汽油机爆震燃烧的危害及控制措施

科技信息2013年第1期
ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
随着汽油机技术的迅猛发展，汽油机强化程度不断提高，其主要表现形式是汽油机的压缩比有增大的趋势。

由于汽油辛烷值达不到高压缩比汽油机的需要，常给汽油机的正常工作带来一些问题，爆燃就是其中危害最大的一种不正常燃烧。

1爆燃产生的机理
爆燃是由于早燃烧的部分气体膨胀压缩未燃部分的混合气，使其温度上升到自燃温度，而突然全部着火造成的[1-2]。

由汽车发动机燃烧理论可知，当气缸中的可燃混合气被电火花点燃之后，形成火焰传播，它是以10～30m/s的速度进行的。

火焰前方的未燃混合气因受已燃混合气的压缩和热辐射，压力和温度都相应地升高，发生了化学反应，称为焰前反应。

如果火焰及时传到，并把它引燃，直到燃烧完为止，这就是正常燃烧。

但在某种条件下，燃烧的进行离开了正常的过程，有时离火花塞最远部分的混合气还未等到正常的火焰前锋到达，就已完成了化学准备过程而自行燃烧。

这个因自燃而形成的火焰中心（有时不止一个）产生新的火焰传播，这种火焰传播的速度达到1500～2000m/s，使未燃的混合气瞬间燃烧完毕。

由于这种燃烧极为迅速，气体容积来不及膨胀，而温度和压力则急剧增加，因此，压力来不及传给气缸其他部分气体，形成气缸内局部气体压力过高，因压力不平衡而产生压力波。

这种压力波以超音速的速度向前推进，撞击燃烧室壁、活塞、气缸壁，而使之振动，发出尖锐的敲缸声，这种现象称为爆震燃烧，简称爆燃或爆震。

2爆燃的危害
2.1发动机功率下降
当发动机产生爆燃时，燃烧室内局部区域的压力和温度很高，但其作用时间极短，并且不在整个活塞上方起作用，因而爆燃时对外做功少；而带有冲击性的压力波不仅会使一部分能量消耗在零件的变形和压力波的反复振荡上，而且燃烧产物的热分解还要消耗一部分热量，这些能量都不能回收利用。

同时，由于传给冷却系统的热量增多，做功的能量进一步减少，所以爆燃时发动机功率降低，燃油消耗率明显增大。

此外，燃烧室内部高温引起燃烧产物加速离解成CO、H2等，严重时也析出碳粒，因而热效率下降。

2.2加速机件的损坏
爆燃将会引起发动机温度过高，使机油粘度降低，油膜不易形成，缸体抗腐蚀作用几乎不存在，这样就会加剧发动机各机件的腐蚀磨损。

此外，爆燃时产生的压力波增加了发动机零件的冲击负荷，尤其增大了曲轴及活塞连杆组的机械负荷，使活塞、连杆轴承和主轴承磨损加剧，造成轴承合金表面破裂。

同时，局部高温易使活塞、气门烧坏以及产生火花塞绝缘体被击穿等现象。

据试验统计，严重爆燃时发动机的磨损量是正常燃烧磨损的27倍，由此可见，爆燃严重影响发动机的使用寿命。

2.3发动机过热
燃烧室内可燃混合气燃烧后的正常温度可达2000℃～2500℃，而活塞顶部、燃烧室壁及气缸壁等表面的温度为100℃～300℃。

与高温气体接触的机件表面能够维持较低温度的原因之一是在这些壁面上形成一种气体附面层，它能阻止燃气向壁面过多地导热。

在发生爆燃时，气缸内局部压力和温度剧增，并产生了强烈的冲击波，由于压力波和灼热气体对壁面的反复冲击，破坏了缸壁等表面的附面层，高温的燃气向气缸壁等表面传热量增加，导致气缸等机件的温度升高，因而可造成发动机过热。

