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標題: 汽車動力性改裝理論基礎 [打印本頁]

作者: lkenedyww6895 時間: 2012-12-21 01:25 標題: 汽車動力性改裝理論基礎

1、影響點火的因素
點火的難易乃由最小點火能所決定，最小點火能則是受燃料的分子量、混合氣的濃度、火花塞電極的形狀與間隙、汽缸溫度、混合氣氣體流動的影響而產生變化。燃料的分子量越小、汽缸的溫度越高，其最小點火能越小，點火越容易。混合氣的濃度稍濃於理想空燃比（14.7:1），並能在汽缸內快速的流動使油氣更均勻，皆有助於點火。

而火花塞對點火的難易更有決定性的影響，火花塞的電極間隙若減小則最小點火能將增大，不過間隙也不是越大越好，因為間隙大則跳火時間縮短，不利於點火，所以間隙直必須取兩者的折沖。火花塞中央電極的直徑越大，點火所需的電壓必須升高，若將電擊形狀改為尖型，將有利於點火。此外，火花塞的熱度等級越高，表示中央電極不易散熱，因此對點火越有利。但是當火花塞熱值過高或汽缸過熱時，將使油氣在火花塞未點火前及自行點燃，稱為?預燃?，是異常燃燒的一種，有別於爆震，但同樣對發動機將產生不利的影響。
有人會改用電極為針型、且導電性較好的火花塞，為的就是加速完成點火。

2、影響燃燒的因素：

（１）空燃比
燃燒速度會因為混合氣的組成、壓力、溫度而變化，影響最顯著的是空燃比，稍濃於理想空燃比14.7:1時可得到最大的燃燒速度，若空燃比低或高達到某一界限以上時，火便不再前進，此界限稱為『燃燒界限』。汽油的燃燒界限是空燃比２２：１～８：１可安定運轉的極限是１８：１。所謂『稀薄燃燒發動機系統』技術（Lean Burn Combustion System）就是讓發動機在儘量接近燃燒界限的下限且不產生爆震的情況下運轉。
（２）火花塞的位置
火花塞的位置雖對燃燒的速度沒有影響，但是它決定了相同燃燒速度下完成燃燒所需的時間。火花塞和汽缸必的距離越近，則完成燃燒的時間越短。因為油氣燃燒的過程也是發動機最主要的加熱、加壓過程，這段時間的長短，直接影響到發動機的熱效率，也影響到爆震的趨勢。火花塞的最佳位置就是在燃燒室的中央，而為了達成此一設計，多氣門和雙凸輪軸的設計是必然的趨勢。
（３）進、排氣壓力與進氣溫度
進氣壓力的提高可促使油氣燃燒的速度增加，而進氣溫度升高卻會使容積效率和混合氣密度降低，導致火傳播速度下降。當排氣壓力越高時，則每迴圈殘留在汽缸內的廢氣越多，使能吸入的新鮮混合氣減少，而隨著殘留廢氣比例的增加，燃燒時的阻礙亦增大，火傳播的速度因而降低。要提高進氣壓力最常用的方法就是利用Turbo-charger或Super-charger，而賽車發動機通常用碳纖維來作為進氣道的材料，除了重量輕外，最重要的就是取碳纖維不易吸熱，本身的溫度不會因為發動機室的溫度升高而升高，可大幅降低進氣溫度。至於要如何降低排氣壓力，當然是從排氣管著手，而又以頭段的影響最大。
（４）進氣速度
進氣速度影響了進入汽缸內油氣的流動，油氣的流動除了可以讓油氣的混合更均勻，更可產生攪動的作用使燃燒火和未燃燒的油氣容易混在一起，增加火波前的範圍，加快燃燒的速度。進氣速度與燃燒速度成近乎正比的關係，進氣速度越快，燃燒的速度越快。而進氣的速度與進氣歧管的口徑與長度、汽門設計、燃燒室幾何形狀有關。
（５）壓縮比
壓縮比的增加會同時影響燃燒時的溫度與壓力，並讓油氣分子間的距離變小，而油氣的燃燒速度也隨著壓縮比的增高而增大。高性能發動機都想辦法在不發生爆震的前提下儘量的提高壓縮比，不但自然吸氣發動機是如此，就連增壓發動機的壓縮比都已提高到超過9.0:1以上的水準。要提高壓縮比最簡單的方法就是改用較薄的汽缸墊片。
（６）點火正時
發動機的最大功率輸出是取決於油氣燃燒產生最大氣體壓力時活塞的位置，而這個位置的改變可經由點火正時的改變來達成，最理想的點火正時角度就是要讓燃燒過程完成一半時，活塞位置恰抵達上死點，此時活塞正好完成壓縮行程準備往下運動，因此燃燒所產生的最高壓力可完全用來把活塞往下推，這就是產生最大燃燒速度點火正時。

3、爆震
爆震可說是發動機設計者的天敵，許多提升馬力、降低油耗、減少污染的設計，如提高壓縮比和增壓裝置等，都因為爆震的產生而受到限制。爆震燃燒是一種不正常的工作現象。可燃混合氣進入燃燒室後,在活塞壓縮上止點由火花塞點燃混合氣,燃燒火焰以火花塞電極為中心,迅速向四周擴散,將燃燒室內混合氣全部燃燒,這種燃燒方式為正常燃燒。而爆震則是當火焰在向四周擴散時,處於最後燃燒位置的那部分未燃終端混合氣,在活塞壓縮終了時,進一步受到壓縮,前部燃燒產生的熱輻射進一步加熱了終端混合氣,導致在正常火焰未到達前,終端處形成了一個或數個火焰中心,它們互相撞擊,衝擊到燃燒室壁面及活塞頂面,產生了尖銳的金屬敲擊聲,這就是爆震燃燒產生的過程。

