Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что происходит при детонации двигателя

Обычно, нормальное сгорание бензина в цилиндре – это взаимодействие (на химическом уровне), протекающее в смеси бензиновых паров с воздухом. Чтобы процесс сгорания начался, этой смеси необходимо дать определенное количество стимулирующей энергии. В дизельных моторах для этого создается довольно высокое давление на горючее и температура. Два этих условия способствуют быстрому воспламенению топлива. Все бензиновые двигатели поджигают смесь искрой, которая возникает при помощи свечи. Далее сформировавшееся пламя распространяется по стенке всей камеры сгорания.

В процессе, пока пламя идет к отдаленным зонам камеры сгорания от свечи, может пройти ее самовоспламенение. В следствии, из-за этого может возникнуть небольшая ударная волна. Она встречает по пути подготовленное к сгоранию горючее. Это и есть детонация. Данное явление проявляется в двигателе при больших оборотах и средних. Слабая и не продолжительная нагрузка не оказывает особого вредного воздействия. Более того, чем ближе процесс сгорания в двигателе к детонации, тем больше его продуктивность. Но сильная детонация действует губительно на детали. Дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее, от чего оно невероятно сильно нагревается, и самовоспламеняется. В бензиновых автомобильных моторах сжатие горючего значительно меньше. И, соответственно, температура намного ниже. Следовательно, способность детонировать у дизеля выше, чем у бензиновых агрегатов.

Детонация – что это такое

Детонация – это просто неправильное сгорание смеси. Но если вовремя не предпринять мер, то детонация двигателя ВАЗ может иметь сильные негативные последствия. Особенность этого эффекта кроется в самовоспламенении горючей смеси за счет воздействия высоких температур и давления в цилиндрах.

При нормальной работе двигателя сгорание горючей смеси проходит в три этапа.

  1. Индукционный, проходит на подходе поршня к верхней мертвой точке. При этом этапе происходит начало возникновения очага пламени от искры, который в дальнейшем формирует фронт пламени, причем все это сопровождается неинтенсивным нарастанием давления в камере сгорания.
  2. Формирование и прохождения фронта пламени по камере сгорания, в результате чего основная масса смеси сгорает, и сопровождается это все резким возрастанием давления и температуры.
  3. Догорание остатков смеси, которые остались за фронтом, а также находящихся возле стенок цилиндра. Вот между переходом от второго этапа к третьему и возможно возникновение детонации. Высокая температура и давление, которое возникает при втором этапе, приводит к появлению быстротекущих химических реакций в несгоревшей смеси, в результате чего она самовоспламеняется. Такое горение происходит очень быстро (до 1200 м/с) и в виде взрыва, сопровождающееся образованием ударных волн, имеющих разрушительный характер.

Эти волны приводят к разрушению пристеночных слоев газов, что обеспечивает повышение теплообмена, из-за чего стенки цилиндров и другие составляющие ЦПГ перегреваются. Также взрывная волна разрушает масляную пленку стенок, в результате чего повышается трение между цилиндрами и кольцами. Детонация имеет и механическое воздействие на элементы поршневой группы – резкое возрастание давление приводит к появлению ударных нагрузок на днище поршня, клапана, стенки цилиндров, приводя к их повреждениям.

На рисунке показано, как происходит нормальное и детонационное сгорание топлива.

Слева – нормальное сгорание; справа – детонационное сгорание

Причины возникновения

Чаще всего детонация выражается при выключении зажигания (глушении) и на холостых оборотах. Разберёмся, какие причины могут привести к тому, что двигатель детонирует.

  1. Использование бензина с октановым числом ниже, чем предписывает производитель. Низкооктановое топливо подходит для старых автомобилей, степень сжатия в двигателях которых намного меньше. Современные силовые агрегаты требуют качественного топлива.
  2. Раннее зажигание. В некоторых автомобиля есть возможность выставления углов зажигания. Установка раннего срабатывания свечей приводит к лучшему управлению дроссельной заслонки, но, с другой стороны, становится причиной детонации. Выставляя преждевременное воспламенение смеси, моторист провоцирует возникновение ударной волны. Она действует на поршень, который двигается к верхней мёртвой точке, замедляя его. Двигатель сильно перегревается и быстро выходит из строя.
  3. Бедная горючая смесь. Отдельные любители экспериментов специально повышают содержание воздуха и уменьшают количество бензина. Этим они добиваются увеличение мощности двигателя. Обеднённая смесь также получается в результате неправильной регулировки силового агрегата. Бедная горючая смесь – третья распространённая причина неконтролируемого возгорания.
  4. Нагар в камере сгорания. Отложения на стенках приводят к уменьшению объёма камеры и повышению температуры блока цилиндров. Такие условия увеличивают вероятность детонации. Нагар появляется после использования топлива низкого качества.
  5. Свечи зажигания. Причина детонации двигателя – это ошибочно подобранные свечи.
Читать еще:  Шатун двигателя как стучит

Причины детонации

Причины, которые являются провокаторами появления этой поломки можно образно разделить на такие группы:

  1. Количество октана в топливе;
  2. Конструкционные факторы ДВС;
  3. Эксплуатация машины.

Бензиновые моторы больше подвержены детонации, нежели дизельные. Главным показателем бензина является число октана в нем, и чем оно ниже, тем выше шансы детонации. Если авто заправить не привычным для него 95, а 92 бензином, то есть большой шанс что при высоких нагрузках топливо может детонировать. Но также проблема может скрываться и в некачественном топливе. Для того чтобы повысить октановое число, недобросовестные люди добавляют в низкокачественный бензин газ (бутан или пропан).

Этот газ испаряется и остается плохой бензин, на котором работает и от которого «умирает» двигатель. Детонация после выключения зажигания происходит именно по той причине, что в камере сгорания, на ее стенках, образуется нагар от низкооктанового топлива. В результате, когда произошло выключение зажигания, двигатель продолжает работать по той причине, что смесь воспламеняется от раскаленных деталей на свечах или от нагара.

К причинам конструктивным, провоцирующих появление детонации, можно отнести форму камеры сгорания, наличие наддува, месторасположение свечей зажигания, степень сжатия и днище поршня.

Если высокая степень сжатия, то ДВС имеет склонность в детонации. Если присутствует система наддува, то для таких машин необходим бензин с высоким октановым числом.

Эксплуатация авто не меньшее влияет на появление этой проблемы. Если машина работает на повышенной передаче с маленькой скоростью или на гору подниматься на пятой со скоростью 20 км/ч то это идеальные условия для появления детонации.

Калильное зажигание

Нередко на автомобильных ресурсах можно встретить горячие дискуссии об отличии детонации от калильного зажигания. Полагаю после прочтения данной статьи вам стало предельно ясно, что такое детонация, теперь несколько слов о том, что такое калильное зажигание, и чем оно опасно для двигателя автомобиля.

Калильное зажигание — это процесс воспламенения горючей смеси в камере сгорания не от искры, а от нагретых деталей двигателя таких, к примеру, как: головка выпускного клапана, свечной электрод, раскаленные частицы нагара. Это воспламенение может произойти как до так и после подачи искры и воспламенения основной порции топлива.

Главное отличие калильного зажигания от детонации в том, что у них совершенно разная скорость распространения фронта пламени. При калильном зажигании скорость воспламенения горючей смеси почти такая же как и от искры свечи зажигания, а значит, большого вреда такой эффект двигателю не несет, чего не скажешь о детонации. Однако не стоит недооценивать калильное зажигание, которое также имеет массу неприятных для мотора «сюрпризов». Во время преждевременного воспламенения смеси происходят сильные обратные удары, которые приходятся на коленчатый вал, нередко вызывая его серьезную поломку. Также как и при детонации калильное зажигание увеличивает отдачу тепла от выхлопных газов к стенкам камеры сгорания, следовательно, это непременно вызовет перегрев двигателя.

На слух определить, что в двигателе калильное зажигание довольно сложно, поскольку оно проявляется менее ярко в виде глухих стуков, которых на фоне общего шума двигателя практически не слышно. Эту неисправность проще обнаружить при выключении зажигания, если после этого мотор не прекращает работать значит горючее продолжает воспламеняться от нагретых деталей и поверхностей. Чтобы устранить эту неисправность, причиной которого в большей степени является нагар, используют всевозможные присадки в топливо, аэрозоли, а также производят раскоксовку двигателя. Менее затратным будет «дедовский» метод, который заключается в том, чтобы разогнать автомобиль до «максималки» на 5-10 мин., этого, как правило. хватает для того чтобы из цилиндров вылетел скопившийся нагар и прочая гадость. Если же причиной несвоевременного воспламенения являются раскаленные детали, следует проверить систему охлаждения. возможно из-за нее происходит перегрев двигателя, также не забывайте о том, что возможно причина заключается и в детонации.

Читать еще:  Что означает двухлитровый двигатель

Факторы, влияющие на детонацию

Причин появления может быть немало, но их объединяет одно — уменьшается задержка самовозгорания у топливовоздушной смеси (несгоревшей доли), удаленной от электродов свечи. Если проще, то в камерах сгорания появляются все условия, чтобы протекали окислительные процессы. На появление детонации влияет:

  1. Качественный состав горючей смеси. Если показатель воздух/бензин=0,9, то топливная смесь при попадании в камеры сгорания образует в различных местах очаги. Именно в них начинают протекать окислительные реакции, они же впоследствии воспламеняются.
  2. Увеличенный угол опережения зажигания приводит к тому, что максимальное давление при сгорании смеси наблюдается в момент, когда поршень практически в верхней мертвой точке. В результате давление увеличивается и появляется детонация.
  3. Слишком низкое октановое число бензина влияет на появление характерных стуков. Если вы заправляетесь бензином марки АИ-92, то при попадании в бак АИ-80 работа двигателя изменится, причем существенно. Чтобы избежать таких проблем, нужно покупать топливо на проверенных заправочных станциях. Или 2 вариант — установка октан-корректора.
  4. Чем выше степень сжатия, тем большее октановое число должно быть у бензина.

Конструктивные особенности двигателя влияют на появление детонации, но в меньшей степени.

Детонация

Детонация – это процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии (тепла) и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью.

Химическая реакция вводится интенсивной ударной волной, образующей передний фронт детонационной волны. Благодаря резкому повышению температуры и давления за фронтом химическое превращение протекает с постоянной скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе, и в очень тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны. Энергия, освобождающаяся в зоне превращения, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне, т.е. обеспечивает самоподдерживающийся процесс. Благодаря высокой скорости детонации (в газовых смесях 1000-3500 м/с, в твердых и жидких взрывчатых веществах — до 9000 м/с) давление в газообразных взрывчатых смесях составляет десятки атмосфер, а в жидких и твердых телах достигает нескольких сотен тыс. атмосфер. При расширении сжатых продуктов детонации происходит взрыв. Этим объясняется огромное разрушающее действие подобных процессов.

В однородном веществе детонация распространяется с постоянной скоростью, которая среди возможных для данного вещества скоростей распространения детонационной волны является минимальной. В такой волне зона химической реакции перемещается относительно продуктов реакции со скоростью звука (но со сверхзвуковой скоростью относительно исходного вещества). Скорости детонации некоторых взрывчатых веществ представлены в табл.

Благодаря этому волны разрежения, возникающие при расширении газообразных продуктов химической реакции, не могут проникнуть в зону реакции и ослабить бегущую впереди ударную волну. Минимальная скорость распространения детонации принимается в качестве характеристики взрывчатого вещества. Энергия, выделяемая в зоне химической реакции, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне.

Скорости детонации

Вещество

ν, м/сек

Тринитротолуол (тротил, тол), C7H5(NО2)3CH3 (твердое вещество, d=1,62 г/см 3 )

Пентаэритриттетранитрат (ТЭН) C5H8(ОNО2)4 (твердое вещество, d=1,77 г/см 3 )

Циклотриметилентринитроамин (гексоген), C3H6О6N6 (твердое вещество, d=1,80 г/см 3 )

Виды детонации

При анализе чрезвычайных ситуаций, связанных с проявлением детонации, различают несколько видов процесса.

Физическая детонация — процесс, возникающий при смешении жидкостей с разными температурами, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой.

Детонационный взрыв — при котором воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходят в результате сжатия и нагрева ударной волной, когда ударная волна и зона химической реакции следуют неразрывно друг за другом с постоянной сверхзвуковой скоростью.

Дефлаграционный взрыв — при котором нагрев и воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате диффузии и теплопередачи, когда фронт волны сжатия и фронт пламени движутся с дозвуковой скоростью.

Возбуждение детонации является обычным способом осуществления взрывов. Детонация в заряде взрывчатого вещества создается интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока, и т.п.). Сила воздействия, необходимого для возбуждения детонации, зависит от химической природы взрывчатого вещества. К механическому воздействию чувствительны, например, так называемые инициирующие взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца и др.), которые входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения детонации вторичных (менее чувствительных) взрывчатых веществ.

Читать еще:  Что такое синхроный двигатель

При определенных условиях во взрывчатом веществе может быть возбуждена детонация, скорость распространения которой превышает минимальную скорость, указанную в приведенной выше таблице. Так, взрыв заряда твердого взрывчатого вещества, помещенного в газообразную взрывчатую смесь, порождает в смеси ударную волну, интенсивность которой во много раз превосходит интенсивность волны, отвечающей режиму с минимальной скоростью. В результате в газовой смеси распространяется детонационная волна с повышенной скоростью. В этой волне зона химической реакции движется относительно продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому по мере удаления такой волны от места ее возникновения ударная волна постепенно ослабевает (сказывается влияние волн разрежения) и скорость распространения детонации снижается до минимального значения. Детонационную волну с повышенной скоростью распространения можно также получить в неоднородном взрывчатом веществе при движении волны в направлении убывающей плотности. Еще одним примером распространения детонации со скоростью, превышающей минимальное значение, может служить сферическая детонационная волна, сходящаяся к центру. Скорость волны с приближением к центру возрастает. Устойчивый процесс детонации не всегда возможен. Например, волна детонации не может распространяться в цилиндрическом заряде взрывчатого вещества слишком малого диаметра (разлет вещества через боковую поверхность вызывает прекращение химической реакции прежде, чем вещество успеет заметно прореагировать). Минимальный диаметр заряда, в котором возможен незатухающий процесс детонации, пропорционален ширине зоны химической реакции. В газообразных взрывчатых смесях распространение детонации возможно лишь при условиях, когда концентрация горючего газа (или паров горючей жидкости) находится в определенных пределах. Эти пределы зависят от химической природы взрывчатой смеси, давления и температуры. Например, в смеси водорода с кислородом при комнатной температуре и атмосферном давлении волна детонации способна распространяться, если концентрация (по объему) водорода находится в пределах от 20 до 90 %. Исследование волны детонации в газах показывает, что при понижении начального давления химическая реакция приобретает характер пульсаций. Неравномерное протекание реакции вызывает искажения движущейся впереди ударной волны. Наконец, при достаточно низком давлении осуществляется режим так называемой спиновой детонации, при котором на фронте детонационной волны возникает излом, вращающийся по винтовой линии. Дальнейшее снижение давления приводит к затуханию детонации.

В двигателях внутреннего сгорания детонация — быстрый, приближающийся к взрыву процесс горения топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, сопровождающийся неустойчивой работой (металлический стук в цилиндре), износом и разрушением деталей. В результате детонации двигатель перегревается и его мощность падает. Детонация возникает, если топливо не соответствует конструкции или работе двигателя. Для каждого топлива существует определенная степень сжатия, при которой возникает детонация. Детонационную стойкость бензинов для бедных смесей характеризуют октановым числом, для богатых смесей — сортностью бензинов.

Детонационный взрыв и взрывное горение могут иметь разное назначение — причинять ущерб жизни и здоровью людей и животных, разрушать объекты инфраструктуры и повреждать окружающую среду, но и выполнять полезную работу по строительству тоннелей, каналов и дорог, по добыче полезных ископаемых и сносу строительных конструкций. Детонация является физической основой проведения специальных боевых операций. Одним из наиболее опасных проявлений детонации является использование ее разрушающего действия в большинстве террористических атак. Во многих случаях, например, при горении топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания или реактивного двигателя, при горении пороха в стволе артиллерийского орудия и другого, детонация недопустима. В связи с этим подбираются такие условия горения и химический состав используемых веществ, чтобы возникновение детонации с характерным для нее чрезвычайно резким повышением давления было исключено.

Детонация и калильное зажигание

Источник: Детонация конденсированных и газовых систем. — М., 1986; Теория детонации. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. — М., 1955.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector