汽油機爆震燃燒的危害及控制策略

黃旭超

摘要：社會在不斷進步，我國的汽車行業也在快速發展，汽車人均保有量也在不斷增加，隨著人們對汽車需求的增加，消費者對汽車的經濟性、排放以及動力性也越發重視。因此為了有效提升汽車的經濟性以及動力性，最常見的方法就是增大壓縮比、增大點火提前角，這些方法雖然能夠起到一定作用，但是也使得發動機出現爆震的幾率增加。因此本文通過分析汽油機爆震的原因以及產生爆燃的危害，在此基礎上提出了汽油機爆燃的控制措施。

關鍵詞：汽油機;爆震;危害;控制措施

0 ?引言

所謂爆震自燃是指一個或多個火焰波與正常的火焰波在沖擊時發生一定作用力而產生壓力，導致發動機在壓力作用下受到不正常的敲擊，導致發動機工作效率降低。燃油的經濟性也受到影響，嚴重的爆震自燃現象還會導致氣缸壁或其他零件受到損害，給汽車使用者的生命安全帶來嚴重威脅。

1 ?汽油機爆震的原因

汽油是空氣與氣態混合而形成的一種可燃性混合氣體，其在一定壓力與溫度的影響下會與空氣中的氧氣發生化學反應，進而產生發光或是發熱化學效應，我們也可把這種現象稱作為燃燒。電極附近的混合氣體如果遇到火花塞跳火情況時，會加速其自身的氧化反應，并把自身在反應過程中產生的熱量傳遞到周圍的混合氣體中，使混合氣體充分發生氧化反應而溫度上升。一般當火焰中心形成以后，其前鋒會以20-30m/s的速度迅速向周圍進行擴散，大部分的可燃混合氣體會在傳播過程中平穩燃燒，且在燃燒時能夠釋放最高壓力。這是一種正常的燃燒過程，能夠最大限度地為汽車工作提供發動機能，還能使汽油機的工作性能得到穩步提升。

但是在混合氣體燃燒時，有部分可燃混合氣可能會遠離火焰中心，在正常火焰前鋒還未到達之前，這部分混合氣體就會受到熱輻射以及壓力的作用，導致自身壓力以及溫度出現急劇上升狀況，進而會產生新的火焰波，會以1500-2500m/s的速度迅速向周圍進行擴散，并瞬間燃燒完畢。這種現象最終會導致氣缸內的氣壓極度不正常，也無法獲得有效平衡，其產生的高壓沖擊波會使氣缸內的機件受到反復敲擊，并在氣缸內發生反復反射的情況。如果這種情況發生較劇烈，甚至會導致發動機出現震動情況，進而發出尖銳的敲擊聲。這一過程我們也可稱作是不正常的燃燒，這也是下文提到的爆震燃燒的最主要來源。

2 ?爆震燃燒的危害

2.1 發動機功率下降

發動機一旦產生爆燃，會導致發動機內局部壓力或者是溫度陡然上升，加之其作用時間較短，因此無法對整個活塞上方起到有效作用，導致燃燒時對外做工也相對較少。而帶有一定壓力性的沖擊波會使得消耗在零件上的壓力波以及變形波出現反復震蕩情況，且在燃燒產物時還會消耗一定的熱量，產生熱分解現象，但是這些熱量不能夠被二次利用。此外，由于爆燃會導致冷卻系統產生較多的熱量，對外的做工能量就明顯減少，最終導致發生爆燃時發動機功率急劇下降且燃油消耗量卻明顯增加的情況。最后，燃燒室內部的高溫會引起燃燒產物的進一步加速，會導致其分解成CO、H2等，導致碳粒被進一步析出，熱效率明顯下降。

2.2 機件損壞速度加快

當發生爆燃時，發動機內的溫度會急劇上升，且機油的粘度會下降，無法形成有效油膜，導致缸體的抗腐蝕性極度下降，發動機內各個零部件的腐蝕程度也在加速。此外，由于汽油機在發生爆燃時，產生的壓力波會導致發動機的沖擊負荷增加，會加速其活塞以及其他零件的運轉機械負荷，導致主軸承、活塞等部位零件造成磨損或是表面出現破裂現象。據有關數據顯示，發動機在發生嚴重爆燃現象時，其所產生的磨損量大概為正常燃燒磨損的27倍，因此我們也可以看出爆燃會導致汽油機機件損壞，減少發動機的使用壽命。

