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借本田最新1.5T引擎故障,科普汽車內燃機尚未攻克的兩個難題

本文是駕仕派的原創文章, 來自撰稿人狗松子。

這次把總結放在開頭:

燃油稀釋機油是內燃機上一直存在的普遍現象, 最簡單的例子就是二衝程;而在現在的小排量缸內直噴渦輪增壓發動機上也變得更加的明顯;

視主機廠的設計和調校, 燃油稀釋在寒冷的冬天更容易產生、在短途駕駛的車上更容易產生、在頻繁的停車-啟動-停車-啟動的車上更容易產生、在動力壓榨越多的車上越容易產生、在越激烈駕駛急加速的車上更容易產生。

機油有一定的燃油耐受能力, 而比如本田的1.5T發動機也有相關優化, 如果對機油稀釋仍存顧慮, 可自行再次縮短保養間隔——國內市場已經將保養間隔縮短到5000km或6個月, 國外是一年。

遭遇機油增多的車主, 首先排除自己是否屬於冬季或高寒地帶的長期短途駕駛, 或激烈駕駛, 拖掛等重負載駕駛, 同時增加檢查機油液位的頻次;

雖然燃油稀釋是普遍現象, 但不應存在機油液位短時間內異常增多, 並出現濃烈汽油味, 甚至有機油油壓報警提示等異常;

出現以上情況應立即採取措施, 對燃油噴射器、高壓油泵、點火線圈、火花塞、PCV閥、活塞環、竄漏等任何與燃油系統和影響燃油噴射及燃燒的相關系統進行排查, 確認是否存在故障。

有興趣繼續閱讀請看下面正文……

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本田新款CR-V還未從去年夏天的刹車門陰影中完全走出, 不少車主還在繼續遭遇無故爆故障燈, 刹車腳感不線性, 甚至是刹車電子助力失靈時, 這個冬天CR-V又讓一些車主們鬧心了。 入冬以來, 車主們相繼發現自己的愛車出現機油增多, 機油中有汽油味的問題。

新款CR-V上市半年多,

已讓不少車主覺得不省心

剛換了刹車助力泵, 又發現發動機機油增多, 還有汽油味

而在更加寒冷的東北地區甚至出現了幾起發動機缺缸, 汽油大量滲入曲軸箱的極端案例。

無獨有偶, 在CR-V爆出問題後不久, 黑龍江地區的十代思域1.5T發動機也幾乎在同一時間爆出缺缸失火、機油倉大量混入汽油的極端案例。

據悉, 首例CR-V發動機缺缸汽油大量進入曲軸箱的故障車主已經獲得退車賠償。 而這種極端案例是否為發動機燃油系統或者相關零部件的品質缺陷造成的?有待後續消息證實。

鑒於越來越多的車主注意到自己的愛車發動機機油增多,並夾雜汽油味,懷疑是汽油進入了曲軸箱,稀釋了機油造成機油增多,並對這一現象表示無法理解。那今天我們就來聊聊汽油跑進曲軸箱與機油混在一起是怎麼回事,希望看過本文能給大家消除疑惑,並科普一些內燃機相關的知識。

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燃油稀釋(Fuel Dilution),即燃油混入機油中將機油稀釋。

先來說說燃油稀釋是如何產生的,汽油是怎麼混入機油裡的?

很多人想不明白這個問題,認為正常情況下這樣的事情不會發生。其實在發動機正常使用條件下,汽油都是會跑進曲軸箱裡的,因為活塞環和氣門導管都存在竄漏,燃油蒸汽或者未燃盡的液態燃油會少量的從這些地方跑進機油倉裡。在正常情況下,因為發動機的高溫和曲軸箱強制通風系統的作用,這些少量的汽油會蒸發掉排出曲軸箱。

但是在某些發動機上,比如缸內直噴,加上外界因素的影響,比如高寒地區+短途駕駛,會極大的放大燃油竄漏的影響,導致燃油和機油混合,出現明顯的機油被稀釋現象。

缸內直噴,是目前發動機上燃油稀釋的罪魁禍首

本田1.5T的缸內直噴系統

缸內直噴,會以極高的壓力將燃油噴射到氣缸中,而視噴射系統的佈置和控制邏輯,會有或多或少的燃油被噴射到氣缸壁上造成“濕壁”。這部分燃油是很難如噴射在空氣中的油霧顆粒一樣迅速汽化的,這些汽油會和氣缸壁上的油膜混合在一起,被活塞環刮進曲軸箱內。

雖然每次噴氣缸壁上的油量看起來量並不大,但是缸內直噴發動機在冷開機時會噴射過量的燃油製造濃混合氣,如果是在冬季或者氣溫更低的高寒地帶,冷機執行時間更長。

直噴發動機在冷機運轉時會噴入過量的燃油幫助燃燒,而過量的燃油會沖走氣缸壁上的機油,造成磨損加劇,燃油還會滲入曲軸箱內稀釋機油。

在高寒地區,這個過程會變得越發的嚴峻。你可能會覺得不就是熱個機,怎麼會有那麼多汽油跑進曲軸箱裡造成機油稀釋?那麼我們來做個簡單的計算好了。

4衝程發動機曲軸每轉2圈進行1輪燃油噴射。假設冷機怠速1000rpm(實際更高),每缸每分鐘完成500次4衝程迴圈,每缸每分鐘噴油500次,每秒鐘噴油約8次。意味著4缸機每秒鐘在1000rpm的轉速下總計噴油約32次,每分鐘2000次!