2.4燃烧室积碳增多
由于爆燃时的局部高温作用，使燃烧产物发生热分解，析出游离碳。

游离碳粘附在气缸盖、活塞、气门及气门座上，成为积碳的一部分。

对于汽油发动机，积碳沉积在活塞顶部及燃烧室中会使燃烧室的容积变小，使发动机压缩比相对地提高。

同时，由于积碳传热性差，使发动机工作时产生白炽热点，易使气缸受热不均而产生裂纹。

燃烧室内某些部位积碳过多，积碳吸收的热量积存下来，形成高温热面或热点，极易点燃混合气，引起发动机早燃。

早燃会使发动机的功率下降（损失约2～15%），同时高温工质与壁面接触时间延长，壁面吸收热量明显增加，又引起下一工作循环早燃。

早燃的自强化作用，使得早燃的发生越来越早，其结果可能导致活塞烧蚀。

更为严重的是，早燃故障在发动机大负荷工作时难以判别，因此这时发动机有着被报废的潜在危险。

此外，由于膨胀过程中气缸体的温度和压力下降很快，游离碳来不及还原为CO2，而随废气排入大气中，造成排气管冒黑烟，发动机HC化合物排放量剧增，形成环境污染。

3爆燃的控制措施
3.1使用规定牌号的汽油
评定汽油抗爆性的指标是辛烷值，汽油牌号就是按辛烷值划分的。

汽油机对辛烷值的要求主要取决于汽油机的压缩比，对于一定压缩比的发动机，使用燃料的品质对爆燃是否发生及其强度有决定性的影响。

因此，必须使用符合制造厂家所规定辛烷值的汽油。

使用辛烷值低的汽油容易产生爆燃现象；汽油辛烷值越高，其抗爆性越好，发动机工作时就不容易产生爆燃。

而无法按规定使用燃油的车辆，应在加注燃油的同时按比例添加抗爆剂，使之减少爆燃。

3.2选择最佳点火提前角
点火提前角调整不当会影响发动机工况和最大动力性的充分发挥。

点火特性与发动机的良好匹配，是发动机正常工作的一个重要因素。

每种发动机都有其最佳的点火调整特性，选择最佳点火提前角，也就是使发动机发挥最高的热效率，而比油耗最小。

如果点火时间提前，气缸内的温度和压力过早升高，具备了生成过氧化物的条件，因而易产生爆燃。

此时，可调整分电器的辛烷值选择器，使点火提前角减小些，这样可有效地控制爆燃。

最佳点火提前角应为：当汽车行驶中急加速时，能听到短暂轻微的敲击声，而加速平稳后敲击声随即消失；当敲击声连续不断，则点火时间过早；若完全听不到敲击声，则点火时间过迟。

3.3清除燃烧室内沉积物
燃烧室沉积物的导热系数比钢铁小50倍，导热性很差。

因此，燃烧室沉积物的存在会使发动机冷却效果下降，提高了终燃混合气温度，增加爆燃倾向。

另外，当燃烧室及活塞顶部沉积物增多时，由于燃烧室容积相对缩小，使压缩比相对增大，也会增加爆燃倾向。

试验表明，当汽车行驶1600km后，燃烧室沉积物厚度达到0.5mm以上，此时要求汽油辛烷值提高10～15个单位才能避免爆燃。

因此应定期清除燃烧室、活塞顶、气门座、气门头等处的积碳。

经常使用燃油辛烷值过低的车辆，应定期使用清洁剂，它可以有助于减少积碳和沉积物的形成。

3.4合理驾驶汽车
发动机负荷及转速对汽油机的爆燃影响很大。

负荷越大越容易引发爆燃，因为负荷大，如起步、爬坡及超负荷工作时，需要使用浓混合气，使爆燃倾向增大；转速增加，可提高火焰传播速度，使吸入空气温度增高，爆燃倾向减小。

例如，汽车爬坡时，有许多驾驶员常采用强行冲坡，此时节气门处于全开状态，易于产生爆燃。

正确（下转第158页）
汽油机爆震燃烧的危害及控制措施
张勇陆克久
（中国人民解放军蚌埠汽车士官学校，安徽蚌埠233011）
【摘要】汽油机爆燃具有较大的危害，是发动机工作时的一种不正常燃烧现象。

本文分析了汽油机爆燃产生的机理及其对发动机的危害，提出了在使用过程中控制汽油机爆燃的具体措施。

【关键词】汽油机；爆燃；危害；控制
通信作者：陆克久，中国人民解放军蚌埠汽车士官学校。

○机械与电子○
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ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第1期在：(1)女性合作发表成果的比率少于男性；(2)女性在刊物上发表论文的困难比男性大。

