发动机爆震燃烧的现象分析
汽油机爆震燃烧的成因及预防策略分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.10.039汽油机爆震燃烧的成因及预防策略分析冯朝阳，王湉湉，王驰恒（长安大学汽车学院，陕西西安710064）摘要：从1886年至2020年汽车工业取得了蓬勃发展，对人们的生产生活产生了重要影响。
经过上百年的发展，汽车的各项技术业已完备，但爆震燃烧问题一直尚未根除，即生活中的敲缸、叫杆。
其对发动机缸体造成损坏，对车辆的动力性、排放性造成很大影响。
文章深度阐述了爆震燃烧的形成过程，危害，检测诊断方法及不同因素对预防爆震的影响。
关键词：汽油机；爆震燃烧；压缩比；爆震传感器中图分类号：U464.171 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)10-130-03Analysis on the Cause of Detonation Combustion of Gasoline Engineand its Prevention StrategyFeng Zhaoyang, Wang Tiantian, Wang Chiheng（School of Automobile, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064）Abstract: From 1886 to 2020, the automobile industry has made a vigorous development, which has an important impact on people's Production and living. After hundreds of years of development, the car technology has been complete, but the detonation combustion problem has been difficult to solve, that is, in the life of the cylinder, called the rod. It causes damage to the engine block and has a great impact on the power and emission of the vehicle. In this paper, the formation process of detonation combustion, detection methods，hazards, and the influence of different factors on the prevention of detonation are described in depth.Keywords: Gasoline engine; Detonation combustion; Compression ratio; Knock sensorCLC NO.: U464.171 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)10-130-03前言汽油机爆震燃烧的定义（简称：爆震）是指在压缩行程终了时，火花塞点火之后，在火焰前锋面从火花塞处向活塞顶部推进时，当火焰还未燃至末端混合气之前，因受到缸内热辐射和压缩作用的影响，使得末端混合气温度、压力升高而导致自行燃烧的现象[1]。
发动机爆震燃烧的现象分析
发动机特别是在高温状态下和总行程较高时，经常会突发一种清脆的爆炸声，这就是发动机的爆震燃烧现象。