（1）爆震主要危害    ?爆震引起了衝擊波,使活塞頂部及頂部邊緣局部燒燒。    ?發動機工作變得不穩定,功率下降,油耗增加。    ?冷卻系統過熱,冷卻水、潤滑油溫度上升。發動機機體溫度上升而過熱,特別是氣缸蓋濕度升高。    ?發動機氣缸孔,活塞環磨損加劇。    ?氣門燃燒,火花塞絕緣體擊穿,發動機振動加劇導致機體損壞。    ?容易損壞氣缸墊,嚴重時甚至擊穿。
（2）影響爆震的因素
爆震是汽缸中複雜的異常燃燒現象，歸納其發生的原因可分為兩個方向：溫度過高和壓力過高。燃燒室與汽缸壁過熱、進氣過熱、點火提前、壓縮比太高、進氣壓力過高、燃燒室積碳、汽油辛烷值太低都是造成爆震的主因。
（３）產生爆震的原因
?燃料的辛烷值
燃料的抗爆震性是以辛烷值（Octane Number）來表示，通常分子構造簡單、碳數多、長者的抗爆震性優秀，而選用辛烷值較高的汽油是減少爆震發生的最直接方法。汽油辛烷值的選用必須與發動機的縮比配合，理論上壓縮比8~9用辛烷值92~95的汽油，壓縮比9~10用辛烷值95~100的汽油，否則壓縮比高的發動機若使用辛烷值低的汽油，將造成爆震連連、發動機無力、過熱、機件損耗。而壓縮比低的發動機若誤用辛烷值較高的汽油，不但不能增大發動機的出力，反而可能因燃燒溫度過高造成發動機過熱。據報載：中油將在民國87年底前推出辛烷值98的汽油。
?、燃燒室的設計
火花塞的的位置影響了完成燃燒所需的時間，這段時間就是尾氣所受的加壓和加熱時間，時間的長短直接影響爆震發生的趨勢。因此燃燒是的形狀若能讓壓縮時油氣的流動性佳、沒有死角，並採用熱傳導效率較高的材料（如鋁合金），讓汽缸內的溫度不易累積，使尾氣保持較低的溫度也可減少爆震的發生。
?、積碳
燃燒室內如果有積碳會影響燃燒室的散熱並造成壓縮比的提高，讓原本不會發生爆震的發動機也發生爆震。積碳發生的原因除了發動機本身所產生的以外，在汽油中添加辛烷值提升劑更會加速積碳的累積。以國內所能買到的95無鉛汽油，對很多高壓縮比發動機來說並不夠用，很多車主都要選擇添加辛烷值提升劑來維持發動機的出力和消除爆震，在爆震與積碳的惡性循環下，添加辛烷值提升劑就有如引鴆止渴一般，還請車主三思。
?、壓縮比
發動機的熱效率是與其壓縮比成正比，壓縮比越高發動機出力越大，但是壓縮比的上限卻因為爆震的發生而受到所限制，壓縮比與爆震的發生有極密切的關係，壓縮比越大，爆震的趨勢和強度越強。因為提高壓縮比會同時增加汽缸內的溫度和壓力，使尾氣的溫度和壓力升高，增強爆震的趨勢。此外壓縮比的提高也會讓汽缸內的殘留廢氣對油氣的沖淡做降低，造成燃燒室的溫度上升，促成爆震的發生。
?、空燃比
油氣混合比過稀或混合不均勻都會造成爆震。較濃的油氣將使尾氣的自燃點火延遲時間增加，但也會使燃燒較不完全，產生的熱量較少，使得燃燒最後的溫度降低，減少爆震的發生，但也導致燃料用量增加，熱效率下降，同時降低發動機出力。有些發動機的爆震控制系統就是在爆震感知器偵測出爆震訊號時，供油系統便會適度的提高油氣濃度，直到爆震消除為止。
?、進氣溫度與汽缸溫度
進氣溫度與汽缸溫度的增加會使發動機的容積效率降低，使完成燃燒所需的時間增長，亦即尾氣被加壓及加熱的時間增長，增加尾氣的溫度和壓力，造成爆震。由此我們可以知道當發動機溫度過高時，對發動機所成的損害並不是直接由於高溫所造成（和汽缸內的溫度相比那就稱不上高溫了），而是因為汽缸壁溫度上升導致嚴重的爆震，因為連連的爆震所產生的嚴重破壞。
?、點火正時
若點火過早活塞在壓縮行程抵達上死點前燃燒掉的油氣較多，會使活塞進行壓縮時所需的力量增加，同時也會提高燃燒室內的最高溫度與壓力，而易產生爆震。若點火正時延遲，大部分的油氣都在活塞過了上死點以後燃燒，燃燒時活塞已經往下運動，可以底消掉一部份燃燒後氣體膨脹所導致的壓力升高作用，減輕爆震的趨勢。不過假如點火過於落後，發動機的功率及效率都將降低。雖然點火正時的延遲會造成發動機無力、耗油增加，但是對於爆震控制方式的選擇大多以改變點火正時為主，因未改變點火正時比起其他消除爆震的方法要來得簡單、經濟、可行，尤其在電子技術發展成熟的今天更是如此。
?、進氣壓力


進氣壓力提高可使油氣密度變大，燃燒所產生的總熱量較多，會使燃燒的最後溫度上升，易於產生爆震。這說明了使用增壓進氣裝置時，不論渦輪增壓或機械增壓常要適度的配合降低壓縮比，並結合爆震控制系統以防止爆震的發生。其中渦輪增壓系統（Turbo Charger）更因為會同時造成進氣溫度上升，所以有進氣冷卻器（Inter-Cooler）的出現，以降低進氣溫度提高容積效率並減少爆震的發生。

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