在本來就存在的過量汽油被刮入或滲入曲軸箱的同時,短途駕駛在機油溫度還沒升到足夠讓混進去的汽油被排出前,就已經停機了。接著又凍上幾個小時,再來重複一次或者一天好幾次這樣的過程。1分鐘2000次的過量噴油,每天加起來輕鬆上萬次,甚至幾萬次。在冬天這樣的工況對於發動機簡直就是地獄。

因此,燃油稀釋在缸內直噴發動機上更容易產生,在寒冷的冬天更容易產生,在短途駕駛的車上更容易產生,在頻繁的停車-啟動-停車-啟動的車上更容易產生,在動力壓榨越多的車上越容易產生,在越激烈駕駛的車上更容易產生……

那麼你肯定要問了,燃油稀釋是一種病嗎?

並不!

燃油稀釋是一個非常非常古老而經久不衰的話題。古老到什麼程度?在SAE的技術文庫裡,可以搜到的專題討論文獻最早出現在幾乎100年前!而它直到今天依然在困擾著消費者和發動機製造商們。

排除上面本田的那些極端案例,燃油稀釋其實是很常見的。從這些文獻的古老程度我們就可以發現,從古至今,在進行發動機研發製造時,都要考慮如何降低燃油稀釋的影響。

尤其當今的缸內直噴內燃機上,在設計時需對燃油噴射器的參數、氣缸套、活塞和活塞環、曲軸箱強制通風系統、動力系統控制程式的標定,以及汽油和機油品質等一系列關係到缸內燃油噴射和稀釋控制的因素進行綜合考慮。

事實上,近些年受到燃油稀釋問題困擾的並不只有本田,也不並是只有汽油機——柴油機也面臨同樣的問題,而且比汽油機更加普遍。部分“放棄治療”的柴油發動機,乾脆在正常機油尺的上刻度線以上,再刻一個燃油稀釋極限。

馬自達柴油發動機的機油尺幾乎兩倍于正常上刻度的地方,還有一個X型機油稀釋極限

美國市場的福特也是燃油稀釋的受害者,曾經通過內部服務通告的方式對出現機油增多、機油中出現汽油味的F-150 3.5L渦輪增壓發動機進行過維修,除了立即更換被汽油稀釋的機油和機濾,處理方式還包括安裝曲軸箱體加熱器,更換曲軸箱通風系統PCV閥,刷新PCM控制程式等等。

福特關於維修F-150 3.5L渦輪增壓發動機燃油稀釋問題的TSB

回到國內,搭載1.6T發動機的雪鐵龍C4L在2014年也鬧過同樣的問題——

通常情況下,燃油稀釋會降低機油黏度,使機油附著性變差,油膜強度降低,從而使機油的劣化加速,增加發動機內部零部件異常磨損的風險。但汽車製造商們真的對此無動於衷嗎?

既然是一起對抗了上百年的好基友,汽車和機油製造商自然對燃油稀釋了然於胸。

以歐洲為例,CEC針對生物柴油的應用開發了一種新的測試,用以評估生物柴油將機油稀釋後對發動機活塞沉積物、油泥,和機油劣化的影響,測試時會預先在機油中混入7%的B100純生物柴油進行稀釋。

測試時會預先將機油用7%的B100純生物柴油進行稀釋

對了,CEC是誰?歐洲交通運輸油品測試流程與方法開發協調委員會(我瞎編的中文),負責開發包括汽車和輪船用的汽柴油、機油、變速箱油、液壓油等一系列油品的測試與評估方法。

CEC的理事會成員包括:

ACEA:歐洲汽車製造協會,最嚴苛的汽車用潤滑油檢驗認證標準;

ATC:歐洲最大的機油添加劑製造商聯合組織;

ATIEL:歐洲龍頭機油製造商的聯合組織;

CONCAWE:歐洲石油公司聯合會,致力於研究石油工業相關的環境問題;

最權威的標準,最領頭的企業,不用我再多說了。

再以美日汽車製造商協會聯合成立的ILSAC——國際潤滑劑標準化及認證委員會的GF-5標準為例,作為目前ILSAC的最高標準,符合GF-5的機油要通過的一項台架測試流程。

紅線中文字:發動機在高低溫之間迴圈測試,用以模擬短途駕駛工況,加速曲軸箱中的機油酸化和燃油稀釋。一種更加傾向於產生油泥和表面油漆沉積的特殊燃油在這個測試中被使用。

因此,現在符合最高行業標準的機油,都是有一定的燃油稀釋耐受能力的,而且GF-5同時還特別針對最高E85的酒精汽油與機油的相容性有要求。

舉這兩個例子是想告訴大家,汽車和機油製造商們不但對燃油稀釋的問題了然於胸,而且與時俱進的在機油配方和測試方法上針對不同油品進行著優化改良。而這些事實也更加證明燃油稀釋一直是發動機上不可回避的普遍現象。

