Детонация в двигателе

Детонация в двигателе — причины и следствия — журнал За рулем

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 

www.zr.ru

Deus-Ex › Блог › Детонация как последствие повышенного расхода масла в двигателе – миф или реальность?

Все нам хорошо известны классические признаки повреждения двигателя от детонации — это всегда разрушение перемычек поршня с явно выраженным конусом, который расширяется от днища в сторону юбки. Непременные спутники этого процесса — локальные оплавления тела поршня и термическая деформация колец из-за появления сопутствующего калильного зажигания в поврежденных зонах. Фотография одного такого поршня прямо из сервисной зоны представлена вашему вниманию ниже:

Согласитесь, что характер повреждений на поршне – классический для повреждений от воздействия детонации… И всё же — в чём именно причина? Если вы хоть немного знакомы с производственным процессом автосервисной станции, то наверняка знаете — при таком разрушении в гарантийный период владельцу будет отказано в безвозмездном устранении недостатка; технические специалисты из гарантийного отдела сразу будут ссылаться на использование владельцем некачественного топлива для заправки автомобиля. Можно считать удачным стечение обстоятельств для такого сервиса, если после отбора образца из топливного бака независимая испытательная лаборатория выявит занижение октанового числа топлива относительно нормы. Но на сегодняшний день с уже упомянутыми ранее типами моторов далеко не всегда получается «поймать» владельца на использовании откровенно некондиционного топлива.

Что же получается? Двигатель разрушен в результате детонации; в баке остаток топлива, октановое число которого выше 95 единиц — а код неисправности о нарушении процесса сгорания возник в диапазоне последних 100 км пути! При таких обстоятельствах доказать, что автомобиль был заправлен кондиционным топливом после повреждения поршневой группы — не то что бы очень сложно, а практически невозможно!

Предлагаю провести краткий экскурс в теорию для реального понимания того, что представляет собой детонация как физический процесс и какие основные причины её появления. Детонация — сверхзвуковой комплекс, состоящий из ударной волны и экзотермической химической реакции за ней. Механизм превращения энергии на фронте детонационной волны существенно отличается от механизма дефлаграции — волны медленного горения, сопровождающейся дозвуковыми течениями. Принципиальная возможность явления детонации следует из того, что при прохождении через фронт ударной волны топливно-воздушная смесь нагревается. Если ударная волна достаточно сильна, то это нагревание может привести к самовоспламенению горючей смеси и ее взрывообразному горению, что и приводит к детонации. Возникающая при этом поверхность нормального разрыва называется детонационной волной. Изменение термодинамических параметров среды при прохождении через фронт детонационной волны описывается детонационной адиабатой.

Быстрое детонационное сгорание, резко повышающее давление в камере сгорания, приводит к быстрому выходу из строя деталей двигателя в результате работы с повышенными термическими и механическими нагрузками.

Причинами детонации являются:

— обеднение рабочей смеси;
— большой угол опережения зажигания;
— низкое октановое число топлива;
— повышенное количество нагара на поверхности свечей зажигания, стенках камер сгорания головок блока и днищах поршней

Детонация может быть вызвана как эксплуатационными (наиболее яркий пример — некачественное топливо), так и производственно – технологическими факторами, связанными с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта автомобиля.

В данном случае мы хотим обратить ваше внимание на октановое число конкретно той смеси, которая поступает в камеру сгорания или уже возникает в ней посредством прямого впрыска. Даже при использовании топлива с соответствующим октановым числом фактическое значение детонационной стойкости смеси в камере сгорания может измениться; как неоднократно было установлено в ходе проведения автотехнических экспертиз — причиной тому является попадание моторного масла во впускной коллектор и цилиндры двигателя.

Самым интересным примером стал случай обращения владельца автомобиля среднего класса, оснащённого двухлитровым двигателем с турбонаддувом. Расход моторного масла на угар для таких двигателей находится в пределах 200 — 500 грамм / 1000 км пути и уже давно считается нормой. Владелец неоднократно обращал внимание специалиста СТО, что при динамичном разгоне с установившейся скорости в 120 км/ч из моторного отсека доносился отчётливо слышимый металлический стук «поршневых пальцев». Звуком «поршневых пальцев» уже давно в народе называют проявление детонации. Но, как ни странно звучит этот факт — при разгоне с малых скоростей, где нагрузка на мотор всегда значительно выше — детонация не прослушивается. Получается забавный казус: при «тест-драйве» на территории СТО проявлений детонации не слышно, а вот ездить по городу со скоростью более 120 км/ч — не желает ни один инженер!

В результате в один прекрасный день этот автомобиль прибыл на СТО на эвакуаторе с повреждением поршня, которое характерно при воздействии детонации. После анализа остатков топлива из бака произошло чудо – октановое число исследуемого образца составило 95,6 единиц…И тут «следствие зашло в тупик»…

В ходе проведения автотехнической экспертизы было установлено объёмное накопление моторного масла в турбине, интеркулере и в впускном коллекторе. Моторное масло в процессе эксплуатации накапливалось в уловителе перед зоной всасывания турбокомпрессора и по мере увеличения расхода воздуха поступало в цилиндры двигателя.

Моторное масло по своим свойствам очень похоже на дизельное топливо, цетановое число которого стремится занять противоположный «угол ринга» по отношению к октановому числу бензина. Условия движения автомобиля, которые заявлял владелец перед тем, как слышал признаки детонации — указывают на повышенный расход воздуха во впускной системе и попадание моторного масла в топливовоздушную смесь.

Теперь осталось лишь проверить факт снижения октанового числа при прямом смешении моторного масла и бензинового топлива.

Для чистоты эксперимента был взят бензин марки АИ-95 и проверен на соответствие октанового числа. Образец из топливораздаточной колонки «нефтяного гиганта» показал значение 95,4 единицы. В данный образец топлива было добавлено 20% синтетического моторного масла, которое использовалось в поврежденных двигателях. В ходе испытаний приготовленный образец показал октановое число 91.2, что является фактически несоответствием эталону требований к моторному топливу марки АИ-92. Далее гадать бессмысленно – с таким октановым числом в условиях высоких нагрузок происходит детонационное сгорание и повреждение двигателя, несмотря на соответствие всем предписанным производителем автомобиля нормам к заправленному образцу топлива в баке автомобиля.

Вторым важным вопросом, который возникает после осмысления причины попадания моторного масла во впускной коллектор — становятся условия для возникновения расхода его (масла) через систему вентиляции картерных газов. И тут начинается совсем другая история, начало которой может возникать как в производственной, так и в эксплуатационной плоскостях

***

apriori-expert.com/node/105

www.drive2.ru

Subaru Impreza WRX Десептикон › Бортжурнал › Теория редактирования ECU. Причины взрывов (детонации) в двигателе и способы ликвидации. (ч.1)

ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ

Причины взрывов (детонации) в двигателе и способы ликвидации.

Аномальное горение, более известный как взрыв или детонация, был основным сдерживающим фактором во всем поколении двигателей внутреннего сгорания, после открытия цикла Отто. Начиная настройку двигателя на отдачу максимальной мощности, вы поймете, что детонация это практически основная и вездесущая проблема.
Аномальное горение называют «взрывом» или «детонацией» из-за шума, сильной вибрации, которая передается от сталкивающихся в нескольких фронтах пламени и повышения давления в цилиндре, что приводит к тому, что поршни, шатуны и подшипники начинают резонировать. Любой вид детонации в процессе горения имеет серьезные последствия для мощности, долговечности и состава выхлопных газов двигателя. Если на последнее всем нам как-то похер, то терять мощность и капиталить 3 раза в год двигатель как-то не кошерно.

Причины детонации.

Попытаться любым путем исключить детонацию – это главная и самая высшая задача для любого измененного, тюнингованного и прокаченного двигателя и системы впуска-выпуска. Детонация происходит из-за многих факторов – изменения в консрукции, конструктивный недостаток с завода, нагар внутри двигателя или плохое топливо, не способное препятствовать самодетонации. Очевидно, что главная причина детонации в любом автомобиле является качество топлива. Октановое число определяет способность топлива сопротивляться самовоспламенению, или его способность воспламеняться только в тот момент когда подается искра, ни раньше – ни позже. Для наших целей мы будем изучать детонацию независимо от октанового числа топлива (представим что мы льем всегда самый лучший 98 бенз и не паримся).
Когда детонация происходит – это значит что существует неконтролируемое воспламенение смеси, два или более очагов зажигания топлива, при том что всего один из этих очагов – вызван свечой зажигания.
Во время детонации цилиндр испытывает предельный нагрузки – давление внутри цилиндра очень быстро повышается и температура выхлопных газов резко увеличивается. Зачастую можно получить повышение давления до 8 бар на градус угла коленчатого вала, или до 50000 тактов в секунду. Горячие выхлопные газы сильно нагревают камеру сгорания, зачастую даже не прогорают полностью и момент подачи следующей порции топливно-воздушной смеси остаются в камере в виде огня, а это способствует новой детонации. В результате получим бесконечную неконтролируемую детонацию, которая в итоге выведет из строя двигатель.

