发布于 07-05 00:32:03
首先要聊一下'爆震'这个概念。
爆震是不预期燃烧的结果，不预期燃烧一般我们成为“爆燃”。“爆燃”不是发动机运行正常的燃烧，它的结果表现为“爆震”，当然也有的爆燃不产生可探测的爆震，只影响功率扭矩或者油耗。
然后我们来看看，怎么产生了爆燃。即，怎么产生了不正常的燃烧。这个命题有点大，为了缩减不必要的附加知识点，这里只讨论“辛烷值”低的汽油，怎么产生了“爆燃”
要了解爆燃，先来了解燃烧，则必须先了解四冲程汽油机的工作过程（如图）。
四冲程发动机的活塞往复2周期，曲轴转2圈，完成一个循环。这个循环直观的描述为：吸气——压缩——燃烧——排气，四个过程，所以叫四冲程发动机。
理想的状态下，解释下四冲程的工作原理：
在吸气的阶段，汽油机是吸入空气和燃油的混合气体。吸入以后，活塞向上运动，把混合器压缩到很小的空间，这是压缩行程，可以理解为，为了获得力，把弹簧压缩到极限的过程，当然燃烧时释放的力不是弹簧这样的弹性形变可以类比。总之，在压缩行程，混合气体被压缩，等待点燃发力推动活塞。随之而来的第三冲程，火花塞打火，压缩了的混合气燃烧做功，推动活塞往下运动，化学能转换为机械能，产生了动力。
以上是一切按照设计的剧本，完全理想化的四冲程发动机工作流程。这个流程下，发动机主轴每2圈产生一次推动力。
那“爆燃”在哪个阶段？
我们已经知道，第一冲程时，吸入汽油和空气的混合气体，第二冲程时，气缸密封，开始压缩这些混合气体。气体被压缩时，产生了体积变化，气体分子之间的间隙被缩小，电子势能降低放出热量，这个时候，气缸急剧升温。（如果不理解，可以类比一下，当你用手动气筒给轮胎打气时，你的打气筒很快变热，气体被压缩而升温的原理是一样的）
所以在第二冲程的压缩过程中，气缸随着压缩，混合气温度变高，如果汽油在这个时候扛不住高温（达到了自燃点），自燃了（这就称为爆燃了），那么现在还处于压缩行程，活塞在向上运动，而燃烧的汽油实际上在往下推动活塞，燃烧产生的动力与活塞的运动相反，这相当于在活塞上用大锤子敲击，所以就产生了爆震。这就是爆燃产生爆震的过程。即，我们本来希望在第三冲程才让汽油烧起来，结果它急吼吼地在第二冲程就燃烧了，有点暴躁，就叫爆燃了（嘿嘿嘿，爆燃的本意是突然的爆发燃烧，咱先理解意思）
打个不恰当的比方，比如金莲约了阿庆，当大朗出去卖炊饼的时候才来，结果阿庆太着急了，大朗没出门的时候就来了，那就发展成爆炸性的场面了。
再来，“辛烷值”不够的情况下，为什么容易“爆燃”？
辛烷值其实是汽油的象征性指标，并不是汽油中实际含有的辛烷的分子数。他的逻辑是，异辛烷极其不容易自燃，所以假定完全由异辛烷组成的油是100的抗爆，而正庚烷及其容易自燃，假定完全由正庚烷组成的油，是0的抗爆。实际上汽油是由很多不同的碳氢化合物组成的，在抗爆这个指标上，由试验确定它多倾向于100的异辛烷，然后确定它的牌号。
以上是汽油标号的基础知识。在这个基础上，我们只需要知道，低标号的汽油更容易自燃。所以当低标号汽油应用在高压缩比的气缸时，它抗不到压缩行程的末端，火花塞发货时，就先行燃烧了，这就是低标号汽油产生爆燃的基础知识。
继续，讨论下题主的疑问，为什么“爆燃”会燃烧不完全而且使得气缸过热。
先说为什么爆燃会使燃烧不完全。
气缸内的燃烧是一个超级复杂的学科，这里不讨论“分层燃烧”和“均质燃烧”的具体形式，免得岔道别的知识点，只浅显的说，为了使发动机又经济省油又有力量，在设计的时候，需要设计出包括，混合气在点火开始时，是均匀分布还是有的地方浓有的地方稀，是在活塞顶面还是在火花塞附近先着火，需要尽量静止还是产生较强的涡旋。我们已经知道爆燃时，燃烧点没有在预期的步骤和环节，这个不受控的燃烧发生时，着火点的油气混合程度都是不受控的，因为不受控，所以，着火点可能油气比例过浓也可能过稀，这时的燃烧肯定不会完全，要么过燃产生较多的氮氧化合物，要么缺氧产生较多碳氢化合物或者一氧化碳。
再来说说为什么爆燃会使气缸过热。
爆燃会不会使得气缸过热其实是不一定的。因为燃烧不可控，燃烧产生的能量，（主要是热量），也是不可控的，所以，如果爆燃使气缸过热，则可能是燃烧周期变长或者爆发力变弱导致的转换机械能变少而热能变多。
爆燃与气缸过热没有必然的因果关系。
最后来讨论下，所谓的爆燃时，火焰的速度是否一定变快。
有上面的知识，我们知道，因为爆燃的油气混合程度不可控，着火点不可控，所以，火焰的速度也是不一定的，有可能变快也可能变慢，这个不需要盯着某百科当教材。
实际上缸内的燃烧是如水波一样的扩展过程，由点到面到体，而爆燃时，要么多了几个着火点，要么着火点位置不可控，总体上燃烧的扩展速度，是有变快的可能性。
补充一下，本文只是讨论了因辛烷值不足导致的爆燃，继而爆震的部分理论。真正的发动机爆震是一个很大的科目，也不只有在压缩行程才会爆燃爆震。另外，实际的发动机，也不是理论的四冲程那样工作的，有兴趣的可以自行搜索一下“奥托循环”“米勒循环”“阿特金斯循环”。
