7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое детонация почему происходит детонация в двигателе

Устройство автомобилей

Природа явления детонации

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

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

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

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

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

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

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

Последствия детонации

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

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

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

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

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

Причины возникновения детонации

Возникновению детонации способствуют следующие факторы:

Сорт топлива

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

Частота вращения коленчатого вала

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

Читать еще:  Subaru outback запуск двигателя
Нагрузка

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

Угол опережения зажигания

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

Тепловое состояние двигателя

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

Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр

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

Степень сжатия

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

Форма и размеры камеры сгорания

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

Материал поршня и головки блока цилиндров

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

Способы борьбы с детонацией

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

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

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

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

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

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

Калильное зажигание и дизилинг

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

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

Читать еще:  Что такое гбц в двигателе шкода октавия

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

Детонация двигателя – устанавливаем причины

Одной из причин ее демонстрации является слишком раннее зажигание, что можно определить по характерному звонкому стуку в двигателе. Возникает он в результате преждевременного воспламенения горючей смеси. При правильной установке угла опережения зажигания смесь воспламеняется немного, не доходя до верхней мертвой точки (2-3 градуса). То есть начало вспышки происходит тогда, когда поршень еще не закончил восходящее движение, а завершается в момент начала возврата в нижнюю мертвую точку. Если же воспламенение происходит слишком рано, то возникает обратный удар, что и вызывает неприятный звук детонации двигателя. Еще одна причина детонации – это применение топлива с более низким октановым числом, чем предусмотрено правилами эксплуатации данного автомобиля. К чему это приводит? В результате использования низкооктанового топлива в камере сгорания происходит образования нагара (сажи), а это приводит к критическим последствиям. Многие водители сталкивались с тем, что после выключения зажигания двигатель не останавливается, а продолжает работать рывками, издавая неприятный звон. В такие моменты раскаленный нагар фактически играет роль свечи зажигания. Воспламенение топливной смеси происходит хаотично.

В некоторых случаях в результате сильной детонации кривошипно-шатунный механизм двигателя начинает вращаться в обратную сторону, что может привести к его поломке.


Некачественное топливо

Заправка автомобиля на неизвестных заправках может обернуться проблемами в дальнейшем. Даже если детонация началась не сразу, двигатель по-своему отреагировал на использование некачественного топлива. Отечественные автомобили ВАЗ не так чутко реагируют на некачественное топливо, но, возможно, оно и хуже. Ведь детонация начнется не сразу, а спустя какое-то время и уже в более тяжелой стадии, чем если бы оно началось сразу после заправки. Поэтому лучше использовать качественное топливо с крупных автозаправок известных брендов.

Если так случилось, что началась детонация двигателя, то попробуйте заливать топливо с высшим на одну ступень октановым числом. То есть если вашему автомобилю рекомендовано топливо с октановым числом 92, попробуйте заливать топливо с октановым числом 95. При интенсивной езде через неделю вы почувствуете разницу. Затем можно переходить на топливо с октановым числом, которое рекомендовано заводом-изготовителем, и впредь заливать только качественное топливо.

Лучше возить с собой канистру с топливом «на всякий случай» и не заливать топливо на старых и неизвестных заправках. От десятилитровой пластиковой канистры багажник вашего автомобиля не будет казаться забитым и, в случае необходимости, благодаря предусмотрительности, можно будет доехать до проверенной заправки.

Детонация


Что такое детонация в двигателе автомобиля?
Детонация – это аномальный процесс сгорания топлива в двигателе. Происходит в виде серии взрывов самовоспламенившегося топлива в камерах сгорания двигателя. Сопровождается металлическими стуками, перегревом, потерей мощности.

При нормальной работе бензинового двигателя автомобиля процесс сгорания топлива в камерах сгорания происходит плавно: до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) проскакивает искра между электродами свечи зажигания, воспламеняя топливную смесь. Фронт пламени со скоростью 50-80 м/с распространяется по всему объему камеры сгорания. Давление газов на поршень при этом оптимальное. Соотношение нарастания давления к углу поворота коленчатого вала 1,5-2 бар/градус. Детали поршневой группы не испытывают перегрузки.