现就使用因素对该现象的成因和防止措施作一分析。
一、发动机的正常燃烧汽油发动机一般是在气缸外部使燃油与空气混合，进入气缸到压缩终了时已形成大体均匀的混合气，之后依靠电火花强制点火形成火焰中心并向未燃混合气体传播，最后完成燃烧。
如果燃烧由定时的电火花点火，首先使火花塞电极间隙内的混合气体形成微小火焰核，同时火焰具有向相邻的混合气以30m~50m/s 的速度连续传播的能力，进而把火焰传遍整个燃烧室，这称为发动机的正常燃烧。
汽油发动机的燃烧过程分为着火延迟期、急燃期、后燃期3个过程。
第一阶段为着火延迟期，指从电火花跳火到点燃混合气形成火焰中心为止的一段时间。
第二阶段为急燃期，指火焰由火焰中心传遍整个燃烧室的阶段。
亦称火焰传播阶段。
它是汽油机燃烧 的主要时期。
第三阶段为后燃期，指急燃期终点到燃油基本完全燃烧为止期间的燃烧。
在后燃期中，主要是火 焰前锋后未及时燃烧的燃油再燃烧，及粘附在气缸壁上的未燃混合气层的继续燃烧。
二、发动机不正常燃烧汽油发动机在某种条件下，如温度过高、压缩比过高等，发动机的燃烧会出现不正常现象，压力曲线出现了高频大振幅波动，上止点附近的dp/dt 值急剧变动，此时火焰传播速度和火焰形状均发生急剧变化，该现象称为爆燃燃烧。
爆燃产生的机理为电火花点火后，火焰以30m~80m/s 的正常速度向前传播，终燃混合气（指最后燃烧位置上的那部分混合气）因受燃烧气体的压缩和热辐射影响，其压力、温度升高，从而加速了燃烧先期的化学反应并放出热量，使其本身的温度不断升高。
如果在正常火焰前锋面尚未到达之前，部分终燃混合气的先期化学反应已经完成，产生了一个或多个新火焰中心，并从这些中心以100m~300m/s（轻微爆燃）直到800m~1000m/s 或更高（强烈爆燃）的速度传播，终燃混合气将被迅速燃烧完毕。
因此，发动机爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象。
分析发动机爆震爆燃的原因
燃 油 室 内 汽 油 点 火 后 ，火 焰 没 有 及 时 扩 散 ．远 程 未 燃 烧 的 汽 油 即 但 如 果 爆 震 发 生 严 重 ，且 连 续 爆 震 时 发 动 机 会 发 哩 哩 哩 的 声 音 ，
因为 高 温 或 者 高 压 而 自然 ，它 的火 焰 和 正规 燃烧 的 火 焰 撞 击 所 产 这 是 发 动 机 就 会 出 现 没 了。目前 好 多 厂 家 为 了将 发 动 机 发 挥 最 大
也 暴 露 出来 。其 中发 动 机 爆 震 爆 燃 就 是 一 个 普 遍 常 见 的 问题 。本 为 ，Ｉ、２， 由 于爆 燃 是 在 火 焰 前 锋 尚还 没 有 到 达 时 未 端 混 合 气 就 发
文 在 此 分 析 了发 动 机 爆 震 的 概 念 、原 因及 影 响 ，为 了更 好 节 解 决 自燃 引起 ，因 而 不 发 生 爆 燃 的充 分 必 要 条 件 是 ：Ｔ１ Ｔ２。 凡 是 使 Ｔ１
现 活 塞 还 在 压 缩 行 程 时 ，但 油 气 已经 燃 烧 ，这 时 没 有 燃 烧 的油 气 或 者 发 动 机 本 体 炸 穿 。
将 承 受 非 常 大 的压 力 ，就 会 自燃 导 致 爆 震 。
１．爆 震 感 知 器 主 要 是 利 于 加 速 传 感 器 来 测 量 发 动 机 的 加 速
高 压 １， 同时 也 会 在 积 碳 表 面 产 生 火 星 或 者 高 温 热 点 造 成 发 动 机 会 判 定 发 动 机 爆 震 ．立 即 延 后 点 火 提 前 角 。科 技 发 展 的 进 步 的 今
爆 震 。
天 ．好 的 爆 震 感 知 器 甚 至 能 够 精 确 判 定 ，是 哪 一 个 气 缸 爆 震 ，只 针
发动机爆震试验
