渦輪增壓發動機必須要用95號汽油?用92號汽油是否會導致爆震?

每當談及渦輪增壓發動機或那些高壓縮比發動機時,很多朋友都會本能地認為需要使用95號汽油,因為燃油中更高的辛烷值可以有效抑制爆震;所以在曾經很長的一段時間內形成了兩種思維,其一壓縮比大于10、需要使用95號汽油,其二渦輪增壓發動機需要使用95號汽油!

實際上這種思維在過去并沒有什麼錯誤,在那個材料以灰鑄鐵為主、電控技術薄弱的年代,廠家都會要求那些壓縮比大于10的發動機或渦輪增壓發動機添加95號汽油;但現如今則不然,更先進的 燃燒室結構設計、原材料、電控技術使得當今很多高壓縮比自然吸氣發動機及渦輪增壓發動機都可以使用92號汽油,一舉扭轉了過去只能依賴燃料來抑制爆震的局面!

常見的高壓縮比發動機如馬自達的創馳藍天系列,奧拓循環下高達13的壓縮比卻依然可以燒92號汽油;本田的1.5L自吸,壓縮比高達11.5,燒92號汽油也沒問題;渦輪增壓發動機同樣如此,比如本田的渦輪增壓、大眾的一些渦輪增壓機等等(如上圖大眾1.4T車型油箱蓋上的燃油推薦),也是可以使用92號汽油的;也就是說現如今的內燃機擁有更多抑制爆震的手段,而不僅僅依賴辛烷值!

爆震是如何產生的?

內燃機的正常運轉,是通過火花塞跳火引燃近端混合氣,再依賴已經點燃的火花向遠端傳播從而將全部混合氣點燃;而爆震則是指燃燒室內出現了第二個著火點,也就是當燃燒室的壓力、溫度過大時,遠端混合氣會發生自燃!火花塞跳火點燃的近端混合氣從上往下傳播,而遠端自燃混合氣從下往上進行傳播,這兩股相對傳播的火焰最終將匯聚在一起形成相互沖擊,這就是爆震!

所以混合氣出現自燃本身并不可怕,但遠端自燃混合氣與近端點燃混合氣形成沖擊就很容易導致問題,這就是爆震的厲害之處;一般而言我們經常討論的爆震狀態,是建立在火花塞跳火之后產生的自燃問題,而如果是在火花塞還未點火就已經產生自燃,則更多是由于長期不清潔機器,使得燃燒室內積碳堆積過多,縮小了燃燒室空間,或設計層面存在問題,一般而言點火前出現自燃的機率很低!

高壓縮比自吸或渦輪增壓為何更容易導致爆震?

為什麼高壓縮比自吸發動機更容易導致爆震的產生?如上圖所示,當活塞處于下止點時燃燒室容積最大、而在上止點時燃燒室容積最小, 最大容積/最小容積就是壓縮比,壓縮比越大,代表混合氣被壓縮程度就越高;要知道氣體被壓縮時會釋放熱量,所以壓縮比越大點火時的缸壓、溫度就越高,也就越容易引起自燃從而導致爆震!

所以高壓縮比并不是原罪,點火后燃燒室的高溫、高壓才是根本問題;實際上渦輪增壓發動機產生的爆震也是這個原因,雖然它們的壓縮比普遍偏低,但壓縮比低并不代表它們點火時面臨的壓力、溫度就低,因為增壓系統送入燃燒室的是壓縮體積的空氣、以及結合空氣比例的油氣,所以渦輪增壓機雖然壓縮比不高,但點火時缸內的壓力、溫度要更高,更容易導致爆震!

可以通過這個公式: 輸出扭矩=排量*平均有效壓力,拿2.0T與2.5L自吸做比較,2.0T的輸出扭矩遠比2.5L自吸高,所以可以得出這2.0T發動機點火時的缸壓、溫度都要比自然吸氣發動機更高;這就是為什麼現如今自然吸氣發動機壓縮比普遍在10以上,而渦輪增壓發動機的壓縮比很多僅僅達到了9以上的原因;所以在過去壓縮比超過10的自然吸氣發動機,廠家都會要求加95號燃油;而過去的渦輪增壓發動機也同樣是這個道理!

抑制爆震都有哪些方式?

實際上內燃機的發展就是一個不斷提高壓縮比、不斷提高平均有效壓力的過程,而伴隨著的則是對爆震的抑制方式越來越完善以及成熟;抑制爆震有哪些方式?

1.提高燃料辛烷值抑制爆震;

2.通過更先進的設計理念來抑制爆震;

3.通過更理想的材料來抑制爆震;

4.通過更先進的電控技術來抑制爆震;

1.通過燃料來抑制爆震

這是最簡單、最直接的方式,利用化學手段來抑制爆震;也就是利用燃料中的辛烷值來使燃燒變得不那麼劇烈,比如過去的97號汽油以及當今95號汽油,都是依靠更高多辛烷值比例來抑制爆震的!

2.通過更先進的設計理念來減少爆震的產生

(1)縮小缸徑:過去發動機設計理念偏大缸徑而短行程,具備高轉速特性,這也是自然吸氣時代的一個典型標志,因為自然吸氣發動機榨取功率的方式太少、只能依靠拉高轉速;而大缸徑短行程的機器更適合轉速的攀升!不過更大的缸徑則更容易造成火焰傳播距離拉長,必然會導致點燃火花的傳播速度下降,這樣一來很可能導致點燃火花的速度要比自燃火花傳播慢!