© Роман Гришин
Продолжение: Теория редактирования ECU. Причины взрывов (детонации) в двигателе и способы ликвидации. (ч.2)

www.drive2.ru

Детонационное горение — DRIVE2

В сети часто упоминают термин детонация, но редко кто реально понимает, что это на самом деле, основная теория гуляющая в сети рассказывает нам про взрыв в камере сгорания. Дабы как-то скомпенсировать данное заблуждение и дать понимание этого процесса с научной точки зрения приведу выдержку из книги А.А. Гуреева об автомобильных бензинах.

«На некоторых режимах работы автомобиля, обычно связанных с большой нагрузкой, при использовании бензина, качество которого не полностью отвечает требованиям двигателя, может возникнуть особый вид сгорания рабочей смеси, так называемое детонационное сгорание. Такое сгорание сопровождается появлением характерного звонкого металлического стука, повышением дымности выхлопа и увеличением температуры в цилиндрах двигателя.
Все внешние признаки и проявления детонации хорошо известны, однако причины возникновения и механизм этого явления до сего времени выяснены не полностью. Существует несколько теорий, объясняющих сущность детонационного сгорания, но наиболее общепризнанной из них в настоящее время является так называемая перекисная теория.

В основе этой теории лежат труды выдающегося русского ученого акад. А.Н. Баха, который установил, что при окислении углеводородов первичными продуктами являются перекисные соединения типа гидроперекиси R-O-O-H или диалкилперекиси R-О-О-R. Перекиси относятся к разряду весьма нестойких соединений, обладающих большой избыточной энергией. При определенных температурах и давлении перекисные соединения могут самопроизвольно разлагаться с выделением большого количества тепла и образованием новых активных частиц.
Процесс окисления углеводородов бензина кислородом воздуха начинается с момента производства бензина на заводе и продолжается вплоть до сгорания бензина в двигателе. Скорость окисления зависит от температуры. При повышении температуры бензина на 10°С скорость его окисления возрастает в 2,2-2,4 раза.
При хранении и транспортировке бензина температура его обычно невысока, поэтому окисление углеводородов и образование перекисных соединений происходит весьма медленно. Перекисные соединения в таких условиях не накапливаются, а подвергаются дальнейшему окислению с образованием смолистых веществ.

Энергичное окисление углеводородов бензина начинается в камере сгорания в конце такта сжатия рабочей смеси. При движении поршня к в.м.т. непрерывно повышаются температура и давление в рабочей смеси и возрастает скорость окисления углеводородов, причем в процесс окисления вовлекается все большее и большее количество различных соединений. Процессы окисления приобретают особенно большую скорость после воспламенения смеси и образования фронта пламени. По мере сгорания рабочей смеси температура и давление в камере сгорания быстро нарастают, что способствует дальнейшей интенсификации процессов окисления в несгоревшей части рабочей смеси. На последние порции несгоревшего топлива, находящиеся перед фронтом пламени, высокие температура и давление действуют наиболее длительно. Вследствие этого в них особенно интенсивно накапливаются перекисные соединения, поэтому наиболее благоприятные условия для перехода нормального сгорания в детонационное создаются при сгорании именно последних порций рабочей смеси.

Описанные выше процессы окисления углеводородов с образованием перекисных соединений протекают в двигателе всегда, независимо от того, какое сгорание имеет место, — нормальное или детонационное.
Если в двигателе используется бензин, в составе которого преобладают углеводороды, не образующие при окислении большого количества перекисных соединений, то концентрация перекисей в последних порциях смеси не достигает критических значений, и сгорание заканчивается нормально, без возникновения детонации.
Если при окислении бензина в последних порциях смеси накапливается много перекисных соединений, то свыше некоторого критического значения происходит их взрывной распад с образованием так называемого «холодного пламени». Продуктами сгорания в этом пламени являются главным образом альдегиды и СО, так что и энергия, выделяемая в «холодном пламени», составляет лишь малую часть от полной теплоты сгорания топлива (5—10%) с соответственно незначительным повышением температуры. Свечение холодного пламени обязано оптическому возбуждению молекул формальдегида непосредственно при их образовании, т.е. возникает за счет энергии химической реакции (хемилюминесценция).

Распространение холодного пламени по рабочей смеси, в отличие от нормальных горячих пламен, осуществляется исключительно диффузией в свежую смесь активных частиц, радикалов, образующихся при распаде перекисей. Результатом холоднопламенной стадии является замена исходного, относительно инертного углеводорода химически активной смесью органических перекисей, альдегидов и свободных радикалов. Эта активная смесь подвергается дальнейшему окислению и после некоторого периода индукции происходит новый взрывной распад перекисных соединений, аналогичный прежнему, но с вовлечением большей массы исходной смеси и с участием большего количества перекисных соединений. При этом возникает особый тип пламени, промежуточный между холодным и горячим, названный А.С. Соколиком «вторичным холодным пламенем». Реакция идет в нем так же, как в холодном пламени, не до конечных продуктов СО2 и Н2О, а до СО, но степень разогрева в этом пламени уже велика и соответствует выделению примерно половины полной энергии сгорания, поэтому «вторичное холодное пламя» распространяется с большей скоростью не только за счет диффузии активных центров, но и за счет теплопередачи. После прохождения «вторичного холодного пламени» остается нагретая до высокой температуры смесь СО и неиспользованного кислорода. При достаточно высокой концентрации активных центров происходит цепочечно-тепловой взрыв этой смеси, рождающий настоящее горячее пламя, т.е. происходит самовоспламенение.

Вначале самовоспламенение и образование нового фронта горячего пламени происходит в одном или нескольких местах несгоревшей части рабочей смеси. Одновременно с новым фронтом горячего пламени возникает новый фронт ударной волны. Ударные волны, распространяясь по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению, стимулируют самовоспламенение остальной несгоревшей части рабочей смеси. При этом скорость распространения фронта горячего пламени в оставшейся части смеси становится такой же, как и скорость распространения ударных волн, т.е. появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость до 2000—2500 м/с.

Таким образом, сущность явления детонации состоит в весьма быстром завершении процесса сгорания в результате многостадийного самовоспламенения части рабочей смеси перед фронтом пламени, сопровождающегося возникновением ударных волн, которые в свою очередь стимулируют сгорание всей оставшейся рабочей смеси со сверхзвуковой скоростью.

Изложенные выше представления о цепном механизме детонационного сгорания основаны на трудах акад. Н.Н. Семенова и подтверждаются многочисленными экспериментальными данными.
Рис. 1 иллюстрирует исследования перемещения фронта пламени при нормальном и детонационном сгорании смеси в специальном двигателе, оборудованном аппаратурой скоростной фотосъемки. Очаг детонационного сгорания отмечен в наиболее удаленном от свечи зажигания месте. Весь процесс детонационного сгорания завершился при повороте коленчатого вала на 6-7° после в.м.т., тогда как нормальное сгорание в этих условиях протекало значительно дольше и заканчивалось при повороте коленчатого вала более чем на 14° после в.м.т. (см. рис. 1).

Полный размер

Рис. 1. Распространение фронта пламени в цилиндре двигателя. Сплошными линиями обозначены мгновенное положение фронта пламени через каждые 2° поворота коленчатого вала: А — при угле опережения зажигания 20

В пользу многостадийного воспламенения несгоревшей порции рабочей смеси говорит тот факт, что в спектре испускания пламени в детонационной зоне исчезают характерные для углеводородного пламени полосы С-С и С-Н. Это обстоятельство свидетельствует о том, что горячее пламя возникает в данном случае не в исходной углеводородо-воздушной смеси, а в продуктах ее превращения, содержащих главным образом СО. При помощи спектров поглощения в смеси перед детонационным воспламенением обнаружены органические перекиси и альдегиды и, наконец, специфические для холодного пламени возбужденные молекулы формальдегида.
Установлено, что введение в камеру сгорания небольших количеств диэтилперекиси (С2Н5ООС2Н5) или этил гидроперекиси (С2Н5ООН) вызывает очень сильную детонацию. Резкую детонацию вызывало введение гидроперекиси ацетила (СН3СООН). В последней порции рабочей смеси в двигателе перед началом детонации были обнаружены органические перекиси, аналогичные гидроперекиси ацетила, в таких количествах, которые по опытам с чистой перекисью необходимы для вызова детонации.
Внешние признаки детонационного сгорания мы уже отмечали: характерный стук, дымный выхлоп и перегрев двигателя.
Металлический стук является результатом многократных периодических отражений ударных волн от стенок камер сгорания. При этом на индикаторных диаграммах в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда постепенно затухающих острых пиков (рис. 2).

