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爆震

1 爆震

汽油機(jī)中一種不正常燃燒的現(xiàn)象。汽油機(jī)正常燃燒時,火花塞點火后經(jīng)過短暫的著火延遲期的準(zhǔn)備,在電極間隙附近形成火焰核心,火焰從火焰核心以30~40米/秒的速度向四周的未燃混合氣區(qū)傳播,使燃燒室內(nèi)混合氣循序燃燒,直至結(jié)束。通過高速攝影研究汽油機(jī)爆震時發(fā)現(xiàn),在汽油機(jī)燃燒室內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^程中,遠(yuǎn)離火花塞的未燃混合氣(末端混合氣),被已燃混合氣的膨脹所壓縮,此處的局部溫度因熱輻射作用而超過燃料的自燃溫度,從而產(chǎn)生自發(fā)反應(yīng),形成一個或多個火焰核心。即在正?;鹧?zhèn)鞑サ揭郧跋刃邪l(fā)火自燃,發(fā)出極強(qiáng)的火光,燃燒溫度常在4000℃以上,火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_(dá)200~1000米/秒以上,比正常燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀邘资?。高速傳播的爆震燃燒使氣缸?nèi)產(chǎn)生壓力沖擊波,并在氣缸壁面上反射和反復(fù)沖擊,造成強(qiáng)制振動并產(chǎn)生高頻噪聲,即敲缸現(xiàn)象。壓力波的沖擊使壁面的氣膜減薄,向氣缸壁的傳熱損失增大,結(jié)果功率下降,燃料消耗率上升,汽油機(jī)過熱,冷卻水和機(jī)油溫度增高。持久的爆震破壞氣缸壁油膜,加劇氣缸壁的磨損,嚴(yán)重時會使部件損壞。避免爆震的措施有:使用高辛烷值汽油,燃用過濃混合氣,使末端混合氣本身不易發(fā)火;降低進(jìn)氣溫度,加強(qiáng)末端混合氣的冷卻,延遲點火時刻,以降低末端混合氣的溫度;利用可燃混合氣的湍流和旋流,提高正?;鹧?zhèn)鞑ニ俣龋蛟O(shè)計緊湊的燃燒室,合理布置火花塞位置,縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x,以縮短正?;鹧?zhèn)髦聊┒嘶旌蠚獾臅r間。

何謂爆震

當(dāng)混合氣 (空氣與燃油充分的混合) 在進(jìn)氣行程進(jìn)入燃燒室后,活塞在壓縮行程時便將其壓縮,火星塞將高壓混合氣點然后,其燃燒所產(chǎn)生的壓力則轉(zhuǎn)換成引擎運轉(zhuǎn)的動力。引擎燃燒雖可以用三言兩語簡單的形容,但光是內(nèi)燃機(jī)的燃燒研究,不知已造就了多少博、碩士論文,甚至許多學(xué)者、工程師窮其一生都在研究燃燒的學(xué)問,所以要真正了解引擎,是要花很多工夫的。

正是因為引擎的燃燒十分復(fù)雜,所以需要有相當(dāng)精確的設(shè)計與控制,稍有一點控制失誤或是失常,便會造成不正常燃燒,而「爆震」就是一種不正常燃燒。簡單的說,爆震是不正常燃燒所導(dǎo)致的燃燒室內(nèi)壓力失常。

右方高壓縮比設(shè)定的情形較容易引起爆震,便需使用高辛烷值的燃料以避免爆震。

爆震的原因

在說到爆震原因前,我們先要了解兩件事。第一,混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒,其火焰是由點火點以「波」的方式向四周擴(kuò)散,所以由點火到油氣完全燃燒需要一段短暫的時間。第二,油氣雖然需要靠火花塞點燃,但是過于高溫、高壓的環(huán)境也會使油氣自燃。

一般的爆震是因為燃燒室內(nèi)油氣點火后,火焰波尚未完全擴(kuò)散,遠(yuǎn)程未燃的油氣即因為高溫或高壓而自燃,其火焰波與正規(guī)燃燒的火焰波撞擊而產(chǎn)生極大壓力,使得引擎產(chǎn)生不正常的敲擊聲。造成爆震最主要有以下幾點原因:

一、點火角過于提前:

