时刻、升程对油耗有影响的。

二、进气、排气系统的脏、堵、漏对油耗的影响

进气与排气系统根据发动机各缸的工作循环和工作顺序适时地开启和关闭进、排气门,使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸,并及时将废气完全地排入大气。

1.进气系统

假设进气系统被弄脏的情况。以桑塔纳2000为例,用诊断仪测得的数据流里有一个“发动机负荷”,怠速时数值应正好是喷油脉宽的一半,代表了发动机负荷,正常值是1.6～1.7ms。随着车辆的使用,该值会慢慢加大到2.0ms、2.3ms、2.4ms,不会超过2.5ms,否则就要存记故障码,此时会出现油耗增加的现象,但是对外无任何故障出现。处理方法是:把节气门体重新清洗并做一个基本设定(匹配),油耗马上降低。这说明进气系统脏了会影响油耗。因为节气门脏了之后,节气门回不到位,节气门位置传感器送给电脑的信号就开大一度,相当于踩着油门,油就被多加一点,最后导致油耗增加。

空气滤清器、进气系统的曲轴箱通风、废气再循环、燃油蒸汽这些管路都和进气管相连。若这些管路的性能不好,同样会影响到油耗。

进排系统的密封性和很多附属机构,如废气再循环、活性炭罐、曲轴箱、燃油蒸发等等的工作性能有关。很多汽车上装有涡轮增压器。车辆在交通拥挤的地方行驶时,由于发动机转速较底,涡轮增压器基本上是不工作的,使涡轮增压器的润滑不好,涡轮增压器会慢慢地损坏。当涡轮增压损坏后,其流速、充气系数也发生变化,此时在交通拥挤的路上行驶是不会增加油耗的,而在交通畅通的路上行驶,油耗就会增加。

2.排气系统

目前,很多车都装了三元催化器、消音器等等。如果三元催化器由于脏导致堵塞的话,会引起加速不良、供油不足、起动困难等症状;稍堵的情况也会排气不畅、进气不畅、充气系数不足,从而影响气缸的混合气浓度,影响油耗的增加。另外,排气泄漏也会导致油耗增加。因为现在采用的是闭环控制,所以排气管漏的是空气,空气漏进排气管后,排气管内的氧含量增加,氧传感器将检测到的氧含量信号给电脑,电脑就会发出加油的信号,而在气缸内的油太多后就会燃烧不完全。除了在缸内形成积炭之外,到了排气管后的油遇到漏的空气和足够的温度,油就被燃烧,所以排气管也不能漏气。

3.二次空气喷射

二次空气喷射的作用是往排气歧管中喷空气,为废气中的CO、HC提供氧气发生氧化反应,使它们最终转化为CO2和H2O。二次空气喷射的工作是由电脑控制的,对降低排放是非常有帮助的。假如该装置出现故障,不需加空气时还在喷空气,排气管内的氧含量自然增加,此时氧传感器检测到的该信号会给电脑,电脑又会发出加油的信号,此时油耗就成倍往上涨,并且不会冒黑烟。遇到该现象,只需用尾气分析仪去测量排气管中的各废气的含量。一般情况下,CO、HC、CO2是不超标的,而氧的参数为严重超标。所以,这种现象的故障点一般是二次空气喷射有故障或三元催化装置前的一个闷头没装上。

4.传感器的特性变化导致油耗增加

任何一个传感器出现特性变化的故障,都会影响发动机的油耗。电控发动机的电控参数有特性变化,对油耗的影响是非常大的。所以,要利用数据流、波形来监控电控系统的参数有没有变化。跟流量、位置、温度传感器对燃油经济性影响是非常大的。

5.燃油系统本身变化导致油耗增加

燃油滤清器、油箱的进油网、喷油嘴、管路、燃油压力等,如果出现堵、脏等不正常现象,都会引起油压不正常,而影响到油压,又都会影响油耗。油压高了油耗就也会高,油压低了油耗也会高。因为油压高了,在同样时间内,喷的油就多了;而油压低了,喷的油也就少了,此时通过氧传感器的信号进行喷油量修正,最终也会使油耗增加。另外,雾化不好,燃烧不完全,油没燃烧就排出了;喷油嘴脏、堵后喷出来的油雾化不好,它的形状不是雾状的而是一束一束的,油燃烧就不良了,也会使油耗增加。所以,喷油嘴需定期清洗,或者在油中使用添加剂,也可解决这一问题。

以上这些是内燃机本身的原因导致油耗增加,但整个车辆的技术状况对车辆的油耗影响也非常大。例如,手动档的车辆离合器打滑、车轮定位参数不正确、车身不周正也会增加油耗。车轮定位参数不正确,除了增加油耗外,还会造成“啃胎”的现象。自动档车辆的自动变速器打滑、液力变矩器的锁止状态不正确都会增加油耗。另外,现在的车辆上都采用智能型控制,它会考虑底盘车速与发动机转速是否匹配,如大众的辉腾在高速时会自动降低车身高度,如果该系统出现故障就会增加油耗。

(作者单位:浙江省杭州技师学院)