电喷汽油机爆震的原因分析与预防

Equipment Manufactring Technology No.5，2010发动机产生爆震时，会在气缸内突然产生爆炸波，向四面冲击，使发动机的活塞、连杆、曲轴等发生强烈的震动，并伴有金属撞击声。

发动机在正常运转中，不允许有爆震现象，长时间严重爆震，将导致发动机气缸及各部零件剧烈磨损，使用寿命缩短，如损坏气缸衬垫、连杆轴承及活塞等，还会使发动机动力下降、油耗增加，甚至使发动机迅速报废。

因此，必须对电喷汽油机的爆震现象给予充分地认识，积极采取措施，预防和处理爆震现象的产生。

1电喷汽油机爆震的原因分析爆震，俗称敲缸。

当混合气尚处在压缩过程中，火花塞还没有跳火时，高压混合气就达到了自燃温度，并开始猛烈燃烧的不正常燃烧现象。

汽油发动机的可燃混合气，开始由高压火花点燃。

然后，燃烧的火焰以火花为中心，向外传播，将燃烧室混合气全部引燃，这种燃烧过程为正常燃烧。

1.1积炭电喷汽车发动机有许多优点，如启动性能、加速性能好、节能、环保等。

但是随着电喷汽车在我国的日益普及，一些其特有的故障也随之而来，最典型的就是积炭现象，而严重积炭正是产生爆震的原因之一。

发动机工作时，稀油和进入燃烧室的少量润滑油，不可能完全燃烧，未燃烧的部分油质，在高温和氧化作用下，形成胶质粘附在进气门、进气管道、活塞或燃烧室表面，再经过高温作用进一步凝结成沥青质和油焦质的混合物，就形成了积炭。

而由于积炭的产生，容易破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；会使气缸压力的增高，造成点火时间推迟，导致功率下降。

由于进气的阻力增加，进气量不够，同时积炭也使油加浓的量不够，也会最终导致功率不够。

此外，发动机中在混合油气的浓度以及点火时间没有达到要求的状况下工作，会导致不完全燃烧，废气的排放达不到标准，污染环境。

同时也会造成发动机冷启动困难、怠速工作不稳定、燃油消耗量增加等。

（1）气门与燃烧室积炭。

根据电喷发动机控制特点的可知，气缸每次工作时都是先喷油再点火，当熄灭发动机的一瞬间点火被马上切断，但是这次工作循环所喷出的气油却无法被回收，只能粘附在进气门和燃烧室壁上，汽油很容易挥发，但汽油中的蜡和胶质物却留了下来，随着时间的推移，汽油中的蜡和胶质物越积越厚，反复受热后变硬，就形成了积炭。

如果发动机烧机油，或是加注的汽油质量低劣、杂质较多，那么气门积炭就更严重，且形成的速度也更快。

由于积炭的结构类似海绵，当气门形成积炭以后，每次喷入气缸的燃油就会有一部分被吸附，使得真正进入气缸的混合气浓度变稀，导致发动机工作不良，出现启动困难、怠速不稳、加速不良、急加油回火、尾气超标、油耗增多等异常现象。

而燃烧室积炭，会结合油气中的过氧化物，使得燃烧过程产生不均匀燃烧，而发出异常噪音，同时也因为压缩比的增加，致使发动机需要使用更高辛烷值的汽油，否则会出现爆震现象，严重时会导致气缸盖磨损和气门封闭不严，使气缸的缸压降低，而不能正常工作，甚至粘连气门使之不回位、气门关闭不严而无法起动。

此时气门与活塞有可能会产生运动干涉，最终损坏发动机。

（2）进气歧管管道积炭。

由于发动机各个气缸活塞工作并不是同步的，当熄灭发动机时，有些气缸的进气门不能完全关闭，一些未燃烧的燃油不断蒸发氧化，会在进气管中尤其是节气门阀体后面，产生一些较软且潮湿的黑色积炭。

一方面，这些积炭会使进气管的管壁变粗糙，进气时空气就会在这些粗糙的地方产生旋涡，影响进气效果及混合气的质量；另一方面，这些积炭还会阻塞怠速通道，使怠速控制阀卡滞或超出其调节范围，这样就会容易造成发动机怠速低、怠速发抖、加速性能差、松开油门踏板容易熄火、尾气超标、耗油等现象。

