汽油發動機爆震的原因與避免措施

衣玉蘭

（新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊 831401）

汽油機始終進行進氣、壓縮、做功、排氣這一循環工作過程，在壓縮終了時，火花塞產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傳播，使燃燒室內混合氣循序燃燒，直至結束。通過高速攝影研究汽油機爆震時發現，在汽油機燃燒室內火焰傳播過程中，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，從而產生自發反應，形成一個或多個火焰核心。即在正常火焰傳播到以前先行發火自燃，發出極強的火光，燃燒溫度常在4 000℃以上，火焰傳播速度達200～1 000 米／秒以上, 比正常燃燒的火焰傳播速度高幾十倍。在發生劇烈爆燃時，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沖擊,造成強制振動并產生高頻噪聲，發出尖銳的金屬敲擊聲，這種現象稱為爆震。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動機抖動、甚至車身也明顯地發生抖動，無感爆震主要的表現是發動機噪音加大。

1 爆震對發動機的危害

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

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,使潤滑油潤滑效果變差，零件磨損加劇。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象嚴重，使燃燒產物分解為CH、H2、O2、NOx 及游離碳的現象增多，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。

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

當僅有輕微爆燃發生（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。

發動機爆燃直接表現在：發動機動力下降、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 多輛車正常狀態時所產生的污染、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、發動機熄火以及發動機機械部件破壞，給車主帶來巨大的經濟損失。

2 引起發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 發動機燃燒室過度積碳

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

2.3 發動機溫度過高

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

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和化學雜質、包括一些芳香類物質，也會在發動機壓縮過程中引起自燃、從而形成爆震現象。

現在許多車廠為了將發動機提高到最大的性能及最大可能的降低油耗，通常會把常用轉速范圍的點火角設定的比較提前，所以有些發動機轉速在2000 至3000 轉之間負荷較大時，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。但是若因為發動機出問題所產生的爆震，如嚴重積碳或散熱不良等，這種爆震通常很嚴重，如果是在高轉速高負荷發生連續且嚴重的爆震，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。汽車發動機現在裝有爆震傳感器。其作用就是用于檢測發動機是否有爆震發生。發動機發生爆震時，爆震傳感器把發動機的機械振動轉變為信號電壓送至ECU。ECU 根據其內部事先儲存的點火及其他數據，及時計算修正點火提前角，去調整點火時間，防止爆震的發生。待發動機不產生爆震時，再慢慢的將點火提前角回復。爆震傳感器安裝在發動機缸體中間，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。是用來測定發動機抖動度的。爆震傳感器一般都是壓電陶瓷式和瓷質伸縮式兩大類，當發動機有抖動時里面的陶瓷受到擠壓產生一個電信號，傳遞給ECU。ECU 則判定發動機爆震，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）選擇適合發動機壓縮比的普通汽油。發動機壓縮比是汽車應該選用什么汽油標號的最重要的參數，一般情況下，對應不同的發動機壓縮比，適合的汽油標號如下：

發動機壓縮比低于8.5:1：選用90 號汽油；

發動機壓縮比8.6:1~10.0:1：選用93 號汽油；

發動機壓縮比10.1:1~11.5:1：選用97 號汽油；

發動機壓縮比高于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，可以有效防止發動機爆震，提高燃油經濟性，并保障發動機達到設計的使用壽命。

（3）選擇汽油標號。使用高標號的汽油，抗壓性好，不易產生爆震，但燃燒速度相對較慢，這會影響到發動機的動力性和發動機機體的溫度，燃燒速度慢會使發動機動力下降而溫度升高，這對發動機是不好的情況。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，發動機聲音平順平和，發動機溫度適中，潤滑良好。