Горіння паливної суміші за різними умовами

Серед процесів, що відбуваються в двигуні, ключову роль грає згорання робочої суміші. Якщо воно протікає неефективно або з відхиленнями від норми, то неминуче погіршуються показники потужності та економічні показники двигуна, а в інших випадках можливо і аварійне руйнування його деталей.

Про сутність процесу горіння і його аномалії, про можливість діагностувати ці явища і робити необхідні висновки розповідає кандидат технічних наук В. БАСС .

Як протікає горіння

Нормальний процес згорання паливного заряду в циліндрі відбувається таким чином. Поршень наближається до верхньої мертвої точки, робоча суміш (пари бензину, повітря і якась кількість залишкових продуктів горіння) стиснута. У потрібний момент між електродами свічки проскакує іскра, і тут утворюється первинний осередок займання обсягом кілька кубічних міліметрів, енергія якого складається з енергії іскри і енергії згорілого в цій зоні палива.

Від первинного вогнища полум'я починає поширюватися на навколишнє робочу суміш; фронт цього полум'я має вигляд ламінарного (рівного, незавіхренного) шару завтовшки менше міліметра, що рухається спочатку з невеликою швидкістю. Однак вона швидко наростає, оскільки залишаються за фронтом згорілі гази, що мають температуру близько 2000 ° К, розширюються. Віддаляючись від свічки, де робоча суміш відносно спокійна (пристінкова зона), і наближаючись до центру камери згоряння, полум'я сягає турбулізованной (завихрення) зони паливного заряду. Тут фронт полум'я починає дробитися і набуває комірчастуструктуру, де ділянки горіння перемежовуються зі свіжою сумішшю і продуктами згоряння. Товщина такого турбулентного шару стає рівною декільком сантиметрам, а швидкість його поширення вимірюється десятками метрів в секунду, перебуваючи в прямій залежності від швидкості руху газів усередині камери.

Потрібно зауважити, що нормальна робота двигуна в широкому діапазоні частот обертання колінчастого валу забезпечується саме тим, що швидкість турбулентного полум'я зростає пропорційно збільшенню швидкості руху поршня. Коли ж полум'я проходить через весь об'єм камери, горіння в ній поступово припиняється, а що утворилися гарячі гази починають розширюватися, переміщаючи поршень вниз і тим самим, здійснюючи корисну роботу. Чим вища температура і тиск цих газів, тим більше віддача потужності.

Цей процес забезпечує найбільшу ефективність двигуна, розрахунковий рівень витрати палива і токсичності відпрацьованих газів. Але, на жаль, так буває не завжди. За певних умов хід процесу може порушуватися, викликаючи різні по тяжкості наслідки - від неприємних відчуттів у водія до серйозного пошкодження двигуна.

Що впливає на процес горіння

Перш за все, звичайно, бензин, його характеристики, відповідність даному двигуну. Сучасний товарний бензин являє собою складну суміш різних вуглеводнів, а також спеціальних присадок. Крім основного властивості - стійкості до детонації, що визначається октановим числом, бензин повинен володіти і іншим - не мати схильності (зрозуміло, в певних умовах і межах) до самозаймання і гартівного запалення, до нагароутворення.

Процес згоряння істотно залежить від складу горючої суміші. Загальна залежність (при найвигіднішому випередженні запалювання) така: найбільша температура і тиск газів в камері згоряння досягаються при злегка збагаченій суміші. Подальше її збагачення і збіднення знижує температуру.

Відхилення кута випередження запалювання від оптимальної величини теж робить прямий вплив. Збільшення кута підвищує температуру всередині камери і може довести її до рівня, небезпечного для розташованих там деталей. При пізньому запаленні температура в камері знижується, але на випуску - зростає. Це, зокрема, посилює тепловий режим роботи випускного клапана.

Будь перегрів деталей, розташованих в камері згоряння, може порушити нормальний перебіг процесу горіння палива.

Детонація

Поява детонації відбувається за такою схемою. При поширенні фронту полум'я несгоревшая робоча суміш піддається стиску: згорілі гази позаду фронту полум'я діють на неї подібно до поршня. Якщо при цьому тиск і температура перевищать критичні для даного палива величини, створюються умови для самозаймання, яке називають детонаційним. Його характерна ознака - вибухова швидкість поширення полум'я. Прийнято вважати, що це явище пов'язане з утворенням перекисів в якихось ділянках камери згоряння під дією високого тиску і температури. Даний хімічний процес вимагає певного часу, тому, як правило, він відбувається в зонах, найбільш віддалених від свічки і найдовше піддаються дії сильного тиску. Сприяє цьому, і прогрівання робочої суміші гарячими стінками камери, що найсильніше позначається у вузьких щілинах. Зрозуміло також , що детонація тим вірогідніше, чим вище ступінь стиснення. Коли частина заряду детонує, утворюються ударні хвилі, які поширюються зі швидкістю до 1000 м / с і " б'ють" в стінки камери згоряння. Напряму зруйнувати їх вони не можуть, але передають частину своєї кінетичної енергії, викликаючи місцеві перегріви і вібрацію. Якщо детонаційне згорання відбувається досить довго, обгорають або руйнуються металеві деталі, найчастіше поршень, свічка або клапан.

Детонація найбільш вірогідна, коли двигун працює з повністю відкритою дросельної заслінкою, а частота обертання колінчастого вала мала. У цьому випадку наповнення циліндрів свіжою сумішшю максимальне, залишкових газів мало, а час, протягом якого віддалені від свічки частини заряду піддаються впливу тиску і температури, найбільш велика і достатньо для утворення перекисів. Наочний прояв цього положення знайоме кожному водієві . Якщо під час розгону з малої початкової швидкості при повністю відкритій дросельної заслінки виразно чутні дзвінкі детонаційні стуки, то це лише спочатку, а при досягненні певної швидкості вони пропадають. Або навпаки , коли автомобіль рухається на підйом з уповільненням ( дросельна заслінка знову-таки повністю відкрита), то спочатку детонації немає, а при падінні швидкості до якоїсь величини вона може з'явитися. У подібних випадках для припинення стукотів досить прикрити дросель (зменшити наповнення циліндрів) або перейти на знижену передачу (прискорити обертання колінчастого валу).

Характерними зовнішніми ознаками детонації є підвищене димлення двигуна - чорний дим з вихлопної труби і падіння його потужності через те, що горіння протікає не кращим чином.

Гартівне запалювання

У розмовах автомобілісти нерідко плутають його з детонацією, але це два абсолютно різних явища. При гартівному запаленні робоча суміш запалюється розжареною поверхнею якоїсь деталі в камері згоряння. Теоретично розрізняють два випадки гартівного запалення : до виникнення іскри в свічці і після. Але далі мова піде тільки про перший, оскільки саме з ним ми маємо справу на практиці і саме він представляє реальну небезпеку для двигуна.

При гартівному запаленні горіння протікає нормально, але передчасно; це рівнозначно тому, що кут випередження мимовільно збільшився по відношенню до оптимального. А такий стан, як ми вже говорили, веде до неприпустимого зростання температури деталей в камері згоряння. Внаслідок цього фактичний момент запалення стає ще більш раннім, іншими словами, процес самоускоряющіхся. При появі гартівного запалення потужність двигуна раптово і різко падає і, якщо не відреагувати на це зниженням навантаження, перегріті деталі будуть пошкоджені.

Найбільш ймовірно гартівне запалювання від перегрітої свічки; це буває, коли свічка по тепловій характеристиці не відповідає даному двигуну. Джерелом цього неприємного явища також можуть бути випускний клапан або поршень; їм достатня менша температура, ніж у свічки, оскільки підпалюється здатність залежить не тільки від ступеня нагріву, але і від величини поверхні деталі. Чим більше площа її контакту з сумішшю, тим при меншій температурі виникає гартівне запалювання.

Найсприятливіші умови для появи гартівного запалення - режим максимальної потужності, коли дросель повністю відкритий, а обороти граничні. Але для звичайної експлуатації це нетипово, з таким режимом в основному мають справу спортсмени.

Факторами, що сприяють підвищеному нагріву деталей в камері згорання і, отже, виникненню гартівного запалення, є: надмірно раннє іскроутворення; потужнісний , збагачений склад робочої суміші; погане охолодження циліндрів. Тут же потрібно згадати про шкоду задирок в камері згоряння, особливо на електродах свічки.

Спалахи при вимкненому запаленні

Якщо гартівне запалювання притаманне роботі двигуна в режимі максимальної потужності, то цілком очевидно, що цим явищем не можна пояснити його мимовільну роботу протягом деякого часу після виключення запалення. У даному випадку має місце самозаймання палива, подібно до того, як це відбувається в дизелях . Найбільш характерна наступна ланцюжок обставин. Автомобіль рухався в умовах, що сприяють підвищеному нагріву деталей двигуна.

Після зупинки дросельну заслінку закрили, запалювання вимкнули. Колінчастий вал за інерцією ще повертається, і в один з циліндрів потрапляє робоча суміш , яка при повільному стисканні встигає прогрітися до температури самозаймання . За цим, природно, слід робочий хід , який викликає протікання такого ж циклу в іншому циліндрі. Подібна повільна і засмикана , нерівномірна робота двигуна продовжується від декількох секунд до двох-трьох хвилин (такі граничні терміни спостерігалися), тобто до тих пір, поки остигання мотора не ліквідує умови для самозаймання паливного заряду.

Чи тільки нагрів камери згоряння винен у виникненні цього " дизельного процесу" ? Ні, велику роль тут грають нагріті відпрацьовані гази, що удосталь залишаються в циліндрі від попереднього циклу, бо при дуже невеликій частоті обертання очищення циліндрів вкрай погана. Ці гази змішуються зі свіжою сумішшю, і сильно прогрівають її, сприяючи самозаймання. До речі, настільки велике розбавлення заряду залишковими газами виключає появу детонації, тому описуваний процес, незважаючи на всю свою невпорядкованість, для мотора безпечний. Але на водія, як ми знаємо, справляє гнітюче враження.

Радикальний спосіб боротьби з даним явищем - установка в карбюраторі електромагнітного клапана, що відключає подачу палива через систему холостого ходу при вимкненому запаленні. Такі клапани серійно встановлюються на багатьох моделях " Жигулів". Інші , більш прості способи засновані на самій суті процесу. Так , якщо після виключення запалення ненадовго і глибоко натиснути на педаль газу, то в циліндри надійде повновагий заряд свіжої суміші, який охолодить стінки і усуне умови самозаймання. Приблизно того ж ефекту іноді досягають зміною регулювання холостого ходу, але при цьому не можна відхилятися від меж, що забезпечують норми токсичності вихлопних газів при звичайній роботі двигуна на холостому ходу.

Вплив нагару

Все було б досить просто, якби аномалії, про які говорилося, існували кожна сама по собі. Однак той факт , що на стінках камери згоряння в тій чи іншій мірі завжди є нагар, істотно спотворює "класичну" картину.

Справа в тому, що відкладення на стінках, по-перше, погіршують теплообмін, а по-друге - збільшують фактичну ступінь стиснення. Іншими словами, створюють більш сприятливі умови для зриву нормального процесу горіння . Більш того, нагар може надавати відоме каталітичну дію і викликати самозаймання робочої суміші , а це багато в чому ускладнює діагностування аномалій.

І ще. При перехідних режимах роботи двигуна нагар іноді починає розпушуватися і розшаровуватися; тоді частинки, що втратили щільний контакт із стінкою, легко перегріваються і можуть провокувати краплинне запалювання . Буває й так, що лусочки нагару відриваються, але якийсь час не виносяться з камери згоряння, а залишаються в ній. Вони легко нагріваються і підпалюють робочу суміш в самий невизначений момент навіть на впуску. Так породжуються; " дикі " стуки, що не піддаються жодній логіці і класифікації. Правильно враховувати всі ці явища можуть допомогти тільки досвід і вдумливий підхід до питання.

Для боротьби з відкладеннями (нагаром) в світовій практиці набули широкого поширення спеціальні добавки до бензину, які періодично вливають в бак. Ведеться робота по створенню такої добавки і у нас. Поки ж найбільш доступним засобом боротьби з нагаром без розбирання мотора залишається "пропалювання" камер згоряння при форсованому русі по автомагістралі. В якості профілактичного заходу корисно будувати свої повсякденні маршрути так, щоб міська їзда чергувалася з швидкісним шосе.

Що випливає з теорії

Навряд чи є необхідність в якихось розгорнутих висновках - вони природно випливають з самої суті розглянутих положень. Але, мабуть, короткий і нехай дещо спрощене резюме все ж може бути корисним. Воно зводиться до наступного.

Якщо під час форсованої їзди по автомагістралі в двигуні прослуховуються якісь незрозумілі стуки - це не детонація . Логічніше пояснити їх самовоспламенением палива через перегрів двигуна або рясного нагару в камерах згоряння.

Якщо стуки з'являються на змінних режимах, скажімо, при міській їзді, то чи не гартівне запалювання тому виною.

І, нарешті, не потрібно панічно боятися спалахів в моторі після виключення запалення. Але і терпимо ставитися до них не слід, способи припинити їх, були перераховані в тексті.

Наші переваги

Будь набутий у нас товар ви можете повернути, якщо з яких-небудь причин він вам не підійшов або не сподобався.

На всю продавану нами продукцію ми надаємо гарантію терміном мінімум 1 рік (в залежності від виду товару).

Більшість пропонованих нами товарів здатне поліпшити характеристики автомобіля, не порушуючи гарантію на нього.

Більшу частину, пропонованих нами товарів, ми виробляємо особисто! Це дає можливість нашим клієнтам не тільки купувати продукцію за вигідними цінами, а й відразу з'ясовувати всі запитання по установці і використанню пристроїв.

up