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摸清发动机脾气 发动机爆震成因及预防

发布时间:2011年02月15日 10:20 | 进入汽车论坛 | 来源:车168

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  提到爆震,也许所有人见到这两个字都会心生厌恶之情。本篇会尽可能的解读在汽油发动机上,爆震产生的原理、导致爆震的因素、对发动机的危害、和解决的方法。

  在解读之前,我们先来了解一下,汽油发动机中,燃料是怎样的燃烧过程。汽油与空气的混合气进入气缸之后,活塞会将其压缩,气缸内温度和压力升高后,混合气密度和分子运动速度也随之提高,混合气会更容易、更快的燃烧,从而获得更好的动力性和经济性。气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小体积之比,即为压缩比,通常情况下,相同排量的发动机,压缩比越高,其动力性和经济性越好(涡轮增压发动机的压缩比偏低,特性我们会在以后着重介绍)。

  在压缩之后,混合气在气缸内点燃,正常情况下,其火焰是由点火中心开始,以一个球面为前锋,带着高温高压气体向四周扩散,最终冲向活塞,并使之向下做功,火焰传播速度为30-80m/s,所以从点火到油气完全燃烧,需要一个短暂的过程。

  假设混合气燃烧时间为0.001秒,那么在发动机转速为3000转时,燃烧持续期即为18°,也就是曲轴旋转18°的时间内,燃烧完成。从理论上讲,气缸点火是在活塞运行至上止点时发生的,但是为了发挥出更优异的性能(还要兼顾其混合气燃烧过程中的滞燃期),点火需要提前进行。假定混合气充分燃烧后(充分而非完全燃烧,汽油机表现为速燃期结束),也就是缸内最高压力值,出现在活塞刚通过上止点后曲轴10°左右的相位性能最好,那么就应当在上止点前8°点火,这也就是所谓的点火提前角。点火提前角在合理范围值内,越提前,越能压榨出发动机的动力。随着转速的提升,点火提前角也随之提升。

  配气相位图,请注意点火时刻出现在上止点之前,图片内其他信息我们会在下一章做解读

  通过这两条补充知识,我们了解到两点:压缩比越高,混合气压缩越充分,燃烧速度越快;点火提前角越提前,发动机做功越积极。所以现代发动机的往往将压缩比设置很高(10:1以上),点火提前角在高负荷时也调教的较为靠前。然而物极必反,当燃烧做功处于不恰当的时机,就会带来了一系列的麻烦,爆震。

  爆震的种类

  实际上,我们经常说的爆震过于广义,爆震这个词被各种文献、媒体和修车师傅用滥,点火过早、表面点火、狭义的爆震、敲缸、叫杆等等,都称之为爆震。为了区别并便于解释,姑且擅自把正统意义上的狭义爆震在此篇称之为“爆燃”。而滥用了的“爆震”,继续代表广泛的定义。

  爆震,发动机的一种工作状态,泛指发动机气缸非正常点火造成的突发的非长时间持续的震动,用户可明显的感觉到发动机声响异常和震动;爆燃,燃料的一种燃烧形式,是燃料与助燃剂混合后以亚音速的爆炸式燃烧,在发动机里通常指燃油与空气混合后,在高温高压的环境下,以极大速率自行燃烧,特点是温度和压力升高速度极快,有一定破坏力。狭义上的爆震,定义等同于爆燃。

  爆震的特点是不需火花塞介入,混合气仍可被点燃或自行燃烧,表现形式大体分为两种:表面点火和爆燃。然而值得一提的是点火过早现象,虽然还算不上爆震,但很多时候,点火过早会作为原因,造成表面点火和爆燃。有了这样的区分,解读起来也方便许多了。

  点火过早,顾名思义,点火角过于提前,最大压力值也明显提前的出现在适合“发力”的曲轴10°相位之前,甚至0°之前,由于活塞没等找好位置,高压气体就往下做功,发动机功率自然就会有所损失,损失了的动能转化为内能使气缸的升温。而来不及转移的高温,和提早出现的高压,会造成“质变”的爆震——表面点火和爆燃。

  表面点火通常发生在火花塞跳火之前,当汽缸温度过高来不及冷却时,缸内积碳或火花塞处等明显突出的位置在压缩冲程时会出现明显热点,当温度超过混合气燃点时,早于火花塞点燃混合气,和点火过早相比,这等同于把点火角度再提前若干,当最大压力值出现在活塞运行至上止点以前,相当于这个气缸此时有着“反转”的倾向,可想而知,活塞和连杆以及曲轴在承受着多大的痛苦!

  而爆燃,通常出现在火花塞点火或表面点火以后,当火焰向下和向外扩展时,部分未点燃的混合气,在扩张的火焰带来的高温高压之下,来了个反抗——类似柴油机点燃形式的自燃,多个着火点同时燃烧,前文我们说过,汽油燃烧速度非常快,以这种方式燃烧那是非常威猛的,在爆燃时,混合气压力高,密度很大,因而火焰燃烧极快,速度可达1000m/s,迅速燃烧并膨胀产生的冲击波敲打着气缸和活塞,并和前方正常燃烧传播的火锋迎头撞在一起,这就是我们听到的敲缸声和感受到的震动。由火花塞点火引起的爆震相对较轻,而因表面点火引起的爆震则更为严重。据分析,严重爆燃时,发动机的损耗是正常运转时的三十倍之多!而且因为爆燃的燃烧速度非常快,也会将最大压力值略微提前。

  举个生动但不太恰当的例子,作为正常燃烧与爆燃的对比:

  我们都拍过篮球,当篮球“砰砰”的砸向地面时,我们可以把篮球看做点燃的混合气,把地面看成活塞,这就是一个常规的点火做功的过程,而爆燃时的情况比喻起来可能有些疯狂,这相当于地面有片大号火药纸,当我们把篮球拍向地面时会将其砸爆……其声响和破坏效果显而易见了。

  这几种非正常点火情况,经常交错在一起,也同样引起发动机的震动和声响,所以这几种情况经常被混淆。如果对其作出区分的话,点火过早时发动机抖动,转速下降,声音不明显突出,所以也称不上爆震,危害程度较小;表面点火时发动机振动,有明显敲缸声,声音沉闷,危害程度较大;爆燃时发动机振动强烈,敲缸声似尖锐的金属敲击声,非常有害!

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