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涡轮增压发动机必须要用95号汽油?用92号汽油是否会导致爆震?

来源 中车友参考 浏览 1581 发表时间:2022-01-11 10:02:56

每当谈及涡轮增压发动机或那些高压缩比发动机时,很多朋友都会本能的认为需要使用95号汽油,因为燃油中更高的辛烷值可以有效抑制爆震;所以在曾经很长的一段时间内形成了两种思维,其一压缩比大于10、需要使用95号汽油,其二涡轮增压发动机需要使用95号汽油!

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实际上这种思维在过去并没有什么错误,在那个材料以灰铸铁为主、电控技术薄弱的年代,厂家都会要求那些压缩比大于10的发动机或涡轮增压发动机添加95号汽油;但现如今则不然,更先进的燃烧室结构设计、原材料、电控技术使得当今很多高压缩比自然吸气发动机及涡轮增压发动机都可以使用92号汽油,一举扭转了过去只能依赖燃料来抑制爆震的局面!

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常见的高压缩比发动机如马自达的创驰蓝天系列,奥拓循环下高达13的压缩比却依然可以烧92号汽油;本田的1.5L自吸,压缩比高达11.5,烧92号汽油也没问题;涡轮增压发动机同样如此,比如本田的涡轮增压、大众的一些涡轮增压机等等(如上图大众1.4T车型油箱盖上的燃油推荐),也是可以使用92号汽油的;也就是说现如今的内燃机拥有更多抑制爆震的手段,而不仅仅依赖辛烷值!

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爆震是如何产生的?

内燃机的正常运转,是通过火花塞跳火引燃近端混合气,再依赖已经点燃的火花向远端传播从而将全部混合气点燃;而爆震则是指燃烧室内出现了第二个着火点,也就是当燃烧室的压力、温度过大时,远端混合气会发生自燃!火花塞跳火点燃的近端混合气从上往下传播,而远端自燃混合气从下往上进行传播,这两股相对传播的火焰最终将汇聚在一起形成相互冲击,这就是爆震!

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所以混合气出现自燃本身并不可怕,但远端自燃混合气与近端点燃混合气形成冲击就很容易导致问题,这就是爆震的厉害之处;一般而言我们经常讨论的爆震状态,是建立在火花塞跳火之后产生的自燃问题,而如果是在火花塞还未点火就已经产生自燃,则更多是由于长期不清洁机器,使得燃烧室内积碳堆积过多,缩小了燃烧室空间,或设计层面存在问题,一般而言点火前出现自燃的概率很低!

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高压缩比自吸或涡轮增压为何更容易导致爆震?

为什么高压缩比自吸发动机更容易导致爆震的产生?如上图所示,当活塞处于下止点时燃烧室容积最大、而在上止点时燃烧室容积最小,最大容积/最小容积就是压缩比,压缩比越大,代表混合气被压缩程度就越高;要知道气体被压缩时会释放热量,所以压缩比越大点火时的缸压、温度就越高,也就越容易引起自燃从而导致爆震!

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所以高压缩比并不是原罪,点火后燃烧室的高温、高压才是根本问题;实际上涡轮增压发动机产生的爆震也是这个原因,虽然它们的压缩比普遍偏低,但压缩比低并不代表它们点火时面临的压力、温度就低,因为增压系统送入燃烧室的是压缩体积的空气、以及结合空气比例的油气,所以涡轮增压机虽然压缩比不高,但点火时缸内的压力、温度要更高,更容易导致爆震!

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可以通过这个公式:输出扭矩=排量*平均有效压力,拿2.0T与2.5L自吸做比较,2.0T的输出扭矩远比2.5L自吸高,所以可以得出这2.0T发动机点火时的缸压、温度都要比自然吸气发动机更高;这就是为什么现如今自然吸气发动机压缩比普遍在10以上,而涡轮增压发动机的压缩比很多仅仅达到了9以上的原因;所以在过去压缩比超过10的自然吸气发动机,厂家都会要求加95号燃油;而过去的涡轮增压发动机同样是这个道理!

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抑制爆震都有哪些方式?

实际上内燃机的发展就是一个不断提高压缩比、不断提高平均有效压力的过程,而伴随着的则是对爆震的抑制方式越来越完善以及成熟;抑制爆震有哪些方式?

1.提高燃料辛烷值抑制爆震;

2.通过更先进的设计理念来抑制爆震;

3.通过更理想的材料来抑制爆震;

4.通过更先进的电控技术来抑制爆震;

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1.通过燃料来抑制爆震

这是最简单、最直接的方式,利用化学手段来抑制爆震;也就是利用燃料中的辛烷值来使燃烧变得不那么剧烈,比如过去的97号汽油以及当今95号汽油,都是依靠更高多辛烷值比例来抑制爆震的!

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2.通过更先进的设计理念来减少爆震的产生

(1)缩小缸径:过去发动机设计理念偏大缸径而短行程,具备高转速特性,这也是自然吸气时代的一个典型标志,因为自然吸气发动机榨取功率的方式太少、只能依靠拉高转速;而大缸径短行程的机器梗适合转速的攀升!不过更大的缸径则更容易造成火焰传播距离拉长,必然会导致点燃火花的传播速度下降,这样一来很可能导致点燃火花的速度要比自燃火花传播慢!

