汽油機中一種不正常燃燒的現象。汽油機正常燃燒時(shí),火花塞點(diǎn)火后經(jīng)過(guò)短暫的著(zhù)火延遲期的準備,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傳播,使燃燒室內混合氣循序燃燒,直至結束。通過(guò)高速攝影研究汽油機爆震時(shí)發(fā)現,在汽油機燃燒室內火焰傳播過(guò)程中,遠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(guò)燃料的自燃溫度,從而產(chǎn)生自發(fā)反應,形成一個(gè)或多個(gè)火焰核心。即在正常火焰傳播到以前先行發(fā)火自燃,發(fā)出極強的火光,燃燒溫度常在4000℃以上,火焰傳播速度達200~1000米/秒以上,比正常燃燒的火焰傳播速度高幾十倍。高速傳播的爆震燃燒使氣缸內產(chǎn)生壓力沖擊波,并在氣缸壁面上反射和反復沖擊,造成強制振動(dòng)并產(chǎn)生高頻噪聲,即敲缸現象。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,結果功率下降,燃料消耗率上升,汽油機過(guò)熱,冷卻水和機油溫度增高。持久的爆震破壞氣缸壁油膜,加劇氣缸壁的磨損,嚴重時(shí)會(huì )使機件損壞。避免爆震的措施有:使用高辛烷值汽油,燃用過(guò)濃混合氣,使末端混合氣本身不易發(fā)火;降低進(jìn)氣溫度,加強末端混合氣的冷卻,延遲點(diǎn)火時(shí)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,提高正常火焰傳播速度,或設計緊湊的燃燒室,合理布置火花塞位置,縮短火焰傳播距離,以縮短正常火焰傳至末端混合氣的時(shí)間。
何謂爆震
當混合氣 (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(shí)便將其壓縮,火星塞將高壓混合氣點(diǎn)然后,其燃燒所產(chǎn)生的壓力則轉換成引擎運轉的動(dòng)力。引擎燃燒雖可以用三言?xún)烧Z(yǔ)簡(jiǎn)單的形容,但光是內燃機的燃燒研究,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(wèn),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雜,所以需要有相當精確的設計與控制,稍有一點(diǎn)控制失誤或是失常,便會(huì )造成不正常燃燒,而「爆震」就是一種不正常燃燒。簡(jiǎn)單的說(shuō),爆震是不正常燃燒所導致的燃燒室內壓力失常。
右方高壓縮比設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(shuō)到爆震原因前,我們先要了解兩件事。第一,混合氣在燃燒室內燃燒,其火焰是由點(diǎn)火點(diǎn)以「波」的方式向四周擴散,所以由點(diǎn)火到油氣完全燃燒需要依段短暫的時(shí)間。第二,油氣雖然需要靠火星塞點(diǎn)燃,但是過(guò)于高溫、高壓的環(huán)境也會(huì )使油氣自燃。
一般的爆震是因為燃燒室內油氣點(diǎn)火后,火焰波尚未完全擴散,遠程未燃的油氣即因為高溫或高壓而自燃,其火焰波與正規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(diǎn)原因:
一、點(diǎn)火角過(guò)于提前:
為了使活塞在壓縮上死點(diǎn)結束后,一進(jìn)入動(dòng)力沖程能立即獲得動(dòng)力,通常都會(huì )在活塞達到上死點(diǎn)前提前點(diǎn)火 (因為從點(diǎn)火到完全燃燒需要一段時(shí)間)。而過(guò)于提早的點(diǎn)火會(huì )使得活塞還在壓縮行程時(shí),大部分油氣已經(jīng)燃燒,此時(shí)未燃燒的油氣會(huì )承受極大的壓力自燃,而造成爆震。
二、引擎過(guò)度積碳:
引擎于燃燒室內過(guò)度積碳,除了會(huì )使壓縮比增大(產(chǎn)生高壓),也會(huì )在積碳表面產(chǎn)生高溫熱點(diǎn),使引擎爆震。
三、引擎溫度過(guò)高:
引擎在太熱的環(huán)境使得進(jìn)氣溫度過(guò)高,或是引擎冷卻水循環(huán)不良,都會(huì )造成引擎高溫而爆震。
四、空燃比不正確:
過(guò)于稀的燃料空氣混合比,會(huì )使得燃燒溫度提升,而燃燒溫度提高會(huì )造成引擎溫度提升,當然容易爆震。
五、燃油辛烷值過(guò)低:
辛烷值是燃油抗爆震的指標,辛烷值越高,抗爆震性越強。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(shí)引擎會(huì )產(chǎn)生敲擊聲。輕微不連續的爆震聲音相當清脆,有點(diǎn)類(lèi)似輕敲三角鐵的聲音。而嚴重且連續的爆震時(shí),引擎會(huì )有「哩哩哩」的聲音,此時(shí)引擎也會(huì )明顯的沒(méi)力。
現在許多車(chē)廠(chǎng)為了將引擎壓榨出最大的性能及降低油耗,通常會(huì )把常用轉速域的點(diǎn)火角設定的比較提前,所以有些引擎在2000至3000轉間負荷較大時(shí),難免會(huì )有輕微的爆震,然而輕微的爆震對引擎不會(huì )有太大的影響,車(chē)主也不用過(guò)于擔心。但是若因為引擎出問(wèn)題所產(chǎn)生的爆震,如嚴重積碳或散熱不良等,這種爆震通常很?chē)乐兀绻窃诟咿D速高負荷發(fā)生連續且嚴重的爆震,不出一分鐘,輕則火星塞及活塞熔損,嚴重的甚至連汽缸及引擎本體都會(huì )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(diǎn)火提前角,降低燃燒壓力。所以爆震感知器作動(dòng)原理,是當偵測到引擎爆震時(shí),則將點(diǎn)火提前角延后到不會(huì )爆震的點(diǎn)火時(shí)機,待引擎不爆震時(shí),再慢慢的將點(diǎn)火提前回復。爆震感知器是利用一加速度傳感器來(lái)量測引擎的加速度變化,也就是震動(dòng)。工程師在調校爆震感知器時(shí)會(huì )把爆震的震動(dòng)模式寫(xiě)入ECU中,一旦爆震感知器偵測出該震動(dòng)模式,ECU則判定引擎爆震,隨即延后點(diǎn)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(gè)汽缸爆震,而針對該汽缸個(gè)別延后點(diǎn)火提前角。
某些高級汽車(chē)上,如奔馳600-137系列發(fā)動(dòng)機已經(jīng)取消了爆震傳感器,改為由特別的火花塞和相應的感應電路來(lái)感應氣缸內部的離子流異常來(lái)確定發(fā)動(dòng)機是否爆震。這種方法更加靈敏有效。
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