稀釋的機油確實會有加劇磨損的危險,發動機製造商們也並非無動於衷

除了上述對於機油的嚴苛測試標準外,發動機製造商自身也在通過新技術降低發動機的內部摩擦阻力,並配合越來越低黏度的機油,達到提高效率的目的。

以本田新一代的地球夢發動機為例,包括1.5T在內均運用了一系列降低摩擦力的技術:裙邊點狀鍍鉬的輕量化鋁制活塞,離子鍍的低摩擦力活塞環,缸套平頂珩磨網紋,軸頸超微研磨的輕量化高剛度鍛造曲軸,低摩擦力靜音正時鏈條,低摩擦力油封等等。

而在未來的GF-6B標準中,還將會出現0W-16甚至黏度等級更低的機油。從機油標準的趨勢和發動機的技術發展上可以看出,進一步降低內部摩擦阻力配合更稀的機油是內燃機在未來繼續提升效率的方式之一。

GF-6B將會出現0W-16甚至更低黏度的機油

除此之外,發動機製造商在燃油直噴射系統設計和測試上,也會充分考慮燃油稀釋的影響。

再以本田為例,其技術檔中顯示,在開發代號K24W的2.4L地球夢缸內直噴發動機時,燃油稀釋機油的問題是他們在設計直噴系統時的重要考量因素之一。

K24W缸內直噴發動機

本田測試了3種6孔噴嘴的方案,分別對發動機性能、效率、排放煤煙、機油稀釋等指標進行了評估。

(下圖右)顯示在2500rpm滿載測試下,A,B,C,3種噴射系統在進氣衝程的活塞下止點時,對發動機氣缸壁進氣側和排氣側的“濕壁”情況對比——圖中綠色的三角形座標代表氣缸壁排氣側的“濕壁”,紅色方塊座標代表氣缸壁進氣側的“濕壁”,直條圖代表機油稀釋程度。

結果顯示,氣缸壁進氣側的“濕壁”程度,和發動機的機油稀釋程度存在明顯的關聯。本田認為,這是因為氣缸壁進氣側的溫度比較低,燃油噴射到氣缸壁上“濕壁”後蒸發汽化的效果很弱,導致了燃油稀釋機油情況的發生。

在綜合了上面的性能測試結果後,本田最終選擇了對燃油稀釋影響最小的噴射系統B。(不用懷疑,1.5T也同樣經過了這樣的測試過程)

這個測試結果有一點值得大家注意:這是在2500rpm下進行的滿載測試,3種不同噴射系統造成的機油稀釋比例分別為8%、5%和6%。所以,我們完全可以想到的是,冬季用車,短途行程,甚至長期生活在高寒地帶的用戶,發動機燃油稀釋的情況只會更糟糕。

所以,無論是機油製造商還是發動機製造商,在開發產品的時候顯然針對燃油稀釋問題都進行了各自的努力。

另一個現實中的證明是美國市場,和國內目前的狀況一樣,美國市場的1.5T的思域和CR-V也同樣存在燃油稀釋的問題,許多車主將自己的機油送去協力廠商檢測後發現,用氣相色譜法分析的燃油稀釋結果已超5%極限,機油品質已達嚴重等級。

本田1.5T機油Fuel Dilution已超5%,金屬元素含量正常

但是上市時間更久、保有量更大的美國市場,本田1.5T發動機卻暫未出現任何因為燃油稀釋導致的大面積發動機故障的情況發生。要知道,海外市場的CR-V機油更換間隔最長達1年,雖然沒有具體規定里程數,但是相信1萬公里是大部分日常駕駛用戶可以達到的。

本田車主的機油報告中也未出現如早幾年前的福特F-150 3.5L渦輪增壓發動機那樣,在燃油稀釋嚴重的發動機機油分析報告中出現金屬元素含量異常的情況——金屬含量異常代表含這種金屬的相關零部件已遭磨損。

F-150的機油報告中曾出現了銅和鋁元素的異常

但我們依然要警惕的是,本田1.5T發動機是全新產品,還未得到市場的長期有效檢驗,未來是否會導致其他產生問題還需留給時間證明。

所以我認為,本田在國內市場將1.5T發動機的保養間隔縮短到5000公里或半年時間,除了經濟利益上的因素,也有對國內油品擔憂的謹慎考慮。

在汽車市場十分成熟的美國,一般認為5%以內的燃油稀釋是正常的現象;5%以上的燃油稀釋應當引起車主警覺;而7%以上,或是短時間內明顯的機油增多,曲軸箱內散發出明顯的汽油味,甚至出現油耗異常升高、發動機機油油壓報警時,車主就需特別關注並立即採取措施了,應當排除發動機是否存在故障和燃油洩漏。

遺憾的是,國內的環境不像美國市場那樣成熟,有那麼多協力廠商可以檢測自己的機油。遇到這樣的問題只有自己勤快點,每週或每半個月檢查一次機油液位,監控機油的變化。如果機油短時間增多明顯,並散發濃烈的汽油味應當立即去4S處理,謹防出現更嚴重的漏油、缺火、拉缸等故障。