Полный размер

Рис. 2. Типичные индикаторные диаграммы двигателя с искровым зажиганием при работе с детонацией

Частота вибраций давления примерно такая же, как и основная частота слышимых стуков — порядка нескольких тысяч герц. В связи с этим при детонации мы слышим звонкий металлический стук высоких тонов.
Само по себе повышение давления, возникающее во фронте ударных волн, с точки зрения механической прочности деталей двигателя, не представляет особой опасности, так как эти пики давления действуют в виде крайне коротких импульсов, длящихся менее одной десятитысячной доли секунды. Однако ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически «сдирать» масляную пленку с поверхности гильзы, что приводит к увеличению износа цилиндров и поршневых колец. Кроме того, вибрационный характер нагрузки на поршень при наличии детонации может вызывать разрушение антифрикционного слоя в шатунных подшипниках.

В результате большой скорости и взрывного характера сгорания при детонации часть топлива и промежуточных продуктов сгорания «разбрасывается по объему камеры», перемешивается с конечными продуктами сгорания и не успевает полностью сгореть. Следствием неполноты сгорания смеси при детонации является увеличение дымности выхлопа.
Главная опасность детонации заключается в повышенной отдаче тепла от сгоревших газов в стенки камеры сгорания и днище поршня из-за более высоких температур в детонационной волне и увеличения коэффициента теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа.
Увеличенная теплоотдача в стенки приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения поверхности камеры сгорания и днища поршня, первоначально выражающиеся в появлении на поверхности металла небольших щербин. Часто в первую очередь происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно расположение таких разрушений во вполне определенных для данного двигателя местах, зависящих от конфигурации камеры сгорания, что связано с зонами преимущественного возникновения детонации и условиями отражения ударных волн от стенок.
Распределение износов по высоте цилиндра видно из данных, приведенных на рис. 3. Они свидетельствуют о том, что длительная работа двигателя с детонацией совершенно недопустима.

www.drive2.ru

Двигатель детонирует во время разгона: как распознать детонацию и что делать в этом случае

Начнем с того, что ряд неисправностей двигателя опытные автомеханики и сами водители могут определить по звуку работы ДВС. Как правило, появление «звона» при резком нажатии на газ на повышенных передачах или «бубнящий» звук после выключения зажигания не сильно пугает начинающих автолюбителей, однако зачастую это звук детонации двигателя.

При этом в ряде случаев такие звуки поголовно списывают на стук поршневых пальцев. Однако важно понимать, что зачастую дело не в пальцах, а в детонации, которая в скором времени может обернуться серьезными неприятностями и дорогостоящим ремонтом мотора.

Нужно учесть, что поршневые пальцы обычно стучат на сильно изношенных моторах, в которых уже давно имеются проблемы с поршнями, кольцами и т.д. При этом звонкие постукивания в относительно «свежем» силовом агрегате с нормальной ЦПГ никак не являются звуками ударов металла по металлу.

В этом случае металлический звон появляется в результате нарушения процесса сгорания топлива в цилиндрах. Далее мы поговорим о том, по каким причинам возникает детонация двигателя на холостых оборотах,  при резком нажатии на педаль газа в движении и т.д. Также мы рассмотрим, что  делать водителю для сохранения моторесурса и самого ДВС в исправном состоянии.

Детонация двигателя: основные признаки

Содержание статьи:

Итак, детонация представляет собой неконтролируемый хаотичный процесс сгорания топлива, который больше похож на взрывы в цилиндре. Причем эти условные взрывы происходят несвоевременно (например, на такте сжатия, когда поршень еще движется вверх). В результате ударная волна и высокое давление становятся причиной сильнейших нагрузок на элементы ЦПГ и КШМ, буквально разрушая мотор.

Детонацию определяют не только по звуку, но и по ряду других признаков. Прежде всего, двигатель теряет мощность при нажатии на газ, также мотор может немного дымить в момент резкого нажатия на педаль акселератора серовато-черным дымом. Обычно сильная детонация сопровождается перегревом двигателя, на холостых и под нагрузкой работа ДВС может быть крайне неустойчивой, скачут обороты и т.д.

Почему возникает детонация в цилиндрах двигателя

Специалисты выделяют несколько главных причин, по которым топливо детонирует в двигателе.

• Прежде всего, стоит сразу выделить использование низкооктанового бензина в агрегатах с высокой степенью сжатия. Если просто, октановое число бензина (
  АИ-92, 95 или 98) фактически указывает на его детонационную стойкость, а не на качество, как многие ошибочно полагают.

Использование топлива с неподходящим октановым числом для конкретного двигателя закономерно приводит к тому, что топливно-воздушный заряд детонирует при сильном сжатии. Еще добавим, что простые двигатели, которые не имеют ЭСУД и датчика детонации, подвержены большему риску.

• Закоксовка двигателя. Важно понимать, что современные моторы не только на иномарках, но и на отечественных авто сильно отличаются от аналогов времен СССР. В двух словах, если моторы на модели «Москвич» 2141 имели степень сжатия около 7 единиц и нормально работали на любом топливе, то сегодня агрегаты имеют от 9 до 11 и более единиц.

При этом уменьшение физического объема камеры сгорания в результате образования слоя нагара приведет к тому, что топливный заряд в цилиндре будет сжиматься сильнее, при этом появляется детонация. Если к этому добавить и низкое качество топлива на отечественных АЗС, тогда риски еще более возрастают.

• Нарушение процесса смесеобразования. В этом случае может начать детонировать слишком «богатая» смесь, в которой много топлива по отношению к количеству воздуха.

Отметим, что такая детонация может быть кратковременной и часто остается незамеченной для водителя, однако об отсутствии вреда для двигателя при этом говорить никак нельзя.

• Угол опережения зажигания (УОЗ). Простыми словами, угол зажигания определяет, в какой момент будет подана искра в камеру сгорания. Если учесть, что в норме топливо не взрывается, а горит, тогда становится понятно, что процесс сгорания также занимает некоторое время.

При этом важно сделать так, чтобы максимум давления газов на поршень, которые образуются в результате сгорания порции топлива, приходился именно на момент рабочего хода поршня. Только так можно эффективно передать через поршень энергию расширяющихся газов на коленвал.

Для этого искру можно подать немного раньше того момента, пока поршень дойдет до верхней мертвой точки (ВМТ). За это время топливо успеет воспламениться, а расширение газов и рост давления на поршень как раз произойдет в тот момент, когда поршень уже достигнет ВМТ и затем пойдет вниз.

Сейчас читают

При этом нужно понимать, что неправильная регулировка УОЗ (сдвиг момента воспламенения ближе к ВМТ), когда смесь воспламеняется практически тогда, когда поршень уже поднялся верхнюю мертвую точку, часто становится причиной появления детонации. Опять же, традиционно добавим к этому еще и низкое качество топлива.

• Конструктивные особенности камеры сгорания. Бывает так, что некоторые двигатели изначально склонны к детонации. В ряде случаев причиной является само устройство камеры сгорания, реализация ее охлаждения и т.д.

Еще виновником могут оказаться и поршни, у которых отмечен неудовлетворительный тепловой баланс (например, днище поршня утолщено ближе к центру, что заметно ухудшает качество отведения избытков тепла). Так или иначе, но риск возникновения детонации на подобных моторах намного выше.

• Перегрев двигателя. Если обратить внимание на предыдущий пункт, становится понятно, что повышение температуры в камере сгорания является причиной детонации. Вполне очевидно, что снижение эффективности работы системы охлаждения может привести к тому, что двигатель перегревается.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое датчик детонации двигателя. Из этой статьи вы узнаете о назначении, устройстве и принципах работы указанного элемента.

