Из за чего происходит детонация в двигателе

Причины детонации двигателя — DRIVE2

🔧 Причины детонации двигателя при выключении зажигания и запуске.
— Сохрани эту статью к себе на стену.

• Такое явление, как детонация двигателя, знакомо практически каждому автовладельцу. Чаще всего она возникает при движении в гору на высокой передаче с небольшой скоростью. К звуку работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) примешивается жесткий металлический стук, который многие принимают за стук поршневых пальцев.

— Что такое детонация?

• Детонация – это процесс взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В то время как нормальная скорость распространения фронта пламени составляет около 30 м/с, при детонации огонь распространяется в десятки раз быстрее – до 2000 м/с.

• В нормальных условиях смесь начинает воспламеняться, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки, угол опережения зажигания составляет обычно 2-3 градуса. Завершается вспышка после того, как поршень минует ВМТ. В случае детонации смесь воспламеняется еще в середине такта сжатия. Поршень испытывает сильное противодействие, в итоге пропадает мощность двигателя и значительно повышается расход топлива.

• Данное явление никогда не идет на пользу мотору, однако детонацию можно разделить на допустимую и недопустимую. В первом случае ее даже не всегда удается заметить. Обычно она возникает на низких оборотах и продолжается недолго. Чаще всего подобное происходит в двигателях небольшого объема с относительно большой мощностью и крутящим моментом (например, 107 л.с. и 135 Нм при объеме 1,4 л). Недопустимая детонация, как правило, возникает в форсированных ДВС при повышенных нагрузках на высоких оборотах. Всего после нескольких секунд работы в таких условиях, мотор может получить критические повреждения.

• Существует еще одно явление, которое автовладельцы нередко путают с детонацией – дизелинг. Мотор после выключения зажигания продолжает работать рывками, то с повышением, то с понижением оборотов, звук работы двигателя при этом металлический, схожий со звуком детонации. Это явление иного рода и причины его появления иные: при глушении мотора, бензин в цилиндрах самовоспламеняется из-за высокой степени сжатия, как в дизельном ДВС, отсюда и название. Не следует путать дизелинг с калильным зажиганием – там при глушении рабочая смесь воспламеняется от нагретых электродов свечей и нагара.

— Чем опасна детонация?

• Весь кривошипно-шатунный механизм и головка блока цилиндров испытывают разрушающие нагрузки, способные при длительном воздействии привести к поломке ДВС. Кроме того, температура в цилиндрах также поднимается до недопустимых значений (до +3700 градусов), что грозит прогаром прокладки ГБЦ, а также коррозией днища поршня и зеркала цилиндров.

• рокладка головки блока – это первая деталь, которая придет в негодность из-за детонации. Она способна перенести лишь кратковременную работу в режиме запредельных термических и механических нагрузок. Худшее, чем грозит детонация – замена блока цилиндров, коленчатого вала, поршневой группы и головки блока.

— Причины возникновения детонации:

• Причины, в силу которых возникает данное явление, можно разделить на три группы:

• октановое число бензина;
• конструктивные особенности ДВС;
• условия эксплуатации автомобиля.

— Влияние октанового числа:

• В отличие от дизельного двигателя, в котором воспламенение рабочей смеси происходит благодаря высокой степени сжатия, в бензиновом для этой цели применяется система зажигания. Смесь бензина и воздуха поджигается искрой, возникающей между электродами свечей.

• Степень сжатия у бензиновых моторов намного меньше, это связано с тем, что бензин не столь устойчив к детонации, как дизельное топливо. Основной характеристикой бензина является октановое число, отражающее его детонационную стойкость. Чем оно выше, тем сильнее можно сжать топливно-воздушную смесь.

• Если автомобиль, силовой агрегат которого рассчитан на применение топлива с октановым числом не ниже 95, заправить бензином марки АИ-92, то с высокой долей вероятности можно утверждать, что при высоких нагрузках рабочая смесь в цилиндрах будет детонировать.

