摸清發(fā)動(dòng)機(jī)脾氣 發(fā)動(dòng)機(jī)爆震成因及預(yù)防

    提到爆震，也許所有人見(jiàn)到這兩個(gè)字都會(huì)心生厭惡之情。本篇會(huì)盡可能的解讀在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，爆震產(chǎn)生的原理、導(dǎo)致爆震的因素、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害、和解決的方法。 在解讀之前，我們先來(lái)了解一下，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料是怎樣的燃燒過(guò)程。汽油與空氣的混合氣進(jìn)入氣缸之后，活塞會(huì)將其壓縮，氣缸內(nèi)溫度和壓力升高后，混合氣密度和分子運(yùn)動(dòng)速度也隨之提高，混合氣會(huì)更容易、更快的燃燒，從而獲得更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。氣缸在下止點(diǎn)時(shí)的最大體積與氣缸在上止點(diǎn)時(shí)最小體積之比，即為壓縮比，通常情況下，相同排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比越高，其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性越好(渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比偏低，特性我們會(huì)在以后著重介紹)。

　　在壓縮之后，混合氣在氣缸內(nèi)點(diǎn)燃，正常情況下，其火焰是由點(diǎn)火中心開(kāi)始，以一個(gè)球面為前鋒，帶著高溫高壓氣體向四周擴(kuò)散，最終沖向活塞，并使之向下做功，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?0-80m/s，所以從點(diǎn)火到油氣完全燃燒，需要一個(gè)短暫的過(guò)程。

　　假設(shè)混合氣燃燒時(shí)間為0.001秒，那么在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒持續(xù)期即為18°，也就是曲軸旋轉(zhuǎn)18°的時(shí)間內(nèi)，燃燒完成。從理論上講，氣缸點(diǎn)火是在活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時(shí)發(fā)生的，但是為了發(fā)揮出更優(yōu)異的性能(還要兼顧其混合氣燃燒過(guò)程中的滯燃期)，點(diǎn)火需要提前進(jìn)行。假定混合氣充分燃燒后(充分而非完全燃燒，汽油機(jī)表現(xiàn)為速燃期結(jié)束)，也就是缸內(nèi)最高壓力值，出現(xiàn)在活塞剛通過(guò)上止點(diǎn)后曲軸10°左右的相位性能最好，那么就應(yīng)當(dāng)在上止點(diǎn)前8°點(diǎn)火，這也就是所謂的點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火提前角在合理范圍值內(nèi)，越提前，越能壓榨出發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。隨著轉(zhuǎn)速的提升，點(diǎn)火提前角也隨之提升。

　　配氣相位圖，請(qǐng)注意點(diǎn)火時(shí)刻出現(xiàn)在上止點(diǎn)之前，圖片內(nèi)其他信息我們會(huì)在下一章做解讀

　　通過(guò)這兩條補(bǔ)充知識(shí)，我們了解到兩點(diǎn)：壓縮比越高，混合氣壓縮越充分，燃燒速度越快；點(diǎn)火提前角越提前，發(fā)動(dòng)機(jī)做功越積極。所以現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的往往將壓縮比設(shè)置很高(10:1以上)，點(diǎn)火提前角在高負(fù)荷時(shí)也調(diào)教的較為靠前。然而物極必反，當(dāng)燃燒做功處于不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，就會(huì)帶來(lái)了一系列的麻煩，爆震。

　　實(shí)際上，我們經(jīng)常說(shuō)的爆震過(guò)于廣義，爆震這個(gè)詞被各種文獻(xiàn)、媒體和修車(chē)師傅用濫，點(diǎn)火過(guò)早、表面點(diǎn)火、狹義的爆震、敲缸、叫桿等等，都稱(chēng)之為爆震。為了區(qū)別并便于解釋?zhuān)�姑且擅自把正統(tǒng)意義上的狹義爆震在此篇稱(chēng)之為“爆燃”。而濫用了的“爆震”，繼續(xù)代表廣泛的定義。

