爆震
detonation
汽油机中一种不正常燃烧的现象。汽油机正常燃烧时,火花塞点火后经过短暂的
着火延迟期的准备,在电极间隙附近形成火焰核心,火焰从火焰核心以30~40米/秒的
速度向四周的未燃混合气区传播,使燃烧室内混合气循序燃烧,直至结束(见图[汽
油机燃烧示意图])。通过高速摄影研究汽油机爆震时发现,在汽油机燃烧室内火焰
传播过程中,远离火花塞的未燃混合气(末端混合气),被已燃混合气的膨胀所压缩,
此处的局部温度因热辐射作用而超过燃料的自燃温度,从而产生自发反应,形成一个
或多个火焰核心。即在正常火焰传播到以前先行发火自燃,发出极强的火光,燃烧温
度常在4000℃以上,火焰传播速度达200~1000米/秒以上,比正常燃烧的火焰传播
速度高几十倍。高速传播的爆震燃烧使气缸内产生压力冲击波,并在气缸壁面上反射
和反复冲击,造成强制振动并产生高频噪声,即敲缸现象。压力波的冲击使壁面的气
膜减薄,向气缸壁的传热损失增大,结果功率下降,燃料消耗率上升,汽油机过热,冷却水和机油温度增高。持久的爆震破坏气缸壁油膜,加剧气缸壁的磨损,严重时会
使机件损坏。避免爆震的措施有:使用高辛烷值汽油,燃用过浓混合气,使末端混合
气本身不易发火;降低进气温度,加强末端混合气的冷却,延迟点火时刻,以降低末
端混合气的温度;利用可燃混合气的湍流和旋流,提高正常火焰传播速度,或
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
紧
凑的燃烧室,合理布置火花塞位置,缩短火焰传播距离,以缩短正常火焰传至末端混合
气的时间。
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何谓爆震
当混合气(空气与燃油充分的混合) 在进气行程进入燃烧室后,活塞在压缩行程
时便将其压缩,火星塞将高压混合气点然后,其燃烧所产生的压力则转换成引擎运转
的动力。引擎燃烧虽可以用三言两语简单的形容,但光是内燃机的燃烧研究,不知已
造就了多少博、硕士论文,甚至许多学者、
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
师穷其一生都在研究燃烧的学问,所
以要真正了解引擎,是要花很多工夫的。
正是因为引擎的燃烧十分复杂,所以需要有相当精确的设计与控制,稍有一点控
制失误或是失常,便会造成不正常燃烧,而「爆震」就是一种不正常燃烧。简单的说,
爆震是不正常燃烧所导致的燃烧室内压力失常。
右方高压缩比设定的情形较容易引起爆震,便需使用高辛烷值的燃料以避免爆震。
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爆震的原因
在说到爆震原因前,我们先要了解两件事。第一,混合气在燃烧室内燃烧,其火焰是由点火点以「波」的方式向四周扩散,所以由点火到油气完全燃烧需要依段短暂的时间。第二,油气虽然需要靠火星塞点燃,但是过于高温、高压的环境也会使油气自燃。
一般的爆震是因为燃烧室内油气点火后,火焰波尚未完全扩散,远程未燃的油气即因为高温或高压而自燃,其火焰波与正规燃烧的火焰波撞击而产生极大压力,使得引擎产生不正常的敲击声。造成爆震最主要有以下几点原因:
一、点火角过于提前:
为了使活塞在压缩上死点结束后,一进入动力冲程能立即获得动力,通常都会在活塞达到上死点前提前点火(因为从点火到完全燃烧需要一段时间)。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩行程时,大部分油气已经燃烧,此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃,而造成爆震。
二、引擎过度积碳:
引擎于燃烧室内过度积碳,除了会使压缩比增大(产生高压),也会在积碳表面产生高温热点,使引擎爆震。
三、引擎温度过高:
引擎在太热的环境使得进气温度过高,或是引擎冷却水循环不良,都会造成引擎高温而爆震。
四、空燃比不正确:
过于稀的燃料空气混合比,会使得燃烧温度提升,而燃烧温度提高会造成引擎温度提升,当然容易爆震。
五、燃油辛烷值过低:
