高鉛航空汽油對萊康明活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

摘 要:高含鉛量航空汽油能滿足萊康明航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，但該汽油也能對發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一些不利的影響。本文著重分析高含鉛航空汽油在汽缸內(nèi)的燃燒機(jī)理和燃燒產(chǎn)物，揭示高鉛航空汽油影響該類發(fā)動(dòng)機(jī)的成因。對于正確認(rèn)識和減少高含鉛量汽油對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，準(zhǔn)確處理這些影響有很好的參考意義。

關(guān)鍵詞:航空汽油萊康明活塞發(fā)動(dòng)機(jī)四乙基鉛積鉛

中圖分類號:V231文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0089-01

CESSNA172R和PA44-180飛機(jī)作為中國民航飛行學(xué)院飛行訓(xùn)練的主要機(jī)種，其所使用的萊康明360系列發(fā)動(dòng)機(jī)(IO-360-L2A、LO/O-360-A1H6)具有汽缸壓縮比高(8.5:1)、經(jīng)濟(jì)效益好、結(jié)構(gòu)簡單、易于使用和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

高的汽缸壓縮比需要使用高標(biāo)號的航空汽油，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。目前學(xué)院該系列發(fā)動(dòng)機(jī)使用國產(chǎn)95、100號航空汽油，該汽油的含鉛量(四乙基鉛)分別為5.1ml/gallon和3.7ml/gallon，明顯高于廠家推薦的燃油等級(100號:3ml/gallon和100LL:2ml/gallon)。此外，學(xué)院該初、中教練機(jī)起落頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)低功率、低溫、富油運(yùn)行時(shí)間占總的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間比例較大，極容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、功率下降等故障，給飛行安全帶來了隱患。

1 高鉛航空汽油的主要成分

發(fā)動(dòng)機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性、可靠性很大度上取決于所用燃油的質(zhì)量。對于萊康明航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)來說，汽油的抗爆性要強(qiáng)，即要求汽油和空氣組成的混合氣在發(fā)動(dòng)機(jī)各工作狀態(tài)下都能正常燃燒，能適當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，能在較大的進(jìn)氣壓力下工作。辛烷值是用來衡量汽油抗爆震性能好壞的指標(biāo)，所謂的95號汽油，就是95%的異辛烷，5%的正庚烷。

高鉛航空汽油是各種碳?xì)浠衔锏膹?fù)雜混合物，其組成是各種不同比例的碳?xì)浠衔铮饕煞质荂4～C12烴類，以及少量的四乙基鉛、二溴化乙烯以及微量的抗氧化劑等組成。

其中四乙基鉛(T.E.L)或(CH3CH2)4Pb用以提高汽油的辛烷值，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)生爆震;同時(shí)由于四乙基鉛的毒性，使其具有殺菌特性，有助于防止燃油內(nèi)污染和細(xì)菌生長而造成燃油降解，從而能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、功率以及延長各零件的壽命。二溴化乙烯作為鉛凈化劑，能與鉛發(fā)生反應(yīng)生成更易揮發(fā)的溴化鉛。

2 高鉛航油的燃燒過程及燃燒產(chǎn)物

吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程是一個(gè)高溫高壓下極為復(fù)雜的過程，汽缸內(nèi)最大壓力和最高溫度分別可達(dá)到Pc:30～50kg/cm3;Tc:2500～2700K。

燃料中四乙基鉛燃燒后會(huì)產(chǎn)生固體鉛和氧化鉛，其主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

(CH3CH2)4Pb+13O2→8CO2+ 10H2O+Pb，2Pb+O2→2PbO

固體鉛和氧化鉛會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)迅速積聚，損害發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)各個(gè)零件。因此會(huì)加入更具揮發(fā)性的二溴化乙烯作為鉛凈化劑，其與鉛在一起轉(zhuǎn)化成溴化鉛并在燃燒溫度下?lián)]發(fā)，以氣體的方式離開發(fā)動(dòng)機(jī)。其主要轉(zhuǎn)化方程式如下:

C2H4Br2+O2→HBr(氫溴酸)，(CH3CH2)4Pb+O2→PbO，PbO+HBr→PbBr(溴化鉛)

