汽油發(fā)動機爆震的原因與避免措施

衣玉蘭

（新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401）

汽油機始終進行進氣、壓縮、做功、排氣這一循環(huán)工作過程，在壓縮終了時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃混合氣，并迅速燃燒。使氣體的溫度、壓力迅速升高而膨脹，從而推動活塞從上止點向下止點運動做功。汽油機正常燃燒時，火花塞點火后經(jīng)過短暫的著火延遲期的準備,在電極間隙附近形成火焰核心，火焰從火焰核心以30～40 米/秒的速度有序地向四周的未燃混合氣區(qū)傳播，使燃燒室內(nèi)混合氣循序燃燒，直至結(jié)束。通過高速攝影研究汽油機爆震時發(fā)現(xiàn)，在汽油機燃燒室內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^程中，遠離火花塞的未燃混合氣（末端混合氣），被已燃混合氣的膨脹所壓縮，此處的局部溫度因熱輻射作用而超過燃料的自燃溫度，從而產(chǎn)生自發(fā)反應(yīng)，形成一個或多個火焰核心。即在正常火焰?zhèn)鞑サ揭郧跋刃邪l(fā)火自燃，發(fā)出極強的火光，燃燒溫度常在4 000℃以上，火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_200～1 000 米／秒以上, 比正常燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀邘资丁Ｔ诎l(fā)生劇烈爆燃時，末端混合氣在瞬間燃燒，氣體的窖來不及膨脹，造成燃燒室局部溫度和壓力急劇上升，高頻壓力波撞擊燃燒室壁，并在氣缸壁面上反射和反復(fù)沖擊,造成強制振動并產(chǎn)生高頻噪聲，發(fā)出尖銳的金屬敲擊聲，這種現(xiàn)象稱為爆震。爆震又分為有感爆震與無感爆震兩種，有感爆震通常會引起發(fā)動機抖動、甚至車身也明顯地發(fā)生抖動，無感爆震主要的表現(xiàn)是發(fā)動機噪音加大。

1 爆震對發(fā)動機的危害

爆震是一種不正常的燃燒，對于發(fā)動機來說是非常有害的現(xiàn)象。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 機件過載

強烈爆燃時的沖擊波能使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸等機件的機械負荷增加、使機件變形甚至損壞。

1.2 機件燒損

汽油機燃燒終了時的溫度可達到2 000℃~2 500℃，而活塞頂，燃燒室壁及缸壁的溫度僅為200℃~300℃，除了冷卻水的作用外，能夠維持如此低溫度的原因，還包括在這些壁面上形成了氣體的附面層，它起到隔熱的作用。而強烈爆燃時的沖擊波會破壞這一附面層，使機件直接與高溫燃氣接觸。而嚴重爆燃時，局部燃氣溫度可高達4 000℃以上，這樣會使活塞頭部和氣門等機件燒損。同時熱量傳給冷卻水引起發(fā)動機過熱。

1.3 性能指標下降

嚴重爆燃時的局部高溫及強烈的壓力沖擊波，破壞了附面層,氣體向缸壁的傳熱量大大增加，使熱效率下降、功率降低、耗油率增加。

1.4 發(fā)動機磨損加劇

由于傳熱損失增加，使冷卻水和潤滑油溫度增加,使?jié)櫥蜐櫥Ч儾睿慵p加劇。實驗表明，嚴重爆燃時磨損比正常燃燒時大27 倍。

1.5 排氣冒黑煙，補燃增加，排氣溫度增加

爆燃時局部高溫引起熱分解現(xiàn)象嚴重，使燃燒產(chǎn)物分解為CH、H2、O2、NOx 及游離碳的現(xiàn)象增多，排氣冒煙嚴重。CH、H2、O2等在膨脹過程中重新燃燒又使補燃增加，排氣溫度增高。

爆燃產(chǎn)生的炭粒形成積炭，破壞活塞環(huán)、火花塞、氣門等零件的正常工作，使發(fā)動機可靠性下降。

當僅有輕微爆燃發(fā)生（例如汽車低速上坡）時，可縮短燃燒過程膨脹功提到充分利用，功率和熱效率都有所提高，這是允許的。

發(fā)動機爆燃直接表現(xiàn)在：發(fā)動機動力下降、油耗增加、噪音加大、汽車舒適性變差、排放惡化（車內(nèi)車外都能聞到嚴重的怪味、有時一輛車的污染可以相當于200 多輛車正常狀態(tài)時所產(chǎn)生的污染、嚴重影響駕駛員本人和乘客的身體健康），最為嚴重的時候會引起敲缸、發(fā)動機熄火以及發(fā)動機機械部件破壞，給車主帶來巨大的經(jīng)濟損失。

2 引起發(fā)動機爆震的主要原因

2.1 點火角過于提前

為了使活塞在壓縮行程結(jié)束后，一進入做功沖程能立即獲得動力，通常都會在活塞達到上止點前提前點火（因為從點火到完全燃燒需要一段時間）。而過于提早的點火會使得活塞還在壓縮行程時，大部分油氣已經(jīng)燃燒，此時未燃燒的油氣會承受極大的壓力自燃，而造成爆震。