為了使活塞在壓縮沖程上止點結(jié)束后,一進(jìn)入作功沖程能立即獲得動力,通常都會在活塞到達(dá)上止點前提前點火 (因為從點火到完全燃燒需要一段時間)。而過于提早的點火會使得活塞還在壓縮沖程時,大部分油氣已經(jīng)燃燒,此時未燃燒的油氣會承受極大的壓力自燃,而造成爆震。

二、引擎過度積碳:

引擎于燃燒室內(nèi)過度積碳,除了會使壓縮比增大(產(chǎn)生高壓),也會在積碳表面產(chǎn)生高溫?zé)狳c,使引擎爆震。

三、引擎溫度過高:

引擎在太熱的環(huán)境使得進(jìn)氣溫度過高,或是引擎冷卻水循環(huán)不良,都會造成引擎高溫而爆震。

四、空燃比不正確:

過于稀的燃料空氣混合比,會使得燃燒溫度提?,而燃燒溫度提高會造成引擎溫度提升,當(dāng)然容易爆震。

五、燃油辛烷值過低:

辛烷值是燃油抗爆震的指標(biāo),辛烷值越高,抗爆震性越強(qiáng)。壓縮比高的引擎,燃燒室的壓力較高,若是使用抗爆震性低的燃油,則容易發(fā)生爆震。

怎么知道爆震及爆震的影響

爆震的英文是Knocking,及敲擊的意思,所以爆震時引擎會產(chǎn)生敲擊聲。輕微不連續(xù)的爆震聲音相當(dāng)清脆,有點類似輕敲三角鐵的聲音。而嚴(yán)重且連續(xù)的爆震時,引擎會有「哩哩哩」的聲音,此時引擎也會明顯的沒力。

現(xiàn)在許多車廠為了將引擎壓榨出最大的性及降低油耗,通常會把常用轉(zhuǎn)速域的點火角設(shè)定的比較提前,所以有些引擎在2000至3000轉(zhuǎn)間負(fù)荷較大時,難免會有輕微的爆震,然而輕微的爆震對引擎不會有太大的影響,車主也不用過于擔(dān)心。但是若因為引擎出問題所產(chǎn)生的爆震,如嚴(yán)重積碳或散熱不良等,這種爆震通常很嚴(yán)重,如果是在高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷發(fā)生連續(xù)且嚴(yán)重的爆震,不出一分鐘,輕則火星塞及活塞熔損,嚴(yán)重的甚至連汽缸及引擎本體都會炸穿。

爆震感知器(爆震傳感器)

最立即且有效抑制爆震的方法,就是延后點火提前角,降低燃燒壓力。所以爆震感知器作動原理,是當(dāng)偵測到引擎爆震時,則將點火提前角延后到不會爆震的點火時機(jī),待引擎不爆震時,再慢慢的將點火提前回復(fù)。爆震感知器是利用一加速度傳感器來量測引擎的加速度變化,也就是震動。工程師在調(diào)校爆震感知器時會把爆震的震動模式寫入ECU中,一旦爆震感知器偵測出該震動模式,ECU則判定引擎爆震,隨即延后點火提前角。目前較先進(jìn)的爆震感知器甚至能判定是哪一個汽缸爆震,而針對該汽缸個別延后點火提前角。

某些高級汽車上,如奔馳600-137系列發(fā)動機(jī)已經(jīng)取消了爆震傳感器,改為由特別的火花塞和相應(yīng)的感應(yīng)電路來感應(yīng)氣缸內(nèi)部的離子流異常來確定發(fā)動機(jī)是否爆震。這種方法更加靈敏有效。

93、97或98

說到爆震,大家最關(guān)心的還是加什么汽油的問題。其實93、97或98是汽油的抗爆震性,也就是其「辛烷值」。什么是「辛烷值」呢?在研究燃料與爆震的關(guān)系時,研究人員發(fā)現(xiàn)「異辛烷」最能抵抗爆震,而「正庚烷」相當(dāng)容易爆震,所以就將異辛烷的抗爆震度訂為100,而正庚烷訂為0。所謂辛烷值97的汽油,就是它的抗爆震度與97%異辛烷和3%正庚烷混合物的抗爆震度相同。所以這純粹是抗爆震性的問題,并不是加了辛烷值越高的汽油,引擎就越有力。當(dāng)然,若是加了辛烷值太低的汽油而導(dǎo)致爆震,或是爆震發(fā)生時引擎退點火角,車子的確會比較沒力。換句話說,只要引擎不爆震,提高油料的辛烷值并不會讓引擎更有力或更省油,只會讓你的荷包更縮水。

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