发动机异常燃烧及预防措施

       摩托车发动机的连续工作依靠可燃混合气的正常燃烧，即由火花塞高压跳火，点燃混合气形成火焰中心，并以一定的速度连续地向燃烧室四周传播，在极短的时间内把所有的混合气烧完。可燃混合气在气缸内正常燃烧时，缸内压力均匀，发动机声音清晰柔和。若燃烧不是由火花塞点燃（受到某些因素的影响），或其火焰传播速度超过正常的传播速度（正常燃烧的火焰传播速度为20～50m/s），都属于异常燃烧。常见的异常燃烧现象有爆燃、早期点火、后燃和回火等。本文着重对爆燃和早期点火的起因及其预防措施进行探讨。
　　1、爆燃
　　先来描述爆燃发生的过程：当活塞上行到上止点附近时，火花塞适时跳火，点燃周围的混合气。火焰在传播过程中产生高温高压，把未燃烧的混合气推到气缸的边远角落。由于气缸压力很高（比正常压力高出许多），被挤到角落处的未燃混合气被高度压缩、加热，在火焰传播到来之前就达到了自燃温度，自发点火燃烧。爆燃具有以下几方面的特征：
　　（1）、可燃混合气燃烧不同步。由于火焰前沿以正常的速度推进，使处于最后燃烧位置上的未燃混合气受到进一步热挤压和热辐射作用，促进先期氧化反应加快，并放出部分能量预热未燃气体，使其温度不断升高。当达到燃油的着火点时，正常的火焰到达之前，在未燃混合气最适宜的发火部位便形成了新的火焰中心，混合气自燃并由此开始改变火焰的传播速度。
　　（2）、未燃混合气的局部温度、压力急剧上升，造成未燃混合气迅速燃烧完毕，其火焰传播速度是正常传播速度的十几倍（通常在400～600m/s左右）。爆燃现象严重时，火焰传播速度甚至高达1500m/s。
　　（3）、由于未燃混合气急速自燃，造成缸内压力急剧升高，产生强大的压力冲击波，导致缸壁和燃烧室内表面强烈振动，发出异常噪声，其振频可达2500～4500Hz，爆燃声尖锐而清晰，可从发动机的工作声响中明显地分辨出来。
　　发动机一旦发生爆燃其危害极大，它造成发动机气缸壁、活塞、活塞环、气门、连杆及连杆轴承等运动件发生变形损坏，具体产生的原因通常有以下几点：１）积碳聚集过多。发动机燃烧室内积碳过多，其容积相对变小，致使压缩比相应变大，积碳的蓄热和不导热性使可燃混合气由于炽热提前燃烧，同时会降低混合气在压缩终了时产生的涡流强度，延长了燃烧时间，增大了自燃倾向，故而极易诱发爆燃的产生；２）发动机过热。当发动机长期处于大功率、超负荷工况或低档高速连续行驶，尤其是炎热的夏季外界气温高，机件散热不良，容易造成发动机过热。当过热故障较严重且得不到及时改善时，可燃混合气在进入燃烧室的同时会被预热，造成局部混合气温度过高，提前达到着火点，等不到燃油的正常点燃就自行燃烧，从而引发爆燃；３）燃油使用不当。汽油的牌号越低，其抗爆性能越差。存放过久或密封不良的汽油辛烷值会自然降低，其抗爆性能变坏。若被误用，容易使混合气燃烧不完全，先燃的混合气部分膨胀，压缩其余未燃的混合气，使其达到自燃温度，瞬间突然全部起火而导致高压爆炸性燃烧；４）发动机曲柄室漏气。二冲程发动机曲轴油封唇口处的自紧弹簧脱落或失效；油封橡胶老化变得僵硬，使弹簧自紧力不能起密封作用；发动机在修理过程中，油封被刮破或碰伤；化油器转接座（进气管或中间垫片）没有拧紧等等，以上这些部件造成的漏气都会使混合气变稀，从而破坏正常燃烧，容易引发早燃、爆燃。
　　2、早期点火
　　和爆燃相似，早期点火（简称早火，下同）也是一种异常燃烧现象。早火的原因主要是由于燃烧室内部有温度过高的热点，这些热点在发动机工作时产生新的火源，在压缩行程终了前，火花塞没有跳火之前，炽热热点就点燃混合气的现象。一般情况下，单缸发动机早火容易引起熄火停车；而多缸发动机早火，虽然不至于停车，但会引起活塞、火花塞、气门等机件过热。故障严重时，甚至引起活塞连杆件损坏。
　　试验研究发现，燃烧室积碳、火花塞热值偏低是引发早火的主要原因。要使火花塞正常工作，使沉积物能自行烧掉，需要一个温度范围，这个温度称为火花塞的“自洁温度”（使用无铅汽油时的自洁温度约为500～580℃）。若火花塞工作温度过高，会使被压缩的可燃混合气在电火花尚未跳出时即被火花塞上的高温热点点燃（其温度约为900℃）。正常情况下，人们把各种结构火花塞而早火的性能称为火花塞的“热值”，即表示火花塞散走其在发动机燃烧室中吸收热量的程度。发动机在工作过程中，火花塞的温度随时都在变化，影响火花塞温度最主要因素是每秒钟燃烧室内燃烧的混合气量，即发动机负荷，反映到摩托车上即为车速和负载。
