1 ≫
-
Явление - детонация
Явление детонации в двигателях с искровым зажиганием характеризуется ненормально большой скоростью воспламенения последней порции сгорающего заряда, сопровождающейся большими местными давлениями, чрезмерными скоростями подъема давления и большими тепловыми потерями. При этом в автомобильном двигателе мы имеем, в основном, лишь неприятный стук, а в авиационном двигателе возникающие при этом повышенные напряжения в деталях могут привести к его разрушению. Хотя все отрицательные явления при детонации хорошо известны и имеется много способов ее подавления, действительная природа этого явления все еше остается загадкой. [1]
Явление детонации объясняется особенностями реакций сгорания и окисления углеводородов топлива. Во время всасывания и сжатия углеводороды топлива начинают вступать в реакцию окисления с кислородом воздуха, образуя перекиси. Перекиси распадаются с выделением свободных радикалов, которые реагируют с новыми молекулами углеводородов. Реакция приобретает цешюй характер. После того как рабочая смесь воспламенится от искры, реакции окисления еще больше ускоряются, поскольку увеличивается температура и давление. В несгоревшей части смеси возрастает концентрация перекисей и других активных частиц. Если достигается некоторая предельная концентрация этих частиц, то они реагируют со скоростью взрыва, несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется и происходит детонационное сгорание. [2]
Явление детонации в значительной степени зависит от сорта применяемого топлива, от его антидетонационных качеств. Поэтому сорт применяемого топлива определяет выбор предельного значения степени сжатия. [3]
Явление детонации с химической точки зрения объясняется перенасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов - гидроперекисями и продуктами их распада - высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревшая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется. Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем скорее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распространение фронта пламени перейдет в детонационное и последствия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический состав топлива, так как известно, что склонность к окислению у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна. [4]
Явление детонации с химической точки зрения объясняется перенасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов - гидропероксидами ( гидроперекисями) и продуктами их распада - высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревшая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется. [5]
Явление детонации находит объяснение в кинетических и химических особенностях реакций окисления и сгорания углеводородов топлива. Эти реакции очень сложны, протекают по ради-кальноцепному механизму и в сильной степени зависят от температуры. Уже во время всасывания и сжатия происходит как бы предварительная химическая подготовка топливной смеси к сгоранию. Углеводороды топлива вступают в реакции окисления кислородом воздуха. Они разлагаются с образованием свободных радикалов, вовлекают в реакцию все новые и новые молекулы углеводородов. Следовательно, реакции окисления идут с самоускорением. Возникают новые активные центры, развиваются новые цепи реакций. [6]
Явления детонации подробно рассмотрены в гл. [7]
Явление детонации заключается в том, что при зажигании смеси бензин-воздух запальном свечей ударная волна распространяется быстрее, чем собственно взрывная волна. Связанная с этим потеря кинетической энергии тем больше, чем сильнее сжатие. В то же время высокое сжатие необходимо для более полного использования энергии топлива. [8]
Явление детонации объясняется особенностями реакций сгорания и окисления углеводородов топлива. Во время всасывания и сжатия углеводороды топлива начинают вступать в реакцию окисления с кислородом воздуха, образуя пероксиды. Пероксиды распадаются с выделением свободных радикалов, которые реагируют с новыми молекулами углеводородов. Реакция приобретает цепной характер. После того как рабочая смесь воспламенится от искры, реакции окисления еще больше ускоряются, поскольку увеличиваются температура и давление. В несгоревшей части смеси возрастает концентрация перокси-дов н других активных частиц. Если достигается некоторая предельная концентрация этих частиц, то они реагируют со скоростью взрыва, несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется и происходит детонационное сгорание. [9]
Явление детонации - следствие аномального горения ТВС в цилиндре. [10]
