油汽的燃烧速度与摩托车发动机的点火角

fengzhu

用了不少种点火器，但发动机的点火角始终很难理想完善，导致摩托车的耗油率始终变幻无常。按照书上的说法：气缸内可燃油汽燃烧作功的最佳时机，是在活塞到达上止点后约三十度的位置；但由于当火花塞点燃油汽形成火核需要一段时间，火核成形后，火焰的向外传播与油汽完全燃烧膨胀还需要一定时间，所以火花塞点火的时间需要参照发动机的转速稍微提前点；故发动机的点火角，一般又叫作点火提前角。
给发动机设定某一理想点火角，是为了控制好点火时机，让气缸内的可燃油汽在活塞到达上止点前点燃；可燃油汽的主要部分在活塞与曲轴形成最佳转角时燃烧作功，就可以使最少的燃油发挥出最大的作功效益来。这种活塞在最佳点对曲轴施加压力转换成圆周动力的原理类似与人脚踩的自行车，人脚对脚踏板的最大压力一般是在脚踏过了上止点后约三十度的位置时，向下对曲轴出力比较有效果。
　　　　
气缸内可燃性油汽的燃烧传播速度一般在30～50M/S左右，不是个恒定的数据，有基础温度越高燃烧速度就快的特点，所以气缸的温度和外界进气的温度对燃烧速度影响很大。还有就是受自身压力的影响，所以气缸的压缩比越大，（或是油门越大.）油汽的燃烧传播速度就越高。可燃油汽的浓度更是一个重要因素，过浓或过稀都会减慢燃烧传播速度，让发动机的动力明显变化。
所以发动机为了确保具备较高的燃油效率，最佳点火角就受到许多方面的制约。根据过去对摩托车二冲点火、节油实验和最近在汗马行动中的四冲实验证实，虽然根据发动机的转速来设定点火角能取得很好的实效；但由于气缸内可燃性油汽燃烧速度的变数过多，摩托车发动机的点火提前角仅根据发动机的转速来简单设定还不够。初步看来，点火角的设定与下列几项有关：
　　　　
1.发动机的转速：
由于可燃油汽燃烧速度的变化没有发动机转速变化那么大，从火花塞点燃油汽到气缸里的油汽全部燃烧膨胀需要一些时间，所以发动机转速的加快就需要点火时机也随之提前，这样才能保证可燃油汽在活塞还未下行时就完全燃烧透彻，活塞对曲轴的最大出力时机才不会过分延迟。如此原理也有点象是脚踩自行车，车速越高人的动作就越要提前加快完成那样。所以在一般简易发动机的设计中，点火角会按发动机的最高转速固定在某一点。
一般国产轻摩发动机的固定点火角多设定在高转速段，对发动机的启动性能和怠速的稳定性相当不利，车辆起步时发动机还在低转速，发动机出力也就很差劲。要是点火角与转速相对应了，发动机会有增大排量三成的感觉；所以有的轻摩会在点火cf电路上做点小改进，例如老款的二冲ＹＨ５０轻摩，让点火角可以随发动机的转速略微变化点，以适应发动机在点火、怠速时需要的小点火提前角，而高速时又自动变化到大些的点火提前角。
　　　　
2.可燃油汽的浓度：
可燃油汽按相关资料的说法有三种状态；一是略为偏稀，可以燃烧干净，比较环保节油；但油汽在冷机状态时不容易被点燃，对发动机的启动不利；点燃后燃烧速度较慢，发动机表现动力不够强劲，被称之为贫油。二是按标准耗氧的1/15油气比例，对发动机工作比较适宜，节油与排放也还可以。三是油汽略微偏浓点，燃烧速度加快，发动机在启动时容易点燃，加速出力也比较大点，只是节油性能与排放效果差些，被称之为富油。由此可见，既然油汽浓度会导致燃烧速度变化，发动机的理想点火角应随着油汽浓度而变化点。
个人感觉在版内最常见到的还有第四种状态：化油器输出燃油过多，发动机工作在严重富油状态；这使得摩托车耗油较多，但冷机启动与加速性能比较好点。这样严重浪费燃油的富油燃烧状态以发动机的怠速运转为最常见最典型，由于过度富油和固定的点火角，发动机气缸内严重缺氧和超前的点火角，可让摩托车到达最高车速的每次作功燃油量，只能是让发动机怠速状态哼哼而已。（靠浪费燃油来维持怠速稳定，是汽油发动机的传统缺点之一，此乃本版今后要攻克的目标之一。）
　　　　
3.发动机的进气温度（含热机效应）：
当火花塞给可燃油汽打火时，油汽的燃烧速度和是否容易点燃与进气温度很有关系，油汽本身温度较高时，燃油汽化程度较好，受热时氧化反应较快，很容易被电火花点燃，而且燃烧的速度也会快很多。在实际用车中，进气温度主要是受发动机温度的影响，要是发动机开热了，发烫的进气喉管与炽热的气缸对新进的未燃油汽都有加热作用。这就是热车或是夏天发动机最大转速比较高，可令车速较快的原因之一。
通过许多次的实验可以得知，提高进气温度是一项很有效的节油措施，特别是在冬季。但凡事不能过量，要是进气温度过高，对冷却气缸和发挥发动机功率不利，还会导致缸内油汽提前自行爆燃。对于点火角来说，油汽温度的变化需要改变点火提前角来协调，热天或热机时就需要减小一点点火提前角。所以在某些简单的摩托车电喷装置中，有个简单的发动机温度传感器，用以改变一点油浓度和点火角。
   
