Детонационное сгорание: Детонация двигателя | Динамичный. Экономичный. Твой.

Когда наши деды, ездившие на автомобилях с карбюраторными моторами, слышали непонятные позвякивания в двигателе, они солидно констатировали — мол, пальцы стучат! На самом деле речь шла об обыкновенной детонации. А дожила ли она до наших дней?

На карбюраторных автомобилях детонация была нередкой гостьей. Более того, ее появление порой было даже желанно! Ниже расскажу, как ее использовали для достижения оптимальной регулировки двигателя.

Пальчики стучат?

Давайте определимся, что же такое детонация и что ее вызывает.

Материалы по теме

Все, кто хоть когда-то слышал о гражданской обороне и о защите от ядерного взрыва, помнят, что одно из воздействий такого взрыва — ударная волна. Кстати, с ударной волной мы сталкиваемся и при пролете сверхзвукового самолета. Короче, это волна, распространяющаяся в некой среде (в нашем случае — в воздухе) со скоростью звука. Встречаясь с любым препятствием — будь то стена или наши барабанные перепонки — она создает ощутимый удар. Напомним, что скорость звука в воздухе обычно принимается равной 330 м/с.

Теперь отправимся на экскурсию в цилиндр двигателя — в тот момент, когда происходит воспламенение рабочей смеси. Если сгорание идет обычным порядком, то скорость распространения фронта пламени и, соответственно, нарастания давления невелика (обычно до 50 м/с). Но бывает, что создаются условия для сгорания с более высокими скоростями. Нарастание давления происходит со скоростью звука в данной среде. А это уже значительно бóльшие величины, чем на открытом воздухе, потому что температура в цилиндре заметно выше. Не буду грузить формулами, но поверьте, что скорость звука растет пропорционально температуре.

Так вот, если фронт пламени распространяется со скоростью звука, то ударная волна, имеющая значительную энергию, как раз и заставляет детали двигателя издавать те звуки, которые мы называем детонационными стуками. Вообще, самое короткое и правильное определение детонации — это «сгорание во фронте ударной волны». Звук издают при этом, конечно, не поршневые пальцы. Для этого нужны настолько большие зазоры, что если бы они были, пальцы и на нормальных, рабочих режимах очень быстро разбило. Характерный звук издают стенки камеры сгорания, соприкасающиеся с резкой волной давления. Можно ли этого избежать? Можно.

Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать.

Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать.

Опережаем зажигание

Как раньше регулировали угол опережения зажигания? Для этого изменяли начальный угол установки прерывателя — распределителя. Не вдаваясь в конструкцию этого довольно сложного и капризного узла с центробежным и вакуумным регулятором, заметим, что начальная его установка очень влияла на мощностные и экономические характеристики двигателя.

Так вот, следовало установить зажигание настолько ранним, насколько это возможно, но не доводя дело до сильной детонации. Поэтому и проверяли регулировку обычно на ходу: полностью прогретый двигатель, скорость 40 км/ч, четвертая передача, педаль газа в пол. При этом должно было раздаться всего несколько детонационных стуков, напоминавших звонкие удары гаечным ключом по верхней части двигателя. По мере разгона детонация должна была исчезнуть. Практически любой бензиновый двигатель «любит» ездить с возможно более ранним зажиганием, и только детонация, ездить с которой недопустимо, ограничивает его в этом.

На наступление режима детонационного сгорания влияло много факторов. Ускоряли его появление даже незначительный перегрев мотора, а также изменение температуры окружающего воздуха и, конечно, качество бензина. Ведь привычные нам термины — восьмидесятый, девяносто второй, девяносто пятый — это и есть октановые числа топлива! И детонационная стойкость девяносто пятого и девяносто восьмого бензинов выше, чем у устаревшего восьмидесятого.

В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива. В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива.

Датчик детонации на двигателе Lada 4×4 Датчик детонации на двигателе Lada 4×4

Так шли дела до появления впрысковых двигателей с «умной» системой управления, имеющей несколько контуров обратной связи.

Распространенное заблуждение

В свое время, еще в девяностых годах прошлого века, я изучал все тонкости впрысковых моторов на примере французского двухлитрового двигателя F3R, устанавливаемого на автомобиль Святогор производства АЗЛК.

Датчик детонации на двигателе F3R

Датчик детонации на двигателе F3R

Материалы по теме

Двигатель был снабжен системой распределенного впрыска топлива с обратной связью по кислородному датчику (лямбда-зонду). Но это была не единственная обратная связь системы управления. Ведь там стоял датчик детонации, который, используя пьезоэффект, «чувствовал» колебания двигателя при детонации, заставляя «мозги» двигателя переходить на более поздние углы зажигания. Занимаясь исследованиями, я понимал, что отключив датчик детонации, мы заставим тем самым достаточно умную систему перейти на максимально поздние углы опережения зажигания. И детонации не дождешься даже на низкооктановом бензине. Так что, вопреки расхожему мнению, обрыв датчика детонации или его проводки не вызывает детонацию. В принципе, впрысковой двигатель детонировать не должен никогда.

Понимая все это, мы вывернули датчик из двигателя, но оставили подсоединенным к блоку управления. То есть система думала, что все исправно, но детонации не ощущала! И вот тут испытуемый зазвенел, как медный колокол.

Вред детонации

Взрывы, конечно, научились использовать в мирных целях, но в случае с детонацией этот фокус не проходит. Не приспособлен двигатель к взрывообразному горению — он любит относительно медленное и плавное протекание процесса. Детонация ускоряет износ деталей кривошипно-шатунного механизма (разбивает, в том числе, и те самые поршневые пальцы, откуда и пошла легенда о стуке пальцев.). Кроме того, повреждается поверхность поршня, причем эрозия идет не только из-за повышенной температуры — ударные волны буквально выкрашивают поверхность поршня и обрушивают перемычки между поршневыми кольцами.

Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время.

Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время.

Материалы по теме

Это еще не всё. Детонация приводит к перегреву всего двигателя, что опять же повреждает рабочие поверхности цилиндров и поршней и может привести к прогару прокладки под головкой

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:

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.

Детонационное сгорание в бензиновом двигателе

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
12093 0

Увеличение степени сжатия бензиновых двигателей ограничено в связи с возможностью возникновения детонации. При этом явлении возникает неконтролируемое сгорание смеси уже после ее воспламенения искрой. Детонационное сгорание протекает с очень высокой скоростью и создает в цилиндре повышенные давление и температуру. Если этот процесс продолжается некоторое время, то двигатель повреждается.

Максимальная степень сжатия, применяемая в бензиновых двигателях, определяется видом и свойствами используемого топлива. Способность топлива противостоять детонации выражается его октановым числом, которое показывает, сколько частей изооктана в смеси с нормальным гептаном нужно иметь в эталонном топливе, чтобы в специальном двигателе CFR оно имело такую же способность противостоять детонации, как и испытываемое топливо. Степень сжатия двигателя CFR может быть изменена без его останова. Условия в этом специальном двигателе не соответствуют условиям в реальном автомобильном двигателе, поэтому два вида топлива в двигателе CFR с одинаковым октановым числом в каждом конкретном автомобильном двигателе ведут себя по-разному. Это зависит от химического состава топлива, формы камеры сгорания и от типа охлаждения двигателя.

Следует отметить, что производство топлива с высоким октановым числом дорого и из одной тонны нефти получить его можно меньше, чем топлива с низким октановым числом. Октановое число можно повысить с помощью антидетонационных присадок, которые, однако, содержат вредные вещества (свинец и т. п.). В данной статье будут рассмотрены возможности специальных изменений конструкции или регулировок двигателя в целях обеспечения возможности использовать в нем топлива с низким октановым числом.

Прежде всего, необходимо объяснить, как возникает в двигателе детонация. После зажигания искрой свечи рабочей смеси в камере сгорания процесс сгорания развивается со скоростью, зависящей от температуры и давления рабочей смеси, типа топлива, состава смеси (соотношения между топливом и воздухом). Большое влияние на процесс сгорания оказывают также движение смеси перед ее зажиганием и температура стенок камеры сгорания и цилиндра.

Часть смеси, сгорающая первой в камере сгорания вблизи свечи, расширяется при повышенной температуре и сжимает остаток еще не сгоревшей смеси. По этой причине температура и давление несгоревшей смеси постоянно увеличиваются, и сама эта смесь оттесняется в места камеру сгорания, отдаленные от свечи. Если давление и температура в оставшейся несгоревшей смеси достигнут критических значений, то произойдет мгновенное воспламенение всей массы этой смеси, что вызовет резкий скачок температуры и давления. Такой тип сгорания называется детонационным и оно проявляется в виде характерного постукивания. Если это явление продолжается некоторое время, то происходит перегрев камеры сгорания и от ее горячих стенок свежая смесь самопроизвольно воспламеняется раньше, чем в свече зажигания возникает искра.

Это самопроизвольное воспламенение (называемое также калильным зажиганием) характерно тем, что может происходить как при включенном, так и при выключенном зажигании. Мощность двигателя в этих условиях быстро падает, а максимальная температура и давление при сгорании резко возрастают. У одноцилиндровых двигателей калильное зажигание проявляется через резкую остановку работы двигателя – как при его заклинивании. У многоцилиндровых двигателей такое преждевременное воспламенение, как правило, не происходит одновременно во всех цилиндрах, поэтому двигатель не останавливается, однако быстро теряет мощность. Причиной калильного зажигания могут являться также перегретые контакты свечи зажигания.

Условием, устраняющим детонацию, является обеспечение минимальной удаленности всех точек поверхности камеры сгорания смеси от свечи зажигания. Кроме того, необходимо учесть температуру стенок камеры сгорания. Объем смеси, сгорающий последним, должен располагаться в холодной части камеры сгорания; в первую очередь должна сгореть смесь, находящаяся в зоне с самой высокой температурой стенок, вблизи выпускного клапана.

Поскольку сгорание вблизи ВМТ протекает весьма быстро, рабочая смесь в зоне свечи сгорит первой и будет долго находиться в соприкосновении со стенками камеры сгорания. Тепловые потери в стенку малы в том случае, когда местная температура стенок достаточно высока (например, тарелка выпускного клапана). Зона вокруг впускного клапана имеет самую низкую температуру, и сюда должен оттесняться остаток несгоревшей смеси. Положение свечи зажигания обычно обусловлено общей концепцией двигателя. Тем не менее, свеча должна располагаться как можно ближе к выпускному клапану, быть легко доступной и хорошо охлаждаться.

Опасность возникновения детонации можно устранить несколькими способами. Запаздывание зажигания сокращает время сгорания перед ВМТ поршня, и последние порции рабочей смеси догорают уже за ВМТ на такте расширения. Разогревание этих порций будет проходить медленно и детонация не возникнет. Однако при таком запаздывании зажигания уже будет невозможно достичь максимальной мощности двигателя и высокой топливной экономичности.

Влияние опережения зажигания и октанового числа топлива на мощность двигателя показано на рис. 1 и в табл. 1 ниже.

Рис. 1
Влияние угла опережения зажигания θз и октанового числа топлива на мощность двигателя Ne

Экспериментальный двигатель со степенью сжатия ε = 7,25 достигает полной мощности при опережении зажигания в 23° и на границе детонации требует топлива с октановым числом 98. Из рис. 1 и табл. 1 видно, что при использовании топлива с октановым числом 93 необходимо уменьшить опережение зажигания до 11°. При этом мощность двигателя упадет до 95 %. Требования к октановому числу при этом опережении уменьшаются.

Табл. 1 Влияние октанового числа и опережения зажигания на мощность двигателя на границе детонации

Точки на рис. 1	Октановое число	Мощность, %
1	98	100
2	96	99
3	93	95
4	90	90
5	86	85

Эти особенности можно использовать для снижения удельного расхода топлива при частичной нагрузке двигателя. Степень сжатия у двигателя необходимо увеличить так, чтобы при частичной нагрузке удельный расход топлива уменьшился и увеличилась мощность. Однако при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель будет работать с детонацией. Устранить это можно уменьшением опережения зажигания, например, с помощью вакуумного регулятора. Хотя при этом не будет достигнута максимальная мощность двигателя, но при его частичной нагрузке расход топлива уменьшится. При современном уровне развития электроники обеспечение автоматического регулирования опережения зажигания на основе постоянного слежения за параметрами процесса сгорания в двигателе уже не представляет больших трудностей и способствует снижению расхода топлива при работе двигателя с частичной загрузкой.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 13.05.2011

Читайте также

Сноски

1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 110 — 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru

Комментарии

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

выбивает сгорание — это … Что такое сбивает сгорание?

Стук — может означать: * Стук, Австрия, город в Австрии * Стук, документальный фильм о Свидетелях Иеговы Стук также может напоминать: * Стук двигателя или звук, сопровождающий неисправность автомобильного сгорания * Стук порта, тайный метод … … Википедия

стук — ▪ двигатель внутреннего сгорания в двигателе внутреннего сгорания, резкие звуки, вызванные преждевременным сгоранием части сжатой воздушной топливной смеси в цилиндре.В правильно работающем двигателе заряд горит с фронтом пламени…… Universalium

Стук / стук — Громкий стук или стук в цилиндре поршневого двигателя во время такта сгорания, вызванный ударными волнами, вызванными детонирующим двигателем. Стук — это взрыв, а не плавный процесс горения. Это вызвано … … Авиационный словарь

Стук двигателя — Пинг перенаправляет сюда. Для других целей, см. Ping (значения).Детонация (также называемая детонацией, детонацией, искровым ударом, пингом или розованием) в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием происходит, когда происходит сгорание воздушно-топливной смеси в…… Wikipedia

Двигатель внутреннего сгорания — Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором сгорание топлива (обычно ископаемого топлива) происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания. В двигателе внутреннего сгорания происходит расширение высокой температуры и высокой температуры… Wikipedia

Компоненты двигателей внутреннего сгорания — Двигатели внутреннего сгорания бывают самых разных типов, но имеют определенные семейные сходства и, таким образом, имеют много общих типов компонентов.Содержание 1 Камеры сгорания 2 Система зажигания 2.1 Spark 2.2 Сжатие… Википедия

Масляный насос (двигатель внутреннего сгорания) — Эта статья о детали двигателя внутреннего сгорания. Для других целей, см. Масляный насос. Система циркуляции масла… Википедия

Trionic T5.5 — Система управления двигателем SAAB TRIONIC T5.5 Предоставлено: Обзор DrBoost Saab Trionic T.5.5 — это система управления двигателем, которая контролирует зажигание, впрыск топлива и давление турбонаддува.Система была введена в 1994 году Saab 900 с B204L… Википедия

Однородный заряд с воспламенением от сжатия — Термодинамика… Википедия

переработка нефти — Введение конверсии сырой нефти в полезные продукты. История Перегонка керосина и нафты Очистка сырой нефти обязана своим происхождением успешному бурению первой нефтяной скважины в Титусвилле, штат Пенсильвания, в 1859 году. До…… Universalium

Зажигание от сжатия однородного заряда — Зажигание от сжатия однородного заряда, или HCCI, является формой внутреннего сгорания, при которой хорошо перемешанное топливо и окислитель (обычно воздух) сжимаются до точки самовоспламенения.Как и при других формах сгорания, эта экзотермическая реакция … … Википедия

,

Стук двигателя — Инфогалактика: планетарное ядро ​​знаний

детонации (также детонации , детонации , искрового детонации , пингования или розового ) в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием происходит, когда не происходит горение смеси воздух / топливо в цилиндре правильно в ответ на зажигание от свечи зажигания, но один или несколько карманов воздушно-топливной смеси взрываются за пределы оболочки нормального фронта сгорания.

Топливно-воздушный заряд должен зажигаться только свечой зажигания и в точной точке хода поршня. Стук возникает, когда пик процесса сгорания больше не наступает в оптимальный момент для четырехтактного цикла. Ударная волна создает характерный металлический «пингующий» звук, и давление в цилиндре резко возрастает. Эффекты детонации двигателя варьируются от несущественных до полностью разрушительных.

Стук не следует путать с предварительным зажиганием — это два отдельных события.Однако предварительное зажигание обычно сопровождается стуком.

нормальное сгорание

В идеальных условиях обычный двигатель внутреннего сгорания сжигает топливно-воздушную смесь в цилиндре упорядоченным и контролируемым образом. Сгорание начинается от свечи зажигания примерно на 10-40 градусов коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ), в зависимости от многих факторов, включая частоту вращения и нагрузку двигателя. Такое опережение зажигания дает время для процесса сгорания развивать пиковое давление в идеальное время для максимального восстановления работы из расширяющихся газов. ^[1]

Искра на электродах свечи зажигания образует небольшое ядро ​​пламени, примерно равное размеру промежутка свечи зажигания. По мере того как он увеличивается в размерах, его тепловая мощность увеличивается, что позволяет ему расти с ускоряющейся скоростью, быстро расширяясь через камеру сгорания. Этот рост происходит из-за прохождения фронта пламени через саму горючую топливно-воздушную смесь и из-за турбулентности, которая быстро растягивает зону горения в комплекс пальцев горящего газа, которые имеют гораздо большую площадь поверхности, чем простой сферический шар пламя быПри нормальном сгорании этот фронт пламени движется по топливно-воздушной смеси со скоростью, характерной для конкретной смеси. Давление плавно возрастает до пика, так как почти все имеющееся топливо расходуется, затем давление падает, когда поршень опускается. Максимальное давление в цилиндре достигается через несколько градусов коленчатого вала после того, как поршень проходит ВМТ, так что сила, приложенная к поршню (от возрастающего давления, приложенного к верхней поверхности поршня), может дать самый сильный толчок именно тогда, когда скорость поршня и механическое преимущество на коленчатом валу дает лучшее восстановление силы от расширяющихся газов, тем самым максимизируя крутящий момент, передаваемый на коленчатый вал. ^{[1] [2]}

Аномальное сгорание

Когда несгоревшая топливно-воздушная смесь за границей фронта пламени подвергается воздействию тепла и давления в течение определенной продолжительности (за пределами периода задержки используемого топлива), может произойти детонация. Детонация характеризуется мгновенным взрывным воспламенением по меньшей мере одного кармана топливовоздушной смеси вне фронта пламени. Вокруг каждого кармана создается локальная ударная волна, и давление в баллоне может резко превысить проектные пределы.

Если детонация может сохраняться в экстремальных условиях или в течение многих циклов работы двигателя, детали двигателя могут быть повреждены или разрушены. Самыми простыми вредными эффектами, как правило, являются износ частиц, вызванный умеренным ударом, который в дальнейшем может происходить через масляную систему двигателя и вызывать износ других частей, прежде чем они попадут в масляный фильтр. Сильный удар может привести к катастрофическому выходу из строя в виде физических отверстий, пробитых в поршне или головке цилиндра (т. Е. Разрыва камеры сгорания), которые ослабляют поврежденный цилиндр и вводят крупные металлические фрагменты, топливо и продукты сгорания в масляная система.Известно, что гиперэвтектические поршни легко ломаются от таких ударных волн. ^[2]

Детонация может быть предотвращена любым или всеми из следующих методов:

• использование топлива с высоким октановым числом, которое повышает температуру сгорания топлива и снижает склонность к детонации
• обогащает воздушно-топливное отношение, которое изменяет химические реакции во время сгорания, снижает температуру сгорания и увеличивает запас выше детонации
• снижение пикового давления в цилиндре
• снижение давления в коллекторе путем уменьшения открытия дросселя или давления наддува
• снижение нагрузки на двигатель
• замедление (уменьшение) момента зажигания

Поскольку давление и температура тесно связаны, детонацию также можно ослабить, контролируя пиковые температуры в камере сгорания за счет уменьшения степени сжатия, рециркуляции выхлопных газов, соответствующей калибровки графика времени зажигания двигателя и тщательного проектирования камер сгорания двигателя и системы охлаждения, так как а также контроль начальной температуры воздуха на впуске.

Добавление некоторых материалов, таких как свинец и таллий, будет очень хорошо подавлять детонацию при использовании определенных видов топлива. ^{[ цитирование необходимо ]} Добавление тетраэтиллида (TEL), растворимого соединения органолида, добавляемого в бензин, было обычным явлением до тех пор, пока оно не было прекращено по причинам токсического загрязнения. Свинцовая пыль, добавленная во впускной заряд, также уменьшит детонацию с различными углеводородными топливами. Соединения марганца также используются для уменьшения детонации бензиновым топливом.

Стук реже встречается в холодном климате. В качестве вторичного решения можно использовать систему впрыска воды для снижения пиковых температур в камере сгорания и, таким образом, для подавления детонации. Пар (водяной пар) будет подавлять детонацию, даже если дополнительное охлаждение не подается.

Определенные химические изменения должны сначала произойти, чтобы произошел удар, следовательно, топливо с определенными структурами имеет тенденцию выбивать легче, чем другие. Парафины с разветвленной цепью имеют тенденцию сопротивляться стуку, в то время как парафины с прямой цепью легко стучат.Было теоретизировано ^{[ цитирование необходимо ]} , что свинец, пар и тому подобное мешают некоторым различным окислительным изменениям, которые происходят во время сгорания, и, следовательно, уменьшению детонации.

Турбулентность, как уже говорилось, очень сильно влияет на детонацию. Двигатели с хорошей турбулентностью имеют тенденцию разбивать меньше, чем двигатели с плохой турбулентностью. Турбулентность возникает не только при вдыхании двигателя, но и при сжатии и сжигании смеси. Во время сжатия / расширения используется «мягкая» турбулентность для насильственного смешивания воздуха и топлива, так как он воспламеняется и сгорает, что значительно снижает детонацию за счет ускорения горения и охлаждения несгоревшей смеси.Одним из примеров этого являются все современные боковые клапаны или плоские двигатели. Значительная часть пространства головки выполнена в непосредственной близости от головки поршня, создавая большую турбулентность вблизи ВМТ. В первые дни работы боковых головок клапанов этого не делали, и для любого конкретного топлива приходилось использовать гораздо более низкую степень сжатия. Также такие двигатели были чувствительны к возгоранию и имели меньшую мощность. ^[2]

Стук более или менее неизбежен в дизельных двигателях, где топливо впрыскивается в сильно сжатый воздух в конце такта сжатия.Существует небольшая задержка между впрыскиваемым топливом и началом сгорания. К этому времени в камере сгорания уже есть количество топлива, которое сначала воспламенится в областях с большей плотностью кислорода до сгорания полного заряда. Это внезапное повышение давления и температуры вызывает характерный «стук» или «стук» дизеля, некоторые из которых должны учитываться в конструкции двигателя.

Тщательный дизайн инжекторного насоса, топливного инжектора, камеры сгорания, головки поршня и головки цилиндров может значительно снизить детонацию, а современные двигатели, использующие электронный впрыск Common Rail, имеют очень низкий уровень детонации.Двигатели с косвенным впрыском обычно имеют более низкий уровень детонации, чем двигатель с прямым впрыском, из-за большего рассеивания кислорода в камере сгорания и более низкого давления впрыска, обеспечивающего более полное смешивание топлива и воздуха. На самом деле дизели не испытывают такого же «удара», как бензиновые двигатели, поскольку известно, что причиной этого является только очень высокая скорость повышения давления, а не нестабильное сгорание. Дизельное топливо на самом деле очень склонно к детонации в бензиновых двигателях, но в дизельном двигателе стук не происходит, потому что топливо окисляется только во время цикла расширения.В бензиновом двигателе топливо медленно окисляется все время, пока оно сжимается до искры. Это позволяет изменениям в структуре / составе молекул до самого критического периода высокой температуры / давления. ^[2]

Нетрадиционным двигателем, который использует детонацию для повышения эффективности и уменьшения количества загрязняющих веществ, является двигатель Bourke.

до розжига

Предварительное зажигание (или предварительное зажигание ) в двигателе с искровым зажиганием является технически отличным явлением от детонации двигателя и описывает случай, когда смесь воздуха и топлива в цилиндре воспламеняется до того, как зажигается свеча зажигания.Предварительное зажигание инициируется источником зажигания, отличным от искры, таким как горячие точки в камере сгорания, свеча зажигания, которая слишком горячая для применения, или углеродистые отложения в камере сгорания, нагретые до накаливания в результате предыдущих событий сгорания двигателя.

Это явление также называют «послепродажным» или «включенным» или иногда дизельным, когда оно заставляет двигатель продолжать работать после выключения зажигания. Этот эффект более легко достигается на карбюраторных бензиновых двигателях, поскольку подача топлива в карбюратор обычно регулируется пассивным механическим поплавковым клапаном, и подача топлива может продолжаться до тех пор, пока давление в топливной магистрали не будет сброшено, при условии, что топливо может каким-то образом вытягиваться за пределы дроссельная заслонка.Такое случается редко в современных двигателях с дроссельной заслонкой или электронным впрыском топлива, поскольку инжекторам не будет разрешено продолжать подачу топлива после выключения двигателя, и любое возникновение может указывать на наличие негерметичной (неисправной) форсунки. ^[3]

В случае многоцилиндровых двигателей с сильным наддувом или высокой степенью сжатия, особенно тех, которые используют метанол (или другое топливо, склонное к предварительному воспламенению), предварительное зажигание может быстро расплавить или сжечь поршни, поскольку энергия, генерируемая другими все еще функционирующими поршнями, будет вызывать перегретые вдоль, независимо от того, как рано смесь воспламеняется.Многие двигатели пострадали от такой неисправности в случае неправильной подачи топлива. Часто один инжектор может засориться, в то время как другие продолжают нормально допускать легкую детонацию в одном цилиндре, что приводит к серьезной детонации, а затем к предварительному воспламенению. ^[4]

Проблемы, связанные с предварительным зажиганием, возросли в последние годы в связи с разработкой двигателей с искровым зажиганием с высокой степенью ускорения и пониженной скоростью. Уменьшенные обороты двигателя дают больше времени для завершения процесса самовоспламенения, что способствует возможности предварительного зажигания и так называемого «мега-удара».В этих обстоятельствах по-прежнему ведутся серьезные споры относительно источников события до возгорания. ^[5]

Предварительное зажигание и детонация двигателя резко повышают температуру в камере сгорания. Следовательно, любой эффект увеличивает вероятность возникновения другого эффекта, и оба могут давать аналогичные эффекты с точки зрения оператора, такие как грубая работа двигателя или потеря производительности из-за оперативного вмешательства компьютера управления трансмиссией. По причинам, подобным этим, человек, не знакомый с различием, может описать одно имя другим.При правильной конструкции камеры сгорания предварительное зажигание, как правило, может быть устранено путем правильного выбора свечи зажигания, правильной регулировки топливовоздушной смеси и периодической очистки камер сгорания. ^[1]

Причины предварительного зажигания

Причины предварительного зажигания включают следующее: ^[3]

• Углеродистые отложения образуют тепловой барьер и могут стать фактором предварительного воспламенения. Другие причины включают в себя: перегрев свечи зажигания (слишком горячий диапазон нагрева для применения).Светящиеся отложения углерода на горячем выпускном клапане (это может означать, что клапан слишком горячий из-за плохого седла, слабой пружины клапана или недостаточной защелки клапана)
• Острый край в камере сгорания или сверху поршня (закругление острых кромок с помощью шлифовальной машины может устранить эту причину)
• Острые края на клапанах, которые были неправильно переточены (недостаточно краев, оставленных на краях)
• Бедная топливная смесь
• Двигатель, который работает горячее, чем обычно, из-за проблемы с системой охлаждения (низкий уровень охлаждающей жидкости, проскальзывание муфты вентилятора, неработающий электрический вентилятор или другая проблема с системой охлаждения)
• самовоспламенение капель моторного масла ^[5]
• Недостаточно масла в двигателе

Предварительное зажигание, вызванное детонацией

Из-за того, как детонация разрушает пограничный слой защитного газа, окружающего компоненты в цилиндре, такие как электрод свечи зажигания, эти компоненты могут начать сильно нагреваться в течение длительных периодов детонации и свечения.В конечном итоге это может привести к гораздо более катастрофическому предварительному зажиганию, как описано выше.

Несмотря на то, что автомобильный двигатель продолжает распространяться на тысячи километров при легкой детонации, предварительное зажигание может разрушить двигатель всего за несколько ударов поршня.

Обнаружение детонации

Из-за большого различия в качестве топлива, большое количество двигателей теперь содержат механизмы для обнаружения детонации и, соответственно, регулировки времени или давления наддува, чтобы предложить улучшенные характеристики на высокооктановых топливах, снижая при этом риск повреждения двигателя в результате детонации во время работы. на низкооктановых топливах.

Ранним примером этого являются двигатели Saab H с турбонаддувом, где система, называемая Automatic Performance Control, использовалась для снижения давления наддува, если оно вызывало детонацию двигателя. ^[6]

Различные устройства мониторинга обычно используются тюнерами в качестве метода наблюдения и прослушивания двигателя, чтобы определить, является ли настроенное транспортное средство безопасным под нагрузкой или используется для безопасной перенастройки транспортного средства.

предсказание детонации

Поскольку предотвращение детонационного сгорания очень важно для инженеров-разработчиков, было разработано множество технологий моделирования, которые могут идентифицировать конструкцию двигателя или условия эксплуатации, в которых можно ожидать возникновения детонации.Это позволяет инженерам разрабатывать способы уменьшения детонационного сгорания, сохраняя при этом высокую тепловую эффективность.

Поскольку начало детонации чувствительно к давлению в цилиндре, температуре и химическому составу самовоспламенения, связанным с составами локальных смесей в камере сгорания, моделирование, которое учитывает все эти аспекты ^[7], , таким образом, оказалось наиболее эффективным при определении нарушить эксплуатационные пределы и дать возможность инженерам определить наиболее подходящую стратегию работы

Рекомендации

Дальнейшее чтение

• Моделирование колебаний давления в цилиндрах в условиях детонации: общий подход, основанный на уравнении затухающих волн , FUEL Journal, DOI: 10.1016 / j.fuel.2012.07.066, ISSN 0016-2361, февраль 2013 г.
• Экспериментальная оценка уменьшенных кинетических моделей для моделирования детонации в двигателях СИ , Техническая статья SAE n. 2011-24-0033, DOI: 10.4271 / 2011-24-0033, ISSN 0148-7191, сентябрь 2011 года.
• Моделирование колебаний давления в условиях детонации: подход к уравнению с частными дифференциальными волнами , Технический документ SAE n. 2010-01-2185, DOI 10.4271 / 2010-01-2185, ISSN 0148-7191, октябрь 2010 года.
• Моделирование с прогнозирующим сгоранием для «уменьшенных» двигателей с прямым зажиганием с искровым зажиганием: решения для предварительного зажигания («мега-детонация»), пропуски зажигания, тушения, распространения пламени и обычного «детонации» , инновации cmcl, доступны с июня 2010 года.
• Основы двигателя: детонация и предварительное зажигание , Аллен В. Клайн, доступ к июню 2007 г.
• Экспериментальное исследование по использованию ионного тока на двигателях SI для обнаружения детонации , Техническая статья SAE n. 2009-01-2745, DOI 10.4271 / 2009-01-2745, ISSN 0148-7191, ноябрь 2009 г.
• Чарльз Фейет Тейлор, Двигатель внутреннего сгорания в теории и на практике, второе издание, пересмотренный, том 2 , MIT Press, 1985, глава 2 «Детонация и предвосхищение», стр. 34–85, ISBN 9780262700276.

Внешние ссылки

Engine Spark Knock — этот раздражающий стук, звенящий или грохочущий звук Удар искры двигателя — тот раздражающий стук, пинг или грохот звука

Моторный искровой стук звучит как металлический стук; звуки или грохот из вашего двигателя.

Искровой удар двигателя обычно слышен при ускорении двигателя от умеренного до сильного.

А, обычно происходит после того, как двигатель достиг или близок к нормальной рабочей температуре.

Искровой удар двигателя, аналогичный предварительному зажиганию, является в основном беспорядочной формой сгорания.

Искра двигателя возникает, когда топливная смесь подвергается слишком сильному сжатию; тепло или оба. Итак, если ваш двигатель делает этот раздражающий стук; звуки или грохот, вероятно, вы испытываете искру в двигателе.

Двигатель Искра Стук

Следовательно, в любое время давление в камере сгорания становится достаточно высоким; может произойти ненормальное сгорание.В конечном итоге, это может привести к срыву прокладки головки, поломке колец, трещинам поршня и / или сгладлению ваших стержневых подшипников.

Каковы другие причины детонации двигателя;

• Неисправный клапан EGR
• Ошибка датчика детонации
• Избыточное наращивание углерода
• Вакуумные утечки
• выше, чем нормальное сжатие
• Противодавление выхлопных газов
• Нестандартное топливо
• Чрезмерная температура двигателя

Неисправный клапан EGR

Клапан (EGR)

Когда двигатель разгоняется или тянется под нагрузкой, клапан (EGR) должен открыться.Это позволяет всасывающему вакууму всасывать часть выхлопных газов через клапан (EGR), чтобы немного разбавить смесь воздух / топливо. Кроме того, это снижает температуру сгорания и предотвращает детонацию. Проверьте работу клапана рециркуляции отработавших газов; и проверить накапливание отложений углерода. Либо попробуйте очистить от нагара, либо замените клапан (EGR), если он неисправен.

Датчик детонации (KS) обнаруживает детонацию двигателя

Датчик детонации (KS) обнаруживает детонацию двигателя

Ваш двигатель оснащен датчиком детонации, который обнаруживает этот шум и сообщает компьютеру о задержке зажигания.Искра двигателя может возникнуть, когда двигатель работает с большой нагрузкой под нагрузкой, что может привести к замедлению (PCM). Это немного снижает мощность, но защищает ваш двигатель от повреждений. Однако, если датчик детонации не работает; Время зажигания не будет задерживаться, когда это необходимо. Следовательно, вы можете услышать звенящий или дребезжащий звук при ускорении; подъём на гору или когда двигатель тянет.

Нажатие на двигатель рядом с датчиком — один из способов его проверки. Далее следите за временем срабатывания искры и / или датчиком детонации на диагностическом приборе.Вам нужно посмотреть, посылает ли он сигнал задержки синхронизации.

ПРИМЕЧАНИЕ: Чрезмерное время зажигания также может вызывать то же самое. Компьютер двигателя контролирует время зажигания. В результате время зажигания не регулируется на современных двигателях. Единственный способ изменить опережение синхронизации — это перепрограммировать (PCM).

Чрезмерное наращивание углерода

Избыточное накопление углерода (EGR)

• Старые двигатели с большим пробегом
• Транспорт, который никогда не прогревается полностью
• Только на короткие расстояния

Обработка вашего двигателя угольным очистителем или присадкой к топливной системе обычно помогает устранить это.

Утечки вакуума

Вакуумные утечки могут вызвать искру двигателя

Системы выпуска транспортных средств могут использовать вакуум для управления выключателями; соленоиды и приводы вокруг двигателя;

• клапан рециркуляции отработавших газов
• датчик MAP
• клапан PCV
• Продувочный клапан

Вакуумные утечки в любом из этих компонентов могут привести к детонации или пингу. Проверьте вакуумные шланги в этих системах на наличие повреждений и ослабленных соединений.

Выше обычного сжатия

Одной из причин может быть двигатель, у которого цилиндры были увеличены.Это может увеличить статическую степень сжатия двигателя. Другой может быть головка цилиндра, которая была восстановлена ​​для восстановления плоскостности. Это уменьшит объем камеры сгорания, а также увеличит степень статического сжатия двигателя.

Эти изменения увеличат мощность двигателя; но также и риск детонации двигателя на обычном топливе с октановым числом 87. Двигатели с наддувом или турбонаддувом также подвергаются гораздо большему риску. Это связано с тем, что система принудительной подачи воздуха увеличивает компрессию.

Противодавление выхлопных газов

Высокое противодавление является распространенной проблемой выхлопной системы. Это может произойти из-за забитой выхлопной трубы; каталитический нейтрализатор; или глушитель. В результате засоренный преобразователь является наиболее распространенной причиной повышения противодавления выхлопных газов. Это ограничит поток воздуха в двигателе; заставляя двигатель работать горячее и терять мощность; приводя к пингу или стуку. Большую часть времени каталитический нейтрализатор засоряется из-за старости; перегрев или загрязнение топлива.

Нестандартное топливо

Нестандартное топливо

Бензин обычного качества должен иметь октановое число 87; Но это не всегда так. Исправление для этого состоит в том, чтобы попробовать бак среднего или премиального бензина. Премиум стоит дороже; но может потребоваться уменьшить стук. Или, если вы всегда покупаете газ на одной и той же заправке; попробуйте другую заправку. Не покупайте самый дешевый газ, который вы можете найти.

Любой из них может привести к детонации двигателя;

• Чрезмерная температура двигателя
• Двигатель работает слишком горячо из-за низкого уровня охлаждающей жидкости
• Не работает вентилятор охлаждения
• Подключенный радиатор
• Плохой водяной насос
• Прилипающий термостат

Заключение

Наконец, искровой искорок двигателя возникает, когда чрезмерное тепло и давление приводят к самовоспламенению смеси воздуха и топлива.Это создает множество фронтов пламени внутри камеры сгорания вместо одного фронта пламени. Когда эти множественные языки пламени сталкиваются; они делают это с взрывной силой, которая вызывает внезапное повышение давления в цилиндре. Наряду с этим это острый металлический стук или стук.

Пожалуйста, поделитесь DannysEngineПортал Новости

,

5 Причины шума стука двигателя автомобиля (и как его исправить)

Полностью работающий двигатель внутреннего сгорания не издает никаких необычных шумов. Но если вы начинаете слышать странные звуки, которые обычно не слышите, для этого может быть много разных причин.

Точный тип звука, который вы слышите, может определить проблему. Большинство людей слышат стук, когда в их двигателе возникает механическая проблема. Некоторые люди называют это звенящим звуком, который не проходит.Это может даже ухудшиться, когда вы нажимаете на педаль газа.

5 главных причин, по которым ваш автомобиль издает стук

Люди, которые слышат странные звуки, издаваемые их двигателем, могут игнорировать их как ничто. Они часто ждут, пока функциональность их автомобиля не будет скомпрометирована, прежде чем что-то с этим делать.