PSA的1.6T發動機機油異常增多,更換高壓燃油泵

PSA的1.6T發動機機油異常增多,更換高壓燃油泵

燃油稀釋的問題就先掰扯到這裡,相信大家看過上面的文字後,對自己的發動機出現機油增多並有汽油味的原因已經清楚了。除了過於異常的機油增多,汽油味濃烈,甚至出現機油報警外,車主可在冬季自行縮短保養間隔,或通過定期的高速路長途駕駛來緩解燃油稀釋。

但是要注意駕駛方法,因為接下來我們要說一說低速早燃。

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什麼是低速早燃(Low Speed Pre-Ignition)?

低速早燃(LSPI) 是一種不正常燃燒,易在新一代小排量渦輪增壓汽油直噴引擎低速高負荷運行時出現。低速早燃的特點是在正常點火前燃油發生自燃,會突然生成100bar以上的峰值壓力,巨大的早燃壓力對正處在上止點附近進行拐頭的活塞、活塞環和連杆造成直接的衝擊。

因為渦輪增壓發動機缸內壓力比自吸要大得多,所以低速早燃造成的超級爆震威力巨大,一旦發生幾個迴圈就可以造成活塞和活塞環的崩裂損壞,致發動機於死地。

低速早燃,是近年來隨著小排量渦輪增壓的普及,越來越被人們注意到的一種現象,汽車製造業的巨頭們也是不久前才開始集中研究解決這個問題,最早發表在SAE的技術文獻僅僅開始於2011年。

而在這之前,低速早燃問題早已經讓包括大眾在內的最早一批投身小排量渦輪增壓發動機的廠商飽受摧殘。

當年,大眾1.4T發動機在世界範圍內出現活塞和活塞環崩裂,導致發動機損壞的事件看起來莫名其妙,但是今天回過頭去看和低速早燃造成的影響高度吻合。

而直到今天,我們依然可以不時看到一些渦輪增壓發動機出現不明原因的活塞和活塞環崩裂的報導。雖然不知道這些發動機是否也遭遇了低速早燃,但是結果極其相似。

低速早燃的危害不僅僅是超級爆震造成的發動機損壞,也是汽車製造商們進一步提高小排量渦輪增壓效率的攔路虎——

因為低速早燃的高發區域和發動機的高效區間有相當一部分的重疊,尤其在大家認為是小排量渦輪增壓相比自吸優勢所在的1500-3000rpm低轉高扭地帶。

而近年來擋位越來越多的自動變速箱和CVT,使發動機的巡航轉速進一步壓低,在部分工況下使發動機更易工作在LSPI的高發區域。比如低速低轉時突然急加速,牽引拖車等重負載駕駛,或者手動擋下高擋位元不降擋加速。

LSPI發生在左上角發動機低速高扭區間

低速早燃如何產生?

在各大廠商和研究機構經過幾年的探索後,現在普遍認為引起發動機低速早燃的機理有油滴理論和燃燒室沉積物理論。

油滴理論認為機油和燃油混合稀釋,從氣缸壁上被活塞環刮起飛濺到燃燒室。而燃油稀釋過的機油滴更容易揮發,閃點溫度急劇降低,極易引發燃燒室內混合氣的提前點火;

圖片取自豐田和電裝的LSPI研究報告

沉積物理論則認為燃燒室內的積碳顆粒被活塞環或氣門運動剝落時,會成為懸浮熱點,經過一個燃燒迴圈的加熱後,在下一個迴圈引發提前點火。

而在發動機低轉高扭的輸出區域,因為幾乎也是發動機的高效區間,不但油氣混合充分,燃燒良好,也會出現比較大的噴油量,在小排量渦輪增壓越來越高的缸內壓力和溫度下,低速早燃更容易發生。

從目前的研究情況看,發動機機油是主機廠關注的低速早燃誘發主因之一。

總的說來,隨著汽車製造業越來越多的深入到更小排量、更高增壓的渦輪直噴發動機領域,這一現象被越來越多的關注到。希望以減小體積、降低轉速、提高壓力、增大輸出,來降低碳排放和提高效率的小排量渦輪增壓之路,正好撞上橫在那裡的低速早燃。

目前,造成低速早燃的根本原因還未完全找到,雖然機油的影響占很大部分,新的機油標準也提出了針對LSPI的緩解,但也只能是緩解無法根除。

因為低速早燃的形成機理牽涉到發動機各個系統的協調,其發生充滿不可預見性和隨機性,以及機油添加劑成分的不可替代性,也是這麼多年發動機和機油製造商們無法徹底攻克這道難關的原因。目前,更多的臨時措施是在低速早燃區間增加燃油噴射量降低溫度抑制隨機熱點的形成。

無論是GF-6還是通用的dexos第二 代認證,都只能減輕LSPI

後記:

為什麼把燃油稀釋和低速早燃放在一起說?我想細心的人肯定已經注意到了,燃油稀釋和低速早燃存在很大的關聯,尤其是造成現代發動機燃油稀釋的頭號元兇——缸內直噴,因為缸內直噴造成的“濕壁”會當場溶解和稀釋氣缸壁上的潤滑油膜。