2.3 發動機過熱

可燃混合氣在燃燒后，其室內的溫度可以達到2000℃-2500℃，氣缸內壁、活塞頂部以及室壁等溫度達到100℃-300°，造成這種較大差異的溫度原因主要是由于機件的表面形成一種氣體附面層，能夠阻止更多的地面導熱情況發生。氣缸在發生爆燃時期，局部的壓力會出現陡然劇增現象，帶來的沖擊波會對壁面造成反復沖擊現象，這種灼熱氣體會導致缸壁等表面的內壁層出現破壞，使得氣缸壁表面的表面傳熱現象受到影響，導致內部溫度過高，進而導致發動機出現過熱情況。

2.4 燃燒室積碳增多

在發生爆燃時，汽油機內部的局部溫度過高，導致一些燃燒產物逐漸發生熱分解，能夠析出一定的游離碳，而這些游離碳會附著在氣門、氣缸蓋、活塞等汽油機附件上，進而產生積碳現象。這種積碳現象會導致汽油發動機內的容積量變小，附著在活塞頂部以及燃燒室內會導致發動機的壓縮比得到提升，此外加之積碳的傳熱性能較差，會導致發動機在工作時產生一定的白熾熱點，發生受熱不均現象，而導致氣缸出現裂紋情況。如果燃燒室內的積碳數量過多，其長期積累的熱量會形成高溫熱面或熱點，會導致發動機出現早燃情況。而早燃現象會導致發動機的功率極度下降，會使壁面的熱量吸收能力出現明顯增加，導致活塞出現嚴重燒蝕等情況。此外，如果早燃故障發生在發動機負荷工作時，這種情況無法得到有效判別，會導致發動機出現被報廢的危險。最后，由于在膨脹過程時氣缸內的溫度以及壓力下降幅度較快，部分游離碳還沒有被轉換成二氧化碳，會隨著廢氣排入到空中，導致汽油機的排氣煙管產生冒黑煙現象，對我國的環境污染造成重大影響。

3 ?爆震的檢測方法

首先是壓力檢測法，其精度最高，但是汽油機的每一缸都需要安裝壓力傳感器，會導致檢測人員的工作量增加，因此這種方法至今沒有被正式使用;其次是發動機噪聲測定法，這種方法雖然檢測形式為非接觸式，耐久性也十分良好，但是靈敏度以及精度會稍微差一點，因此也不經常被人們使用;最后是發動機振動測定法，這種方法只需要正確地選擇爆震傳感器的位置，就能夠提升檢測的最終準確性，且傳感器在檢測時不直接接觸燃燒室內的氣體，因此能夠快速、精準地反映缸內的氣體壓力情況。

目前我國大部分汽車在檢測發動機爆震時，都采用的是發動機振動測定法，利用爆震傳感器把爆震傳感器安裝在發動機缸體側面，提升發動機爆震信號特征，這樣能夠準確判斷發動機是否會出現爆震或者是已經出現爆震的強度大小，能夠及時判斷發動機的工作情況。

4 ?爆燃的控制措施

4.1 使用規定牌號的汽油

汽油抗爆性的評定指標是辛烷值，而汽油的牌號就是根據辛烷值成分進行劃分的，汽油機的壓縮比在很大程度上決定于汽油機對辛烷值的要求。如果發動機存在一定壓縮比，那么燃料的品質就會對爆燃的強度以及發生概率產生極大影響，因此必須要使用符合廠家規定標準的辛烷值汽油。值得注意的是，如果辛烷值低的汽油容易產生爆燃現象，而相反汽油中辛烷值越高，其抗爆性能也越好，越不容易發生爆燃現象。如果車輛無法正確使用燃油，那么要在此基礎上添加一定的抗爆劑，這樣也能有效減少爆燃現象發生。

