发动机爆震的分析及解决方法

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2010.8
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图1因爆震损坏的零件
发动机爆震的本质是终燃混合气的自燃。

局部终燃混合气自燃造成局部的温度、压力急剧上升，瞬间在气缸内产生显著的压力不平衡，由此形成冲击性压力波以极高的速度向周围传播，使相邻混合气受到冲击触发，相继自燃。

于是终燃混合气迅速燃烧完毕，因而气缸压力急剧上升，产生爆震。

一、发动机爆震产生的原因
1.点火提前角过大过大的点火提前角使活塞还在压缩行程时，大部分混合气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。

2.发动机积碳严重发动机燃烧室内过度积碳，会使压缩比增大（产生高压），易产生爆震。

3.发动机温度过高发动机过热的环境使得进气温度过高，或是发动机冷却水循环不良，都会造成发动机高温而爆震。

4.空燃比不正确过稀的空燃比，会使燃烧温度提高，燃烧温度提高会造成发动机温度上升，容易产生爆震。

5.燃油辛烷值过低辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强。

压缩比高的发动机，燃烧室的压力较高，若是使用抗爆震性低的燃油，则容易发生爆震。

二、爆震的危害
1.会引起发动机过热正常情况下，在燃烧室壁、活塞顶及气缸壁等壁面上形成一种气体附面层（一种稳定的气体层流边界层），其导热性较差，因此虽然燃烧气体温度可达2000℃~2500℃，而燃烧室及气缸壁等表面的温度只有200℃~300℃。

但是当爆震燃烧时，由于强烈的压力波冲击，使气体附面层受到破坏，高温
气体向这些零件的传热量大大增加，造成发动机过热，传给冷却系的热损失增加，润滑油温度升高，运动件的润滑变坏，导致机件加速磨损。

2.高温下燃烧产物分解强烈爆震时燃烧室内局部温度很高，可达4000℃以上。

在这种情况下，燃烧产物将分解为CO 、H 2、O 2、NO 及游离炭等。

游离炭在气缸内很难再燃烧，因而爆震燃烧时排出黑烟。

CO 、H 2等在膨胀中重新燃烧而使发动机的补燃量增大，同时由于爆震时的散热损失增加，发动机的热效率下降。

3.爆震容易引起早燃在一定条件下，强烈的爆震燃烧还能在燃烧室内产生许多炽热点。

这些炽热点可能在电火花点火之前点燃可燃混合气引起所谓的早燃现象。

发生早燃现象时，混合气激烈燃烧，使气缸内的压力升高率和最高燃烧压力急剧增大。

有试验验证，此时压力升高率为正常燃烧的5倍，
最高燃烧压力为正常燃烧的150％，气缸的压力又触发爆震加剧，爆震又反过来助长早燃，这两种现象互相促进，其结果是造成很大的压力升高率，发出尖锐的高频震音，导致危害性最大的激爆现象的产生。

4.爆震促使形成积碳爆震时的不正常燃烧及高温会促使积碳的形成量增加。

积碳会导致如下后果：冬季冷起动困难，甚至造成发动机不起
动；加速无力；热车怠速抖动；机油消耗量增大等等现象。

过多积碳还会加剧爆震产生的可能并引起活塞、活塞环、火化塞和气门等零件的损坏或不能正常工作，见图1。

三、防止爆震产生的具体措施
就一台在用车发动机而言，在该发动机的结构以及各项控制参数等因素已既定的情况下，防止爆震产生的具体措施主要有如下几点：
1.要定期清除排气门、燃烧室和活塞顶部的积碳，消灭可能的终燃炽热点。

大修时缸盖端面变形应立即换新的。

将端面加工刨平往往会增加压缩比。

2.使用符合发动机压缩比的汽油。

汽油中的辛烷成分能抑制爆震，加了辛烷值低的汽油必然引起爆震。

3.保持冷却系统工作正常，水温过高或经常“开锅”一定要排除障碍，否则容易引起爆震。

4.保证合适的点火提前角。

配气相位和点火提前角应按车型生产厂家所提供技术数据调整，并且要保证发动机电控系统爆震传感器处于良好工作状态。

如果爆震传感器失效或没有及时将发动机爆震信号反馈给电脑，发动机点火时间就会提前，从而导致爆震产生。

5.发动机在低转速而需要大负荷时（爬坡或加速），应及时换入低挡，切勿“拖挡”从而引发爆震。

发动机爆震的分析及解决方法
□江苏/刘
阳
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图2可变正时机构
四、爆震故障案例分析
一辆2004年PASSAT 轿车，配备1.8T 发动机和手动变速器，行驶里程为15万km 。