而油滴理論認為噴射到氣缸壁上燃油將機油膜稀釋,降低了機油黏度使其更容易被活塞環刮起,飛濺形成易揮發和閃燃的小油滴。而視廠家設計和標定不同,為緩解低速早燃可能會加大燃油噴射量。

Downsizing(小尺寸設計/製造)的小排量渦輪增壓發動機要達到和大排量的自吸機一樣甚至更大的動力輸出,需要在更小的氣缸內強行壓入更多的空氣,產生更大的增壓壓力和缸內溫度,噴射差不多甚至更多量的燃油,更容易造成氣缸濕壁,導致更嚴重的機油稀釋……

更多的燃油稀釋,更多的油滴形成,更多低速早燃,這仿佛成了一個閉環。豐田的研究報告也認為,低速早燃的發生頻率和燃油稀釋與積碳程度有正向的關聯。

現在想想,為什麼豐田遲遲不願大舉進軍小排量渦輪增壓,8AR一出世就把雙迴圈雙噴射等新技術武裝到牙齒,集萬千寵愛於一身並不是沒有道理——雖然還是留下了電磁閥這個小坑。

而這種極端案例是否為發動機燃油系統或者相關零部件的品質缺陷造成的?有待後續消息證實。

鑒於越來越多的車主注意到自己的愛車發動機機油增多,並夾雜汽油味,懷疑是汽油進入了曲軸箱,稀釋了機油造成機油增多,並對這一現象表示無法理解。那今天我們就來聊聊汽油跑進曲軸箱與機油混在一起是怎麼回事,希望看過本文能給大家消除疑惑,並科普一些內燃機相關的知識。

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燃油稀釋(Fuel Dilution),即燃油混入機油中將機油稀釋。

先來說說燃油稀釋是如何產生的,汽油是怎麼混入機油裡的?

很多人想不明白這個問題,認為正常情況下這樣的事情不會發生。其實在發動機正常使用條件下,汽油都是會跑進曲軸箱裡的,因為活塞環和氣門導管都存在竄漏,燃油蒸汽或者未燃盡的液態燃油會少量的從這些地方跑進機油倉裡。在正常情況下,因為發動機的高溫和曲軸箱強制通風系統的作用,這些少量的汽油會蒸發掉排出曲軸箱。

但是在某些發動機上,比如缸內直噴,加上外界因素的影響,比如高寒地區+短途駕駛,會極大的放大燃油竄漏的影響,導致燃油和機油混合,出現明顯的機油被稀釋現象。

缸內直噴,是目前發動機上燃油稀釋的罪魁禍首

本田1.5T的缸內直噴系統

缸內直噴,會以極高的壓力將燃油噴射到氣缸中,而視噴射系統的佈置和控制邏輯,會有或多或少的燃油被噴射到氣缸壁上造成“濕壁”。這部分燃油是很難如噴射在空氣中的油霧顆粒一樣迅速汽化的,這些汽油會和氣缸壁上的油膜混合在一起,被活塞環刮進曲軸箱內。

雖然每次噴氣缸壁上的油量看起來量並不大,但是缸內直噴發動機在冷開機時會噴射過量的燃油製造濃混合氣,如果是在冬季或者氣溫更低的高寒地帶,冷機執行時間更長。

直噴發動機在冷機運轉時會噴入過量的燃油幫助燃燒,而過量的燃油會沖走氣缸壁上的機油,造成磨損加劇,燃油還會滲入曲軸箱內稀釋機油。

在高寒地區,這個過程會變得越發的嚴峻。你可能會覺得不就是熱個機,怎麼會有那麼多汽油跑進曲軸箱裡造成機油稀釋?那麼我們來做個簡單的計算好了。

4衝程發動機曲軸每轉2圈進行1輪燃油噴射。假設冷機怠速1000rpm(實際更高),每缸每分鐘完成500次4衝程迴圈,每缸每分鐘噴油500次,每秒鐘噴油約8次。意味著4缸機每秒鐘在1000rpm的轉速下總計噴油約32次,每分鐘2000次!

在本來就存在的過量汽油被刮入或滲入曲軸箱的同時,短途駕駛在機油溫度還沒升到足夠讓混進去的汽油被排出前,就已經停機了。接著又凍上幾個小時,再來重複一次或者一天好幾次這樣的過程。1分鐘2000次的過量噴油,每天加起來輕鬆上萬次,甚至幾萬次。在冬天這樣的工況對於發動機簡直就是地獄。

因此,燃油稀釋在缸內直噴發動機上更容易產生,在寒冷的冬天更容易產生,在短途駕駛的車上更容易產生,在頻繁的停車-啟動-停車-啟動的車上更容易產生,在動力壓榨越多的車上越容易產生,在越激烈駕駛的車上更容易產生……

那麼你肯定要問了,燃油稀釋是一種病嗎?

並不!

