Вплив детонації на роботу двигуна і її усунення

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. Швидкість нормального горіння робочої суміші в циліндрі двигуна має певну швидкість - 30-40 м / с. Швидкість ударних хвиль під час детонації може досягати 1500 м / с.

Детонація відбувається, коли паливно -повітряна суміш у циліндрі замість прогресивного керованого горіння мимовільно вибухає. Це викликає різке збільшення тиску і температури в циліндрі, яке може пошкодити поршні, кільця і навіть головку. Детонацію іноді можна почути як сторонній металевий стукіт, що виходить від двигуна. Іноді детонація не видає себе сторонніми звуками, але проявляється у зменшенні потужності двигуна.

На малюнках представлені пошкоджені під дією детонації поршень і головка.

Деякий вплив на виникнення детонації надає нагар в камері згоряння. Справа в тому, що відкладення на стінках, по-перше, погіршують теплообмін, а по-друге - збільшують фактичну ступінь стиснення. Іншими словами, вони створюють умови для зриву нормального процесу горіння. Більш того, нагар може надавати відоме каталітичну дію і викликати самозаймання робочої суміші. 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 калильне 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.

Енергія, що виділяється при детонації, перешкоджає руху поршня у верхню мертву точку, виконуючи тим самим негативної роботи. У момент довгоочікуваної іскри від справжньої свічки компресії в циліндрі вже немає: частина палива, що не запаливши, пішла в вихлоп через нещільності посадки клапанів в сідлах, основна частина палива ВЖЕ згоріла, запаливши від окалини. Досягнувши верхньої точки поршень отримує слабкий імпульс і рухається вниз, обертаючи, коленвал (корисна робота) і долаючи опір інших поршнів, що гальмуються "калильним запалюванням". Таким чином, тільки 40 % палива виконують у двигуні корисну роботу. Безрадісна картинка, чи не так?

Процес згоряння з детонацією .

Вплив конструкції мотора на детонацію

Можна виділити наступні основниеконструкціонние фактори:

  • форма камери згоряння і її охолодження; 
  • розміри циліндра; 
  • число і розташування свічок; 
  • конструкція випускного клапана; 
  • ступінь стиснення. 

Вплив ступеня стиснення і тиску наддуву на датонаціюСтепень стиснення є основниф фактором, що впливає на детонацію. Характерна залежність порога появи детонації від ступеня стиснення і тиску наддуву показана на картинці.

Форма камери згоряння і її охолодження

Чим більше час, на протязі якого фронт полум'я від свічки може досягти до найбільш віддалених точок камери згоряння і чим гірше охолоджуються ці точки, тим імовірніше виникнення детонації. Звідси випливає, що найбільш рацонально формою камери згоряння є полісферіческая і шатрова.

Тут же можна відзначити, що певні дивіденди може принести механічна обробка камери згоряння. Як то - зкруглення різних вогнищ детонації у вигляді крайок і кутів, поліровка.

Розміри циліндра

При збільшенні розмірів циліндра зростає довжина шляху, прохідного фронтом полум'я і, отже, ймовірність виникнення детонації.

Вплив діаметра циліндра на детонаціюНа малюнку наведені значення найвищої корисної ступеня стиснення в залежності від діаметра циліндра, отримані Рікардо. Верхня крива отримана на двигуні з золотниковим розподілом і свічок, розташованої в центрі головки, а нижня на двигуні з нормальним клапанним розподілом. Менші значення ступеня стиснення в другому випадку пояснюються впливом на детонацію гарячого вихлопного клапана.

Число і розташування свічок

Збільшення числа свічок скорочує відстань, яку проходить фронтом полум'я і тим самим зменшує ймовірність виникнення детонації. При існуючих розмірах циліндрів збільшення числа свічок понад два нераціонально. Свічки розташовують зазвичай так, щоб забезпечити можливо малу відстань до найбільш віддаленої від них точки камери згоряння.

На малюнку представлено вплив числа свічок на детонацію. Досліди проводилися при регулюванні складу суміші на максимальну потужність ( суцільні лінії) і максимальну економічність (пунктир). Нижні криві в обох випадках відповідають роботі на одній свічці, розташованої з боку вихлопу, а верхні - на двох діаметрально протилежних свічках. Двигун доводився наддувом до початку детонації. Як видно, в обох випадках середнє индикаторное тиск, відповідне початку детонації, виходило при двох свічках, приблизно, на 15 % вище. Самі свічки, точніше, їх електроди, часто служать джерелом виникнення детонації і передчасного займання. Тому при конструюванні свічок для сильно форсованих двигунів звертають особливу увагу на можливість надійного їх охолодження.

