解讀汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 造成爆震的原因及預(yù)防

春節(jié)的爆竹聲此起彼伏，給人以歡樂(lè)的氣氛。然而在發(fā)動(dòng)機(jī)中放爆竹的話(huà)，顯然不是那么讓人滿(mǎn)意。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。

　　 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，要經(jīng)過(guò)點(diǎn)火期(火花塞跳火)、滯燃期(火核形成并以鋒面開(kāi)始傳播)、速燃期(大部分混合氣燃燒，速燃期結(jié)束時(shí)缸內(nèi)壓力最大)、和后燃期(殘余混合氣燃燒，對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)意義不大)這幾個(gè)階段。而就是因?yàn)辄c(diǎn)火期和滯燃期，混合氣沒(méi)有很好的燃燒，才讓發(fā)動(dòng)機(jī)有了一個(gè)數(shù)值：點(diǎn)火提前角。

　　 騎過(guò)自行車(chē)的朋友都知道，在腳蹬通過(guò)最高點(diǎn)之后過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)，我們?cè)傧蛳虏�，這樣騎車(chē)最有勁兒，而對(duì)于活塞和曲軸來(lái)說(shuō)也是如此，通常認(rèn)為在上止點(diǎn)后曲軸10°左右的相位時(shí)(工況不同，其數(shù)值也會(huì)有所變化)，缸內(nèi)出現(xiàn)最大壓力值并推動(dòng)活塞向下做工，此時(shí)性能最佳。

　　 但我們剛才講到，混合氣燃燒需要一個(gè)過(guò)程，如果在上止點(diǎn)時(shí)才點(diǎn)燃混合氣就來(lái)不及了，所以我們要搶先點(diǎn)火，讓點(diǎn)火期和滯燃期盡早開(kāi)始，使速燃期結(jié)束之時(shí)，曲軸在10°相位附近，這就是所謂的點(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。假設(shè)混合氣燃燒至速燃期結(jié)束，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)，曲軸在旋轉(zhuǎn)18°的時(shí)間內(nèi)，燃燒可達(dá)壓力最大值。這時(shí)的點(diǎn)火提前角就應(yīng)為8°。而隨著轉(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

　　 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)�小編姑且擅自把正統(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)一種不正常的工作狀態(tài)，泛指發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸由于非正常點(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)，并削弱發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，升高溫度，增加油耗，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成一定程度的損害；

　　 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�？�，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�？�，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(huà)，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��；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！

　　 壓縮比越高。壓縮沖程結(jié)束時(shí)的缸內(nèi)溫度就越高，越容易發(fā)生爆震。按理說(shuō)，一款設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題的高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，在正常情況下，不會(huì)輕易發(fā)生爆震，但如果使用不當(dāng)，就會(huì)比較低壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)更容易出現(xiàn)爆震的情況。

　　 點(diǎn)火角偏前。點(diǎn)火角偏前并不是過(guò)早點(diǎn)火，但有著過(guò)早點(diǎn)火的趨向，因而也容易造成爆震。

　　 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的原因有很多，冷卻水或機(jī)油循環(huán)不好，長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷工況等等，都會(huì)導(dǎo)致表面點(diǎn)火或者爆震。而另外還有兩個(gè)因素：混合氣濃度過(guò)低和點(diǎn)火角度偏后，也會(huì)導(dǎo)致溫度過(guò)高。這似乎又很難理解，為何貌似降低功率的動(dòng)作卻會(huì)有這樣的反應(yīng)呢？原因在于，這兩個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)混合氣體不充分燃燒，燃燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，甚至在排氣沖程時(shí)還在燃燒，因而升高了溫度，吸氣沖程時(shí)混合氣進(jìn)入汽缸后就會(huì)被高溫的汽缸或者殘留的火焰點(diǎn)燃，形成表面點(diǎn)火或爆震。

　　 積碳造成爆震是方面的�；钊�和缸蓋積碳過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致散熱不良，從而表面局部溫度過(guò)高，或者在排氣沖程結(jié)束后，積碳吸附的殘油仍在燃燒，因而形成熱點(diǎn)或著火點(diǎn)，導(dǎo)致表面點(diǎn)火；另外積碳過(guò)多也會(huì)讓氣缸容積變小，氣缸的壓縮比也因此升高，爆震也就更容易發(fā)生。

　　 汽油標(biāo)號(hào)。我們通常說(shuō)的93#、97#，指的是汽油的辛烷值，通常認(rèn)為正庚烷的辛烷值為0，非常容易爆震，而異辛烷的辛烷值為100，比較不容易爆震，而93#汽油的相當(dāng)于7%的正庚烷與93%的異辛烷混合燃料的爆震特性(通常我們稱(chēng)之為“抗爆性”)，因此越高標(biāo)號(hào)的汽油越矜持，越不容易被點(diǎn)燃，也就越不易發(fā)生爆震，越適宜高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)使用。而越低標(biāo)號(hào)的汽油越潑辣，越容易被點(diǎn)燃，用在壓縮比并不高的非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上更適宜。