燃油稀釋是一個非常非常古老而經久不衰的話題。古老到什麼程度?在SAE的技術文庫裡,可以搜到的專題討論文獻最早出現在幾乎100年前!而它直到今天依然在困擾著消費者和發動機製造商們。

排除上面本田的那些極端案例,燃油稀釋其實是很常見的。從這些文獻的古老程度我們就可以發現,從古至今,在進行發動機研發製造時,都要考慮如何降低燃油稀釋的影響。

尤其當今的缸內直噴內燃機上,在設計時需對燃油噴射器的參數、氣缸套、活塞和活塞環、曲軸箱強制通風系統、動力系統控制程式的標定,以及汽油和機油品質等一系列關係到缸內燃油噴射和稀釋控制的因素進行綜合考慮。

事實上,近些年受到燃油稀釋問題困擾的並不只有本田,也不並是只有汽油機——柴油機也面臨同樣的問題,而且比汽油機更加普遍。部分“放棄治療”的柴油發動機,乾脆在正常機油尺的上刻度線以上,再刻一個燃油稀釋極限。

馬自達柴油發動機的機油尺幾乎兩倍于正常上刻度的地方,還有一個X型機油稀釋極限

美國市場的福特也是燃油稀釋的受害者,曾經通過內部服務通告的方式對出現機油增多、機油中出現汽油味的F-150 3.5L渦輪增壓發動機進行過維修,除了立即更換被汽油稀釋的機油和機濾,處理方式還包括安裝曲軸箱體加熱器,更換曲軸箱通風系統PCV閥,刷新PCM控制程式等等。

福特關於維修F-150 3.5L渦輪增壓發動機燃油稀釋問題的TSB

回到國內,搭載1.6T發動機的雪鐵龍C4L在2014年也鬧過同樣的問題——

通常情況下,燃油稀釋會降低機油黏度,使機油附著性變差,油膜強度降低,從而使機油的劣化加速,增加發動機內部零部件異常磨損的風險。但汽車製造商們真的對此無動於衷嗎?

既然是一起對抗了上百年的好基友,汽車和機油製造商自然對燃油稀釋了然於胸。

以歐洲為例,CEC針對生物柴油的應用開發了一種新的測試,用以評估生物柴油將機油稀釋後對發動機活塞沉積物、油泥,和機油劣化的影響,測試時會預先在機油中混入7%的B100純生物柴油進行稀釋。

測試時會預先將機油用7%的B100純生物柴油進行稀釋

對了,CEC是誰?歐洲交通運輸油品測試流程與方法開發協調委員會(我瞎編的中文),負責開發包括汽車和輪船用的汽柴油、機油、變速箱油、液壓油等一系列油品的測試與評估方法。

CEC的理事會成員包括:

ACEA:歐洲汽車製造協會,最嚴苛的汽車用潤滑油檢驗認證標準;

ATC:歐洲最大的機油添加劑製造商聯合組織;

ATIEL:歐洲龍頭機油製造商的聯合組織;

CONCAWE:歐洲石油公司聯合會,致力於研究石油工業相關的環境問題;

最權威的標準,最領頭的企業,不用我再多說了。

再以美日汽車製造商協會聯合成立的ILSAC——國際潤滑劑標準化及認證委員會的GF-5標準為例,作為目前ILSAC的最高標準,符合GF-5的機油要通過的一項台架測試流程。

紅線中文字:發動機在高低溫之間迴圈測試,用以模擬短途駕駛工況,加速曲軸箱中的機油酸化和燃油稀釋。一種更加傾向於產生油泥和表面油漆沉積的特殊燃油在這個測試中被使用。

因此,現在符合最高行業標準的機油,都是有一定的燃油稀釋耐受能力的,而且GF-5同時還特別針對最高E85的酒精汽油與機油的相容性有要求。

舉這兩個例子是想告訴大家,汽車和機油製造商們不但對燃油稀釋的問題了然於胸,而且與時俱進的在機油配方和測試方法上針對不同油品進行著優化改良。而這些事實也更加證明燃油稀釋一直是發動機上不可回避的普遍現象。

稀釋的機油確實會有加劇磨損的危險,發動機製造商們也並非無動於衷

除了上述對於機油的嚴苛測試標準外,發動機製造商自身也在通過新技術降低發動機的內部摩擦阻力,並配合越來越低黏度的機油,達到提高效率的目的。

以本田新一代的地球夢發動機為例,包括1.5T在內均運用了一系列降低摩擦力的技術:裙邊點狀鍍鉬的輕量化鋁制活塞,離子鍍的低摩擦力活塞環,缸套平頂珩磨網紋,軸頸超微研磨的輕量化高剛度鍛造曲軸,低摩擦力靜音正時鏈條,低摩擦力油封等等。

而在未來的GF-6B標準中,還將會出現0W-16甚至黏度等級更低的機油。從機油標準的趨勢和發動機的技術發展上可以看出,進一步降低內部摩擦阻力配合更稀的機油是內燃機在未來繼續提升效率的方式之一。

GF-6B將會出現0W-16甚至更低黏度的機油

除此之外,發動機製造商在燃油直噴射系統設計和測試上,也會充分考慮燃油稀釋的影響。

再以本田為例,其技術檔中顯示,在開發代號K24W的2.4L地球夢缸內直噴發動機時,燃油稀釋機油的問題是他們在設計直噴系統時的重要考量因素之一。

K24W缸內直噴發動機

本田測試了3種6孔噴嘴的方案,分別對發動機性能、效率、排放煤煙、機油稀釋等指標進行了評估。

(下圖右)顯示在2500rpm滿載測試下,A,B,C,3種噴射系統在進氣衝程的活塞下止點時,對發動機氣缸壁進氣側和排氣側的“濕壁”情況對比——圖中綠色的三角形座標代表氣缸壁排氣側的“濕壁”,紅色方塊座標代表氣缸壁進氣側的“濕壁”,直條圖代表機油稀釋程度。

結果顯示,氣缸壁進氣側的“濕壁”程度,和發動機的機油稀釋程度存在明顯的關聯。本田認為,這是因為氣缸壁進氣側的溫度比較低,燃油噴射到氣缸壁上“濕壁”後蒸發汽化的效果很弱,導致了燃油稀釋機油情況的發生。

在綜合了上面的性能測試結果後,本田最終選擇了對燃油稀釋影響最小的噴射系統B。(不用懷疑,1.5T也同樣經過了這樣的測試過程)

這個測試結果有一點值得大家注意:這是在2500rpm下進行的滿載測試,3種不同噴射系統造成的機油稀釋比例分別為8%、5%和6%。所以,我們完全可以想到的是,冬季用車,短途行程,甚至長期生活在高寒地帶的用戶,發動機燃油稀釋的情況只會更糟糕。

所以,無論是機油製造商還是發動機製造商,在開發產品的時候顯然針對燃油稀釋問題都進行了各自的努力。

另一個現實中的證明是美國市場,和國內目前的狀況一樣,美國市場的1.5T的思域和CR-V也同樣存在燃油稀釋的問題,許多車主將自己的機油送去協力廠商檢測後發現,用氣相色譜法分析的燃油稀釋結果已超5%極限,機油品質已達嚴重等級。

本田1.5T機油Fuel Dilution已超5%,金屬元素含量正常

但是上市時間更久、保有量更大的美國市場,本田1.5T發動機卻暫未出現任何因為燃油稀釋導致的大面積發動機故障的情況發生。要知道,海外市場的CR-V機油更換間隔最長達1年,雖然沒有具體規定里程數,但是相信1萬公里是大部分日常駕駛用戶可以達到的。

本田車主的機油報告中也未出現如早幾年前的福特F-150 3.5L渦輪增壓發動機那樣,在燃油稀釋嚴重的發動機機油分析報告中出現金屬元素含量異常的情況——金屬含量異常代表含這種金屬的相關零部件已遭磨損。

F-150的機油報告中曾出現了銅和鋁元素的異常

但我們依然要警惕的是,本田1.5T發動機是全新產品,還未得到市場的長期有效檢驗,未來是否會導致其他產生問題還需留給時間證明。

所以我認為,本田在國內市場將1.5T發動機的保養間隔縮短到5000公里或半年時間,除了經濟利益上的因素,也有對國內油品擔憂的謹慎考慮。

在汽車市場十分成熟的美國,一般認為5%以內的燃油稀釋是正常的現象;5%以上的燃油稀釋應當引起車主警覺;而7%以上,或是短時間內明顯的機油增多,曲軸箱內散發出明顯的汽油味,甚至出現油耗異常升高、發動機機油油壓報警時,車主就需特別關注並立即採取措施了,應當排除發動機是否存在故障和燃油洩漏。

遺憾的是,國內的環境不像美國市場那樣成熟,有那麼多協力廠商可以檢測自己的機油。遇到這樣的問題只有自己勤快點,每週或每半個月檢查一次機油液位,監控機油的變化。如果機油短時間增多明顯,並散發濃烈的汽油味應當立即去4S處理,謹防出現更嚴重的漏油、缺火、拉缸等故障。

PSA的1.6T發動機機油異常增多,更換高壓燃油泵

PSA的1.6T發動機機油異常增多,更換高壓燃油泵

燃油稀釋的問題就先掰扯到這裡,相信大家看過上面的文字後,對自己的發動機出現機油增多並有汽油味的原因已經清楚了。除了過於異常的機油增多,汽油味濃烈,甚至出現機油報警外,車主可在冬季自行縮短保養間隔,或通過定期的高速路長途駕駛來緩解燃油稀釋。

但是要注意駕駛方法,因為接下來我們要說一說低速早燃。

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什麼是低速早燃(Low Speed Pre-Ignition)?

低速早燃(LSPI) 是一種不正常燃燒,易在新一代小排量渦輪增壓汽油直噴引擎低速高負荷運行時出現。低速早燃的特點是在正常點火前燃油發生自燃,會突然生成100bar以上的峰值壓力,巨大的早燃壓力對正處在上止點附近進行拐頭的活塞、活塞環和連杆造成直接的衝擊。

因為渦輪增壓發動機缸內壓力比自吸要大得多,所以低速早燃造成的超級爆震威力巨大,一旦發生幾個迴圈就可以造成活塞和活塞環的崩裂損壞,致發動機於死地。

低速早燃,是近年來隨著小排量渦輪增壓的普及,越來越被人們注意到的一種現象,汽車製造業的巨頭們也是不久前才開始集中研究解決這個問題,最早發表在SAE的技術文獻僅僅開始於2011年。

而在這之前,低速早燃問題早已經讓包括大眾在內的最早一批投身小排量渦輪增壓發動機的廠商飽受摧殘。

當年,大眾1.4T發動機在世界範圍內出現活塞和活塞環崩裂,導致發動機損壞的事件看起來莫名其妙,但是今天回過頭去看和低速早燃造成的影響高度吻合。

而直到今天,我們依然可以不時看到一些渦輪增壓發動機出現不明原因的活塞和活塞環崩裂的報導。雖然不知道這些發動機是否也遭遇了低速早燃,但是結果極其相似。

低速早燃的危害不僅僅是超級爆震造成的發動機損壞,也是汽車製造商們進一步提高小排量渦輪增壓效率的攔路虎——

因為低速早燃的高發區域和發動機的高效區間有相當一部分的重疊,尤其在大家認為是小排量渦輪增壓相比自吸優勢所在的1500-3000rpm低轉高扭地帶。

而近年來擋位越來越多的自動變速箱和CVT,使發動機的巡航轉速進一步壓低,在部分工況下使發動機更易工作在LSPI的高發區域。比如低速低轉時突然急加速,牽引拖車等重負載駕駛,或者手動擋下高擋位元不降擋加速。

LSPI發生在左上角發動機低速高扭區間

低速早燃如何產生?

在各大廠商和研究機構經過幾年的探索後,現在普遍認為引起發動機低速早燃的機理有油滴理論和燃燒室沉積物理論。

油滴理論認為機油和燃油混合稀釋,從氣缸壁上被活塞環刮起飛濺到燃燒室。而燃油稀釋過的機油滴更容易揮發,閃點溫度急劇降低,極易引發燃燒室內混合氣的提前點火;

圖片取自豐田和電裝的LSPI研究報告

沉積物理論則認為燃燒室內的積碳顆粒被活塞環或氣門運動剝落時,會成為懸浮熱點,經過一個燃燒迴圈的加熱後,在下一個迴圈引發提前點火。

而在發動機低轉高扭的輸出區域,因為幾乎也是發動機的高效區間,不但油氣混合充分,燃燒良好,也會出現比較大的噴油量,在小排量渦輪增壓越來越高的缸內壓力和溫度下,低速早燃更容易發生。

從目前的研究情況看,發動機機油是主機廠關注的低速早燃誘發主因之一。

總的說來,隨著汽車製造業越來越多的深入到更小排量、更高增壓的渦輪直噴發動機領域,這一現象被越來越多的關注到。希望以減小體積、降低轉速、提高壓力、增大輸出,來降低碳排放和提高效率的小排量渦輪增壓之路,正好撞上橫在那裡的低速早燃。

目前,造成低速早燃的根本原因還未完全找到,雖然機油的影響占很大部分,新的機油標準也提出了針對LSPI的緩解,但也只能是緩解無法根除。

因為低速早燃的形成機理牽涉到發動機各個系統的協調,其發生充滿不可預見性和隨機性,以及機油添加劑成分的不可替代性,也是這麼多年發動機和機油製造商們無法徹底攻克這道難關的原因。目前,更多的臨時措施是在低速早燃區間增加燃油噴射量降低溫度抑制隨機熱點的形成。

無論是GF-6還是通用的dexos第二 代認證,都只能減輕LSPI

後記:

為什麼把燃油稀釋和低速早燃放在一起說?我想細心的人肯定已經注意到了,燃油稀釋和低速早燃存在很大的關聯,尤其是造成現代發動機燃油稀釋的頭號元兇——缸內直噴,因為缸內直噴造成的“濕壁”會當場溶解和稀釋氣缸壁上的潤滑油膜。

而油滴理論認為噴射到氣缸壁上燃油將機油膜稀釋,降低了機油黏度使其更容易被活塞環刮起,飛濺形成易揮發和閃燃的小油滴。而視廠家設計和標定不同,為緩解低速早燃可能會加大燃油噴射量。

Downsizing(小尺寸設計/製造)的小排量渦輪增壓發動機要達到和大排量的自吸機一樣甚至更大的動力輸出,需要在更小的氣缸內強行壓入更多的空氣,產生更大的增壓壓力和缸內溫度,噴射差不多甚至更多量的燃油,更容易造成氣缸濕壁,導致更嚴重的機油稀釋……

更多的燃油稀釋,更多的油滴形成,更多低速早燃,這仿佛成了一個閉環。豐田的研究報告也認為,低速早燃的發生頻率和燃油稀釋與積碳程度有正向的關聯。

現在想想,為什麼豐田遲遲不願大舉進軍小排量渦輪增壓,8AR一出世就把雙迴圈雙噴射等新技術武裝到牙齒,集萬千寵愛於一身並不是沒有道理——雖然還是留下了電磁閥這個小坑。

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