爆震发动机原理

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发动机的爆震

作者：戎世进

来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2015年第09期

摘 要：近些年以来，我国的以汽油为燃料的车用发动机在强化工作状况方面取得了飞速的发展，这样的现状对提高发动机的动力和性能，降低发动机油耗，促进行业经济效益的提升方面来看是可喜的。但是在运输行业频繁更新的新车型的应用中，发动机出现的爆震现象、早燃现象乃至“激爆”现象非常突出，严重影响了车辆发动机的使用寿命。

关键词：发动机;震爆;负荷

1 概述

汽油机气缸内的混合气在压缩终了时，由电火花点燃以后，形成火焰中心，火焰以30～70m/s的正常速度向前传播。当气缸内末端混合气进一步受已燃混合气的压力压缩和热辐射作用，在正常火焰未到达前就非常迅速的进行了化学反应并释放出了热量，形成了一个或者数个火焰中心，并且产生了新的火焰传播，以100～300m/s（轻微爆震）直至800～1200m/s或以上（强烈爆震）的速度传播火焰，而迅速燃烧。这种极高速的燃烧所产生的压力升高率很大，使缸内的压力来不及平衡，形成很强的压力波，以很高的频率不断冲击着缸内的机件，而发出尖锐的敲击声。爆震时化学反应的放热速度大于气缸散热速度，使爆震处的温度很高（可达3700℃以上），发动机即处在大的冲击载荷和过热的工况下运转。

2 现象分类

轻微的爆震对汽车发动机并没有什么太大的危害。在高负荷工况条件下，短时间轻微的爆震可以促进发动机动性的发挥。但是，强烈爆震的危害是极其严重的，它能产生强烈的压力波，这种压力波会导致对发动机活塞和缸壁的反复击打，致使发动机缸壁的附面层与其油膜被严重的破坏，从而导致正在燃烧的气体对发动机缸壁等部件的传热量增高，机体内的润滑油易极被氧化变质。此外也会导致活塞等机体部件的热应力与机械应力一同急剧增加，使工况逐渐恶化。再加上很强的冲击载荷，能使气门、火花塞电极和活塞顶严重烧蚀，活塞环胶固在环槽里而卡死以至环槽岸崩裂和环折断。由于爆震时发动机过热，极易引起一种不正常燃烧——早燃。早燃除了增加发动机的负功外，重要的是使发动机的工作温度、压力升高很快，反过来又促近爆震，使缸内的温度、压力升得更高，冲击载荷更大。这样两种不正常的燃烧相互促成，就是危害更大的“激爆”现象。发动机发生“激爆”，可使排气管、气缸筒间的壁梁和缸盖断裂，连杆弯曲、扭曲，活塞断裂和轴瓦烧毁等。

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摩托车发动机爆震的分析及预防（转）

爆震，顾名思义为爆炸性燃烧，又称突爆、燃烧。摩托车发动机的正常工作是依赖于可燃混合气体的正常燃烧来完成的，即由火花塞高压打火点燃混合气形成火焰中心，以此中心按一定速率连续地向燃烧室四周传播，在极短的时间内把所有的混合气烧完。通常情况下，发动机的燃烧过程是指从点火到活塞膨胀做功的过程，这一过程大约持续千分之几秒的时间。若一台转速为13500r/min的发动机，其曲轴旋速1圈需要4.44m/s，而燃烧过程则需0.88m/s，相当于63度曲轴转角，可见燃烧占据了不少时间。从火花塞在活塞到达上止点前约30度-40度曲轴转角时点火燃烧（点火从这里开始），到活塞运行到上止点后30-40度曲轴转角处燃烧束，这期间活塞仅仅向下止点移动了1mm-2mm。我们知道，可燃混合气在气缸内正常燃烧时，气缸压力均匀，发动机声音清晰柔和，但由于多种因素的影响，气缸内未燃部分的气体在火焰前锋还没有到达便“自燃”而猛烈爆发，产生了爆燃。这种局部高温和压力剧升产生的气体带有很大的冲击性，并直接作用于曲轴连杆机构，此时发动机的声音异常，发出明显的金属敲击声，同时伴随动力下降、过热、整机抖动剧烈，严重地影响发动机功率的正常发挥。

发动机产生爆震的原因很多，但不管哪种原因，从机理上看，它们都有这样的特征：

一、可燃混合气燃烧不同步。由于火焰前沿以正常的传播速度推进，使处于最后燃烧位置上的未燃混合气受到进一步热挤压和热辐射作用，促进先期氧化反应加快，并放出部分能量预热未燃气体，使其温度不断升高。当达到燃油的着火点时，正常的火焰到达之前，在未燃混合气最适宜的发火部位形成新的火焰中心，混合气自燃并由此开始改变火焰的传播速度。

二、未燃混合气的局部温度和压力集剧上升，造成未燃混合器迅速燃烧完毕，极大的提高了火焰的传播速度，通常都在400M/s～600M/s,爆震严重时,高达1500M/s.而正常燃烧的火焰传播速度仅为20M/s～50M/s.

爆震发动机原理

1. 爆震发动机的定义和分类

爆震发动机是一种常见的内燃机，通过燃料与空气的混合物在气缸内燃烧产生爆震压力，从而驱动活塞运动。根据不同的工作循环方式和燃烧方式，爆震发动机可以分为两大类：汽油机和柴油机。

1.1 汽油机

汽油机使用汽油作为燃料，以点火器激发混合气体的爆燃。这种发动机采用的工作循环是四冲程循环，包括进气冲程、压缩冲程、爆燃冲程和排气冲程。汽油机在爆燃冲程时通过火花塞点火，使燃料混合物突然燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，完成功的输出。

1.2 柴油机

柴油机使用柴油作为燃料，以压燃的方式实现爆燃。这种发动机采用的工作循环是压燃循环，包括进气冲程、压缩冲程、喷油冲程和排气冲程。柴油机在压缩冲程时将燃油喷射到高温高压的空气中，由于燃油的着火点较低，燃烧迅速发生，推动活塞向下运动，驱动发动机正常工作。

2. 爆震发动机的工作原理

爆震发动机的工作原理可以分为燃油供给系统、气缸、活塞和曲轴连杆机构四个主要部分。

2.1 燃油供给系统

爆震发动机的燃油供给系统主要由燃料箱、燃油泵、喷油器等组成。燃油从燃料箱经过燃油泵的压力送入喷油器，最后喷入气缸中与空气混合。汽油机的喷油器是通过喷油嘴将燃油雾化进气道，柴油机的喷油器则是通过高压喷油泵将燃油直接喷入气缸。 2.2 气缸

爆震发动机的气缸是发动机中最重要的部件之一，它承受着燃烧压力，并通过活塞和曲轴连杆机构将燃烧的能量转化为机械能。气缸的内壁经过精细加工，通常涂有特殊涂层以提高密封性和耐磨性。

2.3 活塞

活塞是气缸内上下往复运动的部件，其上部通过活塞环与气缸壁形成密封，下部连接曲轴连杆机构。在发动机工作过程中，活塞在气缸内不断往复运动，从而产生了燃烧室的容积变化。

2.4 曲轴连杆机构

曲轴连杆机构将活塞运动的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴上的连杆通过连杆小头与活塞连接，通过连杆大头与曲轴连接。当发动机工作时，曲轴连杆机构完成了连续的运动循环，将活塞的上下运动转化为曲轴的旋转运动，并输出到传动系统。