• Однако проблема может появиться и в случае, если марка топлива соответствует рекомендациям производителя. Все дело в качестве бензина. Недобросовестные продавцы нередко самостоятельно повышают октановое число, путем добавления в горючее сжиженного пропана или метана. Эти газы очень быстро испаряются, после чего в баке остается низкооктановый бензин.

• Вследствие детонации низкооктанового топлива, в камере сгорания усиленно образуется нагар, который, в свою очередь, может вызвать такое явление, как калильное зажигание. В этом случае двигатель продолжает работать даже после выключения зажигания. Причины его возникновения в том, что воспламеняется топливно-воздушная смесь не от искры, а от раскаленных электродов свечи или нагара.

— Влияние конструктивных особенностей:

• Причины возникновения детонации могут крыться в конструктивных особенностях двигателя.
К их числу можно отнести:

• степень сжатия;
• форму камеры сгорания;
• форму днища поршня;
• наличие наддува;
• расположение свечей зажигания.

• Так, чем выше степень сжатия, тем ДВС более склонен к детонации. То же можно сказать и о системах наддува («надутым» моторам требуется высокооктановый бензин).

— Влияние условий эксплуатации:

• Не последнюю роль играют и условия, в которых эксплуатируется машина. Детонация может возникать при движении на повышенной передаче с низкой скоростью. Так, если попытаться въехать в гору на четвертой передаче со скоростью 30 км/ч, из-под капота незамедлительно раздастся характерный металлический стук.

• Свое влияние оказывает правильность работы системы зажигания (рабочая смесь в цилиндрах детонирует при раннем зажигании), исправность системы охлаждения двигателя, наличие нагара на поршнях и в камерах сгорания. Подвергают себя опасности автовладельцы, стремящиеся любыми способами уменьшить аппетит машины. С этой целью электронный блок управления «перепрошивается» для приготовления более бедной смеси, чем нужно. В результате ухудшается динамика авто, а при повышенных нагрузках возникает детонация.

Детонация

Детонация (также называемая «искровым ударом») - это неустойчивая форма сгорания, которая возникает, когда одновременно происходит несколько фронтов пламени внутри камер сгорания вашего двигателя. Вместо одного фронта пламени, расширяющегося наружу от точки воспламенения, по всей камере сгорания самопроизвольно генерируется множество фронтов пламени. Когда несколько фронтов пламени сталкиваются, они производят резкий металлический стук или стук, предупреждающий вас о происходящих неприятностях.

Если у вашего двигателя есть проблема с детонацией, вы будете наиболее склонны слышать это при ускорении под нагрузкой, при подаче газа в двигатель, когда вы находитесь на высокой передаче или при буксировке двигателя. Детонация происходит из-за того, что октановое число топлива (мера его сопротивления детонации) не может выдерживать повышенную температуру и давление, когда двигатель находится под нагрузкой. Когда это происходит, топливная смесь самовоспламеняется, создавая разрушительные фронты пламени.

Легкая детонация может возникнуть практически в любом двигателе и не причинит никакого вреда.Но продолжительная тяжелая детонация - плохая новость, потому что она забивает поршни и кольца. Если проблема не будет устранена, сильная детонация может повредить ваш двигатель. Это может привести к растрескиванию поршней и колец, поломке прокладки головки, повреждению свечей зажигания и клапанов, а также даже к смещению подшипников штока.

Детонация также приводит к потере мощности, поскольку повышение давления в цилиндре происходит слишком быстро для эффективного рабочего хода. Вместо того, чтобы строить постепенно, он достигает пика слишком быстро, а затем падает.Результат больше похож на внезапный удар, а не на сильный, устойчивый толчок.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ДЕТОНАЦИИ ГАЗОЛИНОМ ВЫСОКОГО ОКТАНА

Одним из способов предотвращения детонации является использование топлива с более высоким октановым числом. Номинальное октановое число моторного топлива является мерой его детонационной стойкости. Октан, который размещен на насосе заправочной станции, представляет собой «октан насоса», который является средним для исследований и моторного октанового числа. Метод определения октанового числа топлива варьируется в зависимости от используемого метода, но чем выше октановое число, тем лучше топливо может противостоять детонации.Топливо с октановым числом 87 менее устойчиво к детонации, чем топливо с номинальным значением 89 или 91.