发动机爆震试验摘要：一、发动机爆震试验的背景与意义1.发动机爆震现象介绍2.爆震对发动机性能的影响3.发动机爆震试验的目的和重要性二、发动机爆震试验的方法与过程1.试验设备与条件2.试验流程与步骤3.数据采集与分析三、发动机爆震试验的结果与应用1.爆震现象的识别与评价2.发动机性能的优化与改进3.爆震试验在发动机研发中的应用案例四、发动机爆震试验的发展趋势与挑战1.新技术在发动机爆震试验中的应用2.发动机爆震试验方法的改进与创新3.发动机爆震试验面临的挑战与展望正文：发动机爆震试验是对发动机在高压、高温条件下，燃油与空气混合气体的燃烧特性进行测试的一种方法。
爆震现象指的是混合气体在燃烧过程中产生的自激振动，这种现象可能导致发动机性能下降、零部件损坏等问题。
因此，对发动机爆震进行有效测试，对于提高发动机性能、保证发动机安全运行具有重要意义。
发动机爆震试验的方法与过程主要包括以下几个方面：首先，需要准备试验设备，包括发动机试验台、高速摄影机、数据采集系统等；其次，根据试验目的与要求设定试验条件，如压力、温度、负荷等；然后进行试验流程，包括点火、燃烧、数据采集等步骤；最后，对试验数据进行处理与分析，识别爆震现象，评价发动机性能。
发动机爆震试验的结果可以应用于发动机性能的优化与改进。
通过分析试验数据，可以识别发动机在特定工况下的爆震现象，从而调整发动机的燃油喷射、点火时机等参数，提高发动机的燃烧效率和性能。
此外，爆震试验在发动机研发过程中也起到了重要作用。
例如，在新型发动机的研发过程中，爆震试验可以验证发动机的设计理念，为发动机的改进提供依据。
随着科技的发展，发动机爆震试验也将不断发展。
例如，采用新型的燃烧技术、高精度数据采集系统等，可以提高试验的准确性和效率；同时，发动机爆震试验方法的改进与创新也是未来的发展趋势。
爆震现象
1 发动机爆震1.1 爆震产生原理及特征爆震是发动机运行时一种不正常燃烧的现象。
发动机正常燃烧时，火花塞接到ECU 的点火信号后,对可燃混合气进行点火，火焰从火焰核心（离火花塞近的可燃混合气）以30～40m/s 的速度，向四周的未燃烧的混合气区传播，使燃烧室内混合气循序燃烧，直至结束。
汽油机发生爆震时，在汽油机燃烧室内火焰传播过程中，远离火花塞的未燃混合气（末端混合气），被已燃混合气的膨胀所压缩，此处的局部温度由于热辐射作用而超过燃料的自燃温度，从而产生自发反应，形成一个或多个火焰核心，这时末端混合气在正常火焰传播到以前先行发火燃烧。
这种自行发火燃烧会发出极强的火光，燃烧温度常在4 000 ℃以上，火焰传播速度达200 ～1 000 m/s 以上，比正常燃烧的火焰传播速度高数倍甚至数十倍。
当正常燃烧和爆震两个方向相反的燃烧压力波相遇时，会产生剧烈的气体震动，并发出特有的金属撞击声，所以称为“爆震”。
轻微的爆震无法被人的感官所察觉，在此我们称它为‘无感爆震’，因此当你能感觉得到引擎爆震所产生的噪音和震动时，这时的爆震情况已经严重得超乎你的想象，我们称它为“有感爆震”。
生有感爆震时，发动机有哒哒的金属敲击发动机缸体的声音，而且发动机各部件温度急剧上升，油耗增大，发动机和车身能感到震动。
至今人们对爆震的具体的产生机理还没能彻底掌握。
目前大家普遍接受的有两种理论，即自燃(auto ignition)理论和爆燃(detonation)理论。
下面具体阐述：自燃理论最早在1919年由H．R．Richardo提出，这种理论认为爆震是因为气缸中远离火花塞的一部分混合气自发燃烧引起的，这部分混合气又称末端混合气。
当末端混合气的温度和压力超过自燃点时，这部分混合气将自发燃烧，从而产生强烈的压力波，高频压力波向外传播而导致气缸壁尖锐的敲击声。
这种理论也是目前已被广为接受。
另一种理论为爆燃理论。