在汽车行驶中，如遇到提速慢，急加油回火，冷启动困难等现象时，很有可能是气门已经积炭。

发现怠速低而且怠速时车发抖，踩下油门时发卡，有时无怠速，有可能是发动机的进气歧管已经严重积炭。

（3）喷油器喷嘴积炭。

当喷油器喷嘴产生积炭时，容易形成阻塞，因此汽油无法完全雾化，使得未汽化的油滴，渐渐地在进气气门因高温下由胶状物质产生炭化，所以当进气气门严重积炭时，造成发动机的输出功率降低，因而导致燃油消耗量增电喷汽油机爆震的原因分析与预防李客（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）摘要：对电喷汽油机产生爆震的原因进行分析，同时分析了爆燃爆震对发动机产生的不利影响，并对积炭的形成部位、过程和危害做了阐述，提出了预防和减少积炭的产生方法，从而避免爆震现象的发生。

关键词：发动机；爆震；积炭；燃油消耗；排放中图分类号：TK411+.22文献标识码：B文章编号：1672-545X（2010）05-0174-03收稿日期：2010-02-22作者简介：李客（1974—），男，广西靖西人,助理工程师，学士学位,主要从事发动机售后技术服务工作。

174《装备制造技术》２０１０年第５期加，而且所排放出来的废气因燃烧不完全，而造成空气污染。

（4）节气门与节流阀体积炭。

发动机的标准怠速依靠怠速步进电机来控制。

由于节气门的积炭，使空气流通量减少，节气门位置发生变化，在怠速时，转速相对比较低，燃烧的稳定性就比较差，要保证有一定的通气量，步进电机就要开大节气门角度。

当步进电机移动位置超出界限范围，节气门开度也超出了界限范围，电脑（ECU）就会报告节气门开度不正常或步进电机故障，此时，电脑计算出错误的供油量，使发动机油耗增大。

因此节气门的积炭，会影响怠速的稳定和启动性能，容易造成发动机转速抖动，怠速不稳。

（5）气缸内积炭。

气缸内积炭的产生是不均匀的，在这种不均匀的情况下，容易造成表面点火，即燃烧完后，由于积炭很厚并且隔热，在积炭表面就残留很高的温度。

这时，在点燃混合气的瞬间，由于压力增高，在温度增高的情况下，气缸中会形成多点燃烧，产生爆震。

1.2燃料辛烷值低汽油标号低，即汽油辛烷值低，发动机易爆震。

首先，97号油和90号油相比，由于生产工艺不同，97号油质量稍好，油中的胶、蜡等杂质少一些。

如果长期使用低标号汽油，产生积炭的机会就增大。

由于现代汽车发动机的体积越来越小，转速越来越高，使用高压缩比，在积炭产生以后，压缩比会进一步提高，发动机就会产生爆震，导致了燃烧温度不均匀，大量低温燃烧的成分残留在活塞表面和燃烧室表面，从而加速了积炭的产生。

如2007年1月份，五菱柳机接收到用户反馈信息，某地区出现多台五菱双排小卡配装五菱柳机的LJ465QE1发动机，用户反映车辆行驶10000km左右时，开始出现不同程度的爆震异响。

五菱柳机立即组成质量攻关组，赴现场调查处理，用户反映描述为车辆有时急加速、重载爬坡时发动机响声爆燃异常，声音时有时无，有时长时间无法再现，有时则经常出现；冷却液消耗较快，水箱易“开锅”等。