Випускний клапан

Найбільш гарячої деталлю в головці блоку циліндрів є випускний клапан, температура якого може досягати 750-800 градусів. Вплив випускного клапана на освіту перекисів, а отже, і детонацію, досить значно.

Великий ефект в сенсі зниження температури клапана і можливості відповідного підвищення ступеня стиснення або наддуву дало застосування випускних клапанів, охолоджуваних зсередини металевим натрієм.

Вплив режиму роботи двигуна на детонацію

З величин, які визначають режим роботи двигуна, впливають на детонацію головним чином наступні:

  • температура суміші і стінок циліндра; 
  • тиск наддуву; 
  • кут випередження запалювання; 
  • обороти двигуна; 
  • атмосферні умови і склад суміші.

Склад суміші

Зміна складу суміші впливає на швидкість поширення полум'я і величину максимальних тисків і температур в циліндрі. Зміна цих величин, а також співвідношення між киснем і паливом в суміші позначається і на освіту перекисів. Досвідом встановлено, що за умови відсутності перегріву двигуна максимальна детонація виходить при складі суміші, лежачому в межах між складами, відповідними регулюванню на максимальну потужність і максимальну економічність.

Вплив складу суміші на детонаціюНа малюнку представлена залежність середнього індикаторного тиску (еквівалентно потужності), відповідного початку детонації, від коефіцієнта надлишку повітря. Досліди проводилися на двигуні повітряного охолодження. Як видно, збагачення суміші від а = 0,9 до a = 0,65 ( AFR 13.3 - 9.6) дозволило підвищити середню индикаторное тиск ( наддувом ) від 10,5 до ~ 17 кг/см2. Збагачення суміші до значень а = 0,65 - 0,70 ( AFR 9,6 - 10,4 ) є в даний час загальноприйнятим методом усунення детонації при форсуванні двігателей.Ізмененіе складу суміші впливає на швидкість поширення полум'я і величину максимальних тисків і температур в циліндрі.

Температура суміші та стінок циліндра

Збільшення температури стінок циліндра або суміші точно так само сприяє утворенню перекисів і, отже, детонації суміші.

На малюнку представлені досліди, проведені на одноциліндровий двигун Вокеша зі змінним ступенем стиснення. Досліди були проведені на чотирьох різних паливах при двох температурах охолоджуючої рідини - 100 і 145 °, так що лінійна залежність ступеня стиснення від температури є умовною. Як видно, збільшення температури охолоджуючої рідини на 45 ° знижує ступінь стиснення, відповідну певної інтенсивності детонації, приблизно на 12-16 %.

Вплив температури повітря, що поступає на детонацію представлено на фіг . 10 . При підвищенні температури від 310 до 410 ° К (37-137 ° С) середнє индикаторное тиск, відповідне початку детонації , понизився від 15,3 до 9,5 кг/см2 при а = 0,9 ( AFR = 13,3 ) і від 13,5 до 11,5 кг / см " при а = 0,67 ( AFR = 9,9 ) . Слід зазначити сильне відмінність у характері падіння середнього тиску при різних значеннях коефіцієнта надлишку повітря. Досліди були проведені на двигуні авіаційного типу повітряного охолодження.

Кут випередження запалювання

Зміна моменту запалювання зміщує згорання робочої суміші по відношенню до положення поршня в циліндрі двигуна, внаслідок чого змінюються тиску і температури процесу. Досвід показує, що зменшення випередження запалювання зменшує детонацію робочої суміші. Максимальна інтенсивність детонації виходить звичайно при випередженні запалювання трохи більшому, ніж відповідне регулюванню на максимальну потужність двигуна.

На малюнку наведено досліди автора ( А. А. Добриніна ) за впливом кута випередження запалювання на максимальну потужність двигуна при роботі на даному паливі. Досвід був проведений на авіадвигуни повітряного охолодження. При постійному складі суміші і різних кутах випередження запалювання, визначали потужність двигуна, відповідну початку детонації.

Водна інжекція може перешкоджати появі детонації і працює в трьох напрямках. По-перше, коли вода вприснуто в систему впускного колектора до кришки циліндра, невеликі крапельки поглинають тепло з повітря. Охолоджене повітря має велику щільність, тим самим збільшуючи кількість кисню, яка потрапляє в циліндр. Вода має ту високу теплоємність ( може поглинути багато енергії при незначному підвищенні температури). Потім, невеликі краплі випаровуються в циліндрі і охолоджують його, при цьому, отриманий пар збільшує тиск в циліндрі. Це діє як анти- детонант і також очищає порожнини камери згоряння від нагару, таким чином усуваються небажані «гарячі» точки.

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