爆震

✍ dations ◷ 2025-06-08 10:54:39 #发动机

爆震(英语:knocking)的术语为爆燃,俗称敲缸,是发动机不正常工作方式的一种,是指点燃式发动机(一般即为汽油机)中混合气体自燃而不遵循正常的火焰传播过程,从而导致燃烧过程不可控,发动机发出高频率的金属敲击声。爆震会导致发动机工作情况变差,严重时会损坏发动机零件。

注意混合气体在火星塞点火后的自燃才称为爆震,火星塞点火前的自燃称为表面点火(德语:Glühzündung)。另外爆震只在点燃式发动机中产生,压燃式发动机(多为柴油机)发出敲打声的现象称为工作粗暴。

相较于正常的工作方式,爆震发生时发动机气缸内部的温度和压力上升更快,并会发出金属撞击声(一种高频振动噪音),同时发动机的冷却系统和润滑系统温度上升。爆震严重时,发动机功率下降, 燃油消耗增加,产生较大振动,其高热高压可能造成发动机零件损坏。

对于常见的四冲程发动机来说,混合气(汽油与空气)在被压缩后,由火花塞进行点火,然后以点火的那点(火焰核心)为中心,火焰逐渐向外扩散,燃料的燃烧过程有序且可控,其压力变化幅度虽大,但变化梯度较为平滑,是符合设计预期的理想过程。

火花塞点火后,燃料开始燃烧,火焰呈球面形状以每秒30-70米的速率向周围扩散,发动机气缸内的温度和压力迅速上升,并且燃烧产生的压力波以音速向周围扩散,这些因素都使得尚未燃烧的混合气体更容易发生化学反应。当发动机内局部区域的气体达到了自燃条件时,就在火焰传播到达之前产生了自燃,其燃烧方式和压燃式发动机的原理相似。由于在较大面积上同时多处着火,放热的速度迅速增加,类似于气缸内发生的一次次小型爆炸,压力改变不再平滑而是呈现阶跃形式,冲击波反复撞击气缸,产生了高频振动(数千赫兹),发出敲击声。在爆燃发生的时候,火焰的传播速度可达100-1000米/秒。

爆震的关键因素是火焰传播时间(tF)和自燃迟滞时间(tSZ)的比较,只要tF<tSZ,即在自燃产生前就已经通过正常的火焰传播方式进行燃烧,爆震就不会产生。凡是加快火焰传播速度,以及增加自燃迟滞时间的因素,都能够减少爆震的产生。

影响爆震的因素非常多,例如为了提高性能,发动机的压缩比设计有逐渐加大的趋势,会加快温度和压力的上升,从而减少自燃迟滞时间,爆震容易发生。而火花塞点火时刻(点火提前角)的提早也有同样效果。发动机的燃烧室设计也会对爆震产生影响。

另外在发动机的温度过高时(比如发动机冷却系统工作不正常),也会使得混合气容易自燃,引起爆震。

对于一台已经确定的发动机而言,燃料对爆震的产生与否是至关重要的因素。若燃料容易自燃,则一般更容易引起发动机的爆震。辛烷值是用来描述燃料抗爆震能力的一个指标,辛烷值高的燃料一般比较稳定,能有效避免爆震的产生。对于市场上销售的使用汽油的汽车,厂商会根据设计与试验结果,向消费者告知所应使用的最低辛烷值汽油标准,即加油站常见的98号、95号、92号等汽油标号。

由于现代汽车广泛使用ECU来对发动机的火花塞点火时间进行控制,从而可以对爆震进行控制。爆震时,发动机会产生不正常的高频振动和过高的压力与温度,爆震传感器可以对这些指标进行监控,ECU得知爆震的信息后,将适度调后火花塞的点火时间,从而使气缸内的压力和温度上升减缓,爆震得以消失。

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