　　 因此高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)使用低標(biāo)號(hào)汽油時(shí)，爆震就容易發(fā)生，即便不發(fā)生爆震，也會(huì)有一定的隱患，并且高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)使用低標(biāo)號(hào)汽油會(huì)有一個(gè)直觀(guān)的現(xiàn)象：更費(fèi)油。 但較低壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)使用不必要的高標(biāo)號(hào)的汽油，不僅不會(huì)帶來(lái)高性能，反而因?yàn)槿键c(diǎn)過(guò)高，導(dǎo)致汽油燃燒不充分，形成積碳，降低功率，或者延遲著火時(shí)間，甚至?xí)�造成發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，結(jié)果一樣不好。而且同樣有一個(gè)直觀(guān)現(xiàn)象：沒(méi)勁兒。

　　 值得一提的是，高標(biāo)號(hào)汽油絕對(duì)不代表高清潔度！相反，國(guó)內(nèi)高標(biāo)號(hào)的汽油因?yàn)榧恿烁�多的抗爆劑�?7#其實(shí)還不如93#更“純”。

『積碳積到這份上，也就別怪車(chē)了』

　　避免爆震的方法

　　 通常，較新車(chē)型都裝備有爆震傳感器。爆震傳感器可以感知發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的爆震，并通過(guò)ECU修改點(diǎn)火提前角來(lái)減輕爆震。不過(guò)這種調(diào)節(jié)幅度有限，并且也只能在發(fā)動(dòng)機(jī)合理工作范圍之內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于非正常工況下，一味延遲點(diǎn)火提前角，不僅會(huì)削弱動(dòng)力，升高油耗，還會(huì)造成燃料燃燒不充分造成發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高、三元催化器損壞。如果想徹底消滅爆震，還應(yīng)該做更多的工作。

　　 使用符合發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的燃油：該加97#的不要貪便宜加93#，該加93#的也沒(méi)必要吃所謂的“細(xì)糧”。

　　 避免“拖檔”行駛：高檔低速行駛方式容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，因而增加點(diǎn)火提前角，而因?yàn)樘幱谳^高檔位，轉(zhuǎn)速提升不明顯，爆震便容易產(chǎn)生。

　　 消滅積碳：避免長(zhǎng)期低速行駛和怠速，適當(dāng)?shù)娜ジ咚倥芤慌�，�?shí)在沒(méi)有機(jī)會(huì)的話(huà)，可以提高換擋時(shí)的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)擋可以定期掛S行駛。

　　 避免高溫：定期檢查冷卻液水位，定期檢查和更換機(jī)油，避免長(zhǎng)時(shí)間激烈駕駛，夏日行車(chē)經(jīng)常監(jiān)控水溫。

時(shí)刻關(guān)注愛(ài)車(chē)的行駛情況，如果車(chē)輛在一段時(shí)間動(dòng)力不足，油耗升高，并能感覺(jué)到震動(dòng)，也許不是爆震引起的，但非�？赡苡斜�震的傾向，應(yīng)盡快去做體檢。

　　ps：無(wú)感爆震

　　 爆震不完全是百害無(wú)一利的，輕度的爆震還可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)顯得更“有勁兒”。有的看官會(huì)說(shuō)“小編你別扯了，誰(shuí)會(huì)愿意讓發(fā)動(dòng)機(jī)爆震啊”，然而事情就是這樣。有時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)數(shù)不太高時(shí)，深踩油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)出一種很清脆的聲音(個(gè)人認(rèn)為很好聽(tīng))，動(dòng)力也會(huì)有明顯提升，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)輕微爆震的表現(xiàn)。

　　 同上述爆震原理一樣，由火花塞點(diǎn)燃的火焰，用壓力壓燃了未受火焰波及處的混合氣。在這個(gè)時(shí)候，自燃部分混合氣以200m/s“低速”膨脹，這就讓混合氣燃燒時(shí)間縮短，更接近定容燃燒，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，就會(huì)把燃燒時(shí)機(jī)和曲軸相位合理匹配，效率也就得以提高。打個(gè)比方，你在一個(gè)推車(chē)上，我推你一下，你可以前進(jìn)，而你也可以同時(shí)推我，這樣前進(jìn)的速度更快。通常此種工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有明顯的震動(dòng)，所以我們也將其稱(chēng)之為“無(wú)感爆震”。

　　 有些廠(chǎng)商為了追求高效，在發(fā)動(dòng)機(jī)中高負(fù)荷時(shí)，刻意將點(diǎn)火時(shí)刻調(diào)整到爆震臨界點(diǎn)附近，直至產(chǎn)生輕微爆震，以提高效率，而這種“合理”的爆震，也就屬于正常情況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損也不大。當(dāng)然，在相同工況下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)情況不好，或燃油選擇不恰當(dāng)，爆震就會(huì)加重，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)就有損害了。北方網(wǎng)