октановое число бензина может быть улучшено путем дополнительной очистки, чтобы увеличить долю более тяжелых углеводородов в топливе, путем использования более высокого качества сырой нефти или путем добавления этанолового спирта в качестве усилителя октанового числа (все это может увеличить стоимость топлива) ,

Тетраэтилсвинец долгое время использовался в качестве противоударной добавки для улучшения октанового числа бензина. Это была самая эффективная и наименее дорогая добавка, которая могла быть использована для этой цели.Но длительное воздействие свинца связано с многочисленными рисками для здоровья. Этилированный бензин был снят с производства в США еще в 1970-х годах, поэтому для его повышения используются методы рафинирования (крекинг, изомеризация и другие процессы). октановый рейтинг базового бензина. Добавлены дополнительные октановые бустеры, такие как MBTE, этанольный спирт, ароматические соединения и высокоразветвленные алканы. бензину, чтобы удовлетворить требования октана для адекватного сопротивления детонации.

AFTERMARKET OCTANE BOOSTING ДОБАВКИ ДЛЯ ТОПЛИВА

Если вы ездите на более старом мощном автомобиле и не можете найти газ в насосе с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию в вашем двигателе, и вы не хотите отстраивать свой двигатель, замедляя момент зажигания или уменьшая степень его сжатия, вы можете добавить вторичная добавка к топливу для повышения октанового числа в топливном баке.Некоторые добавки, повышающие октановое число, также содержат свинец или заменители свинца для защиты выпускных клапанов двигателей до 1973 года (в которых отсутствуют затвердевшие седла клапанов) от преждевременного износа. Такие продукты могут повысить октановое число газа накачки на несколько пунктов в зависимости от используемой концентрации (всегда следуйте инструкциям). Но даже этого может быть недостаточно для устранения постоянной проблемы с искровым ударом, если ваш двигатель имеет степень сжатия более 10: 1 или нагнетается или турбонаддувом.

ЧТО ПРИЧИНА ДЕТОНАЦИИ?

Детонация может иметь несколько причин.Все, что повышает температуру или давление сгорания (например, турбонаддув или наддув) или увеличивает рабочую температуру двигателя, увеличивает риск детонации. Чрезмерно высокое время зажигания или что-либо, что приводит к тому, что смесь воздуха и топлива работает более низко, чем обычно, также может вызвать детонацию.

Для некоторых двигателей требуется топливо премиум-класса (октановое число 91 или выше), и может возникнуть детонация, если вы заправляете бак средним или обычным топливом. При небольшом дросселе двигатель может нормально работать на менее дорогом топливе, но при резком ускорении или при нагрузке двигателя под нагрузкой может произойти детонация.

Предполагается, что датчик детонации обнаруживает вибрации, возникающие при детонации, и временно задерживает момент зажигания, пока детонация не прекратится. Тем не менее, это не может полностью предотвратить детонацию. Мы рекомендуем использовать марку бензина, рекомендованную в руководстве по эксплуатации или напечатанную на крышке топливного бака, чтобы минимизировать риск детонации.

Другие причины детонации могут включать в себя любое из следующего:

Слишком сильное сжатие может вызвать детонацию. Накопление отложений углерода в камерах сгорания, на верхних частях поршней и клапанах может увеличить сжатие до такой степени, что это вызывает детонацию. Углеродные отложения также могут вызывать «воспламенение», то есть состояние, при котором горячие точки в камере сгорания становятся точками зажигания, вызывая воспламенение топлива до того, как загорится свеча зажигания. Preignition также заставляет двигатель работать после выключения зажигания.