　　爆震，發(fā)動(dòng)機(jī)的一種工作狀態(tài)，泛指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸非正常點(diǎn)火造成的突發(fā)的非長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的震動(dòng)，用戶(hù)可明顯的感覺(jué)到發(fā)動(dòng)機(jī)聲響異常和震動(dòng)；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(fā)動(dòng)機(jī)里通常指燃油與空氣混合后，在高溫高壓的環(huán)境下，以極大速率自行燃燒，特點(diǎn)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(diǎn)是不需火花塞介入，混合氣仍可被點(diǎn)燃或自行燃燒，表現(xiàn)形式大體分為兩種：表面點(diǎn)火和爆燃。然而值得一提的是點(diǎn)火過(guò)早現(xiàn)象，雖然還算不上爆震，但很多時(shí)候，點(diǎn)火過(guò)早會(huì)作為原因，造成表面點(diǎn)火和爆燃。有了這樣的區(qū)分，解讀起來(lái)也方便許多了。

　　點(diǎn)火過(guò)早，顧名思義，點(diǎn)火角過(guò)于提前，最大壓力值也明顯提前的出現(xiàn)在適合“發(fā)力”的曲軸10°相位之前，甚至0°之前，由于活塞沒(méi)等找好位置，高壓氣體就往下做功，發(fā)動(dòng)機(jī)功率自然就會(huì)有所損失，損失了的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使氣缸的升溫。而來(lái)不及轉(zhuǎn)移的高溫，和提早出現(xiàn)的高壓，會(huì)造成“質(zhì)變”的爆震——表面點(diǎn)火和爆燃。

　　表面點(diǎn)火通常發(fā)生在火花塞跳火之前，當(dāng)汽缸溫度過(guò)高來(lái)不及冷卻時(shí)，缸內(nèi)積碳或火花塞處等明顯突出的位置在壓縮沖程時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯熱點(diǎn)，當(dāng)溫度超過(guò)混合氣燃點(diǎn)時(shí)，早于火花塞點(diǎn)燃混合氣，和點(diǎn)火過(guò)早相比，這等同于把點(diǎn)火角度再提前若干，當(dāng)最大壓力值出現(xiàn)在活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)以前，相當(dāng)于這個(gè)氣缸此時(shí)有著“反轉(zhuǎn)”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(xiàn)在火花塞點(diǎn)火或表面點(diǎn)火以后，當(dāng)火焰向下和向外擴(kuò)展時(shí)，部分未點(diǎn)燃的混合氣，在擴(kuò)張的火焰帶來(lái)的高溫高壓之下，來(lái)了個(gè)反抗——類(lèi)似柴油機(jī)點(diǎn)燃形式的自燃，多個(gè)著火點(diǎn)同時(shí)燃燒，前文我們說(shuō)過(guò)，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(shí)，混合氣壓力高，密度很大，因而火焰燃燒極快，速度可達(dá)1000m/s，迅速燃燒并膨脹產(chǎn)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(tīng)到的敲缸聲和感受到的震動(dòng)。由火花塞點(diǎn)火引起的爆震相對(duì)較輕，而因表面點(diǎn)火引起的爆震則更為嚴(yán)重。據(jù)分析，嚴(yán)重爆燃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗是正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的三十倍之多！而且因?yàn)楸�燃的燃燒速度非常快，也�?huì)將最大壓力值略微提前。

　　舉個(gè)生動(dòng)但不太恰當(dāng)?shù)睦�子，作為正常燃燒與爆燃的對(duì)比： 我們都拍過(guò)籃球，當(dāng)籃球“砰砰”的砸向地面時(shí)，我們可以把籃球看做點(diǎn)燃的混合氣，把地面看成活塞，這就是一個(gè)常規(guī)的點(diǎn)火做功的過(guò)程，而爆燃時(shí)的情況比喻起來(lái)可能有些瘋狂，這相當(dāng)于地面有片大號(hào)火藥紙，當(dāng)我們把籃球拍向地面時(shí)會(huì)將其砸爆……其聲響和破壞效果顯而易見(jiàn)了。

　　這幾種非正常點(diǎn)火情況，經(jīng)常交錯(cuò)在一起，也同樣引起發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)和聲響，所以這幾種情況經(jīng)常被混淆。如果對(duì)其作出區(qū)分的話，點(diǎn)火過(guò)早時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)，轉(zhuǎn)速下降，聲音不明顯突出，所以也稱(chēng)不上爆震，危害程度較小；表面點(diǎn)火時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，有明顯敲缸聲，聲音沉悶，危害程度較大；爆燃時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)強(qiáng)烈，敲缸聲似尖銳的金屬敲擊聲，非常有害！