其中，各物質(zhì)的沸點(diǎn)如下表:(如表1)

由上表可以看出:溴化鉛的沸點(diǎn)(373℃)明顯低于鉛(1740℃)和氧化鉛(1535℃)的沸點(diǎn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)在過貧油、過富油等不同狀態(tài)下鉛化物會(huì)增加，但是它們生成鉛化物的形式是不同的。慢車狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)一般富油運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速較低，且余氣系數(shù)低，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度較低，生成的鉛化物成黏稠狀，并具有較強(qiáng)的附著能力，汽油中的鉛不能正常汽化，也容易引起積鉛和積碳。

巡航狀態(tài)下，特別是過貧油狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度較高，產(chǎn)生的鉛化物比較堅(jiān)硬，甚至有過氧化鉛(PbO2)產(chǎn)生，多余的氧氣和鉛合成氧化鉛，其中一部分氧化鉛遇到溫度較低的汽缸壁和電嘴時(shí)，就會(huì)固化而一層一層地堆積起來，并且它在持續(xù)高速、高負(fù)荷的情況下危害最大。因此，在使用中不可刻意追求貧油，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)過貧油工作。

3 減少燃燒產(chǎn)物對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

航空汽油中加入四乙基鉛，雖然爆震性能提高了，但是帶來的危害是汽缸容易積鉛。沒有排出汽缸的鉛和氧化鉛沉積在燃燒室、汽缸壁、活塞頂電嘴和氣門上。特別是累積在電嘴和氣門上的鉛將會(huì)使電嘴不跳火或跳火性能變差，氣門關(guān)不嚴(yán)，嚴(yán)重者造成氣門卡阻，從而增大了飛行安全隱患和維護(hù)費(fèi)用。

因此要減少燃燒產(chǎn)物對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，具體措施如下:(1)在使用含鉛量高的汽油過程中，縮短電嘴清潔周期和滑油更換期;(2)積鉛雖然在任何工作狀態(tài)下都能產(chǎn)生，但是積鉛最容易產(chǎn)生的是在巡航狀態(tài)且在過貧油下工作時(shí)，因此避免發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航狀態(tài)且過貧油下工作。(3)避免發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間低速、富油、低負(fù)荷條件下慢車運(yùn)行，在停車前或慢車后進(jìn)行燒電嘴，維持轉(zhuǎn)速n=1800rpm，保持10～15秒，用熱沖擊的辦法來消除和減少積鉛。因?yàn)槌练e物和金屬部件的膨脹系數(shù)不同，用溫度突然上升或下降的辦法，使沉積物碎裂，隨廢氣排出;(4)使用時(shí)密切監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，特別是與貧、富油有關(guān)的排氣溫度(EGT)和汽缸頭溫度(CHT)，按規(guī)定進(jìn)行貧富油調(diào)節(jié)，避免長時(shí)間使EGT和CHT過高，高溫易產(chǎn)生堅(jiān)硬的鉛化物，甚至有過氧化鉛(PbO2);同時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度低，汽油中的鉛不能正常汽化，也容易引起鉛污染。

4 結(jié)語

高含鉛量航空汽油雖然在一定程度上滿足了萊康明活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆震性能，但是對發(fā)動(dòng)機(jī)也產(chǎn)生了一些不利的影響。在實(shí)際操作和維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要了解高含鉛量汽油影響發(fā)動(dòng)機(jī)的成因，及時(shí)準(zhǔn)確地處理由于含高鉛量汽油而引起的各種故障，最大限度地降低影響，提高維護(hù)質(zhì)量，保障飛行安全。

參考文獻(xiàn)

[1]TEXTRON LYCOMING Aircraft Engines.OPERATOR’S MANUAL，2000.

[2]唐慶如.活塞發(fā)動(dòng)機(jī).兵器工業(yè)出版社，2007(1).

[3]閻成鴻.CESSNA172R型飛機(jī)機(jī)型培訓(xùn)教程.航空工業(yè)出版社，2008(9).

[4]沈義濤，等.汽油理化特性與發(fā)動(dòng)機(jī)排放的關(guān)系.APC聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)論文(天津)，2007，9:39～44.