辛烷值是燃油抗爆震的指标,辛烷值越高,抗爆震性越强。压缩比高的引擎,燃烧室的压力较高,若是使用抗爆震性低的燃油,则容易发生爆震。
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怎么知道爆震及爆震的影响
爆震的英文是Knocking,及敲击的意思,所以爆震时引擎会产生敲击声。轻微不连续的爆震声音相当清脆,有点类似轻敲三角铁的声音。而严重且连续的爆震时,引擎会有「哩哩哩」的声音,此时引擎也会明显的没力。
现在许多车厂为了将引擎压榨出最大的性能及降低油耗,通常会把常用转速域的点火角设定的比较提前,所以有些引擎在2000至3000转间负荷较大时,难免会有轻微的爆震,然而轻微的爆震对引擎不会有太大的影响,车主也不用过于担心。但是
若因为引擎出问题所产生的爆震,如严重积碳或散热不良等,这种爆震通常很严重,如果是在高转速高负荷发生连续且严重的爆震,不出一分钟,轻则火星塞及活塞熔损,严重的甚至连汽缸及引擎本体都会炸穿。
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爆震感知器(爆震传感器)
最立即且有效抑制爆震的方法,就是延后点火提前角,降低燃烧压力。所以爆震
感知器作动原理,是当侦测到引擎爆震时,则将点火提前角延后到不会爆震的点火时机,待引擎不爆震时,再慢慢的将点火提前回复。爆震感知器是利用一加速度传感器
来量测引擎的加速度变化,也就是震动。工程师在调校爆震感知器时会把爆震的震动
模式写入ECU中,一旦爆震感知器侦测出该震动模式,ECU则判定引擎爆震,随即
延后点火提前角。目前较先进的爆震感知器甚至能判定是哪一个汽缸爆震,而针对该
汽缸个别延后点火提前角。
某些高级汽车上,如奔驰600-137系列发动机已经取消了爆震传感器,改为由特
别的火花塞和相应的感应电路来感应气缸内部的离子流异常来确定发动机是否爆震。这种方法更加灵敏有效。
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92、95或98
说到爆震,大家最关心的还是加什么汽油的问题。其实92、95或98是汽油的
抗爆震性,也就是其「辛烷值」。什么是「辛烷值」呢?在研究燃料与爆震的关系时,
研究人员发现「异辛烷」最能抵抗爆震,而「正庚烷」相当容易爆震,所以就将异辛烷的抗爆震度订为100,而正庚烷订为0。所谓辛烷值95的汽油,就是它的抗爆震
度与95%异辛烷和5%正庚烷混合物的抗爆震度相同。所以这纯粹是抗爆震性的问题,并不是加了辛烷值越高的汽油,引擎就越有力。当然,若是加了辛烷值太低的汽油而
导致爆震,或是爆震发生时引擎退点火角,车子的确会比较没力。换句话说,只要引擎不爆震,提高油料的辛烷值并不会让引擎更有力或更省油,只会让你的荷包更缩水。
爆震传感器
爆震传感器就装在发动机缸体中间以四缸机为例就装在2缸和3缸之间,或者1 ,2缸中间一个,3,4缸中间一个。是用来测定发动机抖动度的,当发动机产生爆
震时用来调整点火提前角的。一般都是压电陶瓷式的,当发动机有抖动时里面的陶瓷
受到挤压产生一个电信号,因为这个电信号很弱所以一般的爆震传感器的连接线上都
用屏蔽线包裹的。
爆震传感器是交流信号发生器,但它们与其他大多数汽车交流信号发生器大不相同,除了像磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器一样探测转轴的速度和位置,它们也探测振动或机械压力。与定子和磁阻器不同,它们通常是压电装置。它们能感知机械压力或振动(例如发动机起爆震时能产生交流电压)的特殊材料构成。
点火过早,排气再循环不良,低标号燃油等原因引起的发动机爆震会造成发动机损坏。爆震传感器向电脑(有的通过点控制模诀)提供爆震信号,使得电脑能重新调整点火正时以阻止进一步爆震。它们实际上是充当点火正时反馈控制循环的“氧传感器”角色。
爆震传感器安放在发动机体或汽缸的不同但置。当振动或敲缸发生时,它产生一个小电压峰值,敲缸或振动越大。爆震传感器产主峰值就越大。一定高的频率表明是爆震或敲缸,爆震传感器通常设计成测量5至15千赫范围的频率。当控制单元接收到这些频率时,电脑重修正点火正时,以阻止继续爆震,爆震传感器通常十分耐用。所以传感器只会因本身失效而损坏。