另外，随着年龄的增长，女性科学家在争取研究资助、获奖等方面也处于劣势地位。

男女差别的积累还表现在女科学家的成果较少被引用等。

[2]3.2科技成果不被重视
从传统上来看，科学研究活动向来被看做是男性主导的职业，女性进入科学研究活动领域的机会较少。

因此，当女性进入科学研究领域时，就容易遭到排斥和打压。

男性的事业成功率高于女性，取得科学研究的成果被看做是男性的专利。

并且现行的学术规范体制和文化都是站在男性视角下的，体现了男性的要求，所以男性一直占据着科技成果的绝对特权地位。

他们作为多数参与者，潜意识上就在无形的压制着少数女性弱势群体的参与。

因此女性科学家被迫处于了科学研究的外围，其科技成果得不到重视和肯定。

3.3科研学术交流不畅
在科技共同体内部，科学研究学术交流活动需要广泛的交流和沟通，通过这些交流和沟通可以激发大量的灵感和创新。

由于传统观念的影响，女性的社会交际圈通常十分狭隘。

并且以男性为主体的科学研究活动使得男性在潜意识中对女性存在偏见。

认为女性始终处于从属地位，并且女性在科学研究活动领域中自身就是一个少数群体，因此容易受到男性的排斥，科研学术交流因此变得不畅通。

“职业活动所提供的稳定交往场域便成为社会交往的发展源泉。

除生理必须时间之外，人们的大部分时间是在职业活动场域度过的，是在与他人职业交往中度过的。

”[3]
3.4属于女性的科研领地“含金量”不高
据2004年数据调查显示，中科院现有职工45000人，其中女职工不下16000人，尽管所占比例相当可观，但是女性从事科技工作的仅为少数，专业技术人员中的女性科研人员和副研究员所占的比例仅为4.1%和20%，代表我国当代最高学衔的两院院士中，女性也仅占到
6.4%。

3.5科研成果奖励中女性所占比例小
据国家科学技术奖励办公室提供的数据，2002年度国家自然科学奖、国家技术发明奖和国家科技进步奖这三大国家科技奖项中，女性的获奖比例仅为12.6%。

4
改善科学活动中女性弱势群体现状对策建议
4.1
鼓励女性科研工作者抓住科研事业“黄金期”
不同于男性，女性的生理轨迹非常特殊，应当全力鼓舞女性科研工作者开发个人的科研事业“黄金期”。

在通常情况下，女性在30岁以下，以及45-55岁之间，家庭负担较轻，在此期间开展个人的科研事业较为轻松。

在缓解和减轻了女性科学家的角色冲突的同时，使女性有一个良好的心理和生理状态来对待科研事业。

科学界应向广大女性同胞展开大门，应把门槛放低一些，使得女性在一个健康积极乐观向上的环境中从事科研事业，使女性不再成为少数的弱势的群体。

4.2培养年轻女性科研工作者的科研兴趣
社会应着重培养年轻女性的科研兴趣，尽可能的减轻她们肩上的负担，因此可避免女性科研断层现象的出现。

在理工科等领域内，应积极避免性别歧视的出现。

介于年轻女性的生理和心理素质较男性相比相差无几，应大量培养年轻女性科研工作者得科研兴趣，壮大女性科研队伍，使女性科研工作者不再是少数人的，被多数男性压制的弱势群体。

4.3
呼吁社会倡导先进性别文化教育
社会有责任倡导先进性别文化教育，应当从青少年对性别的关心和敏感度入手，学校应当大力宣传两性平等、两性相互尊重的知识。

在高校内，应多开展相关的两性心理科学讲座，以及对性知识的宣传。

非性别歧视的教育应当从小培养，在学校校园的墙上不应只悬挂男性科学家形象的生平简介挂画海报，也应大力宣传女性科学家角色获得的科学成就和崇高社会地位。

改善女生自身作为弱势群体，对科学这个职业的自卑感，从而鼓励女生积极学习科学将来更好的参与到科学研究工作中去。

4.4改善科学奖励制度
在科研成果奖励方面，应当建立公平、公正的奖励制度。

不应该使用性别的差别对待，更应该本着激励女性科研工作者的态度，专门设立女性科研奖励基金等，可提高女性在科研活动中的社会地位、促使女性消除自身的自卑感和相对于男性的从属地位的看法。