用户反映发动机在3、4挡加速时有“咯啦、咯啦”异响声，声音已经持续了约半个月时间，且时有时无，直到最近这两天声音变得明显起来。

经试车发现声音果然如用户所述，在3、
4挡升挡时听见发动机传出“咯啦咯啦”声，听声音确实像发动机的爆震声，但发动机的动力感觉并没有受到什么明显影响，原地加速发动机声音一切正常。

结合故障分析，发动机在3、
4挡升挡时发出“咯啦”声主要有以下几个原因：
1.可变配气正时机构故障（见图2）。

因为在3、4挡升挡时发动机已经进入了中等负荷工况，根据这款发动机的特点，配气正时应该已经进入了调节位置，调节方式是通过改变链条张紧轮的位置来实现的。

根据原理可知当凸轮轴链条进行调节时，如果链条张紧轮力量不足就会使链条在调节过程中处于松弛状态而发出响声。

2.发动机由于爆震而产生的声音。

有以下几种可能：①燃油辛烷值过低导致爆震。

此车的发动机应使用93#以上无铅汽油，否则就会产生爆震。

②点火时间过早产生爆震。

由于此发动机采用电脑闭环控制下的独立点火系统，因此发动机电脑调节错误导致点火过早产生爆震的可能性不大。

③活塞顶部及燃烧室积碳导致实际压缩比过大而产生爆震。

④涡轮增压系
统异常调节。

该车配有涡轮增压系统，发动机增压系统结构及工作原理如图3所示。

当发动机不需要增压时，进气歧管内的真空通过真空管经空气再循环电磁阀将空气再循环阀的膜片吸起，这样增压器出口与增压器进口相通，此时增压器不起作用。

当发动机超速切断时，为保证空气再循环阀可靠打开，空气再循环电磁阀通电切断空气再循环阀，与进气歧管连通，从而与真空罐连通，这样就可以避免因进气歧管内真空度低而无法打开空气再循环阀。

增压压力控制阀和增压压力控制电磁阀用于控制发动机增压压力的大小，当涡轮增压系统在不该增压的时候对发动机进行了增压，则会导致气缸内压力过高，而发动机控制单元对点火系统又没有进行相应的延迟点火的调节，就会导致在加速过程中出现“爆震”。

通过以上对可能产生异常声音原因的分析，故障产生的各种可能已经基本清楚，于是决定本着由简至繁的顺序排除这个故障。

将配气相位调节电磁阀的插头拔掉，使车辆不能够进行配气相位的调节。

随后进行试车，发现故障依旧，这样就排除了由于配气相位改变时链条张紧力不足造成响声的可能，看来异响应该是由爆震造成的。

经询问用户得知，此车一直在固定的中石化加油站使用93#无铅汽油，而且不光自己的车，本单位所有的车都在那个加油站加油，其中大部分都是同型号的车，加油后都没有问题。

因此对于燃油辛烷值低造成爆震的可能性决定最后再作验证。

使用专用故障诊断仪V.A.S5052调取发动机故障码，没有故障码显示。

读取数据流并让用户按照能够发出异响的状态驾驶，重点读取增压压力值，通过V.A.S5052进入发动机控制单元读取数据流第115组，其中第3区为理论增压压力，第4区为通过中冷器处的压力传感器测量到的实际增压压力。

当车主驾驶车辆在3挡以40km/h 缓慢加速时，从屏幕上看到第3区的理论增压压力为101kPa ，
而第4区实际的增压压力值已经达到了128kPa ，此时开始听到了发动机传出“咯啦、咯啦”的声音，看来问题的原因是实际增压压力过大导致发动机出现爆震，而增压压力过大的原因则有可能是空气再循环阀没有开启。

首先检查空气再循环阀的真空源。

拆下发动机上面的护罩，发现连接进气歧管与空气再循环电磁阀的真空管由于发动机排放出的热量的烘烤已经变得很脆，局部有轻微破损。

更换这根真空管后再次试车，在3挡以40km/h 并缓慢加速时，第4区实际的增压压力值已经降到了110kPa ，爆燃的声音也消失了，但急加速时还是会出现一些很轻的“咯啦、咯啦”声，此时实际增压压力值也正常，没有超过110kPa 。

经过进一步分析认为出现这个问题的原因有可能是这半个月以来由于缸内压力比较高，使发动机一直处于一种过热状态，从而在燃烧室和活塞顶部产生积碳，导致气缸的实际
压缩比高于理论压缩比，同时由于积碳
而产生炽热点，有早燃和爆震的可能。

针对这个问题，采用发动机积碳清洗设备
对进气道、气门和气缸内部的积碳进行了彻底清洗，隔了一段时间又再次进行了清洗，此后故障彻底排除。

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图3发动机增压系统
内循环组合阀工作
N249电磁阀打开
J220
节气门开度传感器提供节气门开度信号
1.8T。