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尋找汽車發動機爆震的「罪魁禍首」

隨著汽車深入人們的日常生活,越來越多的用車問題也暴露出來。發動機爆震就是一個最近比較常見的問題,很多對此不太了解的朋友聽了這個詞,感到很困惑。甚至因此而放棄了某些自己喜愛的車型,如一位朋友很喜歡某車,卻問我它是否如網上盛傳的那樣容易發生爆震。  其實發動機爆震並不複雜,只要明確了爆震的原因就能夠對症下藥解決問題,下面就一同來尋找這一「罪魁禍首」。
  何謂爆震
  汽油發動機,當混合氣(空氣與燃油充分的混合)在進氣行程進入燃燒室后,活塞在壓縮行程時便將其壓縮,火花塞將高壓混合氣點燃后,其燃燒所產生的壓力則轉換成發動機運轉的動力。發動機燃燒雖可以用三言兩語簡單的形容,但光是內燃機的燃燒研究,不知已造就了多少博、碩士論文,甚至許多學者、工程師窮其一生都在研究燃燒的學問,所以要真正了解發動機,是要花很多工夫的。
  正是因為發動機的燃燒十分複雜,所以需要有相當精確的設計與控制,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致的燃燒室內壓力失常。右側高壓縮比設定,比較容易引起爆震,因此需要使用高辛烷值的燃油避免爆震。
  爆震的原因
  在說到爆震原因前,我們先要了解兩件事。
  第一,混合氣在燃燒室內燃燒,其火焰是由點火點以「波」的方式向四周擴散,所以從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,但是過於高溫、高壓的環境也會使油氣自燃。
  一般的爆震是因為燃燒室內油氣點火后,火焰尚未完全擴散,遠程未燃的油氣即因為高溫或高壓而自燃,其火焰與正規燃燒的火焰撞擊而產生極大壓力,使得發動機產生不正常的敲擊。
  造成爆震最主要有以下幾點原因:
  一、點火角過於提前:
  為了使活塞在壓縮上止點結束后,一進入動力衝程能立即獲得動力,通常都會在活塞達到上止點前提前點火(因為從點火到完全燃燒需要一段時間)。而過於提早的點火會使得活塞還在壓縮行程時,大部分油氣已經燃燒,此時未燃燒的油氣會承受極大的壓力自燃,而造成爆震。
  二、發動機過度積碳:
  發動機於燃燒室內過度積碳,除了會使壓縮比增大(產生高壓),也會在積碳表面產生高溫熱點,使發動機爆震。
  三、發動機溫度過高:
  發動機在太熱的環境使得進氣溫度過高,或是發動機冷卻水循環不良,都會造成發動機高溫而爆震。
  四、空燃比不正確:
  過於稀的燃料空氣混合比,會使得燃燒溫度提升,而燃燒溫度提高會造成發動機溫度提升,當然容易爆震。
  五、燃油辛烷值過低:
  辛烷值是燃油抗爆震的指標,辛烷值越高,抗爆震性越強。壓縮比高的發動機,燃燒室的壓力較高,若是使用抗爆震性低的燃油,則容易發生爆震。
  怎麼知道爆震及爆震的影響
  爆震的英文是Knocking,敲擊的意思,所以爆震時發動機會產生敲擊聲。輕微不連續的爆震聲音相當清脆,有點類似輕敲三角鐵的聲音。而嚴重且連續的爆震時,發動機會有「哩哩哩」的聲音,此時發動機也會明顯的沒力。
  現在許多車廠為了將發動機壓榨出最大的性能及降低油耗,通常會把常用轉速區域的點火角設定的比較提前,所以有些發動機在2000至3000轉間負荷較大時,難免會有輕微的爆震,然而輕微的爆震對發動機不會有太大的影響,車主也不用過於擔心。但是若因為發動機出問題所產生的爆震,如嚴重積碳或散熱不良等,這種爆震通常很嚴重,如果是在高轉速高負荷發生連續且嚴重的爆震,不出一分鐘,輕則火花塞及活塞熔損,嚴重的甚至連汽缸及發動機本體都會炸穿。
  爆震感知器
  最快速且有效的抑制爆震的方法,就是延後點火提前角,降低燃燒壓力。所以爆震感知器作動原理,是當偵測到發動機爆震時,則將點火提前角延後到不會爆震的點火時機,待發動機不爆震時,再慢慢的將點火提前回復。爆震感知器是利用加速度感測器來量測發動機的加速度變化,也就是震動。工程師在調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則判定發動機爆震,隨即延後點火提前角。目前較先進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後點火提前角。
  說到爆震,大家最關心的還是加什麼汽油的問題。其實93、97或98是汽油的抗爆震性,也就是其「辛烷值」。什麼是「辛烷值」呢?在研究燃料與爆震的關係時,研究人員發現「異辛烷」最能抵抗爆震,而「正庚烷」相當容易爆震,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,並不是加了辛烷值越高的汽油,發動機就越有力。當然,若是加了辛烷值太低的汽油而導致爆震,或是爆震發生時發動機退點火角,車子的確會比較沒力。換句話說,只要發動機不發生爆震,提高油料的辛烷值並不會讓發動機更有力或更省油,只會讓你的錢包更縮水。
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