Скорость накопления отложений зависит от типа вождения и качества сжигаемого топлива.Углеродистые отложения постепенно накапливаются в новом двигателе в течение первых 5000–15000 миль, а затем выравниваются. Состояние равновесия достигается, когда старые отложения осыпаются примерно с той же скоростью, что и новые отложения. Нечастое вождение, нерегулярная замена масла или внутренние проблемы двигателя, такие как изношенные направляющие клапана или изношенные, сломанные или неправильно установленные кольца, которые допускают сжигание масла, могут значительно ускорить накопление отложений.

Чтобы избавиться от отложений, вылейте банку с «верхним очистителем» в карбюратор или через корпус дроссельной заслонки, когда двигатель работает на холостом ходу (следуйте инструкциям на изделии).Дайте химикату впитаться в течение рекомендованного промежутка времени, затем перезапустите двигатель и продуйте масло (рекомендуется замена масла после этого). Повторите при необходимости, если первая очистка не устраняет проблему детонации.

Если химическая очистка не удаляет углерод, всегда есть метод «Итальянской настройки» для выдувания углерода из двигателя. Возьмите свое транспортное средство где-нибудь, где мало или нет движения, и вы можете безопасно разогнаться на полном газу до заявленного ограничения скорости (или за его пределами, если вы не возражаете рискнуть за превышение скорости).Повторите это несколько раз, затем совершите поездку на скоростях шоссе в течение по крайней мере 15 минут, чтобы очистить углерод от камер сгорания.

Если двигатель с большим пробегом настолько плохо заправлен, что химическая очистка и / или жесткое вождение не могут вывести углерод, другой вариант - использовать «мягкие» взрывные среды, такие как дробленая скорлупа грецкого ореха, для очистки камер сгорания. Эту работу можно выполнить с установленной головкой цилиндров, сняв свечу зажигания, продув носитель через отверстие в пробке, чтобы выбить углерод, а затем высосав мусор с помощью вакуумного магазина.

Если ваш двигатель имеет статическую степень сжатия, превышающую 10: 1, единственный способ полностью устранить проблему детонации газа насоса может состоять в том, чтобы восстановить двигатель с более низкими поршнями сжатия или головки цилиндров с более крупными камерами сгорания, или замените уплотнительную прокладку с более толстой прокладкой, чтобы уменьшить степень сжатия!

Чрезмерное время зажигания может вызвать детонацию . Слишком сильное искрение приводит к слишком быстрому повышению давления в цилиндре.На более старых автомобилях с механическим распределителем вращение распределителя для замедления синхронизации на несколько градусов и / или замена пружин опережения зажигания таким образом, чтобы синхронизация не развивалась так быстро, может снизить риск детонации, но также ухудшит производительность. На более новых автомобилях с электронной синхронизацией искры, возможно, можно изменить кривую опережения зажигания с помощью специального сканера тюнера.

Перегрев двигателя может вызвать детонацию . Горячий двигатель более подвержен искровому удару, чем двигатель, работающий при нормальной температуре.Перегрев может быть вызван низким уровнем охлаждающей жидкости (проверьте наличие утечек охлаждающей жидкости), неисправной муфтой вентилятора, недостаточным вентилятором или отсутствующим кожухом вентилятора, электрическим вентилятором охлаждения, реле вентилятора или датчиком температуры, который не работает должным образом, термостатом, который прилипает закрытый, плохой водяной насос, засоренный радиатор или серьезное ограничение в выхлопе, такое как засоренный каталитический нейтрализатор, который поддерживает тепло в двигателе. Плохая теплопроводность внутри двигателя из-за ржавчины или накопления накипи внутри рубашек охлаждения двигателя также может привести к перегреву двигателя.Проверьте работу охлаждающего вентилятора (электрические вентиляторы должны включаться при включении кондиционера) и проверьте на утечки охлаждающей жидкости. Проверьте состояние охлаждающей жидкости. В случае загрязнения добавьте в систему охлаждения бутылку с очистителем системы охлаждения, дайте ей поработать в течение указанного периода времени, затем слейте и промойте систему охлаждения.

