空燃比这个东西,可能对于我们普通的改装很少会遇到这件事。
但是内燃机车可以奔跑的本质,就是空气和燃料的燃烧,其实就是那么简单。
而引擎,是这一切发生的容器。
所以,空燃比实际上是一门学问,哪怕自己用不太到,多懂一些总不是坏事。
Author / 酷乐汽车
通常来说,最容易导致引擎故障的问题之一就是错误的空燃比数据,而这个问题经常被我们普通人忽略,虽然经常被忽略,但我们还是要了解一些相关的关键问题:
哪种空燃比数据最合适?
哪种空燃比最有燃油经济性?
哪种空燃比对动力输出最好?
哪种空燃比对引擎寿命最佳?
而不同的引擎参数是不同的,甚至加不同的油空燃比也不一样,接下来就让我们了解一下,空燃比的相关信息。
空燃比指南
当改装车辆出现故障时,很少是由于零件强度不够引起的,如果引擎的垫片破裂或活塞熔化,则很有可能是由于爆震导致的,而爆震则是由于空燃比不佳而引起的。
很多人常常陷入这样的误区 —— 垫片破裂了,于是买一个更坚固的来防止这种事情再次发生。然而问题其实没有解决,其可靠性问题仍然存在,因为导致故障的原因是爆震,而不是薄弱的零件导致的。
绝大多数汽车的标准零件可以承受大约两倍于标准动力的输出,但这仅适用于空燃比正确的情况下。如果空燃比不正确,即使是最坚固的引擎在相对较低的动力输出下也会迅速出现问题。
为什么错误的空燃比会损坏引擎
一个词:爆震。
当空燃混合物在没有火花塞的帮助下自行点燃时,就会发生爆震,这在混合气体比较稀薄的情况下最常见,因为燃烧室温度增加,使得燃油自发燃烧。
虽然在轻度情况下,这样的爆震于引擎来说相对无害,但调校车辆时经常会出现严重的爆震,这是具有破坏性的,爆震会导致巨大的气缸压力,并且远远超过最高增压压力所能产生的压力,并将导致垫片破裂、活塞熔化以及引擎寿命的结束。
当这种灾难性的故障发生时,可能就是几秒钟时间,这就是为什么缸盖垫片通常被设计成引擎中最脆弱部分之一的原因,更换垫片比进行整个底部组件的重建要便宜得多。
空燃比科学原理
空燃比(AFR)是空气和燃料的质量混合比。
对于汽油来说,在闭环工况下理论最佳值为14.7:1(精确值为14.68:1),即:14.7g空气混合1g雾化汽油。
人们规定AFR为理想值14.7:1时,空燃比系数Lambda=1.0。
更稀的AFR意味着更少的喷油量、空气燃烧更加充分、层流火焰锋面速度更慢、缸温更高、更严重的爆震倾向。更浓的AFR意味着更多的喷油量、产生更多的积碳、更低的缸温、更短的火花塞寿命、更少的爆震可能。
通常情况下动力和瞬时油耗是对立的。如果在标定ECU时想同时获得动力和瞬时油耗的进步,则会出现排放恶化及引擎寿命缩减等问题。
通常来说,考虑到排气温度、冷却效果、大气波动、提前点火角、失火、火花塞污染、废气再循环EGT等问题,最大功率Lambda一般为0.8-0.9之间;经济油耗Lambda为1.05。
对于引擎来说,喷油量相对自由,进气量十分珍贵。
所以为了达到最大功率,就需要有足够多的油用来耗尽所有吸进缸内的氧气。同时再考虑到缸温、爆震、火焰锋面传播速度等同样可以(需要)用浓喷油解决的问题,所以在较大负载的开环工况下就需要减小Lambda(加大喷油量)。在需要尽量减少油耗的情况下,为了将喷入缸内的油气充分烧尽,就需要加大一些Lambda(减少喷油量)。
