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(yè)也在快速發(fā)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(jīng)濟性、排放以及動力性也越發(fā)重視。因此為了有效提升汽車的經(jīng)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(fā)動機出現(xiàn)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(chǎn)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(fā)生一定作用力而產(chǎn)生壓力，導致發(fā)動機在壓力作用下受到不正常的敲擊，導致發(fā)動機工作效率降低。燃油的經(jīng)濟性也受到影響，嚴重的爆震自燃現(xiàn)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(tài)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(fā)生化學反應，進而產(chǎn)生發(fā)光或是發(fā)熱化學效應，我們也可把這種現(xiàn)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(chǎn)生的熱量傳遞到周圍的混合氣體中，使混合氣體充分發(fā)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(wěn)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(fā)動機能，還能使汽油機的工作性能得到穩(wěn)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?；鹧媲颁h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(xiàn)急劇上升狀況，進而會產(chǎn)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(xiàn)象最終會導致氣缸內(nèi)的氣壓極度不正常，也無法獲得有效平衡，其產(chǎn)生的高壓沖擊波會使氣缸內(nèi)的機件受到反復敲擊，并在氣缸內(nèi)發(fā)生反復反射的情況。如果這種情況發(fā)生較劇烈，甚至會導致發(fā)動機出現(xiàn)震動情況，進而發(fā)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(fā)動機功率下降

發(fā)動機一旦產(chǎn)生爆燃，會導致發(fā)動機內(nèi)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(xiàn)反復震蕩情況，且在燃燒產(chǎn)物時還會消耗一定的熱量，產(chǎn)生熱分解現(xiàn)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(tǒng)產(chǎn)生較多的熱量，對外的做工能量就明顯減少，最終導致發(fā)生爆燃時發(fā)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(nèi)部的高溫會引起燃燒產(chǎn)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(fā)生爆燃時，發(fā)動機內(nèi)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(fā)動機內(nèi)各個零部件的腐蝕程度也在加速。此外，由于汽油機在發(fā)生爆燃時，產(chǎn)生的壓力波會導致發(fā)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(xiàn)破裂現(xiàn)象。據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，發(fā)動機在發(fā)生嚴重爆燃現(xiàn)象時，其所產(chǎn)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(fā)動機的使用壽命。

2.3 發(fā)動機過熱

可燃混合氣在燃燒后，其室內(nèi)的溫度可以達到2000℃-2500℃，氣缸內(nèi)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(fā)生。氣缸在發(fā)生爆燃時期，局部的壓力會出現(xiàn)陡然劇增現(xiàn)象，帶來的沖擊波會對壁面造成反復沖擊現(xiàn)象，這種灼熱氣體會導致缸壁等表面的內(nèi)壁層出現(xiàn)破壞，使得氣缸壁表面的表面?zhèn)鳠岈F(xiàn)象受到影響，導致內(nèi)部溫度過高，進而導致發(fā)動機出現(xiàn)過熱情況。

2.4 燃燒室積碳增多

在發(fā)生爆燃時，汽油機內(nèi)部的局部溫度過高，導致一些燃燒產(chǎn)物逐漸發(fā)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(chǎn)生積碳現(xiàn)象。這種積碳現(xiàn)象會導致汽油發(fā)動機內(nèi)的容積量變小，附著在活塞頂部以及燃燒室內(nèi)會導致發(fā)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(fā)動機在工作時產(chǎn)生一定的白熾熱點，發(fā)生受熱不均現(xiàn)象，而導致氣缸出現(xiàn)裂紋情況。如果燃燒室內(nèi)的積碳數(shù)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(fā)動機出現(xiàn)早燃情況。而早燃現(xiàn)象會導致發(fā)動機的功率極度下降，會使壁面的熱量吸收能力出現(xiàn)明顯增加，導致活塞出現(xiàn)嚴重燒蝕等情況。此外，如果早燃故障發(fā)生在發(fā)動機負荷工作時，這種情況無法得到有效判別，會導致發(fā)動機出現(xiàn)被報廢的危險。最后，由于在膨脹過程時氣缸內(nèi)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(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象，對我國的環(huán)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(fā)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(jīng)常被人們使用;最后是發(fā)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(nèi)的氣體，因此能夠快速、精準地反映缸內(nèi)的氣體壓力情況。

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

4 ?爆燃的控制措施

4.1 使用規(guī)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(jù)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(fā)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(fā)生概率產(chǎn)生極大影響，因此必須要使用符合廠家規(guī)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(chǎn)生爆燃現(xiàn)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(fā)生爆燃現(xiàn)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(xiàn)象發(fā)生。

4.2 選擇最佳點火提前角

發(fā)動機工作情況以及動力性發(fā)揮在很大程度上受到點火提前角的影響，而發(fā)動機正常工作的最主要因素就是發(fā)動機與點火特性要匹配良好。每一種發(fā)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(fā)揮發(fā)動機的功能，使得油耗降低在可控范圍內(nèi)。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(xiàn)象發(fā)生，最佳的點火提前角是當汽車在行駛過程中出現(xiàn)急加速情況時，可以聽到短暫的敲擊聲，而在平穩(wěn)駕駛后這種聲音會逐漸消失;如果敲擊聲是連續(xù)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(nèi)沉積物

燃燒室內(nèi)的沉積物導熱系數(shù)一般比鋼鐵要小50倍，且導熱性能較差，因此，如果燃燒室內(nèi)存在一定量的沉積物，會導致發(fā)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(fā)生爆燃現(xiàn)象。此外，當活塞頂部以及燃燒室內(nèi)的沉積物過多時，燃燒室內(nèi)的整體容積會變小，導致壓縮比增加，也會發(fā)生爆燃現(xiàn)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(jīng)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(shù)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(xiàn)象發(fā)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(chǎn)生的熱量也較少，這種情況雖然能有效減少爆震現(xiàn)象發(fā)生，但是也會導致燃料的用量增加，發(fā)動機效率受到影響。為了發(fā)動機穩(wěn)定工作，發(fā)動機內(nèi)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(nèi)的溫度過高，使得一些未燃燒的氣體再次發(fā)生氧化分解，進而產(chǎn)生自燃現(xiàn)象，自燃現(xiàn)象發(fā)生概率增加也使得爆震情況明顯增加。因此，我們要把發(fā)動機的冷卻溫度控制在可控范圍內(nèi)，并做好相應的冷卻系統(tǒng)保養(yǎng)工作，這樣才能有效避免發(fā)生爆震現(xiàn)象。

4.5 防止發(fā)動機工作溫度過高

發(fā)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(nèi)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(tǒng)的保養(yǎng)，要把冷卻水溫度控制在正常范圍內(nèi)。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(fā)動機系統(tǒng)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(xiàn)象，避免發(fā)動機出現(xiàn)水垢以及腐蝕現(xiàn)象，能最大限度保證發(fā)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?？諝饬魍?。

5 ?結論

綜上所述，現(xiàn)代汽車最常見的問題之一就是汽油機爆震現(xiàn)象，對發(fā)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(nèi)積碳等方法減少爆震發(fā)生概率。爆震自燃現(xiàn)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(fā)動機是否出現(xiàn)爆震現(xiàn)象，這樣才能保障汽油機的正常運轉，保障人們出行安全。

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