4.燃油的标号：
最近关于燃油的话题比较多，一是油价上涨，二是汽油品质。在本帖专题中，与其关系比较重大的是燃油标号问题。众所周知：高标号的燃油燃烧速度比较慢，使用它有发动机启动、怠速、起步比较平稳有力的好处，但点火提前角不大的老款机车使用它会导致最高车速上不去，发动机气缸容易过热等一些问题。低标号燃油燃烧速度比较快，使用它容易给发动机带来高速有力的好处，但对于启动、怠速、起步－－－等发动机低转速段时的表现就不那么出色。
掌握了发动机点火角的一些基本原理后，对于燃油标号的选择就会比较有些分寸。一般车友多不会自行调节改动发动机的点火角，但可以通过调节化油器的出油浓度和选择燃油标号，变相修改气缸内油汽的燃烧速度，等于变相地修改了点火角的点火时机，以此让发动机适应外界环境的一些变化，也是一类简单扼要的做法。
   
5.发动机的压缩比（油门）：
在四冲汽油发动机中，油门开度的大小控制了气缸的实际进气量，所以发动机的实际压缩比与油门开度有很大关系，这点除了严重关系到发动机的燃油效率外，对点火角的确定也有很大关系。当进气被活塞压缩后，其温度与压力就开始升高，油汽向燃烧速度加快的方向变化，发动机开始进入适应高转速的状态。一般来说，摩托车的多数用车状态多是油门越大＝进气越多＝压缩比越大＝油汽基础温度压力越大＝燃烧速度越快＝发动机越适应于高转速状态。
由于上述巧合，所以许多四冲发动机都将点火角固定在适应某一中高转速的角度，这样做在结构上比较简单。这里有个正巧可以给予补偿的地方：发动机转速高一般多是车速高、油门大＝实际压缩比较大的状态，油汽在基础压力大温度高的状态下燃烧速度加快，补偿了因发动机转速高所需要提前的点火角。至于发动机低转速段大油门起步状态下点火角需要滞后的问题，一般的点火系统不会考虑那么多；所以常规摩托在起步状态的低转速中，不适于开大油门。
　　　　
6.发动机的气缸状态：
由于火花塞点燃的火焰传播到气缸内最边远处，导致全部油汽都被引燃有一段距离和时间，所以气缸直径越大的二冲发动机，要想发动机转速能上高速，点火角就需要提前点。同样道理；四冲发动机的燃烧室多数比较宽扁，火花塞多数还不在气缸中心位置，火焰燃烧传播到气缸边缘的距离相对就更长，油汽从点燃到全部燃烧需要的时间更多，点火角就需要提前更多些。其具体外部表现在：二冲发动机对点火角比较敏感，改小点火角对改善机车起步性能比较显著；而四冲发动机对点火角的变化不是很敏感，燃烧作功比较柔和点，在低转速时表现出力矩较大些。
　　　　
7.火花塞的点火状态：
在确定火花塞有效点火时机的问题上，有个比较难以落实的点火时间差问题，就是火花塞点火的火核形成时间问题。对于不同的压缩比、不同的温度、不同的油汽浓度、不同的点火电力、不同的火花塞电极间隙－－－，火花塞从打出电火到点燃油汽开始形成原始火核向外传播燃烧的时间是不同的，这个时间的计算和测定比计算油汽在气缸里的燃烧传播时间还要困难许多，一般只能靠实验结果（机车动力的表现）来决定点火角的实际时机。
一般来说，点火电力强些、火花塞电极间隙大些、油汽浓度高些、油汽温度高些，油汽形成原始火核向外传播燃烧的时间就快些，反之就慢些。由于有了这一包含诸多因素的变数，而且还是没有任何传感器可以测量的变数，点火角的确定就更加困难重重。常见有些版友为了汽油标号或是某品牌火花塞的质量好坏争辩不休，其实未必是什么东西的质量好坏问题，只是那批燃油或火花塞的性质正好对应了某发动机的原始点火设置而已。
     