Явление детонации объясняется особенностями реакций сгорания и окисления углеводородов топлива. Во время всасывания и сжатия углеводороды топлива начинают вступать в реакцию окисления с кислородом воздуха, образуя гидроперекиси. Гидроперекиси распадаются с выделением свободных радикалов, которые реагируют с новыми молекулами углеводородов. Реакция приобретает цепной характер. После того как рабочая смесь воспламенится от искры, реакции окисления еще больше ускоряются, поскольку растут температура и давление. В несгоревшей части смеси возрастает концентрация окиси углерода, перекисей и других активных частиц. Если достигается некоторая предельная концентрация этих высокоактивных частил, то они реагируют со скоростью взрыва, несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется и происходит детонационное сгорание. [11]
Явление детонации объясняют следующим образом. [12]
Явление детонации в двигателе неразрывно связано с характером процесса сгорания топливной смеси в цилиндре. До настоящего времени явление детонации и механизм реакции сгорания полностью еще недостаточно изучены из-за чрезвычайной сложности самих процессов и трудности их экспериментального исследования. Но явление детонации можно обнаружить по характеру работы двигателя, при которой температура стенок цилиндра начинает резко возрастать, температура выхлопных газов - падать, а из выхлопного патрубка появляются клубы черного дыма. [13]
Явление детонации неразрывно связано с характером протекания процесса сгорания горючей смеси в цилиндре двигателя. При работе двигателя без детонации сгорание топлива протекает довольно плавно при сравнительно постоянной скорости распространения фронта пламени, равной примерно 20 - 30 м / сек. Совершенно иное наблюдается в случае детонации. Путем фотографирования процесса сгорания топлива в двигателе с детонацией было установлено, что в начале процесса после зажигания смеси от свечи распространяется фронт пламени с обычной скоростью, но в той части сжатой смеси, которая сгорает в последнюю очередь, скорость распространения пламени резко возрастает и достигает 1500 - 2500 м / сек. При этом сильно возрастают температура и давление, что приводит к возникновению детонационной волны. Удар такой детонационной волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный металлический стук. В целом такой ненормальный характер сгорания топлива приводит к упомянутым выше вредным последствиям. [14]
Явление детонации тесно связывается с повышением температурного режима сжимаемой при втором такте работы двигателя топливно-воздушной смеси, вследствие увеличения степени сжатия, усугубляемой введением дополнительного количества воздуха в цилиндры двигателя при наддуве. [15]
Материалы: http://www.ngpedia.ru/id626432p1.html
2 ≫
-
Полезное для автолюбителей – все об автомобилях
Автолюбитель не всегда может определить неисправность своего «железного коня» по характерному шуму и вибрации, но детонацию двигателя слышно сразу. Данное явление происходит чаще всего на отечественных автомобилях («классике») и характеризуется работой двигателя в течение какого-то периода после отключения зажигания. Но данные проблемы проявляются и на новых авто. Они могут проявиться, если резко нажать на педаль газа во время движения при подъеме.
Детонация двигателя представляет собой процесс, когда топливная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется самопроизвольно. Данное явление носит характер взрывной волны.
Причины детонации двигателя:
- неправильно выставленный угол опережения зажигания. Если данный параметр слишком завышен, то максимальная пиковая точка при сгорании топлива смещается к верхней мертвой точке. Как следствие – возрастает давление в камере, и появляется эффект детонации;
- слишком богатая смесь также может стать одной из причин данного явления. После попадания в камеру сгорания под действием повышенного давления и максимальных температур, в отдаленных уголках происходят окислительные реакции. В дальнейшем, именно они становятся источниками самовоспламенения;
- при снижении октанового числа применяемого топлива однозначно возрастает вероятность появления детонации. Дело в том, что топливо с низким октановым числом имеет повышенную химическую активность. Именно поэтому владельцы, которые применяют АИ-76, практически всегда «слышат» стук пальцев в двигателе;
- повышение степени сжатия приводит к увеличению давления в цилиндрах и проявлению детонационного сгорания топлива. Если в двигателе высокая степень сжатия, необходимо обязательно применять высокооктановое топливо.
Не стоит забывать, что причиной детонации двигателя может быть и ряд конструктивных недоработок. К таковым относится:
- неправильная конструкция камеры сгорания приводит к медлительному догоранию топливной смеси;
- недостаточное охлаждение недогоревшей топливно-воздушной смеси и ее нахождение на удаленном расстоянии от свечей зажигания;
- большой диаметр цилиндров приводит к ухудшению отвода тепла и увеличению числа удаленных от свечей зон, где и происходят очаги детонации;
- выпуклая форма поршня ухудшает отвод тепла от центра поршня к корпусу цилиндра.
