什麼是爆震 上圖是四行程內燃機的四個行程:燃料與汽油混和氣經活塞的向下運動而吸入汽缸後,活塞再迴轉回來壓縮混和氣,壓縮到一定程度後再由火星塞點火,產生有動力作用的燃爆行程以及接下來的排氣行程,然後整個過程再從頭進行如此週而復始。活塞在最下方位置時汽缸內的容積(如右圖的壓縮行程),與活塞在最上方位置時汽缸內的容積(如右圖的燃爆行程),兩者的比值叫做壓縮比,理論上(排除其他變數的純數學探討)壓縮比越高引擎的效率越高,但是提高壓縮比會產生一個問題,就是氣體壓縮時溫度會等比例增加(噴灑殺蟲劑之類的壓縮罐,溫度會降低是反向的同樣道理),在這樣高溫高壓的環境下,火星塞點燃時部分油氣混合物很容易受到火焰波面(Frame-front)所產生的高壓與隨之而來的高溫所影響自行點燃,這股自燃火焰與火星塞點燃的火焰相互撞擊,汽缸內部壓力遽然升高便產生"喀喀喀"汽缸內部遭受撞擊的聲響,這個現象就叫做爆震(Knock)。爆震會降低引擎的性能表現,且會對引擎機件造成損壞,正常狀態下引擎是不應有爆震的。 VAG車系引擎都是高壓縮比設計,所以先天上就比較容易產生爆震,此外燃燒室(就是火星塞週遭區域)、活塞的積碳程度越嚴重,爆震產生的機會也越高。其他會導致爆震的因素有:較高的進氣溫度(空氣密度較低有效質量低)、較高的引擎溫度(所以本站販賣低溫開關)、較稀薄的油氣混合比(調整不當或噴油系統故障)、辛烷值較低的汽油。 什麼是辛烷值 要消除爆震就要避免油氣混合物自行點燃,要避免油氣混合物自行點燃就要提昇氣油的辛烷值。早期工程師在研究抗爆震性時發現,各類油品中一種叫異辛烷(Iso-Octane,即含八個碳原子之烷烴的同份異構物)的抗爆震效果最好,而一種叫正庚烷(Normal Heptane,即含七個碳的正烷烴)的抗爆震效果最差。於是將異辛烷之辛烷值定為100,而將正庚烷的辛烷值定為零。 美國材料試驗學會(ASTM)制定了一套測試汽油防爆震的規範:如果一種汽油爆震程度與燃燒純異辛烷的程度相同,則該油品的辛烷值就是100;如果一種汽油爆震程度與燃燒百分之80的異辛烷與百分之20的異庚烷的混合物的程度相同,則該油品的辛烷值就是80,其他狀況以此類推。ASTM發明了兩種辛烷值的測試方法:研究法(Research Octane Number,RON)與馬達法(Motor Octane Number,MON),兩種測試方法的程序不同,相同油品測試出來的數值亦不相同,RON會因油品的不同比ROM高出約8左右。中油採取的是RON,所以車主們誏誏上口的92, 95 , 98指的就是汽油的RON辛烷值。有些廠牌車種用混合辛烷值(R+M)標示,就是(RON+ROM)/2的平均值,所以車主在選用汽油時務必參閱隨車附贈的車主手冊中的建議值,並注意辛烷值得標示單位。 辛烷值與爆震的關係 現代引擎為了追求燃燒效率,壓縮比多半很高,渦輪增壓引擎的壓縮比雖然低但是增壓之後的壓縮比遠遠超過自然進氣型式,而高壓縮比引擎通常需要使用辛烷值較高的汽油,否則爆震頻頻會降低引擎的性能表現,並有可能對引擎內部機件造成傷害(爆震對渦輪增壓引擎所造成的可能傷害遠比自然進氣型式的高)。所以某些高壓縮比車輛(如VAG車系)使用中油98汽油,車主會覺得加速較順暢,不過不需用高辛烷值汽油的車輛使用高辛烷值汽油,性能不並不會變好,不過憑增養車開銷罷了。所以汽油的選用以車主手冊的建議為準。許多研究機構的報告顯示,本地生產的汽油的辛烷值並不穩定,油品辛烷值是否符合標示值大有疑問有待公正第三者證實,這便是即使引擎狀況非常良好,依照車主手冊選用汽油,仍然有爆震的原因。這種爆震的情形雖然可以藉由添加辛烷值提昇劑來改善,但長久下來畢竟是一筆不小的開銷,建議調整噴油系統設定(例如調整延遲點火正時),以些微的性能損失換取引擎的健康。 點火正時與爆震的關係 小轎車內燃機的轉速非常高,所謂rpm就是引擎曲軸每分鐘轉動的圈數,所以說即使是怠速850rpm引擎便以每分鐘850圈/每秒14圈的速度轉動。在這樣的速度之下可以想見四個行程的運動有多麼快速,而火星塞點燃的火焰散播速度雖然快,但是相對於進排氣所需的時間就顯得不算短暫不能將之簡化為"瞬間",所以在壓縮行程中活塞到達上死點之前,火星塞就要點燃,以便在活塞到達上死點時有最佳的爆發效率,點火時間用"度"表示,指的是點火時曲軸離上死點前的角度。 點火角度在一定範圍內越提前,引擎效率會越好,但是越提前越容易產生爆震反而降低引擎效率,所以許多噴油系統有"爆震感應器(Knock Sensor)"這個裝置;當爆震感應器察覺引擎有爆震便會通知電腦延遲提前點火的角度,等延遲到沒有爆震時電腦會繼續提前點火角度,讓點火角度維持在"不至於產生爆震的最大提前角度"。所以車子有爆震不見得是壞事,只要爆震不嚴重且會停止,就表示監理電腦已介入調整點火正時,反而是點火正時維持在最佳狀態的表示。"有輕微爆震表示點火角度在最佳點"的前提是:噴油系統必須無故障工作正常、燃燒室積碳輕微。如果車主自己不知道愛車爆震的程度是否正常,有一個簡單的方法可以自行測試:添加辛烷值提升劑(口碑較好真正有效的),如果爆震的程度沒有改變就表示問題出在噴油系統/引擎,如果爆震程度大幅改善甚至消失便表示問題出在油品品質或油品辛烷值不足。 |