При самовоспламенении топлива «плавность» распространения фронта пламени нарушается. Происходит взрыв с последующей ударной волной до 2500 м/с. От нее начинаются взрывы по всей камере сгорания, порождая череду ударных волн. Скачком поднимается температура и давление в камере сгорания. Скорость детонационного сгорания очень высокая. При этом слышны удары этих волн – металлический стук при работе двигателя. Последствия такого механического и температурного воздействия на двигатель резко отрицательные, зачастую приводят к его капитальному ремонту.

Признаки детонации в двигателе автомобиля

— Дробный металлический стук высокого тона в двигателе при нажатии на педаль «газа»

Допускается кратковременная детонация при нажатии на педаль газа при движении автомобиля со скоростью 40-60 км/ч на прямом отрезке дороги. Возникновение стука на иных скоростях или при движении в гору свидетельствует о проблемах в работе системы зажигания двигателя или применении некачественного бензина.

— Перегрев двигателя

Так как при наличии детонации температура в камерах сгорания резко возрастает, двигатель постоянно перегревается.

— Снижение мощности и приемистости двигателя

Сопротивление движению поршней резко возрастает, так как давление в цилиндрах становится огромным.

Причины детонации в двигателе автомобиля

— Применение топлива с октановым числом не соответствующим данному двигателю

Оно может начать взрываться еще до момента воспламенения от свечи зажигания. Это происходит при так называемой низкой детонационной стойкости топлива (применение низкооктанового топлива на двигателях с высокой степенью сжатия). Например, если заливать 80-й вместо 92-го в двигатель 21083 имеющий степень сжатия 9,8-10,5.

— Нарушение угла опережения зажигания (слишком ранний)
— Нагар на стенках камер сгорания и клапанах

Топливо самовоспламеняется вызывая детонацию, от раскаленного нагара. «Нагар на клапанах».

Читать еще:  Двигатель адр система охлаждения схема

Нагар на клапанах

— Применение свечей зажигания не соответствующих по калильному числу для данного двигателя

Топливо самовоспламеняется от раскалившегося изолятора свечи зажигания (холодные свечи).

Последствия детонации

Механические и тепловые нагрузки при детонации в двигателе огромны, как следствие страдает цилиндро-поршневая группа, кривошипно-шатунный и клапанный механизмы.

— Разрушаются перегородки поршней, сами поршни могут оплавиться.

— Разрушаются кромки тарелок клапанов.

— Выходят из строя шатунные вкладыши и пальцы поршней.

Как бороться с детонацией?

— Применять качественный бензин по октановому числу соответствующий своему двигателю.

— Применять свечи зажигания соответствующие по калильному числу данному двигателю.

— Точно выставить требуемый угол опережения зажигания, требуемый для конкретного двигателя.

Угол опережения выставляется на карбюраторных двигателях, на инжекторных это функция блока управления ЭСУД.

— Следить за исправностью элементов системы зажигания.

Неправильно работающие или вообще вышедшие из строя датчики вакуумного и центробежного опережения зажигания в трамблере карбюраторного двигателя сведут на нет все попытки правильно установить момент зажигания.

— Проверить правильность расположения установочных меток привода ГРМ двигателя.

В случае их смещения нарушаются фазы газораспределения и выставить правильный угол опережения зажигания будет невозможно.

— Применять моторные масла соответствующего качества.

Чтобы не образовывался нагар на стенках камер сгорания и днищах поршней двигателя.

Примечания и дополнения

— Иногда постоянную детонацию принимают за стук клапанов (при увеличенных тепловых зазорах). Поэтому прежде чем пытаться отрегулировать клапана стоит поменять бензин и отрегулировать момент зажигания.