В подобных условиях вполне вероятно возникновение детонации, при этом сама детонация также дополнительно приводит к локальным и общим перегревам. По этой причине детонация мотора в результате неисправной системы охлаждения особо опасна, так как силовой агрегат может быть не только сильно поврежден, но и в дальнейшем не подлежать восстановлению.

Как устранить детонацию двигателя

Итак, рассмотрев основные причины детонации мотора и разобравшись с тем, что это такое, можно перейти к тому, как избавиться от этого явления. Начнем со старых ДВС. В самом начале следует исключить перегрев мотора, а также заправку некачественным или неподходящим топливом, проверить свечи зажигания.

Далее, если на двигателе не установлен датчик детонации, тогда проявление ее признаков указывает на необходимость регулировки УОЗ. Для этого нужно уменьшить угол опережения зажигания, покрутив трамблер. Главное, добиться того, чтобы двигатель стабильно работал в режиме холостого хода.

Решение является временным, так как долго с уменьшенным углом зажигания ездить нельзя (прогорят выпускные клапана в результате роста температуры отработавших газов), но добраться до сервиса своим ходом вполне реально.

Однако во время езды нужно постоянно следить за тем, чтобы в двигателе не было характерного «звона». Еще на старый ДВС можно установить так называемый электронный октан-корректор, чтобы избежать манипуляций с трамблером. Еще добавим, как показывает практика, многие владельцы карбюраторных авто предпочитают установить электронное зажигание.

Что касается более современных двигателей, на инжекторных агрегатах штатно реализованы решения, позволяющие избежать или свести к минимуму риск детонации. Речь идет о датчике детонации двигателя (ДД), который фиксирует ее возникновение. Затем соответствующий сигнал поступает на ЭБУ.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какие последствия для двигателя возникают после перегрева мотора. Из этой статьи вы узнаете о возможных повреждениях силового агрегата в результате перегрева двигателя той или иной степени.

Затем блок управления самостоятельно корректирует угол опережения зажигания с учетом тех данных, которые были получены от ДД. При этом возможность такой корректировки составляет, в среднем, сдвиг угла на 2 – 5 градусов. Если же избавиться от детонации таким способом не удается, ЭБУ фиксирует ошибку и прописывает к себе в память, на панели приборов может загореться «чек»,  двигатель переходит в аварийный режим и т.д.

То же самое происходит и тогда, когда сам датчик детонации вышел из строя или топливо оказалось слишком неподходящим, то есть контроллер попросту не способен убрать детонацию путем запрограммированного сдвига угла опережения зажигания.

Становится понятно, что в этом случае водителю на начальном этапе нужно начать с проверки датчика детонации, а также считать ошибки из памяти ЭБУ. Сделать это можно в рамках компьютерной диагностики двигателя. Также проверку можно выполнить и самостоятельно (при наличии специального диагностического адаптера-сканера в разъем OBD и смартфона/планшета или ноутбука с предварительно установленным программным обеспечением).

• Диагностика двигателя по свечам зажигания

  Как проверить работу двигателя по свечам зажигания. Основные признаки неисправностей мотора: появление черного, серого, красного и белого нагара на свечах. Читать далее

• Как определить раннее или позднее зажигание

  Признаки для определения правильности выставленного угла опережения зажигания. Последствия некорректно настроенного УОЗ, способы выставления зажигания. Читать далее

• Что такое датчик детонации двигателя

  Назначение и устройство датчика детонации. Главные причины возникновения детонации, виды и принцип работы датчика. Читать далее

• Детонация двигателя: что это такое?

  Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС. Читать далее

• Последствия перегрева двигателя автомобиля

  Почему возникает перегрев двигателя. Чего ожидать водителю и какие поломки могут возникнуть, если двигатель перегрелся. Что делать в случае перегрева ДВС. Читать далее

• Основные неисправности системы охлаждения двигателя

  Распространенные поломки системы охлаждения мотора: водяной насос, термостат, радиатор, вентилятор охлаждения и другие. Как самому определить причины. Читать далее

Источник

forse.su

Все что вы хотели знать про детонацию, но боялись спросить. — DRIVE2

Когда начинал заниматься настройкой двигателя, самым страшным явлением для меня была детонация. Проблемы вызывало все, начиная от детектирования, заканчивая определением причин. Когда я учился, еще проблемой было отсутствие литературы на эту тему. Странички учебников были зачитаны до дыр в попытке выцепить хоть крохи информации, объясняющие процессы, приводящие к данному явлению. Учился я во времена когда интернет не получил такого распространения, как сейчас и был похож больше на дарк-нет. Найти в нем какую-то информацию, не представлялось возможным. Как в принципе и сейчас, один переписывает у другого и даже ссылки не дает на оригинал. Но, информация присутствует на англоязычных ресурсах, а это уже упрощает поиск. Думаю, стоит сказать, что из моей статьи вы узнаете о природе явления и причинах его возникновения на уровне учебника для ПТУ. Если вам нужна информация по методам детектирования, борьбе с детонацией, анализу возникновения и методам настройки каналов в ЭБУ, боюсь, эта информация будет уже платной по данной ссылке. boosty.to/chiptuninglab71

Ну, а если вы только интересуетесь, то в этой статье я расскажу вам про бомж-стал, которым пользовался сам и не раз, будучи новичком. Поехали.
Начать стоит с объяснения процесса сгорания в цилиндре двигателя. Часто слышу, что топливо взрывается в цилиндре двигателя, это меня всегда улыбает. Топливовоздушная смесь не взрывается, она горит и горит послойно. Что значит послойно? Вы, наверное, видели в голливудских фильмах, когда у машины пробит бак и из него вытекает топливо, а главный герой фильма поджигает разлившуюся дорожку бензина и огонь, по этой дорожке, начинает догонять движущийся автомобиль. Ну, так вот, послойное горение — это и есть эта бегущая дорожка горящего пламени. Только воспламенителем служит свеча. Фронт пламени начинает двигаться, от свечи, поджигая все новые и новые слои, предварительно приготовленного топлива. Самый главный закон всего этого, что бы скорость фронта пламени не превышала скорость звука. В среднем значение 15-20 м/с.

В советском учебнике, когда я учился, было написано « Детонация — это превышение скорости горения с выше 2200 м/с». Откуда были взяты эти значения скоростей, я не знаю. Детонации в целом и описанию процесса сгорания было посвящено, не более одного листа из всей книги. Ну и как вам? Такое определение пролило свет на данный феномен. Вот и я тогда ничего не понял. Преподаватели на мои вопросы говорили, что детонация до конца не изучена и тебе не понять, а раз сами академики не знают что это, то тебе и подавно. И вообще, наши полномочия здесь, все! Может преподавателю не хотелось бисер метать перед студентами, которые его не слушали, и хотели стать бизнесменами, киллерами и проститутками. Тогда, в начале двухтысячных, социальное неравенство было велико и росло семимильными шагами. Настолько оно было велико, что преподаватель ездил на работу на трамвае, а его студенты ездили на автомобилях. Студенты могли угостить сигаретой преподавателя, которые тот мог купить такие лишь на праздник. В общем, всем было все равно, и мы весело шагали в Путинско-Дудевкий капитализм.

Но время шло, я набивал шишки при настройке, собирал информацию, читал книги и статьи, разваливал моторы. В моей голове начинала складываться картина детонации как явления. Но все расставила по своим местам статья, на англоязычном сайте. Давайте я попытаюсь ее вам пересказать. В названии статьи была игра слов и называлась она «ТУК-ТУК».
В общем, за границей детонацию относят к одному из типов нарушению процесса сгорания. Суть процесса такова: в процессе сжатия топливовоздушной смеси на такте сжатия, увеличивается температура заряда. Температура этого самого заряда не должна превышать температуру самовоспламенения. Это называется детонационной стойкостью. Топливо не должно самовоспламеняться от сжатия, думаю объяснять не нужно. Хотя нет, давайте я поясню. Если топливо загорается, когда хочет, то процесс горения нарушается, вы не можете получить пиковое давление в точке оптимального угла поворота коленвала. Напомню, это в среднем от 10 до 20 градусов после ВМТ и меняется эта точка из-за длины шатуна и колебаний VE. Но, детонация — это не банальное самовоспламенение смеси. Детонация — это самовоспламенение смеси в дальнем горячем углу камеры сгорания, вызванное ростом давления от распространяющегося фронта пламени, который подожжён искрой. (запомните — Искрой, позже это вам пригодится) Простыми словами, топливовоздушная смесь противостоит самовоспламенению и не загорается от сжатия, но триггером запускающим самовоспламенение является искра. Вот картиночка для понимания, вот прямо на Drive нашел.