目标空燃比
为了保证安全不炸缸,在调写喷油图时应该先确保点火角图处于比较保守的状态,并从浓喷油开始逐渐往稀喷油调,不能从稀喷油开始往浓喷油调。
在开始调一个新区域(怠速、低负载、中负载、高负载等格子在图中的区域)前,应该根据经验和已调好区域边界的数据合理猜测出新区域的起点应该用什么数值,并尽量从保守值开始慢慢调。
相邻格子之间的数值不可跨度太大。
在调试过程中,应该关注爆震、排温(EGT)等数据。
稍微浓一些的AFR可以抑制爆震,但会减慢动力响应。最高EGT通常会出现在比最大功率AFR稍微稀一些的AFR上。如果最高EGT出现在其它时候,可能是因为点火角过晚导致EGT过高,这种情况下的EGT没有太大参考意义。
加浓了AFR后,有可能需要更早的点火角。过浓的AFR会让火焰峰面的传播速度减小。锋面在缸内烧完同样的距离就需要更多的时间,也就需要更早的点火。
否则未烧完的混合气可能会带着火焰一起排出或返回进气道,造成EGT过高或阻碍后续进气等问题。
在需要考虑油耗的耐力赛、拉力赛等赛事中,为了控制油耗可以使用较稀的空燃比,但此时需要特别注意温度和爆震问题。
怠速积碳问题是不可避免的。
怠速时的喷油不能太稀,否则在接近MBT角时可能会由于扭矩波动而出现喘振。怠速时的喷油也不宜太浓,在进气流速较低,喷油相对稳定的怠速工况下,过浓的喷油会对缸壁上的机油膜产生较强的冲洗效果。这可能会导致缸壁-活塞环的润滑及密封问题。
权衡这两个问题,一般情况下的怠速策略是略微浓一些的喷油,以减少引擎磨损。所以就需要我们经常尽量处理积碳问题。
在调试完喷油图后还有重要的一步,就是检查火花塞。
而了解车辆空燃比是否安全的最佳方法是找到靠谱的调校师来进行调校。
在一台引擎上可靠的空燃比并不一定适用于另一个引擎,寻求定制化的帮助来确保空燃比是最重要的。而且你永远无法完全确定引擎是否会损坏,只要点火时机没有严重偏差并且引擎处于良好的状态,安全的空燃比就是延长引擎寿命的关键。
而诸如机油、冷却系统和零部件的整体强度,不合适的搭配都可能损坏引擎。但对于调校过的涡轮增压引擎,头号杀手就是误调空燃比导致的爆震。
改变空燃比的因素
虽然车辆上的电子传感器偶发故障很正常,但有时候传感器故障可能会对引擎产生灾难性影响。
影响供油的传感器有很多种,但空气流量、空气压力和温度传感器是最有可能严重影响供油的传感器。
如果传感器失效,使引擎过量供油,问题不会太大,但如果失效导致喷油过于稀薄,结果可能是灾难性的。
有时有一部分喷嘴喷射出来的油附着在管壁上无法进入缸内参与燃烧,有时沉积在管壁上的油在温度和进气流速的作用下会蒸发到进气流中,随着空气进入缸内参与燃烧。
所以在ECU中专门设置有针对这个问题的喷油修正逻辑。
比如:冷启动修正、高温再启动修正、加速修正、减速修正。有些车型还专门设置了管壁温度传感器用以估测管壁的影响。
活塞达到下止点时进气门可能还没有完全关闭,进气门外的油气团通过惯性继续进入缸内,导致缸内压力上升。
在进气迟闭角过大时,上升的缸内压力可能会将一部分油气反推出缸内。下次进气门再打开时,进气管内的压力波可能正好到达进气门,也可能没有。这是个复杂的连续影响的过程,我们无法精确控制每次充入缸内的油、气量,所以实际空燃比也是波动的。