对预混合气的燃烧，火焰在传播过程中受到周围条件的限制，突然产生高压和高速传播的现象，火焰前峰从火花塞到气缸壁加速传播，即正常的火焰前峰由于冲击波的高压提供的能量，从亚音速转变为超音速传播，燃烧反应异常猛烈，并产生强烈的冲击波，冲击波在气缸壁之间来回反射。
简述发动机爆震的原因及后果。
发动机爆震是一种引擎在运转过程中出现的异常现象，其在汽车行驶过程中可能导致引擎功率下降、噪音增加、燃油经济性下降以及引擎损坏等严重后果。
本文将从以下几个方面对发动机爆震的原因及后果进行详细的阐述。
一、原因1.1 空燃比失调当发动机的空燃比失调时，容易导致燃烧不稳定，从而引起爆震现象。
空燃比过低或过高都会增加燃烧时间，导致压力波作用不连续，形成爆震。
1.2 进气温度过高进气温度过高会使空气密度变小，燃油燃烧速度加快，从而增加了爆震的风险。
尤其在高温天气或者长时间负荷运转时，进气温度容易升高。
1.3 高压缩比高压缩比容易导致燃烧室内温度和压力升高，使得燃烧速度加快，增加了爆震的风险。
尤其是在高性能发动机中，一般采用更高的压缩比，也使得爆震的发生几率增加。
1.4 点火提前或延迟点火系统的故障可能导致点火时间提前或者延迟，都会增加爆震的风险。
1.5 油品质量不佳使用低质量的燃油易导致点火不稳定和燃烧速度过快，增加爆震的几率。
二、后果2.1 引擎功率下降爆震会使得燃烧不稳定，严重时会导致引擎功率下降，影响车辆的行驶性能。
2.2 噪音增加爆震时，气体在燃烧室内不规则的燃烧产生振动和冲击，会导致车辆噪音增加。
2.3 燃油经济性下降爆震会使得燃烧不完全，燃油的利用率降低，从而导致车辆燃油经济性下降。
2.4 引擎损坏长时间的爆震会导致引擎内部零部件受损，如气门、活塞等，严重时甚至会造成引擎损坏，需要进行大修甚至更换整个发动机。
对于发动机爆震问题，车主在日常使用中需要定期保养，确保发动机正常工作状态。
一旦发现引擎出现爆震现象，应及时到正规的汽车维修站点进行检修，避免严重后果的发生。
在汽车领域，发动机爆震是一个常见但危险的问题，其带来的后果不容忽视。
除了上文提到的原因和后果外，还有一些其他因素可能会导致发动机爆震，例如以下几点：1.6 高温天气在高温天气下，空气密度降低，燃烧速度加快，容易引发发动机爆震。
1.7 油品劣质和积碳使用劣质燃油或者长时间运行未进行清洗的发动机，会导致积碳堆积在燃烧室内，影响燃烧效率，增加爆震的发生几率。
汽油机爆震燃烧的危害及控制措施
汽油机爆震燃烧的危害及控制措施1. 爆震燃烧的定义和原因1.1 爆震燃烧的定义爆震燃烧指汽油机燃烧过程中，燃烧混合物在高压环境下的自燃现象，燃烧速度过快导致气缸内产生剧烈的压力波动与振动。
1.2 爆震燃烧的原因1.高压力和高温环境使燃烧混合物自发燃烧；2.点火提前或过度点火导致燃烧速度过快；3.燃烧室中的残留气体或余热点火，引发剧烈爆震。
2. 爆震燃烧的危害2.1 对汽车发动机的危害1.气缸压力突然升高，造成气缸及相应零部件的损坏；2.缸内温度骤升，易引发喷油装置损坏；3.发动机噪声加大，影响行驶平稳性；4.燃油经高压扩散，燃烧不完全，产生有害气体。
2.2 对驾驶安全的危害1.突然的动力损失可能导致车辆行驶不稳定；2.爆震燃烧会造成失火或点火提前，影响制动效果；3.爆震燃烧会影响发动机的响应速度，降低驾驶的操控性。
2.3 对环境的危害1.爆震产生的有害气体会对环境造成污染；2.燃烧不完全会导致油耗增加，浪费能源。
3. 控制爆震燃烧的措施3.1 点火系统调整1.合适的点火提前角度是控制爆震的关键；2.通过良好的调整点火时间，使燃烧速度与气缸压力保持平衡；3.使用高品质火花塞，提供稳定的火花能量。
3.2 燃烧室设计改进1.改变燃烧室结构以减少爆震的发生；2.增加进气阀门数目以提高进气效果；3.优化缸内空气流动，增加混合气均匀性。
3.3 使用高品质燃油1.选择较高辛烷值的汽油，可提高抗爆震能力；2.定期更换高品质油品，保持燃油清洁。
3.4 采用技术手段防范1.使用智能点火系统，通过监测传感器实时调整点火提前角度；2.使用电子节气门控制系统，优化进气过程；3.安装爆震传感器，实时监测爆震情况，采取相应的补救措施。
结论汽油机爆震燃烧对汽车发动机、驾驶安全和环境都造成了严重的危害，因此必须采取一系列控制措施来降低爆震的风险。
通过调整点火系统、改善燃烧室设计、使用高品质燃油和采用技术手段等措施，可以有效地控制爆震的发生，提高汽车的性能和安全性，并减少对环境的污染。
发动机爆震现象详解
发动机爆震现象详解发动机爆震现象详解在汽车使用中，有时我们会听到发动机发出一种异常声音，宛如炸雷一般，这就是发动机爆震的现象。
发动机爆震是指在汽车工作过程中，气缸内燃烧状况发生了异常，导致燃烧产生的压力波在气缸内发生超过正常燃烧时的声响。
爆震的发生不仅会对汽车的性能产生负面影响，还会导致发动机损坏。
因此，了解发动机爆震现象及其原因对我们更好地维护汽车至关重要。
1. 爆震现象的表现当发动机发生爆震时，会出现以下几种现象：- 发动机工作不稳定：爆震会使发动机运转不稳定，轰鸣声明显增大。
- 喷油器工作异常：爆震会使喷油器前端压力升高，导致喷雾质量下降，进而影响燃烧效果。
- 行车抖动：爆震时，发动机运转不均匀，会导致车辆抖动严重，行驶不稳定。
- 动力下降：爆震会使汽车的输出动力减弱，加速度下降，行驶速度变慢。
2. 爆震的原因发动机爆震通常是由以下几个原因引起的：- 1. 空燃比过低：当空气燃料混合物的空燃比过低，燃烧速度过慢，容易发生不正常的燃烧，从而引发爆震。
- 2. 碳沉积：发动机内部的积碳会导致气缸内的空气流动不畅，影响燃烧效果，使发动机更容易发生爆震。
- 3. 点火提前：点火系统的故障或调整不当，会导致点火时间过早，使压缩气体的燃烧速度加快，产生爆震。
- 4. 高温高压：长时间高速行驶或在高温环境下工作，使发动机内部温度升高，气缸压力升高，容易引发爆震。
- 5. 低品质燃油：使用劣质燃油会增加爆震的风险，因为劣质燃油的燃烧性能较差。
3. 预防和解决爆震的方法为了预防和解决发动机爆震问题，我们可以采取以下几种方法：- 1. 使用高品质燃油：选择优质的燃油可以减少爆震的风险，因为高品质燃油的燃烧性能更好。
- 2. 定期更换空气滤清器：定期更换空气滤清器可以保持发动机的正常工作状态，减少积碳产生，降低爆震的可能性。
- 3. 定期清洗喷油器：定期清洗喷油器可以保持其正常工作状态，使喷油均匀，提高燃烧效果，降低爆震风险。
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发动机特别是在高温状态下和总行程较高时，经
常会突发一种清脆的爆炸声，这就是发动机的爆震燃烧现象。
现就使用因素对该现象的成因和防止措施作一分析。
一、发动机的正常燃烧
汽油发动机一般是在气缸外部使燃油与空气混合，进入气缸到压缩终了时已形成大体均匀的混合气，之后依靠电火花强制点火形成火焰中心并向未燃混合气体传播，最后完成燃烧。
如果燃烧由定时的电火花点火，首先使火花塞电极间隙内的混合气体形成微小火焰核，同时火焰具有向相邻的混合气以30m~50m/s 的速度连续传播的能力，进而把火焰传遍整个燃烧室，这称为发动机的正常燃烧。
汽油发动机的燃烧过程分为着火延迟期、急燃期、后燃期3个过程。
第一阶段为着火延迟期，指从电火花跳火到点燃混合气形成火焰中心为止的一段时间。
第二阶段为急燃期，指火焰由火焰中心传遍整个燃烧室的阶段。
亦称火焰传播阶段。
它是汽油机燃烧 的主要时期。
第三阶段为后燃期，指急燃期终点到燃油基本完全燃烧为止期间的燃烧。