8.发动机的燃烧状态：
发动机的燃烧状态是个比较复杂化的问题，不但与油汽浓度关系密切，还与燃烧室形状和挤流效果很有关系，特别是火花塞的在气缸中的位置，直接关系到类似点火角大小的效果问题。最近在“汗马行动”的四冲发动机点火角实验中还发现一个过去书刊上没有提及的有趣现象：当发动机油门开度较小、发动机转速较低时，大点火角对发动机的加速作用比小点火角要强许多。如此实验结果推翻了过去简单按发动机转速确定点火角之说，也就是说：当发动机油门不开大，可燃油汽进入气缸不多时，即使发动机的转速不高，大点火角的作功效率也比小点火角高？
经过理论排列分析；觉得这是四冲发动机特有的燃烧状况，打破了原先与二冲发动机一样“看发动机转速变化点火角”的传统经典。虽然此项对发动机节油有着重要意义，但四冲发动机点火角理论上的这点变化，将导致点火系统理论上的一些混乱。最最起码是按此发现新的问题，简单点火系统的变角因素要重新考虑，变角是以油门为主还是以发动机转速为主？可能还有要牵涉到发动机燃烧室的重大改进变化。
这个实验的效果甚至在发动机怠速时都有体现，也就是说：在发动机小油门低转速状态下，使用大点火角也比小点火角要节油？（但要是论发动机的启动性能和怠速的稳定性，还是小点火角比较强些。四冲发动机上的这点与俺过去在二冲机车上的实验结果有些不同，将原先打算按发动机转速安置成分段双凸台点火角的计划全然打乱。）结果至此，有必要考虑如何测量气缸内未燃油汽的实际压缩比的问题，点火角至少要按“转速”与“进气量”两个变数来考虑，或者是改成按油门开度来确定点火角的点火电路。
　　　　－－－－－－－－－－－－
综合上述几点来看，对于气缸内火焰传播距离较长的四冲发动机，要想将点火角落实到十分理想状态比较困难，即使是发动机的气缸状态、火花塞、－－这几项发动机参数固定，还有“发动机转速”“油汽浓度”“进气温度”“实际压缩比”－－－－等四项参数在相互变化。其中在传统变角点火器中比较看重的发动机转速，它的参数变化相对独立，可以直接送到点火器计算系统中去。“进气温度”的电路处理也比较简单，无论是温度传感器或是手动微调，都可以简单解决因温度变化带来的点火角和燃油浓度问题。
只有“油汽浓度”和“油门开度＝实际压缩比”的问题比较麻烦，它们常是呈反比关系，传感器也比较复杂点，目前靠个人制作相当困难。至于火花塞的火核形成时间，则是一点定数都没有的麻烦问题，几乎没有办法去确定，只有将点火器的点火角做成可变微调的才行。（关于简易综合了发动机转速和油门开度的变角点火器，最近已找到些途径，是不是很耐用，等过了半年实验期再做介绍。）
最最令人提心吊胆的是：在发动机中安装上述四项传感器不是件好玩的事，他们的计算关系不是象四发飞机那样允许其中之一损坏熄火的并联关系，而是呈糖葫芦那样的串连计算关系，其中不论是哪一个传感器出问题，稍有误差就会导致全盘皆输。电子产品出了毛病不象机械结构那么明显易见，一但半路上有点差池，结果就会狼狈得不堪设想，想必这也是摩托车厂家不愿意多事，多数车款都是简陋固定点火角的原因之一吧。。。

xingba

分析的相当不错！

lyg6298936

分析的相当不错

非我所愿0

现在电喷是否可调节点火角，而不是固定在某一点

wjjlb

写得不错,正在收集这方面的知识

古矢

节油环保的技术，祝楼主早日成功！