Картинка кривенькая, но мне нравится, что нарисован фронт пламени в виде волны.

Вот эта картинка правильнее, но нет фронта пламени. Но, очаг зарождения детонации нарисован правильно, он находится в дальнем углу камеры сгорания и от него плохо отводится тепло.

Нужно понимать, что температура в камере сгорания в разных точках разная. Там, где поток из открывшегося клапана принес холодный свежий заряд, там прохладно. Но, свежий заряд не может равномерно заполнить всю камеру сгорания, будут места, которые не так хорошо очищаются и охлаждаются. И вот такие места становятся очагами развития детонации.
Чем же так опасна детонация? Ведь, по факту, смесь уже горит в цилиндре! Проблема в процессе развития данного явления. Когда в очаге детонации возникает самовоспламенение, то, навстречу фронту пламени начинает двигаться волна из очага детонации. Волны начинают встречаться, ударятся, резонировать и ускорять процесс горения в цилиндре. Из-за этого, по цилиндру начинают носиться волны давления с высокой скоростью (по всей вероятно 2200 м/с, именно это имелось в виду в учебнике), нагревая и разрушая все внутри. Детонация вызывает эрозию поршня, гильзы и головки в очагах возникновения детонации, ломает перегородки между кольцами. Вот график нормального давления сгорания.

Метод второй, тоже ушами, только при использовании спец-бомж инструмента. Его легко изготовить из материалов, которые покупаются на строительной ярмарке или хозяйственном магазине. Нужно купить противошумовые наушники для работы с бензопилой или триммером. Две муфты с резьбой, диаметром 0.5 дюйма и Y-образный тройник. Еще понадобится хлорвиниловый шланг, что бы соединить наушники. Принцип работы такой: соединяйте все как на фотографии, шланг просовываете в окно, а лучше в отверстие в моторном щите. Шланг укладываете рядом с блоком, желательно в центре блока и как то фиксируется.

Наушники одеваются на вашу светлую голову, и вы начинаете прислушиваться. Задача не простая с начала, все звуки имеют другой тон и слышатся по-другому. Может потребоваться сымитировать детонацию, что бы запомнить, как она звучит, для того, что бы вычленять такой звук из общего шума двигателя. На низких и средних оборотах, звук легко различим, а вот на высоких его тяжеловато вычленять из-за повышения шумности самого мотора. Но вам это придется делать, так как у вас нет денег на нормальный инструмент. Теперь, еще раз по звукам детонации, иногда на турбо моторах звук может слышаться, как лущение семечек. В общем, разберетесь, когда услышите. Не ошибетесь.
Теперь не много трэша. Я много лет отработал диагностом в дилерских центрах и наслушался от клиентов про детонацию на их новеньких машинах. В середине двухтысячных, когда бензин в нашей стране был очень низкого качества, каждый день приезжал человек, и говорил, что у него детонация. Когда начинал расспрашивать, оказывалось все что угодно, но не детонация. Не помню ни одного случая, когда на сток моторе была детонация и ее обнаружил сам клиент. Корни этого социального явления растут из того, что люди пытаются казаться теми, кем они не являются. Так и здесь, водятлы-новички, наслушавшись историй гаражных водил, которые 20 лет за рулем Камаза. И когда Камаз, этого пожирателя дорог, был заправлен ослиной мочой на левой заправке, начинал стразу детонировать. И тут же, наши юные автолюбители, начинают прислушиваться и принюхиваться, когда заправляются, а потом их веселые истории оказываются у меня в ушах. Ну, что сказать, в 98% случаев неопытные водители за детонацию принимают не равномерный холостой ход. Да, автомобили все-таки были не исправны, но видимо, Камазисты, не рассказывали юным водителям про неровный холостой ход. Да и кстати, вопрос к знатокам, на дизеле возможна детонация? Напишите в комментариях.

Думаю, на сегодня хватит. В следующей части, я расскажу про такие явление, как калильное зажигание, предварительное зажигание (pre-ignition), и про феномен называемый low speed pre ignition (LSPI). Так как по звуку доносящемуся из мотора они похожи, но природа возникновения у них разная, а значит и методы подавления данных негативных процессов другие.

www.drive2.com

Детонация в бензиновом двигателе | Двигатель автомобиля

Причина детонации

В обычных условиях рабочая смесь топлива с воздухом воспламеняется от свечи зажигания, после чего пламя равномерно распространяется в камере сгорания со средней скоростью около 20 м/с. При неравномерном воспламенении рабочей смеси температура и давление воспламеняющейся смеси резко повышаются, так же, как давление и температура невоспламененной смеси. Если при этом в нескольких местах превышается критическая температура, возникают очаги самовоспламенения, вызывающие неравномерное ударное возгорание остатка рабочей смеси. Неравномерный процесс сгорания образует сильные ударные волны, вызывающие звонкий детонационный звук при достижении поверхности цилиндра.

Способы предотвращения детонации

На практике существуют три вида мероприятий по предотвращению детонации.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя, когда она возникает во время движения автомобиля и необходимы срочные меры для предотвращения сильных повреждений двигателя.
2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя, когда используется комплекс мер для противодействия появлению детонации.
3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя.

Во время движения автомобиля детонация может возникнуть при разгоне или движении с большой скоростью. В обоих случаях двигатель сильно перегружается.

Детонация при разгоне возникает при ускорении транспортного средства с низких оборотов коленчатого вала путем резкого нажатия на педаль «газа». При этом резко увеличивается подача рабочей смеси в цилиндры, избыток смеси не успевает сгорать вовремя и догорание смеси вызывает детонационные процессы. В таком случае помогает переключение на следующую передачу (при наличии механической коробки передач), когда при той же мощности двигателя повышается частота вращения коленчатого вала, а крутящий момент уменьшается. Наполнение и вентиляция цилиндров двигателя происходят более равномерно, не остается сгорающих избытков рабочей смеси и детонация исчезает.

Детонация при движении с большой скоростью возникает с выходом двигателя на излишне высокую частоту вращения коленчатого вала. Ее можно легко не заметить, и так как не принимаются никакие меры, это нередко приводит к прогоранию поршня. В этом случае достаточноснизить скорость, то есть уменьшить подачу рабочей смеси в цилиндры. Двигатель выйдет на оптимальный режим работы и детонация исчезнет. Если детонация возникает в двигателе, работающем на обычном бензине, поможет замена на бензин высшего качества.

Кроме того, можно снизить склонность двигателя к детонации, настроив угол опережения зажигание на «поздний». При «позднем» зажигании давление в цилиндрах остается низким, а топливо не так часто самовоспламеняется. Обратной стороной такого решения является снижение мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя.

Выбор степени сжатия

Степень сжатия следует выбирать настолько высокую, насколько это возможно для работы двигателя без детонации на имеющемся в продаже бензине.

Обычный бензин позволяет выбрать степень сжатия E до 9.

Бензин высшего качества позволяет выбрать степень сжатия E от 8,5 до 11. При расчетах необходимо учитывать, что высокое значение степени сжатия увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.

Положение свечи зажигания

Склонность двигателя к детонации снизится, если пламя будет распространяться от горячих частиц смеси к холодным. Самым горячим местом в камере сгорания является выпускной клапан. Рядом с ним должна устанавливаться свеча зажигания.

Рис. Хорошее охлаждение камеры сгорания предотвращает детонацию

Форма камеры сгорания

Форма камеры сгорания также влияет на возникновение детонации. Единая камера сгорания менее предрасположена к детонации, чем разделенная.

Частицы рабочей смеси, которые поздно охватываются пламенем, должны сохранять низкую температуру с помощью хорошо охлажденных стенок камеры сгорания для предотвращения преждевременного воспламенения. Вихревое движение топливовоздушной смеси в камере сгорания поддерживает равномерный состав смеси и распределение температур. Пламя распространяется по камере сгорания быстрее, что не вызывает взрывных реакции при сгорании. Вихревое движение смеси обеспечивается геометрией впускного канала, а также соответствующей формой камеры сгорания и поршня, что закладывается на стадии проектирования двигателя. Во впускных каналах сложной геометрии увеличивается аэродинамическое сопротивление движению потока рабочей смеси, поэтому наполнение цилиндров и, соответственно, литровая мощность двигателя снижаются.

Охлаждение

Посредством хорошего охлаждения двигателя снижается температура рабочей смеси и она остается менее склонной к самовоспламенению. Жидкостное охлаждение двигателя имеет больше преимуществ, чем воздушное.