— Так же детонация в народе имеет другое название: «пальцы поршней стучат». На самом деле к стуку поршневых пальцев это явление не имеет ни какого отношения.

Последствия детонации

Происходящая в цилиндрах детонация оказывает на механическую начинку автомобиля широкий спектр негативных воздействий. Наиболее существенными из них являются следующие:

  • Повышенные нагрузки на весь кривошипно-шатунный механизм приводят к его скорому выходу из строя. Здесь страдают и коленвал, и шатунные и коренные вкладыши. Также повреждения получает и поверхность поршней. Воздействие может быть настолько сильным, что поршни покрываются множеством выщерблин и сколов, их кромки скругляются, а перемычки между маслосъемными кольцами разрушаются.
  • Температура двигателя существенно повышается, нарушается процесс его охлаждения, что приводит к деформации цилиндров и поршней, а в отдельных случаях даже к прогоранию ГБЦ.
  • Масляная пленка на стенках цилиндров при контакте с взрывной волной разрушается, что дополнительно ускоряет износ элементов двигателя.
  • Также детонация в двигателе приводит к уменьшению его мощности и возрастанию расхода топлива.

Для того, чтобы защитить свой двигатель от таких последствий, следует внимательно относиться к его состоянию. Самая простая и важная мера – использование качественного топлива с оптимальным октановым числом. Кроме того, нужно следить за состоянием свечей – при покрытии электрода нагаром, уменьшении зазора зажигание становится менее эффективным, что приводит к детонациям. Важным нюансом также является исправность охлаждающей системы – в ней должно быть достаточно антифриза, в радиаторе не должно быть течей, а вентилятор должен эффективно отводить горячий воздух.

Читайте также: Что такое степень сжатия двигателя и какой она должна быть.

Когда бывает детонация

  • На очень малых оборотах — например, при парковке в жару хорошо прогретого автомобиля с ручной коробкой.
  • Когда мотору очень жарко: вы долго протолкались в пробке, после чего наконец-то дали интенсивный разгон.
  • При большой нагрузке на двигатель, например, при подъеме в гору на высокой передаче.

Заметьте, что любая автоматическая коробка передач облегчает жизнь мотора, не допуская его работы на низких оборотах, когда в процессе горения смеси хватает времени, чтобы образовался очаг самовоспламенения.

Как распознать и не допустить?

Распознать достаточно легко, ДВС работает нестабильно (многие путают с «троением»), проявляется четкий металлический стук (как будто кто-то стучит по поршню молотком, цепь стучит намного тише), мощность падает (давите на газ, а машина не тянет).

Не допустить очень просто:

  • Заправляйтесь всегда тем бензином, что вам указал производитель
  • Используйте проверенные заправки, желательно сети. Все же у них контроль, за топливом лучше
  • Иногда давайте повышенные обороты мотору (как говорят многие мотористы «дать просраться»). «Вылетает» большая часть налета в камере сгорания
  • Периодически меняйте ТОСОЛ или антифриз, следите за чистотой радиаторов, не допускайте перегрева

Тогда ваш силовой агрегат будет ходить долго и только радовать вас.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом заканчиваю, думаю вы поняли что это такое и почему нужно избавляться от детонации. ИСКРЕННЕ ВАШ АВТОБЛОГГЕР

(7 голосов, средний: 4,43 из 5)

Похожие новости

Основные причины большого расхода масла в двигателе. Почему он ж.

Ресурс ремня ГРМ. Разберем иномарки, а также ПРИОРУ, КАЛИНУ и ГР.

Как влияют гидрокомпенсаторы на мощность двигателя. Подробно + .

Добавить комментарий Отменить ответ

ТОП статей за месяц

Скоро праздники, а это значит — большая часть нашей страны будет употреблять алкоголь. Легкий: —…

Напряжение аккумулятора транспортного средства, как и его емкость – самые важные показатели этого автомобильного узла,…

Меня часто спрашивают о выхлопе автомобиля. Зачастую новичкам, да и водителем со стажем не нравится,…

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector