借本田最新1.5T引擎故障,科普汽车内燃机尚未攻克的两个难题

本文是驾仕派的原创文章,来自撰稿人狗松子。

这次把总结放在开头:

燃油稀释机油是内燃机上一直存在的普遍现象,最简单的例子就是二冲程;而在现在的小排量缸内直喷涡轮增压发动机上也变得更加的明显;

视主机厂的设计和调校,燃油稀释在寒冷的冬天更容易产生、在短途驾驶的车上更容易产生、在频繁的停车-启动-停车-启动的车上更容易产生、在动力压榨越多的车上越容易产生、在越激烈驾驶急加速的车上更容易产生。

机油有一定的燃油耐受能力,而比如本田的1.5T发动机也有相关优化,如果对机油稀释仍存顾虑,可自行再次缩短保养间隔——国内市场已经将保养间隔缩短到5000km或6个月,国外是一年。

遭遇机油增多的车主,首先排除自己是否属于冬季或高寒地带的长期短途驾驶,或激烈驾驶,拖挂等重负载驾驶,同时增加检查机油液位的频次;

虽然燃油稀释是普遍现象,但不应存在机油液位短时间内异常增多,并出现浓烈汽油味,甚至有机油油压报警提示等异常;

出现以上情况应立即采取措施,对燃油喷射器、高压油泵、点火线圈、火花塞、PCV阀、活塞环、窜漏等任何与燃油系统和影响燃油喷射及燃烧的相关系统进行排查,确认是否存在故障。

有兴趣继续阅读请看下面正文……

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本田新款CR-V还未从去年夏天的刹车门阴影中完全走出,不少车主还在继续遭遇无故爆故障灯,刹车脚感不线性,甚至是刹车电子助力失灵时,这个冬天CR-V又让一些车主们闹心了。入冬以来,车主们相继发现自己的爱车出现机油增多,机油中有汽油味的问题。

新款CR-V上市半年多,已让不少车主觉得不省心

刚换了刹车助力泵,又发现发动机机油增多,还有汽油味

而在更加寒冷的东北地区甚至出现了几起发动机缺缸,汽油大量渗入曲轴箱的极端案例。

无独有偶,在CR-V爆出问题后不久,黑龙江地区的十代思域1.5T发动机也几乎在同一时间爆出缺缸失火、机油仓大量混入汽油的极端案例。

据悉,首例CR-V发动机缺缸汽油大量进入曲轴箱的故障车主已经获得退车赔偿。而这种极端案例是否为发动机燃油系统或者相关零部件的质量缺陷造成的?有待后续消息证实。

鉴于越来越多的车主注意到自己的爱车发动机机油增多,并夹杂汽油味,怀疑是汽油进入了曲轴箱,稀释了机油造成机油增多,并对这一现象表示无法理解。那今天我们就来聊聊汽油跑进曲轴箱与机油混在一起是怎么回事,希望看过本文能给大家消除疑惑,并科普一些内燃机相关的知识。

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燃油稀释(Fuel Dilution),即燃油混入机油中将机油稀释。

先来说说燃油稀释是如何产生的,汽油是怎么混入机油里的?

很多人想不明白这个问题,认为正常情况下这样的事情不会发生。其实在发动机正常使用条件下,汽油都是会跑进曲轴箱里的,因为活塞环和气门导管都存在窜漏,燃油蒸汽或者未燃尽的液态燃油会少量的从这些地方跑进机油仓里。在正常情况下,因为发动机的高温和曲轴箱强制通风系统的作用,这些少量的汽油会蒸发掉排出曲轴箱。

但是在某些发动机上,比如缸内直喷,加上外界因素的影响,比如高寒地区+短途驾驶,会极大的放大燃油窜漏的影响,导致燃油和机油混合,出现明显的机油被稀释现象。

缸内直喷,是目前发动机上燃油稀释的罪魁祸首

本田1.5T的缸内直喷系统

缸内直喷,会以极高的压力将燃油喷射到气缸中,而视喷射系统的布置和控制逻辑,会有或多或少的燃油被喷射到气缸壁上造成“湿壁”。这部分燃油是很难如喷射在空气中的油雾颗粒一样迅速汽化的,这些汽油会和气缸壁上的油膜混合在一起,被活塞环刮进曲轴箱内。

虽然每次喷气缸壁上的油量看起来量并不大,但是缸内直喷发动机在冷启动时会喷射过量的燃油制造浓混合气,如果是在冬季或者气温更低的高寒地带,冷机运行时间更长。

直喷发动机在冷机运转时会喷入过量的燃油帮助燃烧,而过量的燃油会冲走气缸壁上的机油,造成磨损加剧,燃油还会渗入曲轴箱内稀释机油。

在高寒地区,这个过程会变得越发的严峻。你可能会觉得不就是热个机,怎么会有那么多汽油跑进曲轴箱里造成机油稀释?那么我们来做个简单的计算好了。

4冲程发动机曲轴每转2圈进行1轮燃油喷射。假设冷机怠速1000rpm(实际更高),每缸每分钟完成500次4冲程循环,每缸每分钟喷油500次,每秒钟喷油约8次。意味着4缸机每秒钟在1000rpm的转速下总计喷油约32次,每分钟2000次!

在本来就存在的过量汽油被刮入或渗入曲轴箱的同时,短途驾驶在机油温度还没升到足够让混进去的汽油被排出前,就已经停机了。接着又冻上几个小时,再来重复一次或者一天好几次这样的过程。1分钟2000次的过量喷油,每天加起来轻松上万次,甚至几万次。在冬天这样的工况对于发动机简直就是地狱。

因此,燃油稀释在缸内直喷发动机上更容易产生,在寒冷的冬天更容易产生,在短途驾驶的车上更容易产生,在频繁的停车-启动-停车-启动的车上更容易产生,在动力压榨越多的车上越容易产生,在越激烈驾驶的车上更容易产生……

那么你肯定要问了,燃油稀释是一种病吗?

并不!

燃油稀释是一个非常非常古老而经久不衰的话题。古老到什么程度?在SAE的技术文库里,可以搜到的专题讨论文献最早出现在几乎100年前!而它直到今天依然在困扰着消费者和发动机制造商们。

排除上面本田的那些极端案例,燃油稀释其实是很常见的。从这些文献的古老程度我们就可以发现,从古至今,在进行发动机研发制造时,都要考虑如何降低燃油稀释的影响。

尤其当今的缸内直喷内燃机上,在设计时需对燃油喷射器的参数、气缸套、活塞和活塞环、曲轴箱强制通风系统、动力系统控制程序的标定,以及汽油和机油品质等一系列关系到缸内燃油喷射和稀释控制的因素进行综合考虑。

事实上,近些年受到燃油稀释问题困扰的并不只有本田,也不并是只有汽油机——柴油机也面临同样的问题,而且比汽油机更加普遍。部分“放弃治疗”的柴油发动机,干脆在正常机油尺的上刻度线以上,再刻一个燃油稀释极限。

马自达柴油发动机的机油尺几乎两倍于正常上刻度的地方,还有一个X型机油稀释极限

美国市场的福特也是燃油稀释的受害者,曾经通过内部服务通告的方式对出现机油增多、机油中出现汽油味的F-150 3.5L涡轮增压发动机进行过维修,除了立即更换被汽油稀释的机油和机滤,处理方式还包括安装曲轴箱体加热器,更换曲轴箱通风系统PCV阀,刷新PCM控制程序等等。

福特关于维修F-150 3.5L涡轮增压发动机燃油稀释问题的TSB

回到国内,搭载1.6T发动机的雪铁龙C4L在2014年也闹过同样的问题——

通常情况下,燃油稀释会降低机油黏度,使机油附着性变差,油膜强度降低,从而使机油的劣化加速,增加发动机内部零部件异常磨损的风险。但汽车制造商们真的对此无动于衷吗?

既然是一起对抗了上百年的好基友,汽车和机油制造商自然对燃油稀释了然于胸。

以欧洲为例,CEC针对生物柴油的应用开发了一种新的测试,用以评估生物柴油将机油稀释后对发动机活塞沉积物、油泥,和机油劣化的影响,测试时会预先在机油中混入7%的B100纯生物柴油进行稀释。

测试时会预先将机油用7%的B100纯生物柴油进行稀释

对了,CEC是谁?欧洲交通运输油品测试流程与方法开发协调委员会(我瞎编的中文),负责开发包括汽车和轮船用的汽柴油、机油、变速箱油、液压油等一系列油品的测试与评估方法。

CEC的理事会成员包括:

ACEA:欧洲汽车制造协会,最严苛的汽车用润滑油检验认证标准;

ATC:欧洲最大的机油添加剂制造商联合组织;

ATIEL:欧洲龙头机油制造商的联合组织;

CONCAWE:欧洲石油公司联合会,致力于研究石油工业相关的环境问题;

最权威的标准,最领头的企业,不用我再多说了。

再以美日汽车制造商协会联合成立的ILSAC——国际润滑剂标准化及认证委员会的GF-5标准为例,作为目前ILSAC的最高标准,符合GF-5的机油要通过的一项台架测试流程。

红线中文字:发动机在高低温之间循环测试,用以模拟短途驾驶工况,加速曲轴箱中的机油酸化和燃油稀释。一种更加倾向于产生油泥和表面油漆沉积的特殊燃油在这个测试中被使用。

因此,现在符合最高行业标准的机油,都是有一定的燃油稀释耐受能力的,而且GF-5同时还特别针对最高E85的酒精汽油与机油的兼容性有要求。

举这两个例子是想告诉大家,汽车和机油制造商们不但对燃油稀释的问题了然于胸,而且与时俱进的在机油配方和测试方法上针对不同油品进行着优化改良。而这些事实也更加证明燃油稀释一直是发动机上不可回避的普遍现象。

稀释的机油确实会有加剧磨损的危险,发动机制造商们也并非无动于衷

除了上述对于机油的严苛测试标准外,发动机制造商自身也在通过新技术降低发动机的内部摩擦阻力,并配合越来越低黏度的机油,达到提高效率的目的。

以本田新一代的地球梦发动机为例,包括1.5T在内均运用了一系列降低摩擦力的技术:裙边点状镀钼的轻量化铝制活塞,离子镀的低摩擦力活塞环,缸套平顶珩磨网纹,轴颈超微研磨的轻量化高刚度锻造曲轴,低摩擦力静音正时链条,低摩擦力油封等等。

而在未来的GF-6B标准中,还将会出现0W-16甚至黏度等级更低的机油。从机油标准的趋势和发动机的技术发展上可以看出,进一步降低内部摩擦阻力配合更稀的机油是内燃机在未来继续提升效率的方式之一。

GF-6B将会出现0W-16甚至更低黏度的机油

除此之外,发动机制造商在燃油直喷射系统设计和测试上,也会充分考虑燃油稀释的影响。

再以本田为例,其技术文件中显示,在开发代号K24W的2.4L地球梦缸内直喷发动机时,燃油稀释机油的问题是他们在设计直喷系统时的重要考量因素之一。

K24W缸内直喷发动机

本田测试了3种6孔喷嘴的方案,分别对发动机性能、效率、排放煤烟、机油稀释等指标进行了评估。

(下图右)显示在2500rpm满载测试下,A,B,C,3种喷射系统在进气冲程的活塞下止点时,对发动机气缸壁进气侧和排气侧的“湿壁”情况对比——图中绿色的三角形坐标代表气缸壁排气侧的“湿壁”,红色方块坐标代表气缸壁进气侧的“湿壁”,柱形图代表机油稀释程度。

结果显示,气缸壁进气侧的“湿壁”程度,和发动机的机油稀释程度存在明显的关联。本田认为,这是因为气缸壁进气侧的温度比较低,燃油喷射到气缸壁上“湿壁”后蒸发汽化的效果很弱,导致了燃油稀释机油情况的发生。

在综合了上面的性能测试结果后,本田最终选择了对燃油稀释影响最小的喷射系统B。(不用怀疑,1.5T也同样经过了这样的测试过程)

这个测试结果有一点值得大家注意:这是在2500rpm下进行的满载测试,3种不同喷射系统造成的机油稀释比例分别为8%、5%和6%。所以,我们完全可以想到的是,冬季用车,短途行程,甚至长期生活在高寒地带的用户,发动机燃油稀释的情况只会更糟糕。

所以,无论是机油制造商还是发动机制造商,在开发产品的时候显然针对燃油稀释问题都进行了各自的努力。

另一个现实中的证明是美国市场,和国内目前的状况一样,美国市场的1.5T的思域和CR-V也同样存在燃油稀释的问题,许多车主将自己的机油送去第三方检测后发现,用气相色谱法分析的燃油稀释结果已超5%极限,机油质量已达严重等级。

本田1.5T机油Fuel Dilution已超5%,金属元素含量正常

但是上市时间更久、保有量更大的美国市场,本田1.5T发动机却暂未出现任何因为燃油稀释导致的大面积发动机故障的情况发生。要知道,海外市场的CR-V机油更换间隔最长达1年,虽然没有具体规定里程数,但是相信1万公里是大部分日常驾驶用户可以达到的。

本田车主的机油报告中也未出现如早几年前的福特F-150 3.5L涡轮增压发动机那样,在燃油稀释严重的发动机机油分析报告中出现金属元素含量异常的情况——金属含量异常代表含这种金属的相关零部件已遭磨损。

F-150的机油报告中曾出现了铜和铝元素的异常

但我们依然要警惕的是,本田1.5T发动机是全新产品,还未得到市场的长期有效检验,未来是否会导致其他产生问题还需留给时间证明。

所以我认为,本田在国内市场将1.5T发动机的保养间隔缩短到5000公里或半年时间,除了经济利益上的因素,也有对国内油品担忧的谨慎考虑。

在汽车市场十分成熟的美国,一般认为5%以内的燃油稀释是正常的现象;5%以上的燃油稀释应当引起车主警觉;而7%以上,或是短时间内明显的机油增多,曲轴箱内散发出明显的汽油味,甚至出现油耗异常升高、发动机机油油压报警时,车主就需特别关注并立即采取措施了,应当排除发动机是否存在故障和燃油泄漏。

遗憾的是,国内的环境不像美国市场那样成熟,有那么多第三方可以检测自己的机油。遇到这样的问题只有自己勤快点,每周或每半个月检查一次机油液位,监控机油的变化。如果机油短时间增多明显,并散发浓烈的汽油味应当立即去4S处理,谨防出现更严重的漏油、缺火、拉缸等故障。

PSA的1.6T发动机机油异常增多,更换高压燃油泵

PSA的1.6T发动机机油异常增多,更换高压燃油泵

燃油稀释的问题就先掰扯到这里,相信大家看过上面的文字后,对自己的发动机出现机油增多并有汽油味的原因已经清楚了。除了过于异常的机油增多,汽油味浓烈,甚至出现机油报警外,车主可在冬季自行缩短保养间隔,或通过定期的高速路长途驾驶来缓解燃油稀释。

但是要注意驾驶方法,因为接下来我们要说一说低速早燃。

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什么是低速早燃(Low Speed Pre-Ignition)?

低速早燃(LSPI) 是一种不正常燃烧,易在新一代小排量涡轮增压汽油直喷引擎低速高负荷运行时出现。低速早燃的特点是在正常点火前燃油发生自燃,会突然生成100bar以上的峰值压力,巨大的早燃压力对正处在上止点附近进行拐头的活塞、活塞环和连杆造成直接的冲击。

因为涡轮增压发动机缸内压力比自吸要大得多,所以低速早燃造成的超级爆震威力巨大,一旦发生几个循环就可以造成活塞和活塞环的崩裂损坏,致发动机于死地。

低速早燃,是近年来随着小排量涡轮增压的普及,越来越被人们注意到的一种现象,汽车制造业的巨头们也是不久前才开始集中研究解决这个问题,最早发表在SAE的技术文献仅仅开始于2011年。

而在这之前,低速早燃问题早已经让包括大众在内的最早一批投身小排量涡轮增压发动机的厂商饱受摧残。

当年,大众1.4T发动机在世界范围内出现活塞和活塞环崩裂,导致发动机损坏的事件看起来莫名其妙,但是今天回过头去看和低速早燃造成的影响高度吻合。

而直到今天,我们依然可以不时看到一些涡轮增压发动机出现不明原因的活塞和活塞环崩裂的报道。虽然不知道这些发动机是否也遭遇了低速早燃,但是结果极其相似。

低速早燃的危害不仅仅是超级爆震造成的发动机损坏,也是汽车制造商们进一步提高小排量涡轮增压效率的拦路虎——

因为低速早燃的高发区域和发动机的高效区间有相当一部分的重叠,尤其在大家认为是小排量涡轮增压相比自吸优势所在的1500-3000rpm低转高扭地带。

而近年来挡位越来越多的自动变速箱和CVT,使发动机的巡航转速进一步压低,在部分工况下使发动机更易工作在LSPI的高发区域。比如低速低转时突然急加速,牵引拖车等重负载驾驶,或者手动挡下高挡位不降挡加速。

LSPI发生在左上角发动机低速高扭区间

低速早燃如何产生?

在各大厂商和研究机构经过几年的探索后,现在普遍认为引起发动机低速早燃的机理有油滴理论和燃烧室沉积物理论。

油滴理论认为机油和燃油混合稀释,从气缸壁上被活塞环刮起飞溅到燃烧室。而燃油稀释过的机油滴更容易挥发,闪点温度急剧降低,极易引发燃烧室内混合气的提前点火;

图片取自丰田和电装的LSPI研究报告

沉积物理论则认为燃烧室内的积碳颗粒被活塞环或气门运动剥落时,会成为悬浮热点,经过一个燃烧循环的加热后,在下一个循环引发提前点火。

而在发动机低转高扭的输出区域,因为几乎也是发动机的高效区间,不但油气混合充分,燃烧良好,也会出现比较大的喷油量,在小排量涡轮增压越来越高的缸内压力和温度下,低速早燃更容易发生。

从目前的研究情况看,发动机机油是主机厂关注的低速早燃诱发主因之一。

总的说来,随着汽车制造业越来越多的深入到更小排量、更高增压的涡轮直喷发动机领域,这一现象被越来越多的关注到。希望以减小体积、降低转速、提高压力、增大输出,来降低碳排放和提高效率的小排量涡轮增压之路,正好撞上横在那里的低速早燃。

目前,造成低速早燃的根本原因还未完全找到,虽然机油的影响占很大部分,新的机油标准也提出了针对LSPI的缓解,但也只能是缓解无法根除。

因为低速早燃的形成机理牵涉到发动机各个系统的协调,其发生充满不可预见性和随机性,以及机油添加剂成分的不可替代性,也是这么多年发动机和机油制造商们无法彻底攻克这道难关的原因。目前,更多的临时措施是在低速早燃区间增加燃油喷射量降低温度抑制随机热点的形成。

无论是GF-6还是通用的dexos第二代认证,都只能减轻LSPI

后记:

为什么把燃油稀释和低速早燃放在一起说?我想细心的人肯定已经注意到了,燃油稀释和低速早燃存在很大的关联,尤其是造成现代发动机燃油稀释的头号元凶——缸内直喷,因为缸内直喷造成的“湿壁”会当场溶解和稀释气缸壁上的润滑油膜。

而油滴理论认为喷射到气缸壁上燃油将机油膜稀释,降低了机油黏度使其更容易被活塞环刮起,飞溅形成易挥发和闪燃的小油滴。而视厂家设计和标定不同,为缓解低速早燃可能会加大燃油喷射量。

Downsizing(小尺寸设计/制造)的小排量涡轮增压发动机要达到和大排量的自吸机一样甚至更大的动力输出,需要在更小的气缸内强行压入更多的空气,产生更大的增压压力和缸内温度,喷射差不多甚至更多量的燃油,更容易造成气缸湿壁,导致更严重的机油稀释……

更多的燃油稀释,更多的油滴形成,更多低速早燃,这仿佛成了一个死循环。丰田的研究报告也认为,低速早燃的发生频率和燃油稀释与积碳程度有正向的关联。

现在想想,为什么丰田迟迟不愿大举进军小排量涡轮增压,8AR一出世就把双循环双喷射等新技术武装到牙齿,集万千宠爱于一身并不是没有道理——虽然还是留下了电磁阀这个小坑。


标签: 用车攻略
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