При использовании алюминиевых сплавов вместо чугуна температура головки блока цилиндров остается низкой вследствие в три раза большей теплопроводности.

Электронная система предотвращения детонации

Детонация исчезает, если установить угол опережения зажигания в «позднее» положение. Для этого используется электронная система предотвращения детонации в сочетании с электронной системой зажигания. Датчик детонации, установленный на двигателе (датчик ускорения), улавливает детонационные вибрации, например, блока цилиндров двигателя. Сигналы датчика детонации анализируются микропроцессором, который при необходимости перестраивает работу системы зажигания согласно уровню детонации, например, на 1 градус угла поворота коленчатого вала в направлении «позднее», пока детонационные вибрации не перестанут улавливаться.

Если детонация не улавливается, электронная система зажигания управляет работой двигателя в обычном режиме. При этом, правда, возможно приближение работы двигателя к зоне возможного возникновения детонации. В противоположность этому в двигателе без электронной системы предотвращения детонации режимы работы удерживаются на относительно большой дистанции от зоны возможного возникновения детонации. Следует, однако, учитывать, что работа двигателя вблизи этой зоны означает большую литровую мощность двигателя и меньший удельный расход топлива. В двигателях с электронной системой предотвращения детонации также может увеличиться степень сжатия; кроме того, они не чувствительны к топливу с незначительным октановым числом.

3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

Рис. Детонационная стойкость углеводородов

Горючее получают путем перегонки нефти, которая представляет собой множественные соединения углеводородов, имеющих различную детонационную стойкость. Дистиллят нефти подвергается химическим процессам для обогащения антидетонационными углеводородами.

При перегонке нефти получается бензин с диапазоном кипения 40-215 °С. Его удельная теплота сгорания составляет Нп ~ 43 000 кДж/кг. Бензин разделяют на обычный бензин (плотность р — 0,74 г/см3), бензин высшего качества (р ~ 0,76 г/см3) и бензин наивысшего качества. Детонационная стойкость разных сортов бензина различается вследствие различного состава. Октановые числа бензина по исследовательскому методу (ROZ) по меньшей мере, должны быть равны следующим величинам:

• обычный бензин ROZмин= 91
• бензин высшего качества ROZмин = 95
• бензин наивысшего качества ROZмин = 98

Раньше для увеличения детонационной стойкости в бензин добавляли соединения свинца. Так как свинец и его соединения ядовиты и несут угрозу для окружающей среды, свинцевание бензина было запрещено на законодательном уровне. Исключением является этилированный бензин высшего качества с октановым числом ROZмин = 98 (максимальное содержание свинца 0,15 г/л). Так как все современные двигатели оснащены каталитическими нейтрализаторами для очистки отработавших газов, они не должны работать на этилированном бензине. Свинец и его соединения покрыли бы поверхность нейтрализатора и вступили с ней в химическую реакцию. Вследствие этого очистка отработавших газов стала бы невозможной.

Те соединения свинца, которые раньше добавлялись в бензин для повышения детонационной стойкости, называются антидетонаторами.

В качестве антидетонаторов использовались тетраметилсвинец (Рb(СН3)4) и тетраэтилсвинец (Рb(С2Н5)4). Оба соединения свинца очень ядовиты. Их действие заключается в том, что они вследствие высокой температуры распадаются до воспламенения смеси в камере сгорания, и возникающий свинцовый порошок предотвращает преждевременное самовоспламенение смеси.

Чтобы во время сгорания не образовывался оксид свинца, который способен ускорить износ цилиндра, в бензин добавляют соединения брома и хлора. При высокой температуре в камере сгорания двигателя свинец образовывает бромид свинца или хлорид свинца. Эти два очень ядовитых соединения свинца становятся газообразными при температуре около 800 °С и выводятся из двигателя вместе с отработавшими газами. Они считаются вредными примесями в отработавших газах и приводят к загрязнению воздуха.

Добавление в бензин спиртов, например, метанола, также повышает детонационную стойкость топлива. Разумеется, при добавлении большого количества, равного 15%, топливная аппаратура системы питания двигателя должна быть специально настроена на смесь бензина и спирта.

Определение детонационной стойкости бензина

Детонационная стойкость бензина выражается в его октановом числе.

Октановое число бензина указывает на то, что данный вид топлива обладает такой же детонационной стойкостью, что и эталонная сравнительная смесь углеводородов — изооктана и нормального гептана. Так как изооктан имеет октановое число 100, а нормальный гептан — октановое число 0, то октановое число 80 означает, что детонационная стойкость бензина равна детонационной стойкости смеси из 80% (объемных частей) изооктана и 20% (объемных частей) нормального гептана. Детонационная стойкость растет с увеличением октанового числа.

Определение октанового числа выполняется на соответствующем испытательном стенде с использованием эталонного двигателя для оценки детонационной стойкости различных видов топлива. Эталонным в данном случае считается одноцилиндровый четырехтактный бензоиновый двигатель с термосифонной системой жидкостного охлаждения, в которой отсутствует помпа, а охлаждающая жидкость испаряется, и пар низкого давления конденсируется в радиаторе, а затем в виде конденсата возвращается в рубашку охлаждения. Степень сжатия двигателя во время испытаний может изменяться в границах между 4 и 18.

Существует два стандартизированных метода испытаний: исследовательский метод и моторный метод. Соответственно, результатами являются исследовательское октановое число бензина (ROZ) и моторное октановое число бензина (MOZ). Различия основных параметров обоих методов указаны в таблице.

Таблица. Различия параметров исследовательского и моторного методов

В моторном методе смесь воздуха и бензина нагревается позади карбюратора, а в исследовательском методе — воздух нагревается перед карбюратором.

Эталонный двигатель запускается и соединяется с большим электрическим генератором, в котором крутящий момент от эталонного двигателя возбуждает электрический ток, создающий тормозной момент. Измерение октанового числа всегда проводится в режиме сильной детонации при сгорании рабочей смеси. При этом коэффициент избытка воздуха регулируется так, чтобы получить детонацию максимальной интенсивности. Индуктивный датчик и электронный усилитель сигналов замеряют уровень детонации и выводят показания на дисплей специального прибора — детонометра. Компрессия двигателя настраивается таким образом, чтобы показания детонометра исследуемого бензина находились в середине шкалы прибора. Затем в систему питания вводятся две сравнительные смеси, чьи октановые числа различаются лишь на две единицы. Одна сравнительная смесь должна вызывать более сильную, а вторая более слабую детонацию, чем бензин. Посредством линейной интерполяции определяется и округляется до десятых долей октановое число бензина.

Рис. Определение октанового числа бензина

Один и тот же бензин, испытанный по моторному методу, имеет меньшее октановое число, чем выявленное по исследовательскому методу. Октановое число, определяемое по моторному методу, в современном бензине меньше примерно на 10 единиц, чем октановое число, определяемое по исследовательскому методу. Данная разница обусловлена тем, что соотношение олефинов и ароматических углеводородов в двух методах испытаний отличаются. На сегодняшний день исследовательское октановое число в бензине равно приблизительно 92, а в бензине высшего качества — 95 единиц. Октановое число, определяемое по исследовательскому методу, указывает на то, как ведет себя топливо при ускорении (детонация при разгоне).

Октановое число, определяемое по моторному методу, наоборот, указывает на поведение при большой нагрузке (детонация при высокой частоте вращения коленчатого вала).

Наряду с исследовательским и моторым октановыми числами существует также октановое число, определяемое по дорожному методу (SOZ). Оно определяется методом дорожных испытания транспортного средства согласно «модифицированному дорожному методу». В прогретый двигатель подаются различные сравнительные смеси из изооктана и нормального гептана. Автомобиль сначала ускоряется до максимальной скорости на прямой передаче, позволяющей плавное движение без рывков. Угол опережения зажигания регулируется до тех пор, пока не исчезнет детонация. В результате данные испытаний образуют базовую кривую, отображенную на рисунке.

Рис. Определение октанового числа по дорожному методу

Затем по тому же методу определяется установка зажигания, при которой начинается детонация, для исследуемого бензина. По базовой кривой определяется октановое число бензина по дорожному методу. Эта величина в различных двигателях будет иметь различные значения для одного и того же бензина.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Box77 › Блог › Физика камеры сгорания. Часть 15. Взгляд на детонацию с точки зрения динамики КШМ

Всем привет!

Производя очередные расчёты, заметил одну интересную особенность, о которой ранее не встречал упоминания, поэтому счёл необходимым незамедлительно поделиться своими выводами с другими.

Для тех, кто мало-мальски технически подкован в базовых принципах работы ДВС, не будет секретом о том, что в нём при определённых условиях возникает неприятное явление, именуемое детонацией".
Также многие знают простую истину отстройку угла опережения:
— чем выше обороты, тем больше угол опережения зажигания,
— чем больше плотность топливо-воздушной смеси, тем меньше угол опережения зажигания.
По данному принципу работает классический трамблёр (за обороты отвечает центробежный регулятор, за нагрузку отвечает вакуум-корректор), по данному принципу строятся и карты зажигания а автомобилях с электронным управлением УОЗ.

К сожалению, для большинства не известен тот факт, что смесь в ДВС не взрывается, а горит (стараюсь каждый раз поправлять в беседах, когда утверждают, что смесь взрывается). Теперь поясню, почему это немаловажно: горение — это обычная химическая реакция процесса окисления с соответствующей скоростью её протекания, а вот взрыв — это очень быстрое горение (как правило в замкнутом объёме, хотя можно встретить такие взрывы, когда скорость настолько велика, что молекулы окружающей среды создают этот невидимый глазу объём) с набором ударных волн, что создают цепную взрывную реакцию. Вид взрыва (локальных микровзрывов), именуемый детонационным, мы и называем детоном. Т.е. при обычных условиях никаких взрывов быть не должно.

Ну, это всё присказка. Перейдём к самой сказке.
Как вообще можно связать КШМ с детонацией или настройкой УОЗ? Раньше я бы не ответил на этот вопрос и подумал, что если какая-то связь и имеется, то на него маловероятно можно ответить просто, да ещё и в цифрах.

Итак, ход суждений:

Мы с вами уже изучали коротко силы инерции. Я напомню, что существуют силы инерции возвратно-поступательных масс, которые можно вычислить так:

F = — m*a,
Где m — это возвратно-поступательные массы,
a — ускорения этих масс.

Все мы знаем, что наличие детонации определяется именно "звоном пальцев". Это делают как опытные мотористы с отличным слухом, так и датчики детонации. Поэтому исключим из возвратно-поступательных масс приведённую массу шатуна и оставим лишь поршень с кольцами. Если конструкция с запрессованным в шатун пальцем, то его тоже исключаем.

Пусть масса поршня с кольцами будет 0,5 кг, а палец будет запрессован в шатун, поэтому нам не интересен.
Берём, к примеру, калькулятор КШМ или иным способом считаем ускорение в ВМТ для какой-нибудь конфигурации.

Пусть это будет ДВС с рабочим ходом 86 и длиной шатуна 144 мм.
Ускорение на 1000 оборотах в минуту = 612,3572 м/с2
Ускорение на 3000 оборотах в минуту = 5511,215 м/с2
Ускорение на 7000 оборотах в минуту = 30005,5 м/с2

Наш поршень имеет массу 0,5 кг, поэтому силы будут следующие (округлим до целых):
На 1000 оборотах в минуту = 306 Н
На 3000 оборотах в минуту = 2755 Н
На 7000 оборотах в минуту = 15002 Н

Итак, мы имеем теперь представление о значении силы, которая действует на поршень в ВМТ. Сила эта направлена в сторону смеси, т.е. условно "поршень пытается оторваться от шатуна, пробить отверстие в ГБЦ, пробить капот и устремиться ввысь". Конечно же, в действительности этого не происходит — палец честно выполняет свою задачу удерживать снаряд на месте. Но направление силы, думаю, понятно.

В этот момент в камере сгорания происходит передача рабочей смеси тепловой энергии химической реакции горения (порядка 42-44 МДж/кг по разным источникам для полного сгорания), что в свою очередь приводит к повышению давления.

Давление проявляется себя как сила, с которой что-то действует на что-то определённой площади:

p = F/S.

Пусть диаметр нашего поршня будет равен 92 мм, а днище его абсолютно ровное. Тогда площадь поверхности поршня, на которую давит рабочая смесь равна 0,0066 м2.

Ну, и очевидно, что сила давления газов направлена в противоположную сторону силе инерции возвратно-поступательных масс в ВМТ.

При каком-то определённом давлении смеси эти две силы уравновесятся. Тогда давление для нашего ДВС составит:
На 1000 оборотах в минуту = 306 Н / 0,0066 м2 = 46363 Па = 0.457 атм
На 3000 оборотах в минуту = 2755 Н / 0,0066 м2 = 417424 Па = 4.119 атм
На 7000 оборотах в минуту = 15002 Н / 0,0066 м2 = 2273030 Па = 22.43 атм

Превышение данных значений приведёт к созданию силы, направленной к центру кривошипа. При каком-то определённом значении силы возможно возникновение ударной волны и явления детонации.

Пусть (для наглядности и абсолютно с потолка) эта сила будет эквивалентна 16 атмосферам, т.е. для нашего поршня:
F = p*S = 1621200 Па * 0,0066 м2 = 10,7кН (чуть больше тонны в массовом эквиваленте).
Следовательно, давления, при которых будет возникать эффект для нашего ДВС:
На 1000 оборотах в минуту = 0.457 атм + 16 атм = 16.457 атм
На 3000 оборотах в минуту = 4.119 атм + 16 атм = 20.119 атм
На 7000 оборотах в минуту = 22.43 атм + 16 атм = 38.43 атм

Как видно из расчётов, на низких оборотах предельное давление ниже, нежели на высоких. Следовательно, возможно увеличение УОЗ с ростом оборотов.
Кроме того, очевидно, что чем больше мы откроем дроссель, тем большее количество смеси поступит в цилиндр, тем выше будет давление при тех же значениях УОЗ. Следовательно, следует сместить УОЗ в сторону запаздывания.

Хочу оговориться, что я не претендую на истину в последней инстанции. Это всего лишь мысль, которой я решил поделиться. Но если это имеет место быть, то детонационный порог не такая уж и загадочная штука, а значение критической силы должно быть совсем конкретным.

На сим всё!
Продолжение следует!

www.drive2.ru

Детонация — Энциклопедия журнала "За рулем"

Детонация — сгорание топливо-воздушной смеси с очень высокой скоростью, приводящей к резкому повышению температуры и давления, что может привести к разрушению деталей двигателя

Известно, что процесс сгорания рабочей смеси в цилиндре начинается еще до подхода поршня к верхней мертвой точке (ВМТ). Первая фаза его (индукционный период) протекает без интенсивного нарастания давления. При этом из начального очага, возникающего от искры, формируется фронт пламени. Вторая фаза начинается непосредственно перед подходом поршня к ВМТ, и ее характеризует резкое нарастание давления в цилиндре. Третья фаза — догорание оставшейся за фронтом пламени части заряда и его более холодного пристеночного слоя. Конечно, граница между фазами обозначена условно, и принято считать, что вторую фазу от третьей отделяет момент максимального давления в цилиндре. Именно тогда, как правило, и возникает детонация. Высокие давление и температура еще не сгоревшей части смеси способствуют возникновению в ней быстрых окислительных реакций до подхода фронта пламени.

Подготовленная уже к воспламенению часть смеси сгорает почти мгновенно, вызывая распространение по камере сгорания ударных волн, движущихся со скоростью до 1200 м/с, то есть быстрее звука. При этом ударные волны, разрушая пристеночный слой газов, вызывают повышение отдачи тепла в стенки камеры сгорания и днище поршня, их перегрев, нарушение масляного слоя на стенках цилиндра. Если не прекратить работу двигателя на режиме детонации, то это неизбежно приведет к общему перегреву мотора и его отдельных деталей, местным разрушениям поверхности камеры сгорания и днища поршня, их оплавлению, поломке перемычек между канавками поршневых колец, износу верхнего пояса цилиндра и колец.
Разрушения могут возникнуть не только в зоне очага детонации, но и там, где ударная волна воспламеняет остатки еще не сгоревшей части заряда, находящиеся в относительно холодной зоне камеры сгорания. Этим объясняются случаи прогара прокладки между головкой и блоком цилиндров на участке, соединяющем соседние камеры, или у впускных клапанов.
Детонационные волны могут способствовать появлению в камере сгорания взвешенных частиц нагара, отслоившегося от поверхности поршня или головки цилиндров. При этом появляются характерные «нерегулярные стуки» от возникновения очагов калильного зажигания, и на короткий период детонация прекращается. Однако после выгорания и выброса из цилиндров этих частиц нагара она возобновляется.