Перегретый воздух может вызвать детонацию . На более старых автомобилях с карбюраторами воздухоочиститель с термостатическим управлением обеспечивает горячий воздух, чтобы помочь испарению топлива во время прогрева двигателя.Если дверь управления воздушным движением закрывается так, что карбюратор продолжает получать нагретый воздух после того, как двигатель прогрелся, двигатель может испытать детонацию, особенно в жаркую погоду. Проверьте работу дверцы управления воздушным потоком в воздухоочистителе и убедитесь, что она открывается при прогреве двигателя. Никакое движение не может означать неисправность вакуумного двигателя или термостата.

Если на старом двигателе с карбюратором установлен воздухоочиститель открытого типа или на более новом двигателе с впрыском топлива установлен впуск «холодного воздуха», возможно, впуск нагнетается нагретым воздухом из моторного отсека.Чтобы снизить риск детонации, вам нужен более холодный, более плотный воздух снаружи моторного отсека или впереди радиатора, поступающего во впускную систему.

Бережливые топливные смеси могут вызвать детонацию . Богатые топливные смеси противостоят детонации, а бедные - нет. Утечки воздуха в вакуумных линиях, прокладках впускного коллектора, прокладках карбюратора или корпуса дроссельной заслонки или прокладках впускного коллектора могут допустить попадание дополнительного воздуха в двигатель. Бедные топливные смеси также могут быть вызваны грязными топливными форсунками, форсунками карбюратора, забитыми топливными отложениями или грязью, топливным фильтром с ограничениями или слабым топливным насосом.

Если топливная смесь становится слишком обедненной, то при повышении нагрузки на двигатель может также произойти «обеднение». Это может вызвать колебания, спотыкание и грубое состояние холостого хода.

На соотношение воздух / топливо также могут влиять изменения высоты. Когда вы поднимаетесь на высоту, воздух становится менее плотным. Карбюратор, который откалиброван для движения на большой высоте, будет работать слишком бедно, если он движется на более низкой высоте. Изменения высоты, как правило, не являются проблемой для карбюраторов с обратной связью по моделям и электронного впрыска топлива, поскольку датчики кислорода и барометрического давления компенсируют изменения плотности воздуха и соотношений топлива.

Поршень, разрушенный в результате предварительного зажигания, потому что смесь воздуха и топлива слишком сильно пострадала от жесткой нагрузки.

Неправильные свечи зажигания могут вызвать детонацию . Свечи зажигания с неправильным диапазоном нагрева (слишком горячим) могут вызвать детонацию, а также воспламенение. Свечи зажигания с медным сердечником имеют более широкий диапазон нагрева, чем обычные свечи зажигания, что снижает опасность детонации.

Потеря EGR может вызвать детонацию . Рециркуляция выхлопных газов (EGR) оказывает охлаждающее воздействие на температуры сгорания, поскольку разбавляет поступающую смесь инертным выхлопным газом.Это снижает температуру сгорания и уменьшает образование оксидов азота (NOX). Это также снижает риск детонации. Поэтому, если клапан рециркуляции отработавших газов не работает, или кто-то отсоединил его или подключил вакуумный шланг рециркуляции отработавших газов, температура сгорания будет работать намного выше, что может привести к детонации при работе двигателя под нагрузкой.

Чрезмерный турбонаддув может вызвать детонацию. Контроль наддува в двигателе с турбонаддувом абсолютно необходим для предотвращения детонации.Турбокомпрессор выпускает давление наддува в ответ на повышение давления во впускном коллекторе. В большинстве моделей поздних моделей соленоид с компьютерным управлением помогает регулировать работу ворот. Неисправность датчика давления в коллекторе, электромагнитного клапана управления перепускной заслонкой, самой перепускной заслонки или утечки в вакуумных соединениях между этими компонентами могут привести к тому, что турбина создаст слишком большую форсировку, что приведет к преждевременному выходу двигателя из эксплуатации, если условие не будет исправлено ,

Улучшенное взаимное охлаждение также может помочь.Работа интеркулера заключается в снижении температуры входящего воздуха после его выхода из турбокомпрессора