发动机的爆震

戎世进

摘 要：近些年以来，我国的以汽油为燃料的车用发动机在强化工作状况方面取得了飞速的发展，这样的现状对提高发动机的动力和性能，降低发动机油耗，促进行业经济效益的提升方面来看是可喜的。但是在运输行业频繁更新的新车型的应用中，发动机出现的爆震现象、早燃现象乃至“激爆”现象非常突出，严重影响了车辆发动机的使用寿命。

关键词：发动机;震爆;负荷

1 概述

汽油机气缸内的混合气在压缩终了时，由电火花点燃以后，形成火焰中心，火焰以30～70m/s的正常速度向前传播。当气缸内末端混合气进一步受已燃混合气的压力压缩和热辐射作用，在正常火焰未到达前就非常迅速的进行了化学反应并释放出了热量，形成了一个或者数个火焰中心，并且产生了新的火焰传播，以100～300m/s（轻微爆震）直至800～1200m/s或以上（强烈爆震）的速度传播火焰，而迅速燃烧。这种极高速的燃烧所产生的压力升高率很大，使缸内的压力来不及平衡，形成很强的压力波，以很高的频率不断冲击着缸内的机件，而发出尖锐的敲击声。爆震时化学反应的放热速度大于气缸散热速度，使爆震处的温度很高（可达3700℃以上），发动机即处在大的冲击载荷和过热的工况下运转。

2 现象分类

轻微的爆震对汽车发动机并没有什么太大的危害。在高负荷工况条件下，短时间轻微的爆震可以促进发动机动性的发挥。但是，强烈爆震的危害是极其严重的，它能产生强烈的压力波，这种压力波会导致对发动机活塞和缸壁的反复击打，致使发动机缸壁的附面层与其油膜被严重的破坏，从而导致正在燃烧的气体对发动机缸壁等部件的传热量增高，机体内的润滑油易极被氧化变质。此外也会导致活塞等机体部件的热应力与机械应力一同急剧增加，使工况逐渐恶化。再加上很强的冲击载荷，能使气门、火花塞电极和活塞顶严重烧蚀，活塞环胶固在環槽里而卡死以至环槽岸崩裂和环折断。由于爆震时发动机过热，极易引起一种不正常燃烧——早燃。早燃除了增加发动机的负功外，重要的是使发动机的工作温度、压力升高很快，反过来又促近爆震，使缸内的温度、压力升得更高，冲击载荷更大。这样两种不正常的燃烧相互促成，就是危害更大的“激爆”现象。发动机发生“激爆”，可使排气管、气缸筒间的壁梁和缸盖断裂，连杆弯曲、扭曲，活塞断裂和轴瓦烧毁等。

3 原因分析

假设让电火花点燃混合气并且形成火焰的中心，混合气传播到末端的时间是t1，被电火花点燃的混合气到末端燃烧的时间是t2。则当t1>t2时，就发生爆燃;当t1

3.1 点火初始角0

点火时间太早使缸里的压力过早的升高，致使发动机的负功增加，气缸里的高压Pz也随之升高，从而让末端的混合气在燃烧之前就受到非常大的挤压力，温度会急剧的升高，从而导致t2的减小，爆燃可能性随之变大。

3.2 转速与负荷

发动机转速低的时候，其进气管的真空度就会降低，进入的气流惯性减弱，缸内形成的紊流强度也会被削弱，从而使混合气燃烧的速度减慢，t1增大时，末端的混合气就会在燃烧前进行充分的化学反应，t2相对的就会减小，爆燃的倾向也会随之增大。在转速确定的条件之下，随着加大气门的开度直到全部打开，混合的气量逐渐增多，废气量渐渐的减少，使t2也相对的减小，爆燃的可能性增大。由此可见，低转速大负荷时，也极易发生爆燃现象。

3.3 压缩比

压缩比增高时，点燃之前气缸内的混合气的温度和压力过快过高的上升，爆燃倾向也会变大。压缩比增大的原因常发生在维修中，如修理曲轴时，将连杆轴颈中心线位移，使曲柄长度增加，导致压缩比增大;其次，使用经过磨削的缸盖或过薄的气缸垫;另外，随着燃烧室沉积物的增多，压缩比也随之增大。

3.4 发动机过热

发动机的温度太高，也会导致进气的温度增高，末端混合气燃前化学反应快，t2就会相对减小，导致爆燃的发生。有很多原因都能引起发动机过热。比如，冷却系统出现故障，使发动机的散热功能受到影响，加之分电器白金间隙和火花塞电极间隙过大以及火花塞热特性不符，使发动机产生过热;另外，由于燃烧室、气门及火花塞电极间的积炭存在，会导致早燃现象出现，使发动机温度过高。

3.5 燃油、润滑油

汽油机的燃油抗爆性能指标是按燃油中所含异辛烷的多少来衡量的。因此在压缩性能非常高的发动机中，不能使用低于相适应的临界辛烷值的燃油，否则发动机的爆震将会是不能避免的。当然，由于燃油的产品质量问题（如辛烷值是否符合规定、添加剂的成分等）以及储存过久的燃油，引起辛烷值的变化，都会降低燃油的抗爆性。

3.6 结构材料

除了在使用方面的爆震因素外，在设计、制造方面也有着重要的影响。

3 总结

诊断爆震要与气门脚响相区别。这两种敲击声是很相似的，但响声的部位不同，爆震敲击声在发动机的上部，而气门脚敲击声在发动机顶部（如顶置式气门的发动机）。

如何防范震爆现象的发生，最好的方法是：在汽车满载的情况下，当发动机冷却水的温度预热到80～85℃之后，在平坦的道路上挂直接档行驶，在稳定初速20km/h时，急速把油门一踩到底，直到加速至40km/h为止。如果打火的时间正常的话，在此过程中，能听到发动机发出轻微的爆震声（类似气门脚轻微敲击声），在超过40km/h的车速时，最好的情况是爆震声马上消失。此外，汽车在高负荷加速上坡的时候，可以发出轻微的爆震声，但是必须要马上换成低速档行驶，避免出现气门始终全开的情况发生。应该重视的是，要根据上述影响因素，掌握汽车原厂使用说明书及技术规范，做好使用、保养和维修等方面的工作，避免爆震。

参考文献：

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[2]莫永新，姚荣斌，王瑜.脉冲爆震发动机智能测试系统的研制[J].微计算机信息，2004（06）.

[3]何立明，徐通模，严传俊，汪林全，范玮，雷恒仁.脉冲爆震发动机的推力测试与分析[J].西安交通大学学报，1998（10）.