4.2 選擇最佳點火提前角

發動機工作情況以及動力性發揮在很大程度上受到點火提前角的影響，而發動機正常工作的最主要因素就是發動機與點火特性要匹配良好。每一種發動機都有其最佳的點火調整特性，因此要選擇最佳的點火提前角，這樣才能夠最大限度地發揮發動機的功能，使得油耗降低在可控范圍內。因此我們可以選擇合適的辛烷值選擇器，通過點火提前角減小等措施有效控制爆燃現象發生，最佳的點火提前角是當汽車在行駛過程中出現急加速情況時，可以聽到短暫的敲擊聲，而在平穩駕駛后這種聲音會逐漸消失;如果敲擊聲是連續不斷的，那可判定為點火時間過早，如果完全聽不到敲擊聲則代表點火時間過晚。

4.3 清除燃燒室內沉積物

燃燒室內的沉積物導熱系數一般比鋼鐵要小50倍，且導熱性能較差，因此，如果燃燒室內存在一定量的沉積物，會導致發動機的冷卻效果受到影響，導致混合氣體的溫度增加，進而會容易發生爆燃現象。此外，當活塞頂部以及燃燒室內的沉積物過多時，燃燒室內的整體容積會變小，導致壓縮比增加，也會發生爆燃現象。因此，我們要定期對活塞頂、燃燒室、氣門頭等部位的積碳進行處理，對于部分經常使用辛烷值過低的車輛，要定期使用一定量的清潔劑，這樣能夠使沉積物以及積碳的數量減少。

4.4 使用合適的混合氣濃度

油氣混合比例不均勻或者是比例過稀都會導致爆震現象發生，如果油氣濃度較大，尾氣的點火時間會增加，導致汽油燃燒不夠充分，產生的熱量也較少，這種情況雖然能有效減少爆震現象發生，但是也會導致燃料的用量增加，發動機效率受到影響。為了發動機穩定工作，發動機內的冷卻水溫度也好控制在85℃-90℃，水溫過高會導致整個燃燒室內的溫度過高，使得一些未燃燒的氣體再次發生氧化分解，進而產生自燃現象，自燃現象發生概率增加也使得爆震情況明顯增加。因此，我們要把發動機的冷卻溫度控制在可控范圍內，并做好相應的冷卻系統保養工作，這樣才能有效避免發生爆震現象。

4.5 防止發動機工作溫度過高

發動機要想正常工作，其水溫則要控制在85℃-90℃，水溫過高會導致燃燒室內的溫度較高，汽油機自燃性增加，我們要在日常維護工作中重視對冷卻系統的保養，要把冷卻水溫度控制在正常范圍內。首先要重視冷卻水的質量指標，一般新車行駛里程達到40000km或2年時間，就需要重新更換對應的冷凍液，這樣才能有效保證發動機系統能夠正常運轉;其次，要及時更換冷卻液比例，要堅持選用軟質水，這樣能夠有效降低高溫氧化現象，避免發動機出現水垢以及腐蝕現象，能最大限度保證發動機的熱傳導性，提升其冷卻效率;最后，要定期使用壓縮空氣反向吹水箱的散熱片，及時清理一些附著在散熱片上的昆蟲、塵埃以及樹葉等，保證散熱器的正常空氣流通。

5 ?結論

綜上所述，現代汽車最常見的問題之一就是汽油機爆震現象，對發動機的壽命帶來極大影響，因此我們可以采用選擇正確辛烷值汽油、及時清理缸內積碳等方法減少爆震發生概率。爆震自燃現象在實際工作中不可避免，但是我們要通過科學正確的方法判斷發動機是否出現爆震現象，這樣才能保障汽油機的正常運轉，保障人們出行安全。

參考文獻：

[1]劉宗偉，周天鵬，郝偉，韓云峰，郭英俊，劉子鳴，劉澤華.增壓直噴汽油機超級爆震工況多次噴油策略優化[J].現代車用動力，2019（02）：1-5，39.

[2]魏遠飛，郭偉，侯邦明.某汽油發動機爆震問題分析與解決[J].汽車實用技術，2019（08）：130-132.

[3]尹仕豪，方艷.汽車渦輪增壓器的常見問題及對策研究[J].內燃機與配件，2019（08）：160-161.

[4]丁寧，徐政，陳明，張小矛，楊洋，林長林，陳曦.缸內直噴發動機的燃燒和爆震仿真分析[J].北京汽車，2018（06）.