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（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』（EndGas），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：１、燃料的辛烷值燃料的抗爆震性是以辛烷值（OctaneNumber）来表示，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。２、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。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）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。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（TurboCharger）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。