这就可能引发一些找不到规律的爆震噪音,干扰我们对Log和ECU程序的判断。
在中小负载的闭环模式下,虽然可以通过前氧传感器判断空燃比是否合适,但这个循环也是要在负载输出保持稳定的时候才能发挥出作用。
更换凸轮轴
更换高角度凸轮轴可以使引擎呼吸更顺畅,这意味着需要大幅度改变供油,这样可以使引擎安全运行,还可以从凸轮轴中获得最大性能。
在高转速下,改进的进气能力会带来明显的动力提升,这通常需要额外的燃油来防止混合燃料过稀。
但在低转速,特别是在怠速附近,通常需要更多的燃油来保持驾驶性能,较长的凸轮轴则意味着在低转速时会浪费更多的燃油,但是不会让空燃比对引擎产生损坏。
燃油系统问题
所有零部件都有能力极限,调校发动机时,通常会触及燃油喷射器、燃油泵甚至燃油线路和滤清器的极限。超过其最大流量,引擎燃油将过稀,最终导致损坏。
燃油系统的寿命也受车龄影响,因为它们会逐渐被污垢堵塞,燃油泵的导线也可能会劣化,所有这些问题都会降低燃油流量。
最后值得一提的是,涡轮增压和机械增压引擎的真空管如果破裂或被移除,引擎在增压时将过度稀薄,有时甚至无法承受单次全油门的运行。
燃油系统更换
对于大多数汽车来说,装配改进的燃油系统是很重要的,但在未对车辆进行适当设置的情况下安装这些改装部件可能会导致严重问题。
安装更大的燃油喷射器而没有合适的ECU刷写可能会导致引擎供油过量,这虽然不会立即造成损害,但对经济性或性能会产生不利影响。
潜在的危险升级是燃油压力调节器,因为几乎可每次升级后的部件都需要匹配正确的压力设置。虽然过多的压力不会立刻损坏引擎,但压力太少会导致引擎燃油稀疏运行和引擎失效。
因此,当更换燃油压力调节器时,燃油压力表一定要进行校准。
排气系统更换
你可能认为更换排气系统只是一个小小的升级,但如果它显著提高了流量和性能,车辆将需要更多的燃油来防止引擎燃料稀疏运行。
有些引擎在进行此类更换时可以自动调节,但大部分汽车,特别是涡轮增压的汽车,从更换简单的全套排气系统就可能会造成燃油过稀。
因此需要相配套的ECU重新刷写。
升级中冷
冷却空气可能会减少爆震的机会,但冷却空气密度更大,从而使引擎得到更多氧气。因此,引擎需要更多的燃油来避免过于稀薄。与排气系统类似,有些汽车会自动进行调整而不会造成问题,但有些汽车可能需要重新映射来适应中冷器。
更大的涡轮增压器
即使车辆的增压压力完全相同,如果安装了更大的涡轮增压器,引擎将吸入更多的空气,因此也会间接导致燃油过稀而损坏引擎。更大的涡轮增压器不仅会提供更冷、更稠密的空气,还会让更多的空气排出,从而进一步向气缸中引入更多空气。
如果没有额外的燃油进行补偿,就发生爆震,引擎将损坏。
增压压力提高
增压压力提高是导致空燃比稀薄的最大原因,也是为什么许多涡轮增压汽车改装后的诟病。
增压压力的升高会提高动力和扭矩,随后造成大幅空气流量增加,但如果没有相应的燃油增加,缸内燃油会过稀并爆震。这不仅是增加空气流量引起的问题,更高的增压压力意味着更高的空气温度。
高温会增加爆震的几率,这使得它成为一把双刃剑。
各种燃料问题
赛车燃料
赛车燃料通常用于仅限赛道的车辆。
如果将其加入普通车辆,需要重新进行ECU映射以充分利用该燃料,赛车燃料具有极高的辛烷值,因此即使混合较稀,也能具有很高的抗爆震能力。
但是不适合用在民用车上。
More
今日日签
联系客服