Последствия детонации двигателя
Есть мнение, что рост фронта пламени и скорости его распространения может способствовать прибавке мощности мотора. Это не так. Практика показывает, что «взрывная» волна живет очень недолго (обычно не более 0,0001 секунды). Вполне логично предположить, что в такое время повышение давления на поршень не даст никаких значимых результатов. Взрывная волна попросту не успевает сделать свое дело по повышению мощности.
Сильный удар о стенки цилиндров разрушает масляную пленку и открывает «дорогу» к ускоренному износу деталей поршневой группы. Более того, создаваемого давления (а то не много ни мало – 60-70 кгс/см2) вполне достаточно, чтобы нанести серьезное механическое повреждение элементам агрегата.
Еще один недостаток – вероятный перегрев двигателя из-за слишком высокой температуры ударной волны и, как следствие, мгновенный нагрев стенок цилиндров. Высокая температура, в свою очередь, способна разрушить кромки поршней, прокладку головки блока цилиндров и свечи зажигания. Как следствие, могут проявиться более серьезные неисправности, а дальше и капремонт двигателя не за горами.
Факторы, препятствующие детонации
Немногим ранее мы говорили о причинах, которые приводят к появлению детонации. В противовес этому, мы просто обязаны упомянуть факторы, которые активно препятствуют данному процессу. Каждый из них вносит свою лепту в ускорение сгорания недогоревшей части топливно-воздушной смеси или же эффективно замедляет окислительные реакции. В общем, факторы таковы:
- во-первых, существенный рост числа оборотов мотора. В этом случае снижается вероятность самовоспламенения жидкости и уменьшается продолжительность окислительных реакций. Именно поэтому для предотвращения детонации часто хватает нажатия на педаль газа;
- во-вторых, уменьшение пути, который приходится проходить фронту пламени. Но здесь без каких-то серьезных конструктивных решений не обойтись. Возможна установка второй свечи на цилиндр или уменьшение диаметра последнего;
- в-третьих, придание вращения потокам горючей смеси в камере сгорания.
Детонация двигателя – крайне неприятное явление. Но сегодня лучшие технические «умы» отлично с ней справляются. Автолюбителям же остается внимательно следить за исправностью своего автомобиля, своевременно устранять неисправности, а также заливать качественное топливо.
Материалы: http://autoinfa.com/post.php%3Fid%3D94
3 ≫
-
Детонация двигателя представляет собой нарушение плавного процесса сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах силового агрегата, в результате чего такое сгорание приобретает взрывной ударный характер. Другими словами, топливо резко взрывается в рабочей камере, что приводит к моментальному выбросу энергии и образованию ударной волны.
В нормальных условиях фронт пламени в цилиндре распространяется со средней скоростью около 30 метров в секунду. Во время детонации данный показатель увеличивается до 2000 метров. Воспламенение смеси в норме должно происходить в тот момент, когда поршень практически находится в ВМТ. Что касается УОЗ (угол опережения зажигания), зачастую этот показатель составляет 2 или 3 градуса. Топливный заряд также догорает после того, как поршень пройдет ВМТ и начинается его рабочий ход.
Если в двигателе происходит детонация, тогда топливно-воздушная смесь воспламеняется в момент, когда поршень еще находится на такте сжатия. Энергия от сгорания заряда в этом случае оказывает сильное давление на поднимающийся поршень, а не толкает его вниз. Последствиями такого взрыва топливной смеси является значительное увеличение ударных разрушительных нагрузок на ЦПГ и КШМ, рост температуры, снижение мощности двигателя и возрастание расхода топлива.
Среди различных причин возникновения детонации специалисты отмечают неправильно выставленный угол опережения зажигания на бензиновых двигателях (угол опережения впрыска топлива на дизельных ДВС), сбои в процессе смесеобразования, снижение эффективности работы системы охлаждения, а также целый ряд других возможных причин.
Детонацию двигателя принято условно разделять на допустимую и критическую. Под допустимой детонацией следует понимать кратковременное (иногда малозаметное) явление. Критическая детонация может проявляться постоянно, только при увеличении нагрузок на мотор, на холостом ходу, а также во время работы ДВС в различных режимах.
