小代君說
摘 要
本文主要介紹了實驗室辛烷值機變壓縮比氣缸的主要結構及改變壓縮比的原理，常用標定氣缸高度的方法和辛烷值測定的方法。論述了關于氣缸高度、壓縮比、氣缸壓縮壓力之間的關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。汽油機的熱功效率與其壓縮比有直接的關系，隨著壓縮比的提高，發動機消耗功率降低，經濟性提高了，因而消費者也希望擁有較高壓縮比的內燃機。但是內燃機的壓縮比受汽油燃料抗爆指數的制約。如果汽油的辛烷值過低，汽油發動機在運行時會產生一種爆震現象，不僅大大降低了汽油機的熱功效率，嚴重時還會引起缸頭、活塞、活塞環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動機就不會發生強烈爆震。由此可見燃料辛烷值是影響發動機性能的重要指標，那么實驗室是如何實現不同標號辛烷值的測定的？發動機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系呢？
2、辛烷值的概念
辛烷值是汽油的抗爆性能指標。通常實驗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行爆震性能比較，從而計算得出試樣辛烷值。即在標準試驗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數。
3、實現辛烷值測定的重要因素
辛烷值機采用單杠四沖程變壓縮比發動機，調整氣缸的壓縮比即可以調整氣缸的壓縮壓力。
3.1、壓縮比的概念
壓縮比是汽油發動機的重要技術指標，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，即活塞在下至點時氣缸的體積V1與活塞在上止點時氣缸的體積V2之比V1/V2。
3.2、變壓縮比氣缸的結構
變壓縮比汽缸總成包括汽缸、搖臂機構、一個用于提供壓縮比變化特性的帶有蝸輪、蝸輪軸機構的汽缸夾緊套筒、一個用于提供汽缸垂直校準的導板，以及一個曲軸箱頂部防護裝置和相關的活塞連桿機構。
3.3、壓縮比的調整方法
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構，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孔中，連桿和活塞與汽缸連接。蝸輪內螺紋與汽缸裙部的外螺紋相結合，蝸輪與蝸桿緊密配合，蝸桿通過花鍵與變壓縮比電機相連，當通過手柄驅動變壓縮比電機時便由蝸桿驅動蝸輪轉動，蝸輪轉動一圈可以將汽缸升高或降低0.007英寸，數字計數器的傳動比為10：1，渦輪每轉動一圈，數字計數器將改變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、壓縮壓力之間的關系
當氣缸高度升高時，活塞運行到下至點時的體積V1′相比之前增大了，假如體積增加Vm，即V1′=V1+Vm；那活塞運行到上止點時的體積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，活塞運行至上止點時的體積增大，因此氣缸壓縮壓力相比之前會降低。
當氣缸高度降低時，活塞運行到下至點時的體積V1′相比之前減小了，假如體積減小Vz，即V1′=V1-Vz；那活塞運行到上止點時的體積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，活塞運行至上止點時的體積V2減小，因此氣缸壓縮壓力相比之前會升高。
4、壓縮壓力法標定基礎氣缸高度
發動機的壓縮比愈高，其壓縮壓力也愈大，在辛烷值機所能改變的壓縮比范圍內，壓縮壓力與壓縮比呈直線關系。
標定方法：
首先將發動機預熱運行到標準溫度狀態下，然后關閉供油閥、點火開關并快速停機 ，取下爆震傳感器，安裝氣缸壓力表（壓力表要定期校準，保證準確），在化油器喉管符合當地大氣壓力所要求的標準尺寸下（馬達法根據當地大氣壓的不同，有三種喉管尺寸可選，研究法只有一種喉管），用壓縮比電機的驅動手柄驅動壓縮比電機，調整氣缸高度查對壓縮壓力是否符合與大氣壓對應的標準曲線規定值，馬達法要選擇符合本機所處大氣壓及所使用喉管尺寸的曲線。
將計數器上下排讀數都調至930（測微計對應讀數應為0.352英寸），這時的壓縮壓力如果不符合曲線對應的規定值，則松開計數器軟軸連接，然后撥動壓縮比電機的驅動手柄，調整氣缸高度，使壓縮壓力符合曲線對應的規定值，并重復測試兩三次，確定其壓力值的準確性，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準曲線的規定值。
▲注：以上壓力數允許±2.0磅/平方英寸的誤差，上表數據只適用于喉管尺寸為9/16英寸。
檢查后，如果發現數據在計數器范圍內普遍存在偏差，則應重新調整計數器的對應關系，如果發現在某一段數據有偏差，而其它部分數據正常，則說明氣缸某一段有變形的可能，要進行仔細的測量，嚴重的要進行氣缸大修。
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，主要的漏點有爆震傳感器、火花塞、進排氣閥等。在正常分析測試中，當沖擊度表指針在不調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。當出現氣缸漏氣現象需要排查時，可以向爆震傳感器底座噴少量的潤滑油觀察油的狀態，如果傳感器密封墊密封不嚴就會隨著活塞的運動產生大量的氣泡。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
火花塞是將高壓導線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩極間的空氣產生電火花以此引燃氣缸內混合氣體的部件，它的安裝形式和爆震傳感器一樣，安裝在缸頭后側并配有密封墊片。當出現氣缸漏氣現象時，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
進排氣門是氣缸的重要組成部件，當測試儀運行時，進排氣門會周期性高頻率開關，以達到進氣和排氣的目的，氣門底座與氣門的接觸面要求絕對的平滑，以保證氣門關閉后氣缸的密封性。設備長時間運行，由于燃氣的腐蝕性和燃燒產生的煙氣，會在氣門底座和氣門表面形成積碳影響氣門在關閉時的密封性，從而導致氣缸壓力波動。
當出現氣缸漏氣的情況，在排查完氣缸外部漏氣的可能性時，就只能拆機進行大修維護，檢查進排氣門、氣門底座的積碳和腐蝕狀況，清理完積碳，如果進排氣門腐蝕不嚴重可以通過反復研磨處理，如果腐蝕嚴重就只能更換新氣門進行研磨處理。
5.2活塞環漏氣
活塞環有氣環和油環，氣環的作用是保證氣缸與活塞的密封性，油環起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上涂一層油膜，以達到活塞和氣缸壁的潤滑和防止機油竄入氣缸中燃燒，并起到輔助封氣的作用。活塞環漏氣主要有活塞環磨損和活塞環竄環兩種原因，在大修維護，拆除缸頭時首先檢查活塞環是否竄環（活塞環在安裝時開口有角度要求），其次在清理完活塞環積碳后測量活塞環的相關尺寸，如果尺寸偏差，必須更換。
6、辛烷值的測定
目前實驗室測定辛烷值主要有兩種方法，即內插法和壓縮比法，因為壓縮比法的精確度與內插法并沒有明顯差異，而用壓縮比法測定只需要內插法測定時間的1/3，并且使用壓縮比法一旦標定爆震強度確定后，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，確定機器的標準爆震條件，再用改變壓縮比的方法，使樣品達到相同的標準爆震強度，再對照壓縮比標準表對應查找辛烷值數。
具體操作步驟如下：
6.1.1確定標準爆震強度
⑴用與樣品接近的辛烷值燃料作為參比燃料。
⑵把壓縮比調整到標準參考曲線的對應值上。
⑶調整燃料杯高度找到最大爆震。
⑷通過調整放大器將爆震儀爆震讀數調整到50。
6.1.2確定樣品燃料的爆震強度
⑴通過汽化器選擇閥調到樣品杯。
⑵調整壓縮比使爆震儀讀數為50。
⑶調整樣品杯高度找到最大爆震。
⑷重新調整壓縮比使爆震儀讀數達到50。
6.1.3讀取計數器讀數，并從標準參考表中查的辛烷值的數值。
使用壓縮比法的兩個注意事項：
⑴因為每臺機器的壓縮壓力與辛烷值只在很窄范圍內有線性關系，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準爆震強度，但建議在評定100辛烷值以下的試樣時，超過4個就進行一次參比燃料標準爆震強度的檢查，如發現有變化需重新標定。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，導致試驗機爆震強度變化。
7、總結
通過上述內容我們可以得出三點結論：第一、當氣缸高度升高時，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有線性關系，所以燃油辛烷值的測定范圍也在降低；當氣缸高度降低時，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有線性關系，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來回波動或同一燃料多次標定的爆震強度不在同一范圍，這時氣缸可能存在漏氣，就必須要進行檢查處理或大修維護了。第三、燃油抗暴指數是辛烷指測定的重要指標，在同一壓縮比下，燃油的抗暴指數越高則燃油的辛烷值越高，抗暴指數越低則燃油辛烷值越低。
參考文獻
【1】辛烷值測定設備操作與維護第二版-WauKesha
【2】辛烷值機細解-中國石化總公司生產經營協調部技術監督處
