硬核技術詳解:傳說中爆震是什麼,我們如何控制爆震

2020-12-24 CLauto酷樂汽車

Author / 蟹爪朝天

# TECHNOLOGY #

上一季的《引擎管理》中我們簡單介紹了一些ECU的控制邏輯和調校思路。旨在讓大家了解ECU程序是如何控制引擎工作的,以及在改變了引擎的硬體後應該對ECU程序進行什麼樣的修改。

在這一季中,我們會更詳細的把這些話題深入下去,內容很精彩。為了方便大家查詢資料,我們特意標註了一些英文關鍵詞。

爆震

Knock

爆震在很大程度上限制了引擎的動力水平和動力特性。排除車重、行駛負載等因素,今天單獨來說一說引擎本身和爆震的關係。

早燃

Pre-Ignition

常被歸類為爆震(Knock)的一種,於是通常所說的爆震就可以分為兩種情況:

自發燃燒

是在火焰鋒面前方,尚未被火焰鋒面直接觸及的混合氣自發的燃燒。這種自發燃燒的原因,多是由於燃燒導致的高壓、高溫先於鋒面傳遞到了前方,前方混合氣無法耐受此時的壓力和溫度,導致了自燃。

局部高溫導致燃燒

火花塞局部聚集的熱量向外傳導的過慢,局部高溫,在通電產生火花之前,混合氣就因為火花塞局部的高溫而開始燃燒了。

爆震時,兩個甚至多個燃燒區同時存在於缸內。

自發燃燒區域的火焰鋒面傳播速度約為正常火焰鋒面傳播速度的10-100倍。平時能耳聞聽到的爆震聲,就是這種壓力波撞擊缸壁產生的。

過多的熱量會導致機油過熱失效、活塞頂變形卡滯、活塞銷卡滯、火花塞燒蝕等問題。

過大的缸壓會導致活塞環和缸壁的嚴重磨損,也可能導致三道活塞環對活塞的固定作用不足,進而導致活塞抖動,活塞裙部撞擊缸壁、連杆孔鬆動等問題。

要注意的是,爆震的聲音可能會被高轉速時引擎的其它噪音、進氣聲音、排氣聲音等多種聲音掩蓋。所以,僅憑耳朵聽來確認有爆震是可行的,僅憑耳朵聽來確認沒有爆震可能是不可行的。

均勻噴油

缸內直噴引擎相比於歧管噴射引擎來說,在燃燒上沒有直接的區別。其優勢主要是:油氣降低的是缸溫,而不是管路溫度,更利於控制爆震。

分層噴油

分層噴油是可以噴出利於控制爆震的油氣分布的。比如在點火時刻,火花塞電極附近聚集的混合氣濃度容易被點燃,遠端區域的稀薄混合氣不易被點燃。

少量輕微的爆震,對引擎的壽命影響不大,還可以起到一些清理活塞頂、燃燒室頂及氣門上積碳的作用。

爆震傳感器及標定

爆震傳感器是固定在引擎中缸外部的一個(或多個)極其重要的傳感器。

其原理是監測中缸的振動(噪音),並將振動信號傳至ECU。ECU根據提前標定好的數據判斷接收到的(振動)噪音是否符合爆震的標準。

圖為本田L15B引擎的爆震特徵表,存儲於ECU中。上圖為1缸、4缸的特徵值,下圖為2缸、3缸的特徵值(其中「65535」的一行和一列為無效數據,無需考慮)。

對於這款4缸引擎來說,爆震傳感器的安裝位置是中缸的正中間,即2缸、3缸之間的外部缸體上(有些引擎為例更精確的感知振動,會在適當的位置安裝多個爆震傳感器)。

傳感器距離2缸、3缸較近,距離1缸、4缸較遠,所以從圖中可以看出2缸、3缸的數據整體大於1缸、4缸的數據。

在有效數據中,能看到在一些相鄰的格子中,數值是相同的。這主要是由於廠家測試過程中的成本控制,沒有進行更加精細化的測試了。實際情況(最佳試驗及標定結果)應該是每個格子都不同的。

有些工況下,爆震對引擎的損耗會非常嚴重,工程師的測試就會細緻些。

有些工況下,爆震的影響並不大,工程師也就更注重研發成本了。有些不常用到的工況下,比如高轉低負載,同樣也是以研發成本為重,不會標定的太細緻。

ECU接收到的振動信號大於表中相應工況下的數據時,ECU就會認為出現了符合原廠認定標準的爆震,進而進行相應的控制。

每款車型的爆震控制都有自己的特點,並不完全一致。簡單來說,多是利用點火角、空燃比和渦輪壓力聯合控制,但經常以點火角控制為主。

改裝情況下

在更換了非原廠型號的硬體(活塞、連杆、缸套、水道封閉塊、缸蓋、凸輪軸等)後,缸體的振動特性和原廠缸體相比會有一些變化。

此時,原廠的爆震特徵數據就未必還適用了。

但新的爆震特徵是什麼呢?唯有再次經過嚴謹的試驗才能得知。普通玩家和普通改裝店,很難確定這些數據,最多只能是根據同款引擎的改裝經驗和長期賽道、街道實測推測出來。

畢竟,主機廠也是炸機炸出來的數據。

如果將原廠爆震特徵表中的數據改寫一下(比如改大數值),就可以讓ECU認為此時的振動沒有達到原廠認定的爆震標準。

ECU也就不會提升爆震控制的等級,引擎整體的動力性也就不會因爆震控制減弱太多。但爆震依舊還是發生了的,過度磨損和炸缸的風險依然存在,只是被人為的主動無視掉了。

所以,如果你不是在賽程很短的直線加速賽場上,最好不要改動這些數據。

這個傳感器既然是監測振動的,又極其重要,就要保證其感受到的振動和中缸實際的振動儘量一致。

安裝前要確認傳感器外觀完好無損,保證傳感器和安裝位的乾淨清潔(不能在壓合接觸面中留有油泥等汙染物)。安裝時需要用精度足夠好的扭矩扳手和角度表按照維修手冊規定的方法安裝。

因為,爆震傳感器極其重要。

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