Подробнее:
О физической сущности детонации, о том, как его предотвращают, а если оно возникло, то распознают и устраняют, рассказывает кандидат технических наук А. ДМИТРИЕВСКИЙ
"1983 №4"

О сущности процесса горения и его аномалиях, о возможности диагностировать эти явления и делать необходимые выводы рассказывает кандидат технических наук Б. БАСС
1987 №8

Какими последствиями чревата эксплуатация мотора на неподходящем бензине, как избежать этих бед, рассказывает наш давний автор кандидат технических наук А. ДМИТРИЕВСКИЙ
1993 №9
...продолжение статьи

Статья из журнала «За рулем» 2004 №6 «За рулем 2004/6»

wiki.zr.ru

Детонация двигателя — причины и советы по устранению

Детонация двигателя является одной из самых тревожных проблем транспортного средства, но не многие знают, что это такое и с чем связано. В принципе, она возникает, когда смесь воздух/топливо внутри цилиндра неправильно распределяется, что делает неравномерным горение. В нормальных условиях топливо сгорает в цилиндре в процессе смешивания с воздухом и необходимой энергией. Когда начинается взрыв внутри цилиндра, оно горит неравномерно, что может повредить стенки цилиндра и сам поршень.

Базовое понимание детонации

Детонация мотора появилась одновременно с рождением двигателя внутреннего сгорания и описывается как автоматическое зажигание газа в камере сгорания. В первое время не было возможности проверить её действие и бытовало мнение, что всё дело в зажигании. Тем не менее только в 1940 годах была проверена теория её возникновения, возможность обнаружения и последующие действия устранения этого явления.

Датчик детонации

На современных агрегатах установлен датчик детонации, который способен контролировать уровень опасности. Это устройство воспринимает, а в дальнейшем преобразовывает механическую энергию колебаний цилиндров в электрический импульс. По сути, датчик постоянно посылает сигналы в электронный блок управления двигателем, а сам блок следит за изменениями состава смеси и угла опережения зажигания. С его помощью также можно достигнуть более экономичной работы при максимальной мощности двигателя.

С чего начинается детонация

На видео показано, что такое детонация двигателя:

Когда двигатель переходит в детонацию, слышится громкий шум. Поскольку её последствия очень печальны, важно определить, что является причиной такого взрывного горения горючей смеси. Чтобы устранить проблему, возможно, нужно изменить работу двигателя, в противном случае она может его разрушить в короткий промежуток времени.

Характерный звук от двигателя в процессе этого явления обусловлен давлением волны в случае сгорания от вибрации стенок цилиндра. Газ и форма, размеры и толщина камеры сгорания и стенки цилиндра определяют высоту звуковой волны.

Детонация двигателя на холостом ходу может произойти после прохождения транспортным средством условий, которые способствуют повышению нагрева деталей силового агрегата. Даже если выключить зажигание, под воздействием энергии коленчатый вал продолжает движение, что приводит к попаданию топлива в цилиндр мотора, а там оно успевает нагреться до такой температуры, что само по себе воспламеняется.

Причины детонации

На видео рассказано о причинах детонации двигателя:

Детонация двигателя имеет один из самых разрушительных эффектов в любом агрегате. Поэтому нужно немедленно узнать, как устранить её, обнаружив следующие причины взрывного горения в цилиндрах:

Обратите внимание, что каждая из этих возможных причин является относительной. То есть нет абсолютного времени, смещения силы или опережения зажигания, что гарантируют появление детонации. Равным образом не существует никаких абсолютных параметров, которые гарантируют, что такого явления не произойдёт.

Причин много, остановимся на более распространённых из них.

Слишком низкое октановое число топлива в автомобиле

Октановое число топлива

Одной из причин детонации двигателя является низкое качество и низкое октановое число топлива, которое может вызвать целый кластер проблем, таких как повышенная температура камеры сгорания и более высокое давление в цилиндрах.

Октановое число показывает, какую степень сжатия может переносить бензин — чем выше рейтинг, тем топливо более устойчиво к возгоранию. Вот почему более сложные двигатели высокого давления требуют более дорогого топлива.

Октановое число бензина иногда называют антидетонационным индексом. Производители рекомендуют определённый вид смеси для достижения максимальной производительности в своих транспортных средствах.

Эти проблемы могут привести к предварительному зажиганию, а это приводит к тому, что топливо сгорает в двигателе раньше, чем следовало бы. Есть два способа, когда бензин может воспламениться в камере сгорания: от свеч зажигания или от неправильной степени сжатия. Это хрупкое равновесие и любой фактор может испортить весь процесс. Если сжатие двигателя является слишком низким, это приводит к тому, что топливо не сгорает полностью, а оставшиеся компоненты прилипают к внутренним частям камеры. Это накопление отрицательно влияет на цилиндры, что является распространённой причиной взрывного горения.

Нагар на стенках цилиндра

Нагар на стенках цилиндра

Все виды топлива должны иметь определённый уровень очистки, однако этого может быть недостаточно, чтобы остановить отложения нагара. Когда образуются отложения, объём цилиндра эффективно уменьшается, что увеличивает сжатие, которое может вызвать детонацию. Для борьбы с ним сначала попробуйте приобрести моющие присадки в магазине автозапчастей, а затем изменить топливо.

Неправильные свечи зажигания

Использование неправильных свечей зажигания является ещё одной причиной детонации двигателя. Водители часто не понимают рекомендаций производителя, покупая неправильные приборы зачастую с целью экономии. Поскольку свечи зажигания помогают контролировать внутреннюю среду двигателя и работают в довольно точных условиях, неправильно подобранные создают условия для неправильного сжигания топлива. Они могут привести к наращиванию сгорания в камере и повышению температур ходовых частей, которые являются одними из причин возникновения детонации.

Эти три причины являются наиболее распространёнными, а в плане исправления ситуации — наименее дорогостоящими. Если ваш автомобиль по-прежнему имеет детонацию в двигателе после устранения этих причин, оправляйтесь в автосервис.

Как устранить детонацию

На видео рассказано, как можно устранить детонацию двигателя:

http://www.youtube.com/watch?v=ig4F4bx5QOk

Разобравшись, что такое детонация и какие наиболее вероятные причины её возникновения, займёмся тем, как устранить это взрывное горение горючей смеси.

Более высокая скорость помогает снизить вероятность её появления, потому что она сокращает время сжигания. Максимальное давление, следовательно, уменьшается и смесь воздух/топливо не будет подвержена воздействию высоких температур. Примером этому является тот случай, когда вы ведёте свой автомобиль по прямой ровной дороге с холма. Когда вы снова едете в гору, вы начинаете терять скорость и иногда можете услышать, как ваш двигатель детонирует. Таким образом, чтобы получить ускорение, вы переключаетесь на одну-две передачи ниже и ускоряетесь снова, тем самым убирая такое явление.

Повышение влажности на самом деле также снижает риск детонации. Высокое содержание воды в воздухе способствует снижению температуры горения.

Наиболее распространённые трюки (и простые варианты), используемые водителями для получения максимальной производительности без детонации:

1. Использование более высокооктанового топлива.
2. Торможение на опережение зажигания.
3. Снижение температуры в камере сгорания. Эта задача может быть решена посредством интеркулера или с помощью нагнетания воды. Охладитель принимает входящий нагнетённый воздух и передаёт его через серию воздушных охладителей, таким образом уменьшая температуру.

На видео показано, как происходит детонация дизельного двигателя:

Детонация двигателя не новая проблема, производители пытались устранить или уменьшить её возникновение на протяжении многих лет. Это сложный процесс, что включает в себя множество различных факторов, но чтобы по-настоящему понять, как работает двигатель, вы должны понять, отчего происходит детонация, и изучить шаги, которые ей способствуют.

Всегда обращайте пристальное внимание на все посторонние шумы и стуки, которые исходят от мотора вашего автомобиля, потому что они могут указать на это явление в камере сгорания и должны быть немедленно убраны.

Хотя детонация может быть потенциально опасной для двигателя, ею легко управлять, как только вы поймёте причину возникновения.

365cars.ru

---

Смотрите также

• 
  Силиконовая смазка для резины
• 
  В дороге мотоцикл
• 
  Пирбург 2е регулировка холостого хода
• 
  Перевод с французского на русский каптур
• 
  Расточка дроссельной заслонки
• 
  Блок управления эбу что это
• 
  Трейд ин в танках
• 
  Зависимость крутящего момента от мощности и оборотов
• 
  Рейтинг кроссоверов по надежности
• 
  При торможении двигатель троит
• 
  Гур в автомобиле что это