В списке основных причин появления детонации отмечены:
- нарушения условий эксплуатации мотора;
- использование бензина с отличным от рекомендуемого октановым числом;
- особенности конструкции силового агрегата;
Эксплуатация двигателя
Детонацию можно услышать на полностью исправном моторе во время эксплуатации агрегата под нагрузкой. Смесь в цилиндрах обычно детонирует на затяжном подъеме при движении с такой скоростью, которая не соответствует выбранной передаче.
Другими словами, детонация двигателя отчетливо заметна в том случае, когда водитель пытается заехать на подъем с низкой скоростью без переключения на пониженную передачу и давит на газ. Обороты коленвала в этот момент низкие, двигатель «не тянет», то есть не набирает мощность и не разгоняет автомобиль. К общему звуку работы мотора в этом случае добавляется звонкий металлический детонационный стук, похожий на стук поршневых пальцев. Такой звук становится результатом ударов взрывной волны, которая с высокой частотой бьет по стенкам камеры сгорания.
Также необходимо отметить, что склонность к детонации топливно-воздушной смеси напрямую зависит от исправной работы систем зажигания и охлаждения. Смесь может детонировать в цилиндрах при наличии следующих факторов:
- раннее зажигание;
- перегрев двигателя;
- обильный нагар в камере сгорания;
- сильная закоксовка двигателя, в результате чего увеличилась степень сжатия;
Скопление нагара в камере сгорания приводит к уменьшению объема самой камеры и повышению степени сжатия. Вторым по значимости фактором, влияющим на детонацию, является значительное повышение температуры в камере сгорания при наличии отложений. В отдельных случаях нагар может буквально тлеть, заставляя смесь в цилиндрах воспламеняться неконтролируемо. Получается, детонация при определенных условиях провоцирует появление калильного зажигания, которое также является аномальным самопроизвольным воспламенением смеси.
Дополнительно необходимо учесть тот факт, что детонация двигателя может возникнуть в результате установки свечей зажигания с неподходящим для данного типа двигателя калильным числом. Отдельно на детонацию может повлиять внесение различных изменений в топливную аппаратуру, а также «чиповка» ЭБУ и другие манипуляции, влияющие на смесеобразование в целях экономии топлива. Условно называемая тюнерами «экономичная прошивка» означает, что в блок управления двигателем вносится ряд корректив, затрагивающих топливные карты. Результатом становится обедненная смесь на разных режимах работы ДВС, снижаются динамические характеристики автомобиля.
Во время работы ЭБУ двигателя на заводских настройках смесь рассчитана на «мягкое» воспламенение, благодаря чему температура внутри камеры сгорания остается в заданных рамках. При серьезных нагрузках в двигателе после прошивки зачастую возникает детонация на слишком «бедной» смеси. Обедненная смесь приводит к перегреву деталей. Указанный перегрев при последующем впрыске топлива может вызвать самопроизвольное воспламенение топливного заряда.
Октановое число бензина
Одной из наиболее распространенных причин детонации двигателя является использование бензина с низким октановым числом, которое не рекомендовано для данного типа ДВС. Добавим, что указанный параметр не так важен для дизельного двигателя, так как основной характеристикой дизтоплива выступает цетановое число.
Дело в том, что солярка изначально более устойчива к детонации. В дизеле воспламенение происходит в результате сжатия и нагрева от такого сжатия топливной смеси. По этой причине дизельные двигатели конструктивно имеют более высокую степень сжатия.
Получается, заправка 92-м бензином автомобиля, двигатель которого имеет высокую степень сжатия и допускается использование горючего с октановым числом только 95 и выше, приведет к появлению детонации во время работы мотора под нагрузкой.
Необходимо отдельно учитывать, что детонация может проявляться даже в случае заправки топливом с необходимым октановым числом. В этой ситуации дело может быть в низком качестве горючего, так как на АЗС часто используют различные способы для искусственного повышения октанового числа. Среди таковых особо отмечают добавку в бензин жидкого газа (пропан, метан). Указанные газы являются летучими, то есть испаряются через небольшой промежуток времени. В итоге топливный бак быстро оказывается заполненным бензином с низким октановым числом, хотя изначально заправляемое топливо соответствовало рекомендуемому для данного типа ДВС.