Не ставьте себя в такую ​​ситуацию, потому что в противном случае многие жизненно важные компоненты вашего двигателя могут быть повреждены. Лучше всего выяснить причину стучащих шумов, как только вы их услышите.Затем вы можете отвезти свой автомобиль в авторемонтную мастерскую и произвести необходимый ремонт или замену.

Вот пять наиболее распространенных причин шума стука двигателя автомобиля.

1) Несбалансированная воздушно-топливная смесь

Если камера внутреннего сгорания не обеспечивает надлежащего баланса воздуха и топлива, смешивающихся вместе для сгорания, то это приведет к неравномерному сгоранию топлива. Если это будет продолжаться регулярно, стенка цилиндра и поршень будут повреждены.

Это приведет к тому, что эти странные стучащие шумы будут издаваться от стенки цилиндра и поршня.Замените эти компоненты двигателя непосредственно перед дальнейшим повреждением.

2) Низкое значение октанового числа

Топливо на заправочной станции должно иметь октановое число, указанное на насосе. Этот рейтинг относится к тому, насколько топливо подвержено детонации двигателя, когда камера внутреннего сгорания сжимает его.

Если вы управляете высокопроизводительным транспортным средством, которому требуется сильно сжатая смесь топлива и воздуха, вам потребуется топливо с высоким октановым числом 91 или выше.Но если октановое число слишком низкое, смесь воздуха и топлива воспламеняется, прежде чем свеча зажигания генерирует искру. Это приведет к тому, что эти стучащие звуки будут слышны.

Связанные: лучшие октановые бустеры для лучшей производительности

3) Несовместимые свечи зажигания

Если вы используете неправильный тип свечей зажигания в своем автомобиле, это может легко вызвать стук в вашем двигателе. В основном, свечи зажигания имеют разные уровни устойчивости к более высоким температурам от двигателя.

Если вы используете не ту свечу зажигания, которая не переносит нагрев вашего двигателя, то она не будет работать правильно. Это приведет к стуку в большинстве случаев.

4) Углеродные отложения

Бензин должен иметь углеродную чистящую добавку, чтобы предотвратить накопление углеродных отложений на свечах зажигания, клапанах и других деталях, которые способствуют процессу внутреннего сгорания.

Когда зажигается смесь воздуха и топлива, молекулы углерода могут легко образоваться на этих деталях, если нет моющего средства для их очистки.Если вы регулярно привозите свой автомобиль для технического обслуживания, вы можете попросить своего механика добавить это чистящее средство для вас.

Читайте также: 10 Причины колебаний двигателя автомобиля

5) Недостаточно смазанные цилиндры

Важно, чтобы верхняя часть головки цилиндров получала масло для смазки. Если в этой области головка цилиндра не смазывается должным образом, то можно ожидать появления стучащих шумов.

Обычно это происходит из-за незакрепленных подъемников или клапанов, которые могут не получать нужного количества масла, в котором они нуждаются.В любом случае, убедитесь, что ваше масло течет правильно в области головки цилиндров. Либо у вас есть утечка масла, либо, возможно, ваше масло слишком старое и нуждается в замене.

Связанные: Лучшие присадки к маслу для остановки детонации двигателя

Как устранить детонацию двигателя (особенно на холостом ходу)

Если вы заводите автомобиль и слышите стук, это, как правило, означает, что топливо в машине не зажигалось должным образом. Это может быть связано с некачественным топливом, плохими свечами зажигания или другой причиной, описанной выше.Если проблема не будет решена достаточно быстро, это может привести к повреждению компонентов двигателя, что приведет к значительным затратам на ремонт.

Вместо того, чтобы тратить тысячи долларов на замену двигателя, было бы гораздо дешевле просто устранить причину детонации двигателя, прежде чем он нанесет ущерб.

Прежде чем отправлять свой автомобиль в авторемонтную мастерскую для дорогостоящей диагностики, есть несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы попытаться сбить стук.

Первым шагом является использование топлива более высокого качества.Посмотрите на свой газовый колпачок или в руководстве по эксплуатации вашего автомобиля и посмотрите, каким будет октановое число вашего топлива. Затем убедитесь, что вы закачиваете топливо в свой автомобиль, который имеет, как минимум, такое же октановое число. Для большинства стандартное топливо с октановым числом 87 хорошо. Но для многих транспортных средств с высокой степенью сжатия или высокой производительности требуется 91 или даже 93 октановое топливо.

Далее, вы хотите промыть цилиндры, если они грязные. Эта грязь на самом деле является углеродным остатком, который происходит из углеродных компонентов бензина.Когда вы расходуете бензин, небольшие количества углеродистых отложений попадают в ваши цилиндры и со временем накапливаются. Вот почему вам необходимо периодически промывать их до того, как накопление станет слишком сильным.

Для этого добавьте чистящую добавку или моющее средство в бензин. Наиболее распространенным является очиститель топливных инжекторов, который очищает остатки от камер сгорания и инжекторов.

Если вы все еще слышите стук от вашего двигателя, убедитесь, что вы используете правильные свечи зажигания.Чтобы это выяснить, сначала нужно снять свечи зажигания, а затем записать номера моделей, которые на них нанесены.

Сравните эти номера моделей с номерами, указанными в руководстве пользователя. Если числа совпадают, то все будет хорошо, если только они не выглядят очень грязно Если номер модели свечи зажигания не совпадает, лучше заменить их на правильные.

Многие из вышеперечисленных задач требуют знания автомобилей и использования механических инструментов. Если вы новичок, то вам нужно, чтобы профессиональный механик выполнил эти задачи за вас, иначе вы рискуете нанести дальнейший ущерб вашему автомобилю.