经攻关组多方检查检测，都没有发现发动机电喷系统、冷却系统及润滑系统有明显异常，用故障诊断仪诊断，也无故障码显示。

为此我们先后更换点火系统的火花塞、高压线、点火线圈等相关电喷元件，试车后仍无改善。

最后决定拆下气缸盖进行检查分析，观察发现燃烧室、活塞顶部有大量烧结物鳞片和积炭。

当时我们处理方法为清理缸盖燃烧室、气门、缸套、活塞顶部等烧结污垢后装机试车，故障现象消失。

对此我们分析认为，可能是使用劣质汽油导致发动机产生结状物和积炭，引起发动机燃烧室表面点火，即部分烧结物鳞片在工作时的余热引发早燃爆燃。

1.3压缩比过大燃烧室和活塞顶面容积因积炭而缩小。

在发动机工作过程中，燃烧室内壁产生一层沉积物，通常称为积炭。

沉积物温度较高，在进气、压缩过程中不断加热混合气，沉积物是热的不良导体，从而提高了终燃混合气的温度。

沉积物本身占有一定的体积，因而提高了压缩比。

其结果是沉积物的存在，使爆燃倾向增加。

此外，如高温过热缸盖变形而镗铣平面，导致燃烧室容积减少而增大压缩比，则爆燃倾向可能性也就增加。

1.4点火时间过早发动机点火时间过早，不能在合适的气缸压力和温度时点燃混合气，造成气缸内温度和压力急剧升高。

随着点火提前角的增加，缸内压力增加，终燃混合气受到的挤压作用大，温度增加，则爆燃爆震倾向加大。

1.5汽油机大负荷低转速及过热汽油机在大负荷时，节气门开度大，进气量较多，燃烧速度、气缸压力以及燃烧的最高温度相对较高，容易产生爆燃。

在转速一定而节气门关小的情况下，残余废气系数增大，气缸壁相对传热损失增加，缸内最高燃烧压力下降，爆燃倾向减小；当油门踩到底时，往往产生爆震现象，若适当放松一点时，负荷减小，会使爆震消失；而在低转速时，由于燃烧速度变慢，燃烧时间延长，爆燃的可能性也增加。

当冷却水温过高时，造成发动机进气量减少，充气效率低，混合气过浓。

因此发动机经常处于低转速大负荷和冷却水温过高状态时，极易产生爆震。

1.6混合气过浓、进气温度和压力过高空气滤清器堵塞，进气量减少，容易造成混合气过浓，过量空气系数Φa=0.8～0.9的改变，将引起火焰传播速度、火焰与气缸壁的温度及终燃混合气滞燃期的改变，发动机容易产生爆燃。

电喷发动机的进气系统漏气，则进气压力增大，真空度降低，进气压力温度传感器信号增大，此时混合气会增加变浓。

氧传感器向电子控制单元（ECU）提供混合气浓度信号，用于修正喷油量，实现对空燃比的闭环控制，即ECU通过氧传感器信号的不断变化，不断地调节控制喷油量，从而使混合气浓度始终保持在一个标准的平衡状态，空燃比为14.7∶1。

当氧传感器发生故障，电压信号始终在0.5V以下时，电控单元会收到氧传感器发出稀混合气的错误信号，而不断增大喷油量，导致混合气过浓。

当进气温度和压力过高时，也会容易使电喷发动机产生爆燃爆震。

2强烈爆燃爆震对汽油机工作的危害（1）输出功率、热效率降低。

爆燃时的压力脉冲会在气缸壁面、活塞顶面与气缸盖底面多次反射时产生调频振音；此外，燃烧室内部高温引起燃烧产物加速离解成CO、H2等，严重时会析出炭粒。

（2）发动机过热。

发生爆燃时，破坏附面层，气缸盖、活塞顶面的温度上升。

爆燃时，燃烧室局部过热会产生表面点火，即在火焰到达以前，混合气因炽热表面而着火，从而引起气缸进一步过热，最终导致轻合金的气缸盖、活塞发生局部金属变软、熔化或烧损，这种过热是爆燃带来的最大危害。

（3）零件的应力增加。

爆燃时，由于压力增长率和最高燃烧压力都增加，故相关零件上的作用力也增加，易使受力件损坏。

此外，爆燃爆震又会促使积炭的形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，导致机件加速磨损。

3预防和减少积炭、爆震产生的方法（1）加注高质量、高品质的汽油。

汽油中的蜡和胶质等不175Equipment Manufactring Technology No.5，2010纯物，是形成积炭的主要成分，所以清洁度高的汽油形成积炭的趋势就少得多。

目前我国的汽油质量与发达国家相比还较低，要注意的是高标号并不等于高质量，如97号的汽油并不一定比93号的杂质就少，标号只代表油的辛烷值，并不能代表品质和清洁程度。