這本就是一個競速問題,如果我們沒辦法完全杜絕自燃的產生?那麼我們何不換一個角度去思考,只要我們讓點燃火花的傳播速度更快即可、快過自燃火花的傳播速度,同樣能避免爆震!所以現如今內燃機燃燒室設計都是小缸徑、大行程,如此設計還使得曲柄力臂被拉長,發動機扭矩特性更好、更適合日常工況下的使用!

(2)凹孔活塞、預燃燒室大出現:如果依然覺得缸徑大,那麼可以采用凹孔活塞(如上圖所示,也叫盆形活塞),當活塞到達上止點后,混合氣就會被壓入活塞的凹孔中,進一步被壓縮空間、縮短了點燃火花的傳播距離;馬自達的創馳藍天就是采用了這種凹孔活塞,使得它在奧拓循環下的壓縮比達到13卻也能燒92號汽油!

而一些高壓縮比的渦輪增壓發動機,又產生了預燃燒室設計(如上圖所示),也就是噴油嘴先噴出少量油氣在預燃燒室點燃,然后噴射出無數的火花完成主燃燒室混合氣的點燃;如此設計的好處在于從預燃燒室噴出的著火點更多(成百上千),可以更快地點燃主燃燒室的混合氣;而傳統內燃機火花塞跳火僅有一個火點作為源頭,傳播速度就會更慢;所以預燃燒室的產生很好地抑制了高壓縮比高增壓下的爆震問題;使用這種技術的為F1動力單元,以及瑪莎拉蒂海神系列渦輪增壓發動機!

(3)4-2-1排氣的使用:4-2-1排氣的使用最大的好處就是迅速排出燃燒室的廢熱,快速使燃燒室降溫;上文已經提到的自燃是建立在燃燒室高溫、高壓的狀態下;要知道這4缸機的點火順序為1-3-4-2,傳統的4-1排氣后點火燃燒的第3缸排氣時很容易對1缸排氣造成回流,而4-2-1排氣將1、4缸的排氣歧管串聯一處,減少了1、3缸之間存在的排氣干擾,使得熱量可以更快速的排出!

3.‬通過更理想的材料來抑制爆震

過去打造發動機的材料大部分是灰鑄鐵,但最近這些年來內燃機的鋁合金化幾乎是一種不可逆的趨勢;雖然鋁合金缸體也存在一些缺點,但它良好的導熱性使得燃燒室的廢熱排除得更快,能更好地避免熱堆積狀態的產生,從而更合理的對燃燒室末端混合氣進行冷卻,鋁合金材料的成熟也使得內燃機壓縮比得到一定程度的提高!

更先進的電控技術可以抑制爆震

(1)爆震傳感器:過去的電控技術并不怎麼發達,所以很多傳感器都不具備;那個時期車子是否出現爆震,車載電腦并不能及時獲取數據,所以爆震問題一旦出現就容易導致發動機損壞;后來研發出了爆震傳感器,爆震產生的3000Hz以上的金屬震顫就被爆震傳感器捕捉,然后回傳信號到ECU,系統就會對點火進行調整,避開爆震!

(2)推遲點火提前角:可自動微調的EMS對抑制爆震可以起到很好的作用,簡單點說就是系統可以根據爆震傳感器傳遞的情況對點火時刻進行調整;要知道一點,那就是點火時刻最早、混合氣發生劇烈膨脹就越早,活塞頂著劇烈膨脹的氣體上行就更容易產生高溫、高壓(氣體壓縮放熱),所以點火越提前越容易導致混合氣自燃從而形成爆震;而點火越靠后,氣體膨脹過程發生得越晚、就越不容易導致點火時的高溫高壓!

所以當今內燃機可以通過滯后點火的方式來避開高溫高壓導致的爆震問題;現如今的內燃機無論自然吸氣、渦輪增壓都采用了這樣的電控理念;這也是為何市面上那麼多渦輪增壓發動機都可以兼容92號汽油的原因;只不過缸內平均有效壓力與輸出扭矩是成正比的,利用推遲點火來減壓雖然規避爆震,但必然導致輸出扭矩的降低,所以推遲點火這種方式雖然有效,但同樣是雙刃劍!

很多車友的渦輪增壓機雖然可以同時兼容92號與95號汽油,但可以明顯感覺到燒95號汽油時的動力要更理想一些,這就是因為用92號汽油導致的點火滯后,損失一些扭矩;相對來說抑制爆震的手段無外乎 設計層面、燃料層面、電控層面,最容易實現的就是燃料層面的提高,直接用95號汽油利用高辛烷含量抑制爆震最容易達成,所以過去的渦輪增壓發動機或高壓縮比自吸都用95號汽油!

而發動機設計、電控層面比較難實現,只不過這些年來取得了很大的進步,比如爆震傳感器、自動微調EMS的出現;比如鋁合金材質、緊湊缸體、凹孔活塞、預燃燒室、4-2-1排氣的出現,這些都很好地抑制了爆震的產生;所以現如今高壓縮比自吸或渦輪增壓發動機對爆震的控制并不僅僅依賴于燃料,其它層面的控制爆震手段使得內燃機拜托了對高辛烷值燃料的依賴;而過去的一些說法如渦輪增壓發動機要用95號汽油、壓縮比大于10的發動機要用95號汽油等等,這些說法在今日早已不再適用!

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