　　车速、负载增加时，单位时间内燃烧的混合气量相应增大，火花塞吸收的热量也增加。在相同车速、负载条件下，高热值的火花塞散热快，温度低；而低值的火花塞散热慢，温度高。有的摩托车用户唯恐烧混合油（指二冲程机型）沾污火花塞，故选用热值偏低的火花塞，以期达到火花塞净化好的效果。但发动机连续工作后，尤其是夏季跑长途的车辆，当火花塞端部温度达到高温时，其电极和绝缘体会构成热源使混合气提前着火，此时，即使火花塞不跳火，混合气也会被高温点燃而产生爆燃。此外，排气门与排气门座严重漏气，会使已排出的高温废气通过漏气的排气门返回燃烧室，造成排气门温度过高，当发动机转入进气冲程时，其炽热热点自动点燃混合气，引起早火。
　　3、预防措施
　　为防止摩托车发动机发生爆燃和早火现象，建议采取以下几点预防措施：
　　（1）、在维护保养车辆、拆卸发动机时，不能随意改变缸垫厚度及规格，最好用原机垫片。更换缸垫时，可用游标卡尺测量旧缸垫厚度，选用同厚度缸垫。对曲轴箱与气缸体之间的垫片，也应以此为原则，不可随意更改，以免留下故障隐患。
　　（2）、依照各型号发动机的压缩比合理选择燃油，注意避免氧化变质的汽油加入燃油箱。应以新高标准清洁汽油为准。选用的原则是，根据摩托车使用说明书上所标定的压缩比（注：采用二冲程发动机的摩托车，应以有效压缩比为准）进行合理选用；压缩比在8.5以下的发动机选用90号；压缩比在8.5～9.5之间的发动机选用93号；压缩比在9.5～10.5之间的发动机选用95号；压缩比在10.5以上的发动机选用97号。有些用户嫌高辛烷值的汽油价格贵，而加注低辛烷值的汽油，这种现象应该杜绝。
　　（3）、在车辆使用保养过程中，应按照各车型说明书的要求选用热值相符的火花塞，注意观察火花塞裙部颜色和火花塞紧固度，一般情况下，当火花塞绝缘体外表面呈棕黄色，没有积碳和油污，且火花塞电极呈褐色，说明火花塞热值合适。若绝缘体表面有严重积碳或绝缘体表面呈灰白色，甚至有熔珠状时，说明火花塞热值偏低，需要换高一档热值火花塞，并予旋紧到位。若火花塞存在松动现象，极易烧损火花塞并会引发自燃，应特别留意。
　　（4）、若发动机有过热现象，应分别从油路、电路、气路等方面查找出故障根源，并视情检修发动机，找出故障源，更换相关零部件。在排查故障时，要重点检查离合器是否打滑，润滑油是否加注过多或过少、有无氧化变质迹象，同时注意观察曲轴箱通气管在热机状态下有无窜气现象；定期清理燃烧室积碳和清洗散热片，保证发动机有良好散热性能。清理积碳时，注意不要碰伤燃烧室内表面，要知道燃烧室内哪怕有细小的毛刺翻边，都会形成炽热点，从而引发爆燃。在骑乘摩托车时，应尽量避免车辆长时间处于超负荷或低档高速工况（尤其是炎热的夏季），并注意及时改善发动机的散热条件，必要时停车休息片刻，以降低发动机温度，从根本上杜绝过热现象。
　　（5）、在保养发动机，检测到气门存在漏气现象时（尤其是排气门），需及时拆下分解气缸盖，卸下气门作详细的检查。若气门锥面上有黑色积碳和灰白色的氧化铅时，可将其放在煤油溶液里浸泡2～3h，待气门锥面上的堆积物泡软后，再用木制刮器或细型铜丝刷清除干净。对于气门锥面上的轻微麻点、斑痕、凹坑等缺陷，可先后用120#粗研磨砂和280#细研磨砂（不宜过多，以免砂液流入导管孔内）研磨，直至气门锥面上出现一条均匀的灰色无光环圈为止，最后洗去研磨砂，滴上少许润滑油继续研磨约2 min即可。装好气门等零件后，最好用煤油从缸盖进、排气口处倒入试漏。
　　（6）、保养二冲程摩托车曲轴箱时，一定要将曲轴油封安装到位，保持曲轴箱曲柄室的良好密封。选配油封需经过挑选，特别是油封的自紧弹簧凹槽尺寸一定要大于自紧弹簧的尺寸，以免安装时，其弹簧滑脱。安装自紧弹簧时应逆弹簧的旋转方向转1～2圈，稍用力插紧后再顺方向转回原位，使插紧后的弹簧又往前窜1～2圈，以增加连接力。合箱时，曲轴左、右轴外轴颈上需涂薄薄一层机油，避免其自紧弹簧在使用中脱落。
　　4、结论
　　当爆燃现象发生，特别是在关了点火开关还不能熄火的情况下，切莫乱拽高压线，应即刻关闭油箱开关和点火开关，把节气门开到最大，不减档踩制动，使车辆强制熄火，再送维修站进行必要检修，直至排除故障为止。早火一般都是在发动机长时间高速高负荷运转后，由火花塞绝缘体、电极或排气门等高温部件引起的，也有的是由于选用的火花塞热值偏低造成的。发生此类现象时，只要及时停机，待机件充分冷却后，检查火花塞的热值是否与该机型匹配，并视情予以更换，同时避免车辆长时间高速高负荷运转，故障就会自动消除。
　　爆燃和早火产生的原因很复杂，但只要我们正确驾驶并维护保养好摩托车，即能有效地预防此类现象的发生。