作者：李勇君
来源：《科技创新导报》 2011年第23期
李勇君
(中国民航飞行学院广汉分院 四川广汉 618300)
摘 要:高含铅量航空汽油能满足莱康明航空活塞发动机的需求,但该汽油也能对发动机产生一些不利的影响。本文着重分析高含铅航空汽油在汽缸内的燃烧机理和燃烧产物,揭示高铅航空汽油影响该类发动机的成因。对于正确认识和减少高含铅量汽油对发动机的影响,准确处理这些影响有很好的参考意义。
关键词:航空汽油 莱康明活塞发动机 四乙基铅 积铅
中图分类号:V231 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(b)-0089-01
CESSNA172R和PA44-180飞机作为中国民航飞行学院飞行训练的主要机种,其所使用的莱康明360系列发动机(IO-360-L2A、LO/O-360-A1H6)具有汽缸压缩比高(8.5:1)、经济效益好、结构简单、易于使用和维护等优点。
高的汽缸压缩比需要使用高标号的航空汽油,以减少发动机爆震,提高发动机功率。目前学院该系列发动机使用国产95、100号航空汽油,该汽油的含铅量(四乙基铅)分别为5.1ml/gallon和3.7ml/gallon,明显高于厂家推荐的燃油等级(100号:3ml/gallon和100LL:2ml/gallon)。此外,学院该初、中教练机起落频繁,发动机低功率、低温、富油运行时间占总的发动机运行时间比例较大,极容易造成发动机抖动、功率下降等故障,给飞行安全带来了隐患。
1 高铅航空汽油的主要成分
发动机工作的经济性、可靠性很大度上取决于所用燃油的质量。对于莱康明航空活塞发动机来说,汽油的抗爆性要强,即要求汽油和空气组成的混合气在发动机各工作状态下都能正常燃烧,能适当提高发动机的压缩比,能在较大的进气压力下工作。辛烷值是用来衡量汽油抗爆震性能好坏的指标,所谓的95号汽油,就是95%的异辛烷,5%的正庚烷。
高铅航空汽油是各种碳氢化合物的复杂混合物,其组成是各种不同比例的碳氢化合物,主要成分是C4～C12烃类,以及少量的四乙基铅、二溴化乙烯以及微量的抗氧化剂等组成。
广汉飞行学院招生 其中四乙基铅(T.E.L)或(CH3CH2)4Pb用以提高汽油的辛烷值,以防止发动机内发生爆震;同时由于四乙基铅的毒性,使其具有杀菌特性,有助于防止燃油内污染和细菌生长而造成燃油降解,从而能够提高发动机的效率、功率以及延长各零件的寿命。二溴化乙烯作为铅净化剂,能与铅发生反应生成更易挥发的溴化铅。
2 高铅航油的燃烧过程及燃烧产物
吸气式活塞发动机燃烧过程是一个高温高压下极为复杂的过程,汽缸内最大压力和最高温度分别可达到Pc:30～50kg/cm3;Tc:2500～2700K。
燃料中四乙基铅燃烧后会产生固体铅和氧化铅,其主要化学反应方程式如下:
(CH3CH2)4Pb+13O2→8CO2+ 10H2O+Pb,2Pb+O2→2PbO
固体铅和氧化铅会在发动机内迅速积聚,损害发动机内各个零件。因此会加入更具挥发性的二溴化乙烯作为铅净化剂,其与铅在一起转化成溴化铅并在燃烧温度下挥发,以气体的方式离开发动机。其主要转化方程式如下:
C2H4Br2+O2→HBr(氢溴酸),(CH3CH2)4Pb+O2→PbO,PbO+HBr→PbBr(溴化铅)
其中,各物质的沸点如下表:(如表1)
由上表可以看出:溴化铅的沸点(373℃)明显低于铅(1740℃)和氧化铅(1535℃)的沸点。
发动机在过贫油、过富油等不同状态下铅化物会增加,但是它们生成铅化物的形式是不同的。慢车状态
下,发动机一般富油运转,转速较低,且余气系数低,此时发动机工作温度较低,生成的铅化物成黏稠状,并具有较强的附着能力,汽油中的铅不能正常汽化,也容易引起积铅和积碳。
巡航状态下,特别是过贫油状态下,发动机工作温度较高,产生的铅化物比较坚硬,甚至有过氧化铅(PbO2)产生,多余的氧气和铅合成氧化铅,其中一部分氧化铅遇到温度较低的汽缸壁和电嘴时,就会固化而一层一层地堆积起来,并且它在持续高速、高负荷的情况下危害最大。因此,在使用中不可刻意追求贫油,以避免发动机过贫油工作。
3 减少燃烧产物对发动机的影响
航空汽油中加入四乙基铅,虽然爆震性能提高了,但是带来的危害是汽缸容易积铅。没有排出汽缸的铅和氧化铅沉积在燃烧室、汽缸壁、活塞顶电嘴和气门上。特别是累积在电嘴和气门上的铅将会使电嘴不跳火或跳火性能变差,气门关不严,严重者造成气门卡阻,从而增大了飞行安全隐患和维护费用。
因此要减少燃烧产物对发动机的影响,具体措施如下:(1)在使用含铅量高的汽油过程中,缩短电嘴清洁周期和滑油更换期;(2)积铅虽然在任何工作状态下都能产生,但是积铅最容易产生的是在巡航状态且在过贫油下工作时,因此避免发动机在巡航状态且过贫油下工作。(3)避免发动机长时间低速、富油、低负荷条件下慢车运行,在停车前或慢车后进行烧电嘴,维持转速n=1800rpm,保持10～15秒,用热冲击的办法来消除和减少积铅。因为沉积物和金属部件的膨胀系数不同,用温度突然上升或下降的办法,使沉积物碎裂,随废
气排出;(4)使用时密切监控发动机各项参数,特别是与贫、富油有关的排气温度(EGT)和汽缸头温度(CHT),按规定进行贫富油调节,避免长时间使EGT和CHT过高,高温易产生坚硬的铅化物,甚至有过氧化铅(PbO2);同时,如果发动机工作温度低,汽油中的铅不能正常汽化,也容易引起铅污染。
4 结语
高含铅量航空汽油虽然在一定程度上满足了莱康明活塞发动机的要求,提高了发动机的抗爆震性能,但是对发动机也产生了一些不利的影响。在实际操作和维护发动机时,要了解高含铅量汽油影响发动机的成因,及时准确地处理由于含高铅量汽油而引起的各种故障,最大限度地降低影响,提高维护质量,保障飞行安全。
参考文献
[1] TEXTRON LYCOMING Aircraft Engines.OPERATOR’S MANUAL,2000.
[2] 唐庆如.活塞发动机.兵器工业出版社,2007(1).
[3] 阎成鸿.CESSNA172R型飞机机型培训教程.航空工业出版社,2008(9).
[4] 沈义涛,等.汽油理化特性与发动机排放的关系.APC联合学术年会论文(天津),2007,9:39～44.
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