『爆震』是引擎燃烧过程中所产生的异常燃烧现象,它除了使引擎震动加剧外,并产生敲击声、降低引擎出力、损伤引擎结构。爆震可说是引擎设计者的天敌,许多提升马力、降低油耗、减少污染的设计,如高压缩比、增压装置、提高汽缸壁工作温度(材料科技的进步使得强度上无虞)等,都因为爆震的产生而受到限制。
爆震的特性是开始时点火及燃烧波的传播都正常,但是最后应该燃烧的一部份油气,我们称为『尾气』(End Gas),因为受了燃烧后气体膨胀所造成的压缩作用,使其体积缩小、温度和压力升高,在燃烧波尚未传到该处之前,一部份油气的温度已经达到『自燃点』,到达自燃点后在经过一段时间的『自燃点火延迟』后就会自行引燃,并且以300m/s~200m/s的速度迅速向外传播,而当正常燃烧和爆震两个方向相反的燃烧压力波相遇时,会产生剧烈的气体震动,并发出特有的金属撞击声,所以称为『爆震』。轻微的爆震无法被人的感官所察觉,在此我们称它为『无感爆震』,因此当你能感觉得到引擎爆震所产生的噪音和震动时,这时的爆震情况已经严重得超乎你的想像,我们称它为『有感爆震』。有感爆震持续一段时间后,将使得活塞、汽缸头、汽门、活塞环等,产生严重的损坏。
1、燃料的辛烷值
燃料的抗爆震性是以辛烷值(Octane Number)来表示,通常分子构造简单、碳数多、炼长者的抗爆震性优秀,而选用辛烷值较高的汽油是减少爆震发生的最直接方法。汽油辛烷值的选用必须与引擎的缩比配合,理论上压缩比8~9用辛烷值92~95的汽油,压缩比9~10用辛烷值95~100的汽油,否则压缩比高的引擎若使用辛烷值低的汽油,将造成爆震连连、引擎无力、过热、机件损耗。而压缩比低的引擎若误用辛烷值较高的汽油,不但不能增大引擎的出力,反而可能因燃烧温度过高造成引擎过热。
2、燃烧室的设计
火星塞的的位置影响了完成燃烧所需的时间,这段时间就是尾气所受的加压和加热时间,时间的长短直接影响爆震发生的趋势。因此燃烧是的形状若能让压缩时油气的流动性佳、没有死角,并采用热传导效率较高的材料(如铝合金),让汽缸内的温度不易累积,使尾气保持较低的温度也可减少爆震的发生。
3、积碳
燃烧室内如果有积碳会影响燃烧室的散热并造成压缩比的提高,让原本不会发生爆震的引擎也发生爆震。积碳发生的原因除了引擎本身所产生的以外,在汽油中添加辛烷值提升剂更会加速积碳的累积。以国内所能买到的95无铅汽油,对很多高压缩比引擎来说并不够用,很多车主都要选择添加辛烷值提升剂来维持引擎的出力和消除爆震,在爆震与积碳的恶性循环下,添加辛烷值提升剂就有如引鸩止渴一般。
4、压缩比
引擎的热效率是与其压缩比成正比,压缩比越高引擎出力越大,但是压缩比的上限却因为爆震的发生而受到所限制,压缩比与爆震的发生有极密切的关系,压缩比越大,爆震的趋势和强度越强。因为提高压缩比会同时增加汽缸内的温度和压力,使尾气的温度和压力升高,增强爆震的趋势。此外压缩比的提高也会让汽缸内的残留废气对油气的冲淡做降低,造成燃烧室的温度上升,促成爆震的发生。
5、空燃比
油气混合比过稀或混合不均匀都会造成爆震。较浓的油气将使尾气的自燃点火延迟时间增加,但也会使燃烧较不完全,产生的热量较少,使得燃烧最后的温度降低,减少爆震的发生,但也导致燃料用量增加,热效率下降,同时降低引擎出力。有些引擎的爆震控制系统就是在爆震感知器侦测出爆震讯号时,供油系统便会适度的提高油气浓度,直到爆震消除为止。
6、进气温度与汽缸温度
进气温度与汽缸温度的增加会使引擎的容积效率降低,使完成燃烧所需的时间增长,亦即尾气被加压及加热的时间增长,增加尾气的温度和压力,造成爆震。由此我们可以知道当引擎温度过高时,对引擎所成的损害并不是直接由于高温所造成(和汽缸内的温度相比那就称不上高温了),而是因为汽缸壁温度上升导致严重的爆震,因为连连的爆震所产生的严重破坏。
7、点火正时
若点火过早活塞在压缩行程抵达上死点前燃烧掉的油气较多,会使活塞进行压缩时所需的力量增加,同时也会提高燃烧室内的最高温度与压力,而易产生爆震。若点火正时延迟,大部分的油气都在活塞过了上死点以后燃烧,燃烧时活塞已经往下运动,可以底消掉一部份燃烧后气体膨胀所导致的压力升高作用,减轻爆震的趋势。不过假如点火过于落后,引擎的功率及效率都将降低。虽然点火正时的延迟会造成引擎无力、耗油增加,但是对于爆震控制方式的选择大多以改变点火正时为主,因未改变点火正时比起其他消除爆震的方法要来得简单、经济、可行,尤其在电子技术发展成熟的今天更是如此。
8、进气压力
进气压力提高可使油气密度变大,燃烧所产生的总热量较多,会使燃烧的最后温度上升,易于产生爆震。这说明了使用增压进气装置时,不论涡轮增压或机械增压常要适度的配合降低压缩比,并结合爆震控制系统以防止爆震的发生。其中涡轮增压系统(Turbo Charger)更因为会同时造成进气温度上升,所以有进气冷却器(Inter-Cooler)的出现,以降低进气温度提高容积效率并减少爆震的发生。
转贴资讯来源:
http://www.gvclub.net/modules/ipboa...&showtopic=5659