4.5充分发挥女性参与决策作用
女性在科学研究的过程中，长期不受重视，成为边缘化的弱势群体还有其重大的原因是没有决策权。

这使得女性自身从根本上否定了自身与男性平等的地位与价值。

科委会应当大力扶持女性科研人员参与到科学奖励评定、科学技术创新和科研成果评议等决策的范围中来。

以肯定女性在科研领域中的地位和作用，从而达到消除女性弱势群体的目的。

4.6公平公正的对待女性科研人员的科研成果
由于各方面的原因，女性在科研活动中得到的成果往往容易被男性压制和忽视。

由于科学界出于其男性化硬性规定的标准来评议女性科研成果，其结果通常是将女性的科研成果次于男性之后。

因此，应大力提倡科学研究领域制度改造，从科研成果的参与研究和成果评议开始，把科学界男性主导地位的科学研究逐步改造成为男女平等、公平公正参与评定科研成果和参与科学研究的健康、积极向上的符合现行具有先进性的性别文化标准的科学研究领域。

5小结
“法律和体制如果是不正义的，那么无论它们多么有效，多么有条不紊，也必然具有一种建立在正义基础上的不可侵犯性，这种不可侵犯性甚至是整个社会的福利都不能凌驾其上的。

”[4]由此可见，基于科学界受到社会因素的影响，女性弱势群体是大量存在的。

要为女性维权并非一朝一夕的事情，但是通过对女性弱势群体在科学界中地位的认识以及其形成的成因分析，更清晰的表达了女性弱势群体迫在眉睫的需求。

公平公正的社会不应当只是表面上的公平公正，更应该深入制度的改革和人性的教育中去。

【参考文献】
［1］ole,J.R.and H.Zuckerman.1984.“The productivity puzzle:persistence and Change in patterns of publication of men and women scientists.”in Advances in Motivation and Achievement(Vol.2).Edited.by M.S.Steinkamp and M.L.Maehr[M].Greenwich,CT ：JAI Press.Pp ：217-258．
［2］林聚任.论科学家研究成果的性别分化[J]．科学学研究，2000(01)．
［3］边燕杰.城市居民社会资本的来源及作用:网络观点与调查发现[J].中国社会科学，2004(3):140．
［4］罗尔斯.正义论[M].中国社会科学出版社,2001．
［责任编辑：孙珊］
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（上接第127页）方法应是立即调换低速档，使节气门开度减小，这样就不易产生爆燃。

因此，上坡时要及时减档，行驶中要注意控制发动机转速，不要使发动机经常处于低速、大负荷工况下工作。

3.5防止发动机工作温度过高
由于冷却水的温度过高，致使燃烧室温度也过高，从而加速了混合气的氧化和分解，使发动机爆燃倾向增加。

因此，应注意控制发动机水温在正常范围内，一般控制在80℃～90℃之间。

为保证发动机的正常工作温度，需要认真做好冷却系的保养工作。

首先重视冷却水性能标准，新车在行驶40000km 后要及时更换乙二醇类长效冷冻液，并按期更换冷却水和清洗水箱内水垢，定期调整水泵皮带张力，防止皮带打滑而影响冷却系统散热效果。

4结束语
爆燃成为限制汽油机功率提高和经济性改善的一个重要因素。

如果没有爆燃，汽油机就可以方便地应用高压缩比或涡轮增压的方法来提高功率和改善经济性。

因此，对于驾驶人员来说，注意采取措施防止爆燃的产生，可以有效地防止汽油机爆燃带来的危害。

【参考文献】
［1］谷志杰，王坤平.发动机爆燃与电子爆震限制器的使用[J].汽车电器，2006（11）：44－46.
［2］张运泰，伊学军，王利.汽油机爆燃的原因分析及对策[J].内燃机配件，2004（6）：26－27.
［责任编辑：周娜］
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○高校讲坛○158。