解讀汽車發動機 造成爆震的原因及預防

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春節的鞭炮聲此起彼伏，給人一種歡樂的氛圍。然而，在發動機里放鞭炮顯然不那么令人滿意。說到敲門，可能大家看到這兩個字都會覺得反感。本文將試著解讀汽油機爆震的原理、導致爆震的因素、對發動機的危害以及解決方法。

汽油和空氣體的混合物進入氣缸后，活塞會對其進行壓縮。當缸內溫度和壓力升高時，混合氣的密度和分子運動速度也會增加，混合氣燃燒更容易、更快，從而獲得更好的動力性和經濟性。下止點時氣缸的最大容積與上止點時氣缸的最小容積之比就是壓縮比。通常同等排量的發動機壓縮比越高，動力性和經濟性越好。

壓縮后，混合氣體在氣缸中點燃。正常情況下，它的火焰從點火中心開始，以一個球面為前端，隨著高溫高壓氣體向四周蔓延，最后沖向活塞，使其向下工作。火焰傳播速度為30-80m/s，所以從點火到油氣完全燃燒，要經過點火期和點火延遲期。正是因為點火期和點火延遲期，混合氣燃燒不良，發動機才有了一個數值:點火提前角。

騎過自行車的朋友都知道，踏板稍微過了最高點之后，我們再往下踩，這樣騎起來最有活力，活塞和曲軸也是如此。一般認為，當曲軸處于上止點后10°左右的相位時，最大壓力值出現在氣缸內，推動活塞向下工作，此時性能最佳。

然而，正如我們剛才所說，混合物燃燒需要一個過程。如果混合物在上止點被點燃，那就太晚了。所以要率先點火，使點火期和點火延遲期能盡早開始，快燃期結束曲軸會在10相附近，也就是所謂的點火提前角。點火提前角在合理范圍內，越早越能擠出發動機的更多動力。假設混合氣燃燒到快燃期結束0.001秒，當曲軸以3000 rpm的發動機轉速旋轉18度時，燃燒可以達到最大壓力。此時，點火提前角應為8°。隨著轉速的增加，點火提前角也隨之增加。

氣門正時圖，請注意點火時間出現在上止點之前。

通過這兩個補充知識，我們知道兩點:壓縮比越高，混合氣壓縮越充分，燃燒速度越快；點火角越早，發動機做功越積極。因此，現代發動機的壓縮比往往設定得很高，在高負荷時點火提前角也調整到最前面。然而，物極必反，當燃燒不適時，就會帶來一系列的麻煩和爆震。

敲擊的類型

其實我們常說敲門太寬泛了，敲門這個詞已經被各種文學、媒體、技工濫用了。過早點火、表面點火、窄敲、敲缸、尖叫等。都叫做敲門。為了區分和便于解釋，邊肖在這篇文章中武斷地把正統的狹義爆轟稱為“爆燃”。濫用的“敲門”繼續代表一個廣泛的定義。

爆震是發動機的一種異常工作狀態，一般是指由于點火不正常而引起的發動機氣缸突然的非持久振動。用戶可以明顯感覺到發動機的異響和振動，削弱發動機的輸出功率，升高溫度，增加油耗，對發動機造成一定的損害。

爆燃是燃料的一種燃燒形式，是燃料與助燃劑混合后的亞音速爆炸燃燒。在發動機中，通常是指燃料與空氣體混合，然后在高溫高壓環境中以很大的速率自發燃燒，其特點是溫度和壓力上升極快，具有一定的破壞力。狹義上，爆燃被定義為爆燃。

爆震的特點是混合氣在沒有火花塞介入的情況下仍能被點燃或自發燃燒，有表面點火和爆燃兩種表現。不過值得一提的是，過早點火的現象并不是爆震，而是在很多情況下，過早點火會是原因，引起表面著火和爆燃。有了這個區別，解釋起來就方便多了。

過早點火，顧名思義就是點火角度過早，最大壓力值也明顯出現在適合“施力”的曲軸10相之前，甚至0之前。因為活塞不等找好位置，高壓氣體就會向下做功，發動機動力自然會損失，損失的動能會轉化為內能，給氣缸加熱。但高溫，來不及轉移，前期高壓會造成“質變”——爆震面點火爆燃。

表面點火通常發生在火花塞點火之前。當氣缸溫度過高而無法冷卻時，壓縮沖程時，氣缸或火花塞內積碳等明顯的突出位置會出現明顯的熱點。當溫度超過混合物的燃點時，混合物將比火花塞更早點燃。與過早點火相比，這相當于將點火角再提前幾次。當最大壓力值出現在活塞運行到上止點之前，相當于此時氣缸有“反轉”的趨勢。可以想象活塞和火花塞在同一個位置。

而爆燃，通常發生在火花塞點火或表面點火后，當火焰向下向外膨脹時，部分未點燃的混合氣，在膨脹的火焰帶來的高溫高壓下，具有一種阻力——類似于柴油機點火形式的自燃，多個燃點同時燃燒。正如我們前面所說，汽油燃燒得非常快，這樣燃燒非常有力。爆燃時，混合物壓力高，密度大，所以火焰燃燒得很快。速度可達1000米/秒，快速燃燒膨脹產生的沖擊波敲擊氣缸和活塞，與前面正常蔓延的火鋒正面碰撞，這就是敲擊氣缸的聲音和我們感受到的震動。火花塞點火引起的爆震相對較輕，而表面點火引起的爆震更嚴重。據分析，在嚴重爆燃時，發動機損失是正常運行時的30倍！而且由于爆燃的燃燒速度很快，最大壓力會稍微提前。

舉一個生動但不恰當的例子，作為正常燃燒和爆燃的比較，我們都打過籃球。當籃球“砰”的一聲落地時，我們可以把籃球看成是一種點燃的混合物，把地面看成是一個活塞。這是一個正常的點火做功的過程，而爆燃可能有點瘋狂，相當于地上的一大塊火藥紙，當我們把籃球射向地面時會被砸爆……它的聲音和破壞效果。

這些異常的點火狀況往往交織在一起，還會引起發動機的振動和聲音，所以這些狀況往往會被混淆。如果區分開來，點火過早時，發動機會抖動，轉速會下降，聲音也不明顯，不能稱之為爆震，危害程度較小。當表面被點燃時，發動機振動，有明顯的敲擊聲、沉悶的聲音，危害極大；爆燃發生時，發動機震動強烈，敲擊聲像尖銳的金屬敲擊聲，危害很大！