Детонационное сгорание – Детонационное сгорание

Содержание

Детонационное сгорание

На некоторых режимах работы двигателя при использовании бензина, качество которого не соответствует всем требованиям стандарта, может возникнуть так называемое детонационное сгорание рабочей смеси или просто детонация.

Детонацией в двигателе называют процесс очень быстрого завершения сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образова-ния ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью. Внешние проявления детонации - это звонкие металлические стуки, образу-ющиеся в результате многократного отражения ударных волн от стенок камер сгорания.

Детонация поставила перед учёными много загадок. Теорию детонации, основанную на теории ударных волн, построили русский физик В.А.Михельсон, английский учёный Д. Чепмен и французский механик Эрнест Жуге. Источником ударной волны может быть взрыв заряда взрывчатого вещества, очень мощный электрический разряд, самолёт, летящий со сверхзвуковой скоростью.

Резкий перепад давления во фронте, распространяющемся со сверхзву-ковой скоростью, и движение газа в ту же сторону, куда перемещается фронт, - наиболее характерные внешние признаки ударной волны.

Скорость каждой из последующих волн выше предыдущей, потому что каждая из последующих волн идёт по движущемуся газу. Кроме того, скорость звука тем больше, чем выше температура газа. Поэтому скорость каждой последующей волны выше скорости звука, с которой распро-страняется предшествующая волна, так как она уже сжала и нагрела газ. Задние волны, догоняя передние, через некоторое время сольются –возникает ударная волна.

Нечто подобное происходит в то время, когда люди, находящиеся на рас-стоянии нескольких километров от аэродрома, иногда слышат резкий удар, подобный орудийному выстрелу. За ним обычно следует шум взлетающего тяжёлого реактивного самолёта. Этот удар возникает от слияния слабых волн, появляющихся при ускорении взлетающего самолёта.

Если достаточно сильная ударная волна входит в горячую газовую смесь, то, вызывая на своём пути воспламенение газа, она превращается в детонационную волну. Воспламенение в детонационной волне происходит через некоторое время после сжатия.

Детонация в бензиновом двигателе. В годы бурного развития авто-мобильной техники (между двумя мировыми войнами) и расцвета поршневой авиации детонация была истинным бедствием для конструкторов двигателей. Экономичность двигателя и его мощность сильно возрастают с повышением степени сжатия (отношение исходного объёма горючей смеси к объёму после сжатия её поршнем). Мощность увеличивается, а удельный вес (вес двигателя на одну лошадиную силу) падает с повышением начальной плотности смеси и с увеличением размеров камеры сгорания и цилиндра.

Но на каждом из этих очень эффективных путей усовершенствования двигателя вырастало препятствие в виде “стука” - детонации. Борьба с детонацией в те годы была задачей номер один науки о горении в двига-телях.

По мере выгорания смеси давление в камере повышается, ещё не сго-ревшая часть смеси сжимается и поэтому сильно нагревается. В ней, ес-тественно, начинаются химические реакции, продолжающиеся тем дольше и успевающие пройти тем глубже, чем длительнее горение в первой и второй фазах (вблизи свечи и в середине камеры).. Эти реакции, активируя смесь, могут вызвать более или менее быстрое сгорание последней части заряда, приводящее к появлению ударной волны, производящей стук. Ударная волна, отражаясь многократно от стенок камеры, увеличивает теплоотдачу в стенки и создаёт перегрев отдельных частей двигателя. Достигнув заметной силы, она может вызвать и механические повреждения, выводящие двигатель из строя.

Ударная волна и соответственно стук тем сильнее, чем больший объём смеси охватывают предварительные реакции и чем дальше они заходят. Теперь понятно, почему увеличение размеров камеры, увеличение опережения сгорания, продлевающие сгорание и оставляющие больше времени для химических реакций, способствуют возникновению стука. Благоприятствует этому и повышение степени сжатия и начальной пло-тности смеси (наддув и усиление подачи газа нажимом на акселератор), поскольку они увеличивают температуру и плотность последней части заряда и ускоряют этим предварительные реакции. Так как скорость реакции сильно зависит от температуры, повышение степени сжатия особенно способствует появлению стука.

 

Пути повышения детонационной стойкости бензинов.Ещё до возникно-вения промышленности антидетонационных топлив Т. Миджлей и Т. Бойд (США), испытавшие тысячи различных веществ, нашли в 1921 г. добавку к топливу, сильно подавлявшую детонацию. Это был известный с середины прошлого века как химическое соединение

тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(C2H5)4, оставшийся и до последних лет самой эффективной антидетона-ционной добавкой.

Открытие антидетонационных свойств этого вещества сыграло очень большую роль в повышении экономичности бензиновых двигателей и в расширении топливных ресурсов для них.

Возникновение детонации в двигателе зависит от химического состава применяемого топлива. Если используют бензин, в составе которого преоб-ладают углеводороды, не дающие при высоких температурах значительных количеств активных промежуточных соединений и имеющие большой пери-од задержки самовоспламенения, то в последних порциях смеси не происхо-дит самовоспламенения и сгорание заканчивается нормально без детонации. Если в последних порциях смеси накапливается много активных соедине-ний, возможно самовоспламенение с возникновением детонации.

Стойкость углеводородов к химическим изменениям в паровой фазе в условиях камеры сгорания двигателя называют

детонационной стойкостью.

Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименьшей детонационной стойкостью обладают н-алканы. С увеличением числа углеродных атомов в цепи н-алканов их детонационная стойкость ухудшается. Переход от нормальной к изомерной структуре всег-да сопровождается улучшением антидетонационных свойств алканов.

Олефины имеют более высокие антидетонационные свойства, чем н-ал-каны с тем же числом атомов углерода.

Детонационная стойкость нафтеновых углеводородов выше, чем у н-ал-канов, но ниже, чем у ароматических углеводородов с тем же числом ато-мов углерода в молекуле.

Ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стой-костью, и, в отличие от других углеводородов, их детонационная стойкость с увеличением числа углеродных атомов в молекуле не снижается. Умень-шение длины боковой цепи и повышение её разветвлённости улучшает детонационную стойкость ароматических углеводородов.

 

Октановое число.Мерой детонационной стойкости бензинов является их октановое число. Октановое число численно равно содержанию изооктана (выраженному в %) в эталонной смеси с гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемому бензину.

 

Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными способами. Первый - использование в качестве базовых бен-зинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. Второй способ предусмат-ривает широкое использование высокооктановых компонентов, вовлека-емых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении антидетона-ционных присадок. В настоящее время широко используют все три направ-ления повышения детонационной стойкости бензинов.

Бензины прямой перегонки сернистых нефтей с температурой конца кипения 180-200 0С содержат 60-80% алканов и имеют ОЧ в пределах 40-50.

Бензины прямой перегонки и их головные фракции используют в не-большом объёме для приготовления автомобильного бензина А-76.

Октановые числа бензинов термического крекинга находятся в пределах 64-70 в зависимости от качества сырья и температурного режима крекинга.

Бензины, полученные

каталитическим крекингом, имеют более высокую детонационную стойкость, чем бензины термического крекинга. Это обусловлено, главным образом, увеличением содержания в бензиновых фрак-циях изоалканов и ароматических углеводородов.

Бензины каталитического крекинга часто используют как базовые для приготовления товарных высокооктановых бензинов.

В процессе каталитического риформинга получают бензины с высокой детонационной стойкостью за счёт ароматизации и частичной изомериза-ции углеводородов. Сырьём для каталитического риформинга является, в основном, прямогонный бензин и реже дистилляты вторичного происхождения, например, бензин термического крекинга, коксования и гидрокрекинга. Эти фракции обычно содержат высокие концентрации парафинов и нафтенов. В процессе каталитического риформинга многие из этих компонентов превращаются в ароматические соединения, которые имеют гораздо более высокие октановые числа.

Основной реакцией в процессе каталитического риформинга является дегидроциклизация.

При дегидроциклизации парафинов в присутствии хромосодержащего катализатора при температурах выше 450 0С получают высокие выходы ароматических углеводородов, причём эффективность катализатора значительно улучшается, если применять его не в чистом виде, а на носителях и в присутствии некоторых добавок.

Процесс называется платформингом,если онпротекает в присутствии платинового катализатора. В этом процессе (по одному из механизмов) алкан, например гексан с ОЧ, близким к нулю, циклизуется в циклогексан, который дегидрируется с образованием соответствующего арена – бензола с ОЧ>100:

 

СН3СН2СН2СН2СН2СН3 ® ®

В отличие от процессов, которые мы обсуждали до сих пор, в процессе каталитического риформинга температуры кипения веществ меняются очень незначительно. Изменение касается, в основном, химического состава.

Бензины платформинга широко используют в качестве базовых при изготовлении товарных высокооктановых бензинов, причём не только дистиллят платформинга, но и его отдельные фракции, оставшиеся после извлечения индивидуальных ароматических углеводородов.

 


Похожие статьи:

poznayka.org

Детонационное сгорание топлива в двигателе с принудительным зажиганием

Нормальное течение сгорания топлива в дви­гателе с принудительным зажиганием может быть нарушено и перейти в детонационное сгорание. Внешними признаками работы двигателя с детона­ционным сгоранием являются: звенящие металлические стуки в цилиндрах (звук высокой частоты), клубы черного дыма в отработавших газах, паде­ние мощности и перегрев двигателя.

Работа двигателя с детонационным сгоранием топлива недопустима, так как она может привести к прогару донышек поршней и нарушению анти­фрикционного слоя подшипников.

Индикаторные диаграммы, снятые при детонационном сгорании (рис. 69), показывают, что процесс сгорания нарушается во второй фазе.

В этот период сгорание характеризуется образованием на индикаторной диаграмме ломаной линии с резким изменением давления.

Возникновение детонационного сгорания объясняется следующим. В период сжатия молекулы топлива при высокой температуре окисляются с образованием неустойчивых перекисей. После проскакивания искры и образования очага горения распространение фронта пламени в этом случае сопровождается движением (со скоростью звука) перед фронтом пламени волны давления, которая дополнительно поджимает несгоревшую смесь, вследствие чего образование перекисей еще усиливается. Дальнейшее сжатие несгоревшей смеси приводит к распаду перекисей и к взрывному сгоранию смеси в зоне, сопровождающемуся резким повышением давления в этом месте. Возникающие волны давления, многократно ударяясь о стенки ци­линдра и о донышко поршня, вызывают звенящий стук в цилиндре. Значи­тельное повышение температуры при детонационном сгорании приводит к диссоциации продуктов сгорания с выделением углерода (сажи).

Таким образом, основной причиной образования детонационного сгора­ния топлива является несоответствие температуры в конце сжатия (т. е. степени сжатия) свойствам применяемого топлива. При высоких степенях сжатия и соответственно высоких температурах в период сжатия смеси про­исходит образование неустойчивых перекисей. Во избежание этого необхо­димо, чтобы каждому топливу соответствовала допустимая степень сжатия. В целях увеличения допустимой степени сжатия, как это указывалось ра­нее, к топливу добавляют антидетонаторы, вследствие чего октановое число топлива возрастает.

Зависимость допустимой степени сжатия в карбюраторном двигателе от октанового числа топлива приведена на рис. 70.

Появлению детонационного сгорания способствуют:

1) состав смеси при ? = 0,85 ? 0,95;

2) диаметр цилиндра; чем больше он, тем меньше допустимая степень сжатия;

3) давление в начале сжатия и увеличение плотности заряда при над­дуве снижают допустимую степень сжатия;

4) форма камеры сгорания и расположение свечи.

Детонация при работе двигателя может быть устранена изменением состава рабочей смеси, дросселированием впуска и уменьшением угла опе­режения зажигания.

Необходимо отметить, что в карбюраторных двигателях при работе с полной нагрузкой иногда наблюдается так называемое преждевременное воспламенение смеси. Указанное явление, которое правильнее может быть названо автозажиганием, происходит по причине местного перегрева стенок, цилиндра или поршня, или (что чаще наблюдается) вследствие перегрева электродов свечи зажигания. При наличии названных перегревов рабочая смесь, сжимаемая в цилиндре, воспламеняется при непосредствен­ном контакте с сильно нагретыми поверхностями. При этом момент такого воспламенения смеси может быть в начальный период своего развития и совпасть с моментом проскакивания электрической искры, но продолжаю­щаяся работа двигателя при таком зажигании смеси приводит к воспламе­нению ее раньше проскакивания искры. Недопустимость преждевременного воспламенения смеси определяется тем, что при этом нарушается всякое регулирование момента зажигания, которое может наступать все раньше и раньше. Кроме того, усилившийся тепловой поток через донышко поршня может привести к заеданию поршня в цилиндре и разрушению двигателя.

Предотвращение явления преждевременного воспламенения смеси до­стигается главным образом формой камеры сгорания, расположением свечи зажигания и применением допустимой степени сжатия для данного сорта топлива. Рациональная форма камеры сгорания и правильное расположение свечи обеспечивают такое протекание процесса сгорания, при котором исклю­чается возможность местных перегревов поверхности деталей, ограничиваю­щих пространство сгорания. Выбор допустимой степени сжатия исключает явление детонации, а следовательно, и явление местного перегрева и прежде­временного воспламенения смеси, возникающее по этой причине.


vdvizhke.ru

Почему возникает детонация?


Детонация




Природа явления детонации

Детонация двигателя - это процесс самопроизвольного воспламенения горючей смеси в цилиндрах, носящий характер взрывной волны. Чаще детонации подвержены бензиновые двигатели, в которых рабочая смесь воспламеняется принудительно, но иногда явления детонации проявляются и у дизелей.

Попробуем разобраться в физической природе детонации и причинах, вызывающих ее, пристальнее рассмотрев процесс сгорания топлива в цилиндрах двигателя.
Попавшая в цилиндр двигателя во время такта впуска горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов, образуя рабочую смесь, и начинает быстро сжиматься в процессе такта сжатия. На подходе поршня к верхней мертвой точке рабочая смесь сильно разогревается за счет сжатия и контакта с горячими деталями кривошипно-шатунного механизма, после чего в требуемый момент цикла воспламеняется искрой зажигания.
Горение распространяется по объему камеры сгорания лавинообразно, увеличивая давление в цилиндре, толкая поршень и совершая, таким образом, полезную работу.
Таков механизм протекания нормального процесса горения. Но иногда он может нарушаться.

Ничего в природе не происходит в единый миг, и рабочая смесь тоже воспламеняется не одновременно по всему объему камеры сгорания, - горение начинается у места запала смеси искрой, в центральной части камеры, а затем быстро распространяется к периферии. По мере роста очага возгорания создается так называемый фронт горения (или фронт пламени), на границе которого образуется зона повышенного давления и температуры.

Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, нагревается дополнительно в результате прироста давления со стороны фронта пламени. Тем не менее, при достижении температуры самовоспламенения очаги горения в этих зонах, чаще всего, не возникают из-за местного недостатка кислорода и относительно большого времени протекания первой стадии сгорания, что характерно для периферийных зон.

Однако несгоревшая смесь в этих зонах чрезвычайно активизируется и оказывается на границе теплового взрыва. Из-за высокого давления и больших температур несгоревшая горючая смесь образует очень активные химические соединения - альдегиды, спирты, перекиси и т. д. При достижении критических значений температуры и давления между соединениями возникают цепные окислительные реакции, приводящие к самопроизвольному воспламенению смеси, и сопровождающиеся мощным выбросом энергии взрывного характера. В эпицентре такого мини-взрыва образуется взрывная волна, которой распространяется по цилиндру с невероятной скоростью.

Ударные волны со стороны таких очагов самовоспламенения вызывают, в свою очередь, самовоспламенение хорошо подготовленной к этому смеси. Это вызывает еще большее повышение давления, под действием которого фронт пламени принудительно ускоряется. Скорость его может превысить скорость звука и достичь 1500…2300 м/с, что характерно для взрывного горения. Для примера - при нормальном горении скорость фронта пламени составляет всего 20…30 м/с. От разрыва поршень и стенки цилиндра спасает лишь то, что детонация вызывается микровзрывами, которые выбрасывают недостаточную для глобальных разрушений энергию.

Сгорание в цилиндрах двигателя с искровым зажиганием последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопровождающееся возникновением ударных волн, называется детонационным.
При отражении ударных волн от стенок камеры сгорания возникает звонкий металлический стук, который является внешним проявлением детонации.

***

Последствия детонации

Заблуждением является мнение, будто прирост давления за счет увеличения скорости распространения фронта пламени позитивно влияет на динамику двигателя и обеспечивает прибавку его мощности. Это не так, поскольку взрывная волна распространяется очень быстро (иногда – более 2 км/с), вызывая настолько сильный прирост давления (до 700 Н/см2), что поршень, головка блока и другие детали КШМ испытывают настоящий удар, словно по ним ударяют увесистой кувалдой.
Очевидно, что положительно повлиять на мощность двигателя за такой короткий промежуток времени взрывная волна просто не успевает.

Поэтому микровзрывы в цилиндре приносят только вред - ударяя с невероятной скоростью в стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, вызывая интенсивный износ деталей поршневой группы из-за сухого трения, а дополнительный прирост температуры на фронте волны приводит к перегреву стенок цилиндров, поршней, клапанов и головки блока.

Высокая температура разрушает детали двигателя, приводя к обгоранию кромок поршней и клапанов, электродов свечей зажигания, прокладки головки блока цилиндров. Кроме этого нередко имеют место механические разрушения деталей кривошипно-шатунного механизма и даже выкрашивание антифрикционного состава в подшипниках коленчатого вала.
Попробуйте узнать в приведенном на рисунке бесформенном куске металла поршень. Он разрушен последствиями детонационного сгорания топлива.

Заметно снижается динамика двигателя - при сильной детонации его мощность падает, растет расход топлива, в отработавших газах появляется черный дым.

Таким образом, детонационное сгорание отрицательно влияет на рабочий процесс и долговечность деталей КШМ.

***



Причины возникновения детонации

Возникновению детонации способствуют следующие факторы:

Сорт топлива

Сорта топлива характеризуются октановым числом, которым оценивается антидетонационная стойкость бензина. Чем выше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых фракций. При быстром открытии дроссельной заслонки (например, при интенсивном разгоне) тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что стимулирует детонацию в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр.
Октановое число автомобильных бензинов в соответствии с ГОСТ 2084-77 составляет от 76 до 98 единиц.

Частота вращения коленчатого вала

Увеличение частоты вращения коленчатого вала приводит к росту турбулизации заряда, что влечет за собой увеличение скорости распространения пламени. В результате времени на развитие предпламеных процессов в последних частях заряда становится недостаточно, и детонация снижается.
Кроме того, с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается содержание остаточных газов в рабочей смеси, что также снижает интенсивность предпламенных процессов и приводит к снижению детонации.

Нагрузка

Уменьшение нагрузки сопровождается прикрытием дроссельной заслонки карбюратора, вследствие чего давление и температура заряда в конце процесса сжатия снижается, а коэффициент остаточных газов γr увеличивается.
Кроме того, уменьшается количество поступающей в цилиндр горючей смеси, а значит и выделяемая в результате ее сгорания теплота, вследствие чего снижается давление в камере сгорания. По этим причинам уменьшение нагрузки приводит к снижению детонации и наоборот.

Угол опережения зажигания

Увеличение угла опережения зажигания приводит к более раннему тепловыделению относительно прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). В результате резко повышается давление, что способствует возрастанию степени сжатия рабочей смеси перед фронтом пламени и вызывает появление очагов самовоспламенения.
Поэтому с увеличением угла опережения склонность к детонации возрастает и наоборот.

Тепловое состояние двигателя

С ростом температуры деталей камеры сгорания увеличивается вероятность возникновения очагов самовоспламенения и детонации.

Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр

Увеличение температуры и давления окружающей среды усиливает вероятность детонации. Поэтому применение наддува в двигателях с принудительным воспламенением затруднено.

Степень сжатия

Увеличение степени сжатия приводит к увеличению температуры и давления в конце процесса сжатия. Следовательно, увеличение степени сжатия ограничивается, и ее максимально допустимое значение выбирается в зависимости от сорта топлива, формы камеры сгорания, материала поршня, головки блока цилиндров, быстроходности двигателя и способа его охлаждения.

Форма и размеры камеры сгорания

Двигатели с формой камеры сгорания, обеспечивающей наибольшую турбулизацию смеси, более защищены от детонации. С этой точки зрения наиболее рациональными являются камеры сгорания в поршне или клиновые и плоскоовальные камеры с вытеснителями. Уменьшение пути пламени от свечи до периферийных зон камеры сгорания сокращает время его распространения и тем самым снижает вероятность возникновения детонации.
Следовательно, детонацию ограничивает применение двух свечей зажигания вместо одной и уменьшение диаметра цилиндра.

Материал поршня и головки блока цилиндров

Материал этих деталей во многом определяет теплоотвод от рабочего тела. Применение алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, позволяет снизить требования к октановому числу бензина на 5…7 единиц.

***

Способы борьбы с детонацией

Для того чтобы устранить данное явление, необходимо обратить внимание на причины его возникновения и помнить, что детонация происходит при включенном зажигании, ненормальные явления, возникающие при глушении мотора, имеют иное название и требует иных мер.

Если двигатель стал работать с детонацией сразу после заправки - значит, в бак попало некачественное горючее. Если двигатель бензиновый, можно добавить в топливный бак немного ацетона, - он повысит октановое число. Либо придется некачественное топливо из бака слить и заправиться более качественным.

Детонация дизельного двигателя иногда сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это означает, что разрушились поршни, и выхлопные газы содержат частицы алюминия. В такой ситуации необходима замена поршневой группы.

Из-за неисправных свечей зажигания может возникать детонация при запуске двигателя. В этом случае свечи необходимо заменить.
У дизельного двигателя такая проблема может возникнуть после западания иглы форсунки.

Если автомобиль постоянно эксплуатируется с минимальной нагрузкой или же его двигатель часто и подолгу работает на холостом ходу, в камерах сгорания откладывается слой нагара, из-за чего повышается степень сжатия и увеличивается риск появления детонации.
В данном случае полезна своеобразная профилактика - двигателю необходимо периодически давать работать с большой нагрузкой. Хороший метод такой профилактики - периодические динамичные разгоны и движение на пониженной передаче с высокими оборотами.
Разумеется, такая профилактика не должна противоречить правилам дорожного движения.

Современные автомобильные двигатели, оснащенные компьютерным управлением системами питания и зажигания, предохраняют от детонации при помощи датчика, который так и называется - датчик детонации. Он чутко реагирует на посторонние стуки, появляющиеся в двигателе и подает сигнал компьютеру (ЭБУ), а тот, в свою очередь, корректирует зажигание, пытаясь устранить детонацию.

***

Калильное зажигание и дизилинг

Не следует путать детонационное сгорание с преждевременным самовоспламенением, которое может произойти во время процесса сжатия еще до момента появления искры - в результате поджига горючей смеси от раскаленной поверхности центрального электрода свечи зажигания, головки выпускного клапана или нагара. Такое воспламенение носит название калильного зажигания.

Воспламенившаяся от накаленных поверхностей рабочая смесь затем сгорает с нормальной скоростью, однако, момент самовоспламенения неуправляем, и со временем наступает все раньше и раньше. При этом давление и температура достигают своего максимума задолго до прихода поршня в ВМТ, что приводит к уменьшению мощности двигателя и его перегреву. Устранить это явление выключением зажигания нельзя - двигатель будет продолжать работать. Поэтому в случае появления калильного зажигания необходимо просто прекратить подачу горючей смеси.
Иногда водитель пытается остановить двигатель, работающий от калильного зажигания, попыткой трогаться с места на высшей передаче. Двигатель в этом случае глохнет от недостатка тягового усилия на коленчатом валу, но детали КШМ, а также элементы трансмиссии могут повредиться из-за ударных нагрузок.

В некоторых случаях аналогично калильному зажиганию возникает самовоспламенение топлива от чрезмерного сжатия – явление дизилинга.
Такое воспламенение наблюдается при выключении зажигания, когда прогретый карбюраторный двигатель не останавливается и продолжает работать с пониженной частотой вращения коленчатого вала. При этом его работа нестабильна и сопровождается вибрациями.
Дизилинг нередко имеет место при степени сжатия более 8,5. Для его устранения применяют специальные устройства, автоматически перекрывающие в карбюраторе канал холостого хода при выключении зажигания.

***

Свойства автомобильных бензинов



k-a-t.ru

Детонационное сгорание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Детонационное сгорание

Cтраница 1

Детонационное сгорание протекает с чрезмерно высокими скоростями. Если при нормальном сгорании рабочей смеси в цилиндре скорость распространения пламени колеблется в пределах 15 - - 40 м / сек, то при детонационном сгорании она достигает 1500 н - 2500 м / сек и выше.  [1]

Детонационное сгорание в двигателе сопровождается: металлическими стуками, повышением температуры головки цилиндра, перегревом охлаждающей жидкости, падением мощности и иногда появлением черного дыма на выпуске.  [2]

Детонационное сгорание недопустимо для нормальной работы двигателя вследствие уменьшения мощности, ухудшения экономичности и вредного воздействия на лоршень и подшипники.  [4]

Детонационное сгорание ( со скоростью распространения пламени 2000 - 3000 м / сек) приводит к резкому возрастанию давления в цилиндрах и создает ударные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, детонация является причиной перегрева двигателя и вызывает падение мощности.  [5]

Детонационное сгорание сопровождается повышением дымности отработавших газов и увеличением их температуры в цилиндрах двигателя. Главная опасность детонации заключается в повышении передачи теплоты от сгоревших газов к стенкам камеры сгорания и днищу поршня. Повышенная теплопередача приводит к местному перегреву двигателя, может вызвать отдельные разрушения камеры сгорания и днища поршня. Первоначально они выражаются в появлении на поверхности металла небольших щербинок. Часто при этом происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно, что такие разрушения появляются во вполне определенных для данного двигателя местах. Следует отметить, что еще до появления каких-либо видимых разрушений работа двигателя с детонацией приводит к повышенному износу основных деталей. В некоторых случаях долговечность двигателя снижается в 1 5 - 3 раза. Перегрев двигателя от детонации способствует нарушению его теплового режима и ведет к перерасходу топлива.  [6]

Детонационное сгорание имеет двухстадийный характер. Первая стадия - холоднопламенный процесс, во время которого в рабочей смеси образуется значительная часть перекисей. Образование перекисей начинается в такте всасывания при соприкосновении топлива с нагретыми клапанами и другими деталями и продолжается в тактах сжатия и воспламенения.  [7]

Детонационное сгорание чаще всего происходит при неправильном выборе бензина для двигателей с высокой степенью сжатия. Поскольку пространство камеры сгорания невелико, упругие детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации металлический стук. Отражающиеся ударные волны нарушают нормальный процесс сгорания, вызывают вибрацию деталей двигателя, в результате чего значительно возрастает износ. Выпускные газы приобретают темный, иногда черный цвет, т.е. при детонации увеличивается неполнота сгорания топлива.  [8]

Детонационное сгорание смеси иногда ошибочно путают с самовоспламенением или калильным зажиганием. Самовоспламенение может наступить в цилиндрах перегретого двигателя в тот момент, когда электрическая искра еще не поступила в цилиндр, а также при воспламенении от раскаленных частиц нагара или электродов свечи. Как в том, так и в другом случае смесь горит с нормальной скоростью. Обычно это явление наблюдается при выключении зажигания, когда двигатель еще продолжает некоторое время работать.  [9]

Детонационное сгорание бензина вызывает разрушительный стук в двигателе, чрезмерное повышение температуры цилиндров, поршней клапанов, уштотнителышх колец, неполное сгорание бензина, дымнш чео-ный выхлоп и вследствие всего этого падение модности двигателя.  [10]

Детонационное сгорание бензинов - это сгорание со скоростью, превышающей нормальную примерно в 100 раз. Признаками детонации являются резкий металлический стук в цилиндрах, вибрация двигателя, перегрев головок цилиндров, падение мощности двигателя, дымный выпуск. При сильной детонации в двигателе возникают ударные нагрузки, разрушаются поршни и подшипники, пригорают поршневые кольца, прогорают клапаны цилиндров, перерасходуется горючее, двигатель преждевременно изнашивается.  [11]

Детонационное сгорание горючего ведет к повышению ядовитости отработавших газов. Борьба с ядовитостью отработавших газов ведется путем установки различного рода дожигателей и уловителей, изменения состава горючего, применения специальных присадок.  [12]

Детонационное сгорание рабочей смеси сопровождается характерным металлическим стуком в цилиндре, повышением температуры цилиндра и поршня, снижением мощности двигателя.  [13]

Возникновение детонационного сгорания сопровождается появлением детонационных волн. Эти волны отражаются от стенок цилиндра в виде ударных волн, которые вызывают колебания давления в смеси и вибрацию стенок цилиндра.  [14]

Возникновение детонационного сгорания связано с особенностями протекания предпламенных химических реакций в последней части заряда топливно-воздушной смеси и образования в этой части заряда высокой концентрации активных частиц, весьма склонных к взрывному сгоранию.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Детонационное сгорание - Энциклопедия по машиностроению XXL

Чем выше степень сжатия е, тем выше давление и температура в конце процесса сжатия и мощность двигателя. Однако, как уже указывалось, повышение е ограничивается детонационным сгоранием топлива, при котором горючая смесь сгорает со скоростью взрыва (около 2000 м/с).  [c.160]

Другая важная характеристика топлива для карбюраторных двигателей — октановое число, по которому оценивают детонационные качества топлива. Как уже указывалось, при детонационном сгорании скорость распространения пламени достигает 1500—2500 м/с, т. е. скорости взрыва. При этом в двигателе появляются резкие стуки, черный дым, повышается расход топлива, снижается мощность. Наличие резких скачков давления приводит к быстрому выходу из строя кривошипно-шатунной группы двигателя.  [c.167]


Детонационное сгорание смеси иногда ошибочно путают с самовоспламенением или калильным зажиганием. Самовоспламенение может наступить в цилиндрах перегретого двигателя в тот момент, когда электрическая искра еще не поступила в цилиндр, а также при воспламенении от раскаленных частиц нагара или электродов свечи. Как в том, так и в другом случае смесь горит с нормальной скоростью. Обычно это явление наблюдается при выключении зажигания, когда двигатель еще продолжает некоторое время работать.  [c.77]

Октан-корректор. На появление детонационного сгорания рабочей смеси в двигателе влияет угол опережения зажигания. В процессе эксплуатации возникает необходимость Б применении топлива с различным октановым числом, поэтому необходимо корректировать угол опережения зажигания. Для регулирования угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива применяют октан-корректор (рис. 98), который состоит из двух пластин, одна из них крепится к корпусу прерывателя-распределителя, а другая — к блоку цилиндров.  [c.161]

Однако увеличение степени сжатия в двигателях с принудительным зажиганием возможно лишь до известных пределов. Это объясняется тем, что при больших степенях сжатия вследствие значительного повышения температуры рабочей смеси появляется опасность возникновения преждевременной вспышки и детонационного сгорания (ненормального) топлива, неблагоприятно влияющих на работу двигателя. Во избежание появления детонации степень сжатия в двигателях с принудительным зажиганием не больше 6- - 8,5 при работе на бензине и 4-ь 5 при работе на керосине.  [c.277]

У карбюраторных двигателей процесс сгорания протекает нормально, если давление и температура рабочей смеси в процессе сжатия не превысят допустимые предельные значения, определяемые качеством топлива и тепловым состоянием двигателя. В противном случае нормальный процесс сгорания нарушается, и возникает так называемое детонационное сгорание.  [c.279]

Детонационное сгорание протекает с чрезмерно высокими скоростями. Если при нормальном сгорании рабочей смеси в цилиндре скорость распространения пламени колеблется в пределах 15 - -40 м/сек, то при детонационном сгорании она достигает 1500- -2500 м/сек и выше.  [c.279]

Внешними признаками детонационного сгорания смеси являются звенящие металлические стуки в цилиндре, перегрев двигателя, резкое падение мощности и экономичности, появление черного дыма на выхлопе. При длительной работе двигателя с детонацией возможно прогорание поршней и разрушение подшипников.  [c.280]


Возникновение детонационного сгорания сопровождается появлением детонационных волн. Эти волны отражаются от стенок цилиндра в виде ударных волн, которые вызывают колебания давления в смеси и вибрацию стенок цилиндра.  [c.280]

Детонационная стойкость является одним из важнейших показателей качества бензина она характеризует способность бензинов сопротивляться возникновению детонационного сгорания смеси и обеспечивать нормальное протекание процесса горения.  [c.355]

От формы камеры сгорания зависит и возникновение детонации, ограничивающей повышение степени сжатия, а следовательно, и повышение мощности и экономичности двигателя при работе его на определенном сорте топлива. Детонационное сгорание, при котором рабочая смесь сгорает со скоростью примерно в сто раз большей, чем скорость нормального сгорания, чаще всего возникает в местах камеры, расположенных на значительном расстоянии от свечи. В этих местах вследствие удлинения пути пламени, дополнительного сжатия и значительного нагрева несгоревшей части смеси сгорание происходит при более высоких температурах и давлениях, что усиливает интенсивность химических реакций и ускоряет возникновение детонации в той части смеси, которая воспламеняется в последнюю очередь. Чтобы не допустить детонационного сгорания части смеси, сгорающей в последнюю очередь, ее располагают в хорошо охлаждаемой части камеры.  [c.103]

Увеличение отношения Р JV приводит при прочих равных условиях к увеличению расстояния от свечи до наиболее удаленных точек камеры сгорания и к созданию условий для возникновения детонационного сгорания. Возникновение детонации в этом случае объясняется увеличением продолжительности действия высоких температур и высоких давлений на несгоревшую смесь, находящуюся в наиболее удаленных от свечи местах камеры сгорания.  [c.313]

Нарушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приводит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, выпускных клапанов). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, заеданию и даже поломке этих деталей. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает ухудшение его наполнения, а в карбюраторных двигателях, кроме того, — детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.  [c.358]

Детонационная стойкость топлива характеризуется его октановым числом (04), под которым понимается процентное по объему содержание изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая имеет такую же склонность к детонации, что и рассматриваемое топливо. Поскольку возникновение детонационного сгорания зависит не только от свойств топлива, но и от других указанных факторов, определение октанового числа производят в специальном двигателе при строго стандартных условиях. Чем больше  [c.227]

В карбюраторных двигателях степени сжатия ограничиваются возможностью возникновения детонационного сгорания. В современных карбюраторных двигателях е = 6-=-10,5.  [c.234]

Сжатие смеси в цилиндре у двигателей с внешним смесеобразованием должно быть таким, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могли бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое (детонационное) сгорание. В зависимости от применяемого топлива, состава смеси, условий теплопередачи в стенки и т. д. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 1,0—2,0 МПа.  [c.18]

Рабочий цикл с подводом теплоты при постоянном объеме происходит в двигателях с внешним смесеобразованием ( карбюраторных и газовых), в которых к моменту сгорания вся порция топлива в виде горючей смеси уже находится в цилиндре. Для предотвращения преждевременного самовоспламенения смеси или детонационного сгорания степень сжатия этих двигателей ограничивают в зависимости от свойств применяемого топлива степень сжатия е находится в пределах 6,5—11.  [c.29]

При нормальном сгорании топлива в карбюраторном двигателе скорость распространения пламени составляет 25 — 35 м/с. Нормальное сгорание при определенных условиях может перейти во взрывное, детонационное сгорание, при котором пламя распространяется со скоростью 1500 — 2000 м/с. При этом образуются детонационные волны, которые многократно отражаются от стенок цилиндра.  [c.157]

При некоторых определенных условиях нормальный процесс сгорания нарушается, появляется взрывное сгорание или, как его называют, детонационное сгорание. Внешними признаками детонационного сгорания бензина в двигателе являются звенящие металлические стуки в цилиндрах, перегрев двигателя, клубы черного дыма в отработавших газах происходит также падение мощности (крутящего момента) двигателя.  [c.189]

Основную роль в возникновении детонации играют физикохимические свойства топлива и степень сжатия. При высокой степени сжатия увеличиваются давление и температура смеси, а это способствует детонационному сгоранию топлива.  [c.190]

Нормальный процесс сгорания рабочей смеси в двигателе зависит от антидетонационного свойства бензина. При сгорании топлива в нормальных условиях скорость распространения фронта пламени составляет 20— 30 м сек. В некоторых условиях работы двигателя возникает детонационное сгорание смеси, при которой скорость распространения фронта пламени достигает 2000—3000 м сек.  [c.10]

Детонационное сгорание рабочей смеси сопровождается характерным металлическим стуком в цилиндре, повышением температуры цилиндра и поршня, снижением мощности двигателя.  [c.10]

Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воздействию высоких температур и давлений, то нормальное сгорание в цилиндре двигателя при определенных условиях может перейти во взрывное (детонационное) сгорание или детонацию.  [c.32]

При детонационном сгорании скорость распространения пламени доходит до 2000—3000 м/сек и носит взрывной характер.  [c.32]

Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков — результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. Возникновению детонации способствуют повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышенная температура окружающего воздуха и его пониженная влажность, особенности конструкции камеры сгорания. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов.  [c.13]

В свете теории многократного отражения формирующейся волны сжатия по-новому объясняется положение о том, что чем короче путь, проходимый пламенем от свечи зажигания до наиболее удаленной стенки камеры сгорания, тем менее выражена склонность системы к детонации. Более короткий путь пламени означает большее число отражений от стенок формирующейся волны сжатия, а значит, большие потери энергии и, как следствие, меньший перепад давления в волне сжатия. При прочих равных условиях, меньшее значение Ар первичной волны сжатия снижает вероятность возникновения очага воспламенения в последней части заряда, и этим самым уменьшается опасность развития детонационного сгорания.  [c.179]

При применении топлива более низкого качества, перегреве двигателя, установке очень раннего момента воспламенения часть смеси начинает гореть со скоростью, доходящей до 2000 м/с. Такое взрывное сгорание смеси называется При детонационном сгорании дав-  [c.61]

Наиболее полно научные основы детонационно-газового напыления покрытий изложены в первой отечественной монографии по этому вопросу [14]. К несомненным достоинствам труда М. X. Шоршо-рова и Ю. А. Харламова следует отнести применение специального математического аппарата при рассмотрении основных характеристик детонационного сгорания горючих газовых смесей и выявлении закономерностей взаимодействия детонационных волн и сопутствующего им импульсного потока продуктов детонации с порошком распыляемого материала.  [c.12]

При применении топлива более низкого качества, перегреве двигателя, установке очень раннего момента воспламенения смесь начинает гореть со скоростью, доходящей до 2 ООО м1сек. Такое взрывное сгорание смеси называется детонацией. При детонационном сгорании давление в отдельных частях цилиндра резко возрастает, появляются металлические стуки, мощность двигателя падает, появляется черный дым из глушителя. Наиболее вредно явление детонации сказывается на состоянии деталей кривошипно-шатунного механизма, где возможно разрушение наплавки вкладышей подшипников и разрушение отдельных деталей.  [c.76]

Детонационному сгоранию топлива способствуют повышенное тепловое состояние двигателя из-за наличия нагара ка стенках камеры сгорания, накипи в системе охлаждения, повышенной температуры о.хлалвысокой температуры воздуха, чрезмерно раннего зажигания и т. п.  [c.355]

Механизлш газораспределения со смешанным расположением клапанов часто применялись в нижнеклапанных двигателях при переводе их на газовое топливо и в редких случаях в карбюраторных двигателях (двигатель Ровера, например). Достоинством камеры сгорания со смешанным расположением клапанов является отсутствие подогрева горючей смеси, поступающей в цилиндр через подвесной впускной клапан, от бокового выпускного клапана. Кроме того, наиболее удаленная от свечи часть горючей смеси расположена около Лгенее нагретого впускного клапана и сгорает в последнюю очередь, что также препятствует возникновению детонационного сгорания. К положительным сторонам смешанного расположения клапанов относятся также выгодная форма впускного канала и возможность значительного увеличения диаметра впускного клапана а следовательно, и улучшения наполнения без увеличения поверхности камеры сгорания.  [c.316]

Одним из важных показателей качества топлива для карбюраторных двигателей является его детонационная стойкость. Применяемое топливо не должно допускать детонационного сгорания, т. е. сгорания с резко увеличенными скоростями, при которых нарушается нормальное протекание процесса сгорания. Проявляется детонация в форме звенящих металлических стуков в цилиндре, снижения мощности двигателя, п05шления в отработавших газах сажи и даже разрушения отдельных деталей двигателя. Возможность возникновения детонационного сгорания определяется не только качеством топлива, но и степенью сжатия, а также температурой и составом свежей смеси, числом оборотов вала, конструктивными формами некоторых деталей двигателя и др.  [c.227]

Наименее склонны к детонационному сгоранию ароматические и изопарафиновые углеводороды, наиболее — нормальные парафиновые углеводороды нафтеновые и олефиновые углеводороды занимают промежуточное положение. Соотношение между углеводородами указанных групп в бензинах меняется в широких пределах, поэтому их детонационная стойкость различна.  [c.50]

Под детонацией понимается взрывное сгорание рабочей смеси в цилиндре, возникающее после воспламенения смеси от искры в местах, наиболее удаленных от свечи. Детонационное сгорание протекает со скоростью, в десятки раз превышающей скорость нормального сгорания Jмe и.  [c.39]

Схема работы карбюраторного двигателя с наддувом аналогична схеме работы дизеля с наддувом. В карбюраторных двигателях величина наддува лигу1итируется детонационным сгоранием рабочей смеси. Нагнетатели у карбюраторных двигателей устанавливаются или до карбюратора или после него. В первом случае для обеспечения нормального процесса карбюрации полость над топливом в поплавковой камере карбюратора сообщается трубопроводом с воздушной полостью за нагнетателем.  [c.39]

При детонации в двигателях после зажигания заряда электрической искрой вначале также развивается нормальное горение со скоростью пламени, достигающей 15—30 м/сек, а затем внезапно еще не сгоревшая часть заряда охватывается детонационным сгоранием. В настоящее время можно считать установленным, что детонация в двигателях связана с развитием предпламенных окислительных процессов в последней части заряда [69, 70, 71, 72]. Под влиянием сжатия смеси поршнем, а затем фронтом нормального пламени плотность, температура и давление последней части заряда непрерывно повышаются. В результате молекулы углеводородов окисляются, образуя перекиси  [c.172]

Назовем перепад давления в волне сжатия, вызывающей в последней части заряда очаг воспламенения с последующим развитием детонационного сгорания, критическим и обозначим его По мере углубления предпламенных окислительных  [c.178]

Сопровождается детонация резким металлическим стуком от удара волн высокого давления о стенки цилиндров, выхлопом искр вследствие неполного сгорания топлива и резким повышением температуры воды в системе охлаждения. Длительная работа двигателя с детонационным сгоранием топлива недопустима, так как это может привести к образованию трещин на стенках цилиндров, поршней или поломке деталей кривошипно-шатунного механизма. Показателем антидетонационных свойств бензина является его октановое число. Чем выше октановое чгисло, тем больше допустимая для двигателя степень сжатия. Показатель октанового числа указывается в марке бензина. Например, марка бензина А-76 означает автомобильный е октановым числом 76.  [c.71]

В карбюраторном двигателе весьма неприятным явлением в процессе сгорания топлива является детонация. Возникновение детонационного сгорания объясняется сочетанием ряда физических и химических явлений, происходящих в рабочей смеси. В период сжатия молекулы топлива под действием высокой температуры подвергаются окислению с образованием неустойчивых перекисей. После воспламенения смеси от свечи вместе с пламенем по цилиндру распространяются волны давления, опережающие фронт пламени и поджимающие несгоревшую смесь. Это усиливает образование перекисей, особенно вблизи металлических поверхностей, по-видимому, оказывающих каталитическое влияние. Дальнейшее сжатие несгоревшей смеои влечет за собой распад неустойчивых перекисей и почти взрывное самовоспламенение в этой области рабочей смеси, сопровождающееся местным резким повышением давления. Возникающие волны давления в цилиндре, ударяясь о стенки, вызывают металлический звук и стуки. Местное резкое повышение температуры влечет за собой распад продуктов сгорания с выделением углерода (сажи) и усиленную местную теплоотдачу стенкам. При этом наблюдаются дымный выхлоп, падение мощности, повышенные износы и даже поломка деталей двигателя. Основной причиной, вызывающей детонацию, является несоответствие между применяемым топливом и степенью сжатия двигателя. При слишком высоких е повышение температуры конца сжатия усиливает образование неустойчивых перекисей.  [c.200]


mash-xxl.info

На пути к детонационному двигателю

: 17 Сен 2007 , Алмазный путь длиною в три миллиарда лет , том 16, №4

Неуправляемый детонационный срыв мягкого турбулентного режима горения – бич всех типов двигателей внутреннего сгорания. Использование контролируемого, непрерывного процесса генерации детонационных волн как основного элемента подобных двигателей приводит к качественно новому результату...

Наверняка многие из нас испуганно вздрагивали от громкого «хлопка» в двигателе проезжающего мимо автомобиля. Это — детонация. Непредсказуемость ее появления (практически взрыва) в камерах сгорания всех типов двигателей и энергетических установок, с последующим прогоранием и разрушением элементов конструкций, наводит на мысль: вместо того чтобы гасить процесс детонационного (взрывного) характера горения, не попробовать ли организовать его должным образом и использовать во благо?

Не секрет, что при достижении сверхзвуковых скоростей, например в воздушно-реактивных двигателях летательных аппаратов, а также в любых промышленных двигателях внутреннего сгорания, использующих турбулентное сжигание (а других практически и нет), существенная часть несгоревшего топлива выбрасывается в атмосферу, со всеми вытекающими отсюда последствиями для экологии. Сильно ядовитые присадки-антидоты, используемые для гашения детонации, усугубляют картину загрязнения.

В связи с этим внимание ученых всего мира привлечено к теме стабилизации детонационного горения.

Что касается реализации сжигания топливной смеси в поперечной детонационной волне (ПДВ), т. н. волне «спиновой» детонации, то приоритет в решении этой проблемы по праву принадлежит России, в частности Институту гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН. Впервые в непрерывном детонационном управляемом режиме Б. В. Войцеховскому удалось осуществить сжигание ацетиленокислородных смесей в поперечной детонационной волне [1]. После проведения этих опытов за рубежом было оформлено несколько патентов на использование режима непрерывного детонационного сжигания в ракетных двигателях.

Иными словами, то, что считали вредоносным явлением и от чего пытались избавиться много лет, стало неотъемлемым элементом, входящим в основу проектирования нового типа двигателей внутреннего сгорания. Теоретический приоритет принадлежит Я. Б. Зельдовичу, впервые исследовавшему возможности использования детонационного сжигания топлива в энергетике [2].

Он показал, что детонационное сжигание топлива происходит при меньшем возрастании энтропии продуктов горения, а значит, с большей кинетической энергией, меньшей теплонапряженностью. Снимается и проблема борьбы с «хлопками», так как шумовые эффекты и вибрации в камере детонационного сгорания специальной конструкции не выше, чем для режима работы обычного двигателя внутреннего сгорания.

Преимущество детонационного горения в конкретных устройствах характеризуется меньшими габаритами камеры, определяемыми размером детонационной волны. Это приводит к более интенсивному и полному сжиганию широкого класса топлив с увлеченными продуктами детонации и обеспечивает повышенную тягу двигателя.

Авторами продемонстрировано применение оригинального фоторегистратора, позволяющего «заморозить» процессы микросекундного масштаба времени, протекающие в области ПДВ на протяжении длительного периода времени (до 1 секунды). Получен российский патент на способ сжигания топлив [3].

Как выглядит замороженное пламя

Что может гореть в спиновых волнах, почему и как? Возникает уместный с экономической и практической точки зрения вопрос: будут ли смеси традиционных видов топлив и окислителей вообще гореть в столь необычных условиях, «иссеченные» жесткими фронтами непрерывной спиновой детонации? А если даже и будут, то насколько устойчиво, непрерывно и эффективно? Для ответа на этот непростой вопрос было проведено более сотен (если не тысяч!) экспериментов и расчетов, сделано столько же чертежей различных конструкторских решений, из громоздкого «железа» изготовлено множество модификаций камер сгорания различного типа ЖРД (жидкостный реактивный двигатель) и ВРД (воздушный реактивный двигатель).

Результаты превзошли все ожидания, правда, не обошлось без трудоемких, кропотливых и большей частью рутинных исследований. Оказалось возможным, при надлежащей организации процесса горения (ноу-хау!) в этих непростых условиях эффективно сжигать практически любые традиционные газообразные или жидкие углеводородные виды топлив в смеси с газообразным кислородом, воздухом и жидким кислородом в качестве окислителя.

Удалось предсказать и наблюдать (что происходит не так уж часто) не совсем обычный эффект трансзвукового перехода в потоке, при неизменной площади поперечного сечения (чего не бывает в обычной камере, которая не профилирована под сверхзвук). При этом, давление в камере, в зоне поперечных детонационных волн, пульсирует с частотой вращения ПДВ, достигая максимальных значений во фронте, в 3—5 раз превышающих среднее давление в обычных условиях.

Когда человек быстро поднимается в гору, он чувствует, как учащенно начинает биться сердце. Точно так же, чтобы сверхзвуковой лайнер не «схватил инфаркт», не сгорел в течение нескольких секунд от перегрева или не развалился от «фибрилляций», поднимаясь к разным слоям атмосферы, нужно провести очень ответственную работу по определению области существования устойчивой ритмической и непрерывной спиновой ПДВ — сердца двигателя. Вот почему с целью определения области штатных безопасных режимов варьировалась разница давлений в камере сгорания и в окружающей среде. Очень интересным оказалось то, что в камере с расширением канала процесс непрерывной спиновой детонации может протекать устойчиво даже при давлении в камере, меньшем, чем давление окружающей среды. Выявлено было и существенное влияние качества процесса смесеобразования на стабильность скорости ПДВ и устойчивость ее структуры (не считая моментов смены количества детонационных волн) в широком диапазоне соотношений топливных компонентов и разности давлений в камере и во внешней среде [3—5].

Изменение соотношений концентраций компонентов горючей смеси, конфигурации элементов подачи топлива и давлений снаружи и внутри камеры сгорания аппарата приводит к смене скорости ПДВ, образованию сложных режимов суперпозиции 1-2-3 и более волновых структур, а также к их затуханию, усилению и изменению частоты вращения спина.

Все полученные знания совершенно необходимы, прежде всего, для разработки новых типов двигателей летательных аппаратов.

Эпилог, оптимистический и всегда грустный

Все догадываются, что если бы архитектор строил дом по принципу «нарисовал да и живи», то последний непременно рано или поздно рухнул бы, несмотря на то что имеет теоретическое обоснование стоять вечно. При всем том, далеко не каждый знает, что после проведения расчетов обязательно строится макет из различных материалов, втыкается фундаментом в различные грунты и подвергается всевозможным жестоким испытаниям, чтобы оттянуть как можно на более длительное время печальный исход. Неизмеримо более сильные и разнообразные типы нагрузок, не сравнимые даже с земными стихиями, испытывают летательные и космические аппараты.

Несопоставимая стоимость этих двух, надежно защищенных от внешних и внутренних «стихий», проектов и их изделий, соизмеримых разве только по габаритам («земной дом» и «космическая ракета»), отражает несоизмеримость их сложности. Если первый проект может быть профинансирован небольшой группой даже не очень богатых частных лиц, то второй — только в масштабах целого государства. Наличие выделенных крупных инвестиций на аналогичный последний проект в конкурирующих зарубежных государствах требует своевременного выделения не меньших средств и в России.

Литература

1. Войцеховский Б. В. Стационарная детонация // ДАН СССР. — 1959. — Т. 129. — № 6. — С. 1254—1256.

2. Зельдович Я. Б. К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения // ЖТФ. — 1940. — Т. 10. — Вып. 17. — С. 1453—1461.

3. Быковский Ф. А., Войцеховский Б. В., Митрофанов В. В. Способ сжигания топлива. Патент № 2003923. Заявка № 4857837/06 от 06.08.1990 // Бюллетень изобретений, 1993. — № 43—44.

4. Быковский Ф. А. Высокоскоростной ждущий фоторегистратор // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. — 1981. — № 2. — С. 85—89.

5. Быковский Ф. А., Ждан С. А., Ведерников Е. Ф. Спиновая детонация топливно-воздушной смеси в цилиндрической камере // ДАН. — 2005. — Т. 400. — № 3. — С. 338—340.

: 17 Сен 2007 , Алмазный путь длиною в три миллиарда лет , том 16, №4

scfh.ru

Детонационное горение - Энциклопедия по машиностроению XXL

В уравнении (74) оба знака перед корнем отвечают реальным значениям приведенной скорости. Положительный знак соответствует детонационному горению ( i>l), т. е. скорости распространения ударной волны. Отрицательный знак отвечает распространению медленного горения. Следует заметить, что формула (74) также и при отрицательном знаке пригодна для детонации. В этом случае она связывает приведенную скорость непосредственно за фронтом скачка уплотнения (вместо Xi) с величиной  [c.224]
При стационарном режиме детонационного горения, используя равенства (16) гл. III и (62), имеем  [c.227]

Интересный результат получится, если связать абсолютные скорости газа в начале и в конце зоны детонационного горения  [c.231]

Двухэлектродные вакуумные лампы — см. Диоды-, Кенотроны Деаэраторы 202 Деаэрация воды 202 Дегазация воды 202 Делительные головки оптические 2511 Деполяризаторы 356 Детонационное горение 174 Дефектоскопия ультразвуковая 255 Джоуля-Томсона эффект 92 Диаграмма i-d Рамзина IJ1 --- р.у 38  [c.538]

Детонационное горение весьма опасно, так как скорость распространения пламени превышает скорость звука в данной среде,  [c.506]

Однако возможность повышения степени сжатия ограничена возникновением детонационного горения топлива. Чем выше степень сжатия, тем большей антидетонационной стойкостью, (октановым числом) должен обладать бензин и тем совершеннее должен быть двигатель. В случае применения алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, степень сжатия может быть повышена. Кроме того, чем меньше диаметр поршней, тем выше может быть степень сжатия при прочих равных УСЛОВИЯХ. Если опережение зажигания недостаточно или чрезмерно велико, то это вызывает снижение мощности и ухудшение экономичности двигателя. Мош-ностная характеристика двигателя в зависимости от угла опережения зажигания приведена на рис. 19.  [c.41]

Явление детонации кратко можно объяснить так. В процессе сжатия под воздействием повышающихся при сжатии температуры и давления происходит химическое изменение сжимаемой рабочей смеси углеводороды, из которых состоит бензин, частично вступают во взаимодействие с кислородом воздуха, находящимся в смеси, и в результате образуются нестойкие кислородные соединения (перекиси или пероксиды), которые взрываются, вызывая детонационное горение. Интенсивность образования перекисей зависит от рода топлива, от плотности и температуры смеси и от продолжительности ее нагревания. В первый момент после воспламенения смеси от свечи сгорание  [c.189]

При поджигании газа у открытого конца трубы перед фронтом горения вновь должна пойти ударная волна. Течение за фронтом либо однородное в случае малых скоростей фронта, либо с примыкающей к фронту центрированной волной Римана—в случае больших скоростей фронта. В последнем случае возможно истечение газа из трубы со звуковой скоростью аналогично случаю детонационного горения.  [c.229]


В уравнении (74) оба знака перед корнем отвечают реальным значениям коэффициента скорости. Положительный знак соответствует детонационному горению (Х > 1), т. е. скорости распространения ударной волны. Отрицательный знак отвечает  [c.172]

Детонационное горение рабочей смеси сопровождается резкими металлическими стуками, которые являются следствием удара волн высокого давления о стенки камер сгорания, цилиндров и днищ поршней и вибрации деталей. Детонация возникает в случае применения несоответствующего сорта топлива, а также в результате перегрузки или перегрева двигателя.  [c.65]

Кроме того, как показывает практика, скорость сгорания топливо-воздушных смесей при большой степени сжатия резко возрастает и возникает детонационное горение, которое вредно отражается на работе двигателя.  [c.114]

В заключение настоящей главы нужно указать, что появление и интенсивность детонации не являются специфической особенностью данного двигателя. Детонационное горение может появляться вследствие использования бензина с пониженным октановым числом и иногда только на режимах работы, благоприятствующих этому нежелательному явлению.  [c.117]

В дизелях описанный выше способ повышения мощности уже использован этим способом можно повысить литровую мощность лишь в двигателях с меньшими степенями сжатия, г. е. в карбюраторных двигателях. При внешнем смесеобразовании, однако, степень сжатия ограничивается качеством применяемого бензина. При несоответствии качества бензина степени сжатия двигателя в нем возникает детонационное горение. Применение высокооктановых топлив дает возможность повысить степень сжатия у двигателей с принудительным зажиганием до 10—11. При даль-  [c.48]

Детонационное горение сопровождается резким повышением давления в цилиндре, значительно превышающим допустимую величину при нормальном сгорании. Вследствие этого двигатель работает со звонким стуком и перегревается при этом снижается его мощность. Работа с детонацией опасна для двигателя, так как приводит к ускоренному износу и поломкам наиболее ответственных деталей (поршней, клапанов, шатунных подшипников, поршневых колец и др.). Появление детонации вызывает некачественное топливо.  [c.182]

ДЕТОНАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ — ДИАГРАММЫ  [c.414]

Детонационное горение 2 — 174 Дефектоскопия люминесцентная 6 — 83  [c.414]

Известны и другие способы нагрева наносимого материала, например токами высокой частоты, импульсным разрядом тока высокого напряжения, детонационным горением топливно-кислородной смеси и т. д. Однако эти способы получили менее широкое применение.  [c.199]

Скорость детонационных волн в большой степени зависит от природы горючего с окислителем и от состава смеси при обеднении смеси скорость детонации убывает. При достаточном разбавлении детонационное горение переходит обычное медленное распространение пламени. Детонационные явления связаны с ударными волнами.  [c.184]

Детонационное горение возникает тогда, когда повышение температуры в ударной волне достаточно для воспламенения смеси. Ска-  [c.184]

В поршневых двигателях детонационное горение ( стук ), приводящее к выкрашиванию поршня и стенок камеры сгорания, крайне вредно. Вопрос о возможности использования детонационного горения в реактивных двигателях еще недостаточно изучен.  [c.185]

ТУРБУЛЕНТНОЕ И ДЕТОНАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ  [c.53]

В условиях производственных помещений детонационный режим горения ГВС практически не зафиксирован. Имевшие место взрывы ГВС внутри помещений, при которых разрушались соседние здания, не могут служить доказательством детонационного горения ГВС внутри помещений. Эти разрушения могли быть обусловлены горением ГВС в ускоренном режиме, когда образующиеся при этом волны сжатия по мере их распространения преобразовались в ударную волну.  [c.30]

Следствием наличия времени задержки воспламенения является накопление в камере сгорания смеси горючего и окислителя, которая представляет собой взрывчатую смесь, склонную к детонационному горению. Количество накопившейся смеси зависит о г расходов компонентов топлива и времени задержки воспламенения = При воспламенении этой смеси возможен резкий рост давления образующихся газов (рис. 5.7, а), в результате чего может произойти разрушение конструкции из-за пиковых тепловых и динамических нагрузок. Кроме того, вследствие наличия обрат-  [c.183]

Разогрев газа при прохонодении его через ударную волну в детонационном горении заменяет собой в сущности подогрев его теплопроводностью в нормальном горении.  [c.218]

Горячие продукты реакции образуют область горения, которая состоит из двух зон зоны, где частицы только разогренаются газом, и зоны, где частицы горят. Фронт горячих газов воздействует на среду перед собой как поршень, создавая в холодном газе область возмущения, где холодный газ движется, обгоняя и обтекая негорящие частицы. Чтобы конвективное горение могло развиваться, холодный газ в возмущенной области до прихода фронта горячих газов не должен унести холодные частицы. Интенсивность уноса зависит от инерции частиц, их количества и аэродинамических сил со стороны газа. Холодные частицы, попадая в область горячих газов, будут воспламеняться и, сгорая, выделять горячий газ. В результате фронт горения в газовзвеси может ускоряться, что может привести к образованию впереди (в холодном газе) ударной волны, приводящей к детонационному горению.  [c.420]

Детонационное горение 249 Детонация 249, 273 Дефектоскопия ультразвуковая 348 Дефектоскопы ультразвуковые 601, 602 Деформации — Измерение 600 Джоуля—Ленца закон 456 Джоуля—Томсона эффект 141 Диаграмма i = d Рам1ина 171 Диафрагмы нормальные в трубопроводах 653, 654 --оптической системы 322  [c.709]

Горение — химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя (обычно кислорода воздуха), сопровождающийся выделением больщого количества теплоты и света. В зависимости от скорости протекания процесса различают установившееся, взрывное и детонационное горение.  [c.506]

Если Т1рубка имеет достаточную длину, то равномерное распространение пламени в некоторых горючих смесях может переходить в детонационное горение, происходящее со скоростью свыше 1 ООО м1сек. Переход от первого процесса ко второму в большинстве случаев сопровождается сильными вибрациями пламени. Природа и закономерности детонационного горения здесь не рассматриваются, так как они не имеют непосредственного отношения к процессу сжигания газа в горелках, хотя и представляют несомненный интерес с точки зрения техники безопасности. Скажем лишь, что горючая смесь при ее детонации поджигается не путем передачи тепла теплопроводностью, а ударной волной сжатия.  [c.25]

Октановое число характеризует склонность жидкого топлива, обычно бензина, к детонационному, т.е. взрывному, сгоранию. Чем октановое число выше, тем склонность к детонации меньше. Если скорость нормального горения — скорость распространения фронта пламени — бензовоздушной смеси составляет 0,5—50 м/с, то скорость детонационного горения достигает 1500—3500 м/с, и горение охватывает весь объем смеси сразу, т.е. носит характер взрыва.  [c.14]

Детонационному горению газовых смесей посвящено много теоретических и экспериментальных работ. Вследствие большой скорости распространения волн детонации (порядка нескольких км/с) в эксне-эиментальных работах изучались лишь неустановившиеся движения газа, возникающие при распространении детонации в покоящейся среде. Теоретические решения также относились главным образом к случаям распространения плоских, цилиндрических и сферических детонационных волн по покоящемуся газу с постоянной или изменяющейся по определенному закону плотностью [1-4.  [c.27]

Законы сохранения. Детонацией называют горение, распространяющееся в газах в широких трубах с постоянной сверхзвуковой скоростью, вполне определенной для каждой горючей смеси. Например, скорость детонации в смеси водорода с кислородом (везде стехиометрический состав) равна, при начальном давлении 1 ama и температуре 20° С, 2800 м сек для метана с кислородом — 2320 м1сек для пентана С5Н12 с воздухом — 1710 м1сек. В конденсированных взрывчатых веществах скорость детонации достигает 8—9 км сек. Детонационное горение всегда сопровождается сильным увеличением давления и значительным повышением плотности продуктов сгорания по сравнению с плотностью исходной горючей смеси. Продукты горения в детонационной волне движутся в ту же сторону, куда распространяется детонация. В противоположность детонации, медленное горение (например, нормальное горение, о котором говорилось выше) сопровождается понижением давления и плотности в зоне сгорания, продукты горения движутся в нем в сторону, противоположную движению фронта пламени.  [c.373]

Рассмотрим случай детонационного горения. Если по невозму-щенному газу распространяется ударная волна, то за ней в автомодельном движении не может следовать ни волна Римана, ни вторая ударная волна, ни волна детонации аналогично за волной Римана не может следовать ни ударная волна, ни вторая волна Римана, ни волна детонации. Таким образом, при детонационном горении по невозмущенному газу может распространяться лишь волна детонации. За волной детонации по сгоревшему газу в автомодельном движении не может распространяться ни ударная волна, ни волна Римана. Исключение составляет случай, когда волна детонации распространяется в нормальном режиме. В этом случае за вол- 2 и 1 ной детонации может распространяться непосредственно примыкающая к ней центрированная волна Римана. Итак, возникающее при детонационном горении автомодельное движение должно состоять из сильной или нормальной волны детонации и следующего за ней однородного потока или из нормальной волны детонации, примыкающей к ней сзади центрированной волны Римана и однородного потока за ней. При распространении волны детонации от закрытого конца трубы первый вариант не дает возможности удовлетворить условию равенства нулю скорости на стенке, так как газ в однородном потоке за волной движется от стенки во втором варианте газ, получив в волне детонации скорость в направлении от стенки, уменьшает эту скорость в волне Римана до нулевого значения (рис. 2.17.1). Таким образом, при распространении волны детонации в цилиндрической трубе от ее закрытого конца устанавливается режим Чепмена—Жуге. (Подчеркнем, что распространение волны детонации в цилиндрической трубе именно в режиме Чепмена—Жуге обусловлено краевым условием на стенке, требующим уменьшения скорости газа за волной, и не связано с физико-химическими процессами во внутренней структуре волны детонации.) Непосредственно к детонационной волне примыкает волна разрежения, в которой скорость газа уменьшается до нуля.  [c.227]

Горение в Цилиндре карбюраторного двигателя последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопрбвождающееся возникновением ударных волн, называют детонационным. Скорость детонационного горения во много раз больше скорости распространения фронта пламени при нормальном горении смеси. Г1ри отражениях ударных волн от стенок камеры сгорания возникает звонкий металлический стук, который служит внешним проявлением детонации.  [c.210]

Наиболее сильным и распространенным антидетонатором является тетраэтиловый свинец ТЭС — РЬ(СгН5)4, представляющий собой жидкость с удельным весом около 1,62. ТЭС распадается при повыщении температуры до 220° С, причем продукты разложения препятствуют развитию цепных реакций и подавляют или уменьшают интенсивность детонационного горения. ТЭС вводят в состав этиловой жидкости, которую прибавляют к бензинам в определенных пропорциях.  [c.114]

Нагароообразования на головке блока и поршня. При работе двигателя на стенках головкн блока и порщня Появляется нагар, который увеличивает фактическую степень сжатия и одновременно резко ухудшает теилопроводность стенок. По данным опытов, значительное нага-рообразование, обладающее плохой теплопроводностью, повышает требования к топливу на 10—15 единиц октанового числа. В условиях эксплуатации нагар 0,5 мм осаждается и стабилизируется по толщине сразнительио быстро (через 1000— 1500 км пробега). Из-за невозможности частой очистки его для прекращения детонационного горения обычно уменьшают углы опережения зажигания. В результате этого двигатель начинает работать менее экономично, но детонация не появляется.  [c.116]

Для того чтобы кпд бензинового двигателя был высоким, горючая смесь должна успеть сгореть и создать максимальное давление в цилиндре в начале такта расширения, когда коленчатый вал поворачивается на угол не более, чем 0,4 рад после в. м. т. Но в быстроходных двигателях коленчатый вал поворачивается на такой угол в течение очень короткого отрезка времени. Например, у двигателей УД-1, УД-2, УД-15 и УД-25 при скорости вращения 3000 об1мин коленчатый вал поворачивается на угол 0,4 рад за 0,0013 сек, горючая смесь же в цилиндре двигателя сгорает хотя и быстро, но не мгновенно. Скорость распространения фронта пламени при нормальном (не детонационном) горении смеси в цилиндре двигателя составляет 10—25 м1сек. Если у быстроходного двигателя воспламенение горючей смеси началось после того, как поршень прошел в. м. т. в такте расширения, то смесь могла бы не успеть полностью сгореть, пока коленчатый вал повернется на угол 0,4 рад, что привело бы к снижению к.п.д и отдаваемой двигателем мощности. Во избежание этого у современных быстроходных двигателей момент зажигания смеси в цилиндре (возникновение искры в свече) выбирают с некоторым опережением (порядка 0,2—  [c.30]

Детонационное горение представляет собой распространение зоны реакции с чрезвычайно большой скоростью от 1000 до 3000 м сек. Зону реакции, распространяющуюся с большой скоростью, называют детонационной волной. Важный вклад в теорию детонации несли работы Я. В. Зельдовича.  [c.184]

Следовательно, для уменьщения скорости горения, т. е. исключения взрыва накопившейся смеси, необходимо при запуске первые порции топлива в камеру сгорания подавать при соотношениях К Кст, т. е. обеспечить опережение компонента на величину Атоп=0,03—0,2 с. Подача топлива в камеру с опережением одного из компонентов приводит к баластированию смеси и исключает детонационное горение, кроме того, как показывают эксперименты, баластирование тепловой смеси одним из компонентов приводит к уменьшению времени задержки воспламенения, рис. 5.8.  [c.184]


mash-xxl.info

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о