发动机爆震的形成和危害

发动机爆震的形成和危害 发动机爆震的形成和危 害 爆震 『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，如提高压缩比、增压装置、提高汽缸壁工作温度(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』，到达自燃点後在经过一段时间的『自燃点火延迟』後就会自行引燃，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後，将使得活塞、汽缸头、汽门、活塞环等，产生严重的损坏。 影响爆震的因素 爆震是汽缸中复杂的异常燃烧现象，归纳其发生的原因可分为两个方向:温度过高和压力过高。燃烧室与汽缸壁过热、进气过热、点火提前、压缩比太高、进气压力过高、燃烧室积碳、汽油辛烷值太低都是造成爆震的主因。以下就分述影响爆震的原因: ,、燃料的辛烷值 燃料的抗爆震性是以辛烷值(Octane Number)来示，通常分子构造简单、碳数多、 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。加剧积炭的形成。 ,、燃烧室的设计 火花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。 ,、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93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，还请车主三思。因此汽车每隔三万公里后要全面免拆清洗进气系统(节气门，进气管，气门，燃烧室)和燃油系统(喷油器，加添加剂到油箱去水份) ,、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。 ,、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，使得燃烧最後的温度降低，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。 ,、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。 ,、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。 ,、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。