Особенности конструкции ДВС
Детонация может возникать в двигателе благодаря целому ряду конструктивных особенностей силового агрегата. В списке основных решений отдельно выделяются:
- степень сжатия конкретного ДВС;
- форма самой камеры сгорания и днища поршня;
- особенности размещения свечей зажигания;
- турбонаддув;
Высокофорсированные бензиновые атмо и турбодвигатели имеют более высокую степень сжатия сравнительно со штатными атмосферными аналогами, вследствие чего демонстрируют повышенную предрасположенность к детонации. Такие ДВС предполагают эксплуатацию исключительно на качественном бензине с высоким октановым числом.
Для борьбы с детонацией инженеры в разное время использовали определенные конструктивные решения. Такие решения направлены на максимально эффективное и быстрое сгорание заряда топлива во фронте пламени, полноту сгорания от искры, замедление окислительных процессов, в результате которых происходит неконтролируемое воспламенение.
Необходимо добавить, что в целях противодействия детонации могут быть увеличены обороты двигателя, в результате чего сокращается время на протекание окислительных реакций и снижается вероятность самовоспламенения топливно-воздушной смеси.
Отдельно стоит отметить форкамерно-факельное зажигание, которое в свое время было призвано эффективно бороться с детонацией. Моторы с форкамерой конструктивно предусматривают наличие двух камер: предкамеру и основную камеру. Принцип работы состоит в том, что в малой камере создается обогащенная смесь, а в основной находится обедненная. После воспламенения смеси в предкамере фронт пламени воспламеняет смесь в основной камере, исключая возможность детонации.
На современных моторах детонации активно противостоит электроника. Появление микропроцессорных блоков управления двигателем (ЭБУ) позволило в автоматическом режиме изменять угол опережения зажигания (УОЗ) на основании показаний от датчиков, а также динамично вносить коррективы в состав горючей смеси.
Достаточно распространенным явлением во время эксплуатации бензиновых и дизельных ДВС является то, что детонация двигателя проявляется уже после выключения зажигания. Двигатель в этом случае дергается, так как коленвал успевает сделать еще несколько оборотов.
Такая детонация двигателя после выключения зажигания может быть вызвана двумя явлениями:
В первом случае, который характерен для бензиновых агрегатов, имеет место кратковременная или продолжительная работа мотора в результате повышения степени сжатия или использования несоответствующего по детонационной стойкости топлива, что приводит к самостоятельному воспламенению топливно-воздушной смеси. Во втором случае горючее в цилиндрах может самопроизвольно воспламеняться после выключения зажигания от контакта с раскаленными поверхностями или тлеющим слоем нагара в камере сгорания.
Как уже было сказано выше, от разрушительных нагрузок в результате постоянной детонации быстро выходит из строя кривошипно-шатунный механизм, ГБЦ, другие в большей или меньшей степени нагруженные элементы и узлы двигателя. Ударная волна от взрыва детонирующего топливного заряда с высокой скоростью ударяет по стенкам цилиндров, разрушает масляную защитную пленку на трущихся парах.
Также детонация вызывает нарушение процесса теплоотдачи от раскаленных газов, которые перегревают цилиндры. Возникающий локальный или общий перегрев двигателя уничтожает кромку поршня, которая попросту выкрашивается или плавится под воздействием запредельно высоких температур. Рост температуры вызывает прогар прокладки головки блока, разрушение стенок цилиндров, прогар клапанов ГРМ, быстро приходят в негодность свечи зажигания и т.д. Закономерным итогом становится то, что ударные и термические нагрузки, возникающие при детонации, значительно повышают общий износ двигателя и сокращают его моторесурс.
По этой причине владельцы транспортных средств, в которых . Если детонация после разгона продолжается, тогда высока вероятность раннего зажигания.
Почему возникает детонация: основные причины данной неисправности и последствия для ДВС.
Еще одной из распространенных причин детонации топлива является нагар, который накапливается в камерах сгорания двигателя.
Назначение и устройство датчика детонации. Главные причины возникновения детонации, виды и принцип работы датчика.
Для устранения причин, вызывающих подобную неисправность, необходимо . Хотя калильное зажигание не является детонацией топлива, появление КЗ часто.
Причиной стука на холодную также могут быть гидрокомпенсаторы, которые потеряли . Детонация проявляется при сильной нагрузке на ДВС в тот момент.
Материалы: http://krutimotor.ru/detonaciya-topliva-v-dvigatele/