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这本就是一个竞速问题,如果我们没办法完全杜绝自燃的产生?那么我们何不换一个角度去思考,只要我们让点燃火花的传播速度更快即可、快过自燃火花的传播速度,同样能避免爆震!所以现如今内燃机燃烧室设计都是小缸径、大行程,如此设计还使得曲柄力臂被拉长,发动机扭矩特性更好、更适合日常工况下的使用!

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(2)凹孔活塞、预燃烧室大出现:如果依然觉得缸径大,那么可以采用凹孔活塞(如上图所示,也叫盆形活塞),当活塞到达上止点后,混合气就会被压入活塞的凹孔中,进一步被压缩空间、缩短了点燃火花的传播距离;马自达的创驰蓝天就是采用了这种凹孔活塞,使得它在奥拓循环下的压缩比达到13却也能烧92号汽油!

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而一些高压缩比的涡轮增压发动机,又产生了预燃烧室设计(如上图所示),也就是喷油嘴先喷出少量油气在预燃烧室点燃,然后喷射出无数的火花完成主燃烧室混合气的点燃;如此设计的好处在于从预燃烧室喷出的着火点更多(成百上千),可以更快的点燃主燃烧室的混合气;而传统内燃机火花塞跳火仅有一个火点作为源头,传播速度就会更慢;所以预燃烧室的产生很好的抑制了高压缩比高增压下的爆震问题;使用这种技术的为F1动力单元,以及玛莎拉蒂海神系列涡轮增压发动机!

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(3)4-2-1排气的使用:4-2-1排气的使用最大的好处就是迅速排出燃烧室的废热,快速使燃烧室降温;上文已经提到的自燃是建立在燃烧室高温、高压的状态下;要知道这4缸机的点火顺序为1-3-4-2,传统的4-1排气后点火燃烧的第3缸排气时很容易对1缸排气造成回流,而4-2-1排气将1、4缸的排气歧管串联一处,减少了1、3缸之间存在的排气干扰,使得热量可以更快速的排出!

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3.通过更理想的材料来抑制爆震

过去打造发动机的材料大部分是灰铸铁,但最近这些年来内燃机的铝合金化几乎是一种不可逆的趋势;虽然铝合金缸体也存在一些缺点,但它良好的导热性使得燃烧室的废热排除得更快,能更好的避免热堆积状态的产生,从而更合理的对燃烧室末端混合气进行冷却,铝合金材料的成熟也使得内燃机压缩比得到一定程度的提高!

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更先进的电控技术可以抑制爆震

(1)爆震传感器:过去的电控技术并不怎么发达,所以很多传感器都不具备;那个时期车子是否出现爆震,车载电脑并不能及时获取数据,所以爆震问题一旦出现就容易导致发动机损坏;后来研发出了爆震传感器,爆震产生的3000Hz以上的金属震颤就被爆震传感器捕捉,然后回传信号到ECU,系统就会对点火进行调整,避开爆震!

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(2)推迟点火提前角:可自动微调的EMS对抑制爆震可以起到很好的作用,简单点说就是系统可以根据爆震传感器传递的情况对点火时刻进行调整;要知道一点,那就是点火时刻最早、混合气发生剧烈膨胀就越早,活塞顶着剧烈膨胀的气体上行就更容易产生高温、高压(气体压缩放热),所以点火越提前越容易导致混合气自燃从而形成爆震;而点火越靠后,气体膨胀过程发生的越晚、就越不容易导致点火时的高温高压!

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所以当今内燃机可以通过滞后点火的方式来避开高温高压导致的爆震问题;现如今的内燃机无论自然吸气、涡轮增压都采用了这样的电控理念;这也是为何市面上那么多涡轮增压发动机都可以兼容92号汽油的原因;只不过缸内平均有效压力与输出扭矩是成正比的,利用推迟点火来减压虽然规避爆震,但必然导致输出扭矩的降低,所以推迟点火这种方式虽然有效,但同样是双刃剑!

很多车友的涡轮增压机虽然可以同时兼容92号与95号汽油,但可以明显感觉到烧95号汽油时的动力要更理想一些,这就是因为用92号汽油导致的点火滞后,损失一些扭矩;相对来说抑制爆震的手段无外乎设计层面、燃料层面、电控层面,最容易实现的就是燃料层面的提高,直接用95号汽油利用高辛烷含量抑制爆震最容易达成,所以过去的涡轮增压发动机或高压缩比自吸都用95号汽油!

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而发动机设计、电控层面比较难实现,只不过这些年来取得了很大的进步,比如爆震传感器、自动微调EMS的出现;比如铝合金材质、紧凑缸体、凹孔活塞、预燃烧室、4-2-1排气的出现,这些都很好的抑制了爆震的产生;所以现如今高压缩比自吸或涡轮增压发动机对爆震的控制并不仅仅依赖于燃料,其它层面的控制爆震手段使得内燃机拜托了对高辛烷值燃料的依赖;而过去的一些说法如涡轮增压发动机要用95号汽油、压缩比大于10的发动机要用95号汽油等等,这些说法在今日早已不再适用!