摸清發動機脾氣 發動機爆震成因及預防

    提到爆震，也許所有人見到這兩個字都會心生厭惡之情。本篇會盡可能的解讀在汽油發動機上，爆震產生的原理、導致爆震的因素、對發動機的危害、和解決的方法。 在解讀之前，我們先來了解一下，汽油發動機中，燃料是怎樣的燃燒過程。汽油與空氣的混合氣進入氣缸之后，活塞會將其壓縮，氣缸內溫度和壓力升高后，混合氣密度和分子運動速度也隨之提高，混合氣會更容易、更快的燃燒，從而獲得更好的動力性和經濟性。氣缸在下止點時的最大體積與氣缸在上止點時最小體積之比，即為壓縮比，通常情況下，相同排量的發動機，壓縮比越高，其動力性和經濟性越好(渦輪增壓發動機的壓縮比偏低，特性我們會在以后著重介紹)。

　　在壓縮之后，混合氣在氣缸內點燃，正常情況下，其火焰是由點火中心開始，以一個球面為前鋒，帶著高溫高壓氣體向四周擴散，最終沖向活塞，并使之向下做功，火焰傳播速度為30-80m/s，所以從點火到油氣完全燃燒，需要一個短暫的過程。

　　假設混合氣燃燒時間為0.001秒，那么在發動機轉速為3000轉時，燃燒持續期即為18°，也就是曲軸旋轉18°的時間內，燃燒完成。從理論上講，氣缸點火是在活塞運行至上止點時發生的，但是為了發揮出更優異的性能(還要兼顧其混合氣燃燒過程中的滯燃期)，點火需要提前進行。假定混合氣充分燃燒后(充分而非完全燃燒，汽油機表現為速燃期結束)，也就是缸內最高壓力值，出現在活塞剛通過上止點后曲軸10°左右的相位性能最好，那么就應當在上止點前8°點火，這也就是所謂的點火提前角。點火提前角在合理范圍值內，越提前，越能壓榨出發動機的動力。隨著轉速的提升，點火提前角也隨之提升。

　　配氣相位圖，請注意點火時刻出現在上止點之前，圖片內其他信息我們會在下一章做解讀

　　通過這兩條補充知識，我們了解到兩點：壓縮比越高，混合氣壓縮越充分，燃燒速度越快；點火提前角越提前，發動機做功越積極。所以現代發動機的往往將壓縮比設置很高(10:1以上)，點火提前角在高負荷時也調教的較為靠前。然而物極必反，當燃燒做功處于不恰當的時機，就會帶來了一系列的麻煩，爆震。

　　實際上，我們經常說的爆震過于廣義，爆震這個詞被各種文獻、媒體和修車師傅用濫，點火過早、表面點火、狹義的爆震、敲缸、叫桿等等，都稱之為爆震。為了區別并便于解釋，姑且擅自把正統意義上的狹義爆震在此篇稱之為“爆燃”。而濫用了的“爆震”，繼續代表廣泛的定義。

　　爆震，發動機的一種工作狀態，泛指發動機氣缸非正常點火造成的突發的非長時間持續的震動，用戶可明顯的感覺到發動機聲響異常和震動；爆燃，燃料的一種燃燒形式，是燃料與助燃劑混合后以亞音速的爆炸式燃燒，在發動機里通常指燃油與空氣混合后，在高溫高壓的環境下，以極大速率自行燃燒，特點是溫度和壓力升高速度極快，有一定破壞力。狹義上的爆震，定義等同于爆燃。

　　爆震的特點是不需火花塞介入，混合氣仍可被點燃或自行燃燒，表現形式大體分為兩種：表面點火和爆燃。然而值得一提的是點火過早現象，雖然還算不上爆震，但很多時候，點火過早會作為原因，造成表面點火和爆燃。有了這樣的區分，解讀起來也方便許多了。

　　點火過早，顧名思義，點火角過于提前，最大壓力值也明顯提前的出現在適合“發力”的曲軸10°相位之前，甚至0°之前，由于活塞沒等找好位置，高壓氣體就往下做功，發動機功率自然就會有所損失，損失了的動能轉化為內能使氣缸的升溫。而來不及轉移的高溫，和提早出現的高壓，會造成“質變”的爆震——表面點火和爆燃。

　　表面點火通常發生在火花塞跳火之前，當汽缸溫度過高來不及冷卻時，缸內積碳或火花塞處等明顯突出的位置在壓縮沖程時會出現明顯熱點，當溫度超過混合氣燃點時，早于火花塞點燃混合氣，和點火過早相比，這等同于把點火角度再提前若干，當最大壓力值出現在活塞運行至上止點以前，相當于這個氣缸此時有著“反轉”的傾向，可想而知，活塞和連桿以及曲軸在承受著多大的痛苦！

　　而爆燃，通常出現在火花塞點火或表面點火以后，當火焰向下和向外擴展時，部分未點燃的混合氣，在擴張的火焰帶來的高溫高壓之下，來了個反抗——類似柴油機點燃形式的自燃，多個著火點同時燃燒，前文我們說過，汽油燃燒速度非常快，以這種方式燃燒那是非常威猛的，在爆燃時，混合氣壓力高，密度很大，因而火焰燃燒極快，速度可達1000m/s，迅速燃燒并膨脹產生的沖擊波敲打著氣缸和活塞，并和前方正常燃燒傳播的火鋒迎頭撞在一起，這就是我們聽到的敲缸聲和感受到的震動。由火花塞點火引起的爆震相對較輕，而因表面點火引起的爆震則更為嚴重。據分析，嚴重爆燃時，發動機的損耗是正常運轉時的三十倍之多！而且因為爆燃的燃燒速度非常快，也會將最大壓力值略微提前。

　　舉個生動但不太恰當的例子，作為正常燃燒與爆燃的對比： 我們都拍過籃球，當籃球“砰砰”的砸向地面時，我們可以把籃球看做點燃的混合氣，把地面看成活塞，這就是一個常規的點火做功的過程，而爆燃時的情況比喻起來可能有些瘋狂，這相當于地面有片大號火藥紙，當我們把籃球拍向地面時會將其砸爆……其聲響和破壞效果顯而易見了。

　　這幾種非正常點火情況，經常交錯在一起，也同樣引起發動機的震動和聲響，所以這幾種情況經常被混淆。如果對其作出區分的話，點火過早時發動機抖動，轉速下降，聲音不明顯突出，所以也稱不上爆震，危害程度較小；表面點火時發動機振動，有明顯敲缸聲，聲音沉悶，危害程度較大；爆燃時發動機振動強烈，敲缸聲似尖銳的金屬敲擊聲，非常有害！