Детонация в карбюраторном двигателе

Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь нагревается в результате роста давления со стороны фронта пламени. При достижении температуры самовоспламенения очаги горения в этих зонах, тем не менее, не возникают из-за местного недостатка кислорода и времени протекания первой фазы сгорания, продолжительное протекание которой характерно для пререферийных зон.

Однако несгоревшая смесь в этих зонах чрезвычайно активизируется и оказывается на границе теплового взрыва. Любое местное повышение давления и температуры вызывает самовоспламенение этой части заряда, которое носит взрывной характер.

Ударные волны со стороны таких очагов самовоспламенения вызывают в свою очередь самовоспламенение хорошо подготовленной к этому смеси. Это вызывает еше 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.

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.

На индикаторных диаграммах на возникновение детонации указывает колебание давления.

Индикаторная диаграмма работы карбюраторного двигателя при детонационном сгорании

Рис. Индикаторная диаграмма работы карбюраторного двигателя при детонационном сгорании

При сильной детонации мощность двигателя падает, растет расход топлива, в отработавших газах появляется черный дым. Ударные волны разрушают масляную пленку на поверхности верхней части цилиндра, что приводит к его интенсивному износу. В дальнейшем могут обгореть кромки поршней, электроды свечей зажигания, прокладки головки блока цилиндров, произойти выкрашивание антифрикционного сплава в подшипниках коленчатого вала и иные разрушения деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) Таким образом, детонационное сгорание отрицательно влияет на рабочий процесс и долговечность деталей КШМ.

Возникновению детонации способствуют следующие факторы:

  1. Сорт топлива — характеризуется октановым числом, который оценивает антидетонационную 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 приводит к детонации в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр. Октановое число автомобильных бензинов (ГОСТ 2084 -77) составляет от 76 до 98 единиц.
  2. 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 предпламенных процессов в последних частях заряда становится недостаточно, и детонация снижается. Кроме тою, с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается содержание остаточных тазов в рабочей смеси, что также снижает интенсивность предпламенных процессов и приводит к снижению детонации.
  3. Нагрузка. Уменьшение нагрузки сопровождается прикрытием дроссельной заслонки карбюратора, вследствие чего давление и температура заряда в конце процесса сжатия снижается, а коэффициент остаточных газов уг увеличивается. Кроме этого уменьшается количество вводимого рабочею тела, а значит и выделяемая теплота, вследствие чего снижается давление в цилиндре. Поэтому уменьшение нагрузки приводит к снижению детонации и наоборот.
  4. Угол опережения зажигания. Увеличение угла опережения зажигания приводит к более раннему тепловыделению относительно прихода поршня в ВМТ. В результате резко повышается давление, что способствует возрастанию степени сжатия смеси перед фронтом пламени и вызывает появление очагов самовоспламенения. Поэтому с увеличением угла опережения склонность к детонации возрастает и наоборот.
  5. Тепловое состояние двигателя. С ростом температуры деталей камеры сгорания увеличивается вероятность возникновения очагов самовоспламенения и детонации.
  6. 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 затруднительно.
  7. Степень сжатия. Увеличение степени сжатия Е приводит к увеличению температуры и давления в конце процесса сжатия. Следовательно, увеличение Е 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.
  8. 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.
  9. Материал поршня и головки блока цилиндров. Материал этих деталей во многом определяет теплоотвод от рабочею тела. Применение алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, позволяет снизить требования к октановому числу бензина на 5—7 единиц.

Не следует путать детонационное сгорание с преждевременным самовоспламенением, которое может произойти во время процесса сжатия еще до момента появления искры в результате разогрева oт горячей 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, поэтому в таких случаях необходимо просто прекратить подачу горючей смеси.

В некоторых случаях аналогично калильному зажиганию возникает воспламенение топлива, но от сжатия — явление дизилинга. Такое воспламенение наблюдается при выключении зажигания, когда прогретый карбюраторный двигатель не останавливается и продолжает работать с пониженной частотой вращения коленчатого вала, большой нестабильностью и вибрациями. Это явление имеет место при Е > 8,5. Для его устранения применяют автоматическое перекрытие в карбюраторе канала холостого хода при выключении зажигания.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (оцени первым)
Хранение топлива. Резервуары для хранения топлива Одним из свойств жидкого топлива — бензина, определяющих условия его хранения, является огнеопасность. Смесь паров бензина с воздухом при определенных условиях составляет взрывчатую смесь. Опасность взрыва возникает лишь в том случае, когда в воздухе содержится примерно 2,4—5% (в зависимости от нали...
Процесс сгорания и топливо Так как подвод теплоты происходит при сгорании топлива, параметры процесса сгорания и используемое топливо являются решающими факторами для подвода теплоты и, как следствие, для обеспечения оптимального коэффициента полезного действия работы двигателя. В рамках термодинамического упрощения, в отноше...
Топливная экономичность Из параметров, характеризующих мощностные показатели автомобиля, в центре внимания длительное время оставались максимальная скорость и время разгона. Ощутимый рост цен на топливо привел к тому, что особое внимание стали уделять расходу топлива. При разработке нового автомобиля одной из важнейших цел...
✪Устройство автомобиля Авто⚡сайт №❶
Google+ ()