汽油发动机爆震的原因与避免措施

衣玉兰

（新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 831401）

汽油机始终进行进气、压缩、做功、排气这一循环工作过程，在压缩终了时，火花塞产生电火花点燃混合气，并迅速燃烧。使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞从上止点向下止点运动做功。汽油机正常燃烧时，火花塞点火后经过短暂的着火延迟期的准备,在电极间隙附近形成火焰核心，火焰从火焰核心以30～40 米/秒的速度有序地向四周的未燃混合气区传播，使燃烧室内混合气循序燃烧，直至结束。通过高速摄影研究汽油机爆震时发现，在汽油机燃烧室内火焰传播过程中，远离火花塞的未燃混合气（末端混合气），被已燃混合气的膨胀所压缩，此处的局部温度因热辐射作用而超过燃料的自燃温度，从而产生自发反应，形成一个或多个火焰核心。即在正常火焰传播到以前先行发火自燃，发出极强的火光，燃烧温度常在4 000℃以上，火焰传播速度达200～1 000 米／秒以上, 比正常燃烧的火焰传播速度高几十倍。在发生剧烈爆燃时，末端混合气在瞬间燃烧，气体的窖来不及膨胀，造成燃烧室局部温度和压力急剧上升，高频压力波撞击燃烧室壁，并在气缸壁面上反射和反复冲击,造成强制振动并产生高频噪声，发出尖锐的金属敲击声，这种现象称为爆震。爆震又分为有感爆震与无感爆震两种，有感爆震通常会引起发动机抖动、甚至车身也明显地发生抖动，无感爆震主要的表现是发动机噪音加大。

1 爆震对发动机的危害

爆震是一种不正常的燃烧，对于发动机来说是非常有害的现象。其危害主要表现在以下几个方面：

1.1 机件过载

强烈爆燃时的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴等机件的机械负荷增加、使机件变形甚至损坏。

1.2 机件烧损

汽油机燃烧终了时的温度可达到2 000℃~2 500℃，而活塞顶，燃烧室壁及缸壁的温度仅为200℃~300℃，除了冷却水的作用外，能够维持如此低温度的原因，还包括在这些壁面上形成了气体的附面层，它起到隔热的作用。而强烈爆燃时的冲击波会破坏这一附面层，使机件直接与高温燃气接触。而严重爆燃时，局部燃气温度可高达4 000℃以上，这样会使活塞头部和气门等机件烧损。同时热量传给冷却水引起发动机过热。

1.3 性能指标下降

严重爆燃时的局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层,气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降、功率降低、耗油率增加。

1.4 发动机磨损加剧

由于传热损失增加，使冷却水和润滑油温度增加,使润滑油润滑效果变差，零件磨损加剧。实验表明，严重爆燃时磨损比正常燃烧时大27 倍。

1.5 排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加

爆燃时局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为CH、H2、O2、NOx 及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。CH、H2、O2等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温度增高。

爆燃产生的炭粒形成积炭，破坏活塞环、火花塞、气门等零件的正常工作，使发动机可靠性下降。

当仅有轻微爆燃发生（例如汽车低速上坡）时，可缩短燃烧过程膨胀功提到充分利用，功率和热效率都有所提高，这是允许的。

发动机爆燃直接表现在：发动机动力下降、油耗增加、噪音加大、汽车舒适性变差、排放恶化（车内车外都能闻到严重的怪味、有时一辆车的污染可以相当于200 多辆车正常状态时所产生的污染、严重影响驾驶员本人和乘客的身体健康），最为严重的时候会引起敲缸、发动机熄火以及发动机机械部件破坏，给车主带来巨大的经济损失。

2 引起发动机爆震的主要原因

2.1 点火角过于提前

为了使活塞在压缩行程结束后，一进入做功冲程能立即获得动力，通常都会在活塞达到上止点前提前点火（因为从点火到完全燃烧需要一段时间）。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩行程时，大部分油气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。

2.2 发动机燃烧室过度积碳

发动机燃烧室内过度积碳，除了会使压缩比增大（产生高压），也会在积碳表面产生高温热点或者火星，使发动机爆震。

2.3 发动机温度过高

发动机在太热的环境使得进气温度过高，或是发动机冷却水循环不良，都会造成发动机高温而爆震。

2.4 空燃比不正确

过稀的燃料空气混合比，会使得燃烧时间延长，温度提高，而燃烧温度提高会造成发动机温度提升，空燃比不正确就会引起爆震。

2.5 燃油辛烷值过低

辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强。压缩比高的发动机，燃烧室的压力较高，若是使用抗爆震性低的燃油，则容易发生爆震。

2.6 燃油清洁度不够

燃油中所含有的一些物理杂质和化学杂质、包括一些芳香类物质，也会在发动机压缩过程中引起自燃、从而形成爆震现象。

现在许多车厂为了将发动机提高到最大的性能及最大可能的降低油耗，通常会把常用转速范围的点火角设定的比较提前，所以有些发动机转速在2000 至3000 转之间负荷较大时，难免会有轻微的爆震，然而轻微的爆震对发动机不会有太大的影响，车主也不用过于担心。但是若因为发动机出问题所产生的爆震，如严重积碳或散热不良等，这种爆震通常很严重，如果是在高转速高负荷发生连续且严重的爆震，不出一分钟，轻则火花塞及活塞熔损，严重的甚至连气缸及发动机本体都会炸穿。

3 避免爆震的措施

（1）最有效抑制爆震的方法，就是减小点火提前角，降低燃烧压力。汽车发动机现在装有爆震传感器。其作用就是用于检测发动机是否有爆震发生。发动机发生爆震时，爆震传感器把发动机的机械振动转变为信号电压送至ECU。ECU 根据其内部事先储存的点火及其他数据，及时计算修正点火提前角，去调整点火时间，防止爆震的发生。待发动机不产生爆震时，再慢慢的将点火提前角回复。爆震传感器安装在发动机缸体中间，以四缸机为例，就装在2 缸和3缸之间，或者1、2 缸中间一个，3、4 缸中间一个。是用来测定发动机抖动度的。爆震传感器一般都是压电陶瓷式和瓷质伸缩式两大类，当发动机有抖动时里面的陶瓷受到挤压产生一个电信号，传递给ECU。ECU 则判定发动机爆震，随即延后点火提前角。目前较先进的爆震传感器甚至能判定是哪一个汽缸爆震，而针对该汽缸个别延后点火提前角。

（2）选择适合发动机压缩比的普通汽油。发动机压缩比是汽车应该选用什么汽油标号的最重要的参数，一般情况下，对应不同的发动机压缩比，适合的汽油标号如下：

发动机压缩比低于8.5:1：选用90 号汽油；

发动机压缩比8.6:1~10.0:1：选用93 号汽油；

发动机压缩比10.1:1~11.5:1：选用97 号汽油；

发动机压缩比高于11.5:1，先用98 号汽油。

按以上推荐选用适合自己的汽油标号，可以有效防止发动机爆震，提高燃油经济性，并保障发动机达到设计的使用寿命。

（3）选择汽油标号。使用高标号的汽油，抗压性好，不易产生爆震，但燃烧速度相对较慢，这会影响到发动机的动力性和发动机机体的温度，燃烧速度慢会使发动机动力下降而温度升高，这对发动机是不好的情况。低标号的油，燃烧速度较快，但抗压能力又不够，容易形成爆震。

因此，在有效消除爆震的前提下，用低标号的油，会比用高标号的油动力更好，更省油，对发动机的温度、润滑等都有好处。

因此，正确的做法是：什么样的油能使你的车动力最好，又最省油，就是你的车最适合的油。如果用对了油，不仅动力上升，又省油，发动机声音平顺平和，发动机温度适中，润滑良好。