在后燃期中，主要是火 焰前锋后未及时燃烧的燃油再燃烧，及粘附在气缸壁上的未燃混合气层的继续燃烧。
二、发动机不正常燃烧
汽油发动机在某种条件下，如温度过高、压缩比过高等，发动机的燃烧会出现不正常现象，压力曲线出现了高频大振幅波动，上止点附近的dp/dt 值急剧变动，此时火焰传播速度和火焰形状均发生急剧变化，该现象称为爆燃燃烧。
爆燃产生的机理为电火花点火后，火焰以30m~80m/s 的正常速度向前传播，终燃混合气（指最后燃烧位置上的那部分混合气）因受燃烧气体的压缩和热辐射影响，其压力、温度升高，从而加速了燃烧先期的化学反应并放出热量，使其本身的温度不断升高。
如果在正常火焰前锋面尚未到达之前，部分终燃混合气的先期化学反应已经完成，产生了一个或多个新火焰中心，并从这些中心以100m~300m/s（轻微爆燃）直到800m~1000m/s 或更高（强烈爆燃）的速度传播，终燃混合气将被迅速燃烧完毕。
因此，发动机爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象。
三、爆震燃烧的外部特征及危害
发动机爆震燃烧有较明显的外部特征，具体表现为：
1、发出清脆的金属敲缸声，也即前面所述的爆炸声。
2、在轻微爆震燃烧时，发动机功率略有增加，但强烈爆震时，发动机功率下降，工作变得不稳定，转速下降，发动机出现较大振动。
3、冷却系统，如冷却水、润滑油等温度上升。
4、机体组件温度升高。
发动机爆震燃烧的危害非常大，其主要具体表现为：
1、热效率降低，输出功率下降，行驶中的车（艇）开始出现行驶无力。
2、气缸过热。
受燃烧恶化的影响，传热受阻，冷却系统温度明显增高，导致发动机过热。
3、零件应力增加。
由于热量过大，主要零件如活塞、气缸盖、气门、气缸体等零件受热力影响，使原本较大的应力变得复杂且紊乱，零件长期在爆震燃烧环境下工作，其寿命会大大缩短。
4、有害排放物明显增多。
由于燃烧效果下降，发动机排入的CO量成倍上升，外部特征可看出消声器排出的烟雾增多，对大气环境造成很大的破坏。
四、引起爆震燃烧的原因
1、燃油的影响。
现代发动机使用的燃油均经过抗爆处理，如果燃油含杂质较多，或燃油为非纯正油品，燃烧效果受影响，燃烧室积炭将增加，终燃混合气越容易被积炭中的小火星点燃。
2、点火提前角。
增大点火提前角，爆震燃烧倾向加大，正规厂家的车（艇）点火提前角在出厂时已调整到最佳角度，一般使用者不用进行调整。
3、转速的影响。
转速增加
1、使用纯正高品质的燃料，可有效防止爆震燃烧的发生，目前这一措施得到广泛应用；经常清洗油箱，不在燃料中添加其它物料。
2、降低终燃混合气的温度要采用降低冷却系统的温度，如保持机体组件外观清洁，保持润滑油道的畅通和润滑油的清洁度等。
3、使用过浓或过稀的混合气，行驶过程中用加大油门的方法提高供油浓度较为有效，采用过稀混合气的方法一般驾驶员不易掌握，反而会使发动机熄火。
4、降低终燃混合气压力可采用进气节流，如在有条件的发动机上将阻风门的开度调整到90%、80%等。
5、提高发动机转速如换高挡位、加大燃油的供给等，都可有效防止爆震燃烧。
终燃混合气温度下降，故使爆震燃烧倾向下降。
4、负荷的影响。
在转速一定而节气门关小或负荷
减小时，由于残余废气系数增大，气缸壁散热损 失相对增加，循环最高压力下降，爆震燃烧倾向随之下降。
5、混合气浓度的影响。
当混合气浓度在α=0.8~0.9时，爆震燃烧倾向最大，过浓过稀的混合气都有助于减少爆震燃烧的发生。
6、燃烧室沉积物的影响。
由于发动机工作时间过长且又未进行必要的保养，燃烧室的积炭厚度不断增加，沉积物的温度较高，在进气和压缩过程中不断加热混合气，沉积物又是高热的不良导体，从而提高了终燃混合气的温度。
五、发动机爆震燃烧的防止措施。