2.2 發(fā)動機燃燒室過度積碳

發(fā)動機燃燒室內(nèi)過度積碳，除了會使壓縮比增大（產(chǎn)生高壓），也會在積碳表面產(chǎn)生高溫熱點或者火星，使發(fā)動機爆震。

2.3 發(fā)動機溫度過高

發(fā)動機在太熱的環(huán)境使得進氣溫度過高，或是發(fā)動機冷卻水循環(huán)不良，都會造成發(fā)動機高溫而爆震。

2.4 空燃比不正確

過稀的燃料空氣混合比，會使得燃燒時間延長，溫度提高，而燃燒溫度提高會造成發(fā)動機溫度提升，空燃比不正確就會引起爆震。

2.5 燃油辛烷值過低

辛烷值是燃油抗爆震的指標，辛烷值越高，抗爆震性越強。壓縮比高的發(fā)動機，燃燒室的壓力較高，若是使用抗爆震性低的燃油，則容易發(fā)生爆震。

2.6 燃油清潔度不夠

燃油中所含有的一些物理雜質(zhì)和化學(xué)雜質(zhì)、包括一些芳香類物質(zhì)，也會在發(fā)動機壓縮過程中引起自燃、從而形成爆震現(xiàn)象。

現(xiàn)在許多車廠為了將發(fā)動機提高到最大的性能及最大可能的降低油耗，通常會把常用轉(zhuǎn)速范圍的點火角設(shè)定的比較提前，所以有些發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2000 至3000 轉(zhuǎn)之間負荷較大時，難免會有輕微的爆震，然而輕微的爆震對發(fā)動機不會有太大的影響，車主也不用過于擔心。但是若因為發(fā)動機出問題所產(chǎn)生的爆震，如嚴重積碳或散熱不良等，這種爆震通常很嚴重，如果是在高轉(zhuǎn)速高負荷發(fā)生連續(xù)且嚴重的爆震，不出一分鐘，輕則火花塞及活塞熔損，嚴重的甚至連氣缸及發(fā)動機本體都會炸穿。

3 避免爆震的措施

（1）最有效抑制爆震的方法，就是減小點火提前角，降低燃燒壓力。汽車發(fā)動機現(xiàn)在裝有爆震傳感器。其作用就是用于檢測發(fā)動機是否有爆震發(fā)生。發(fā)動機發(fā)生爆震時，爆震傳感器把發(fā)動機的機械振動轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯妷核椭罞CU。ECU 根據(jù)其內(nèi)部事先儲存的點火及其他數(shù)據(jù)，及時計算修正點火提前角，去調(diào)整點火時間，防止爆震的發(fā)生。待發(fā)動機不產(chǎn)生爆震時，再慢慢的將點火提前角回復(fù)。爆震傳感器安裝在發(fā)動機缸體中間，以四缸機為例，就裝在2 缸和3缸之間，或者1、2 缸中間一個，3、4 缸中間一個。是用來測定發(fā)動機抖動度的。爆震傳感器一般都是壓電陶瓷式和瓷質(zhì)伸縮式兩大類，當發(fā)動機有抖動時里面的陶瓷受到擠壓產(chǎn)生一個電信號，傳遞給ECU。ECU 則判定發(fā)動機爆震，隨即延后點火提前角。目前較先進的爆震傳感器甚至能判定是哪一個汽缸爆震，而針對該汽缸個別延后點火提前角。

（2）選擇適合發(fā)動機壓縮比的普通汽油。發(fā)動機壓縮比是汽車應(yīng)該選用什么汽油標號的最重要的參數(shù)，一般情況下，對應(yīng)不同的發(fā)動機壓縮比，適合的汽油標號如下：

發(fā)動機壓縮比低于8.5:1：選用90 號汽油；

發(fā)動機壓縮比8.6:1~10.0:1：選用93 號汽油；

發(fā)動機壓縮比10.1:1~11.5:1：選用97 號汽油；

發(fā)動機壓縮比高于11.5:1，先用98 號汽油。

按以上推薦選用適合自己的汽油標號，可以有效防止發(fā)動機爆震，提高燃油經(jīng)濟性，并保障發(fā)動機達到設(shè)計的使用壽命。

（3）選擇汽油標號。使用高標號的汽油，抗壓性好，不易產(chǎn)生爆震，但燃燒速度相對較慢，這會影響到發(fā)動機的動力性和發(fā)動機機體的溫度，燃燒速度慢會使發(fā)動機動力下降而溫度升高，這對發(fā)動機是不好的情況。低標號的油，燃燒速度較快，但抗壓能力又不夠，容易形成爆震。

因此，在有效消除爆震的前提下，用低標號的油，會比用高標號的油動力更好，更省油，對發(fā)動機的溫度、潤滑等都有好處。

因此，正確的做法是：什么樣的油能使你的車動力最好，又最省油，就是你的車最適合的油。如果用對了油，不僅動力上升，又省油，發(fā)動機聲音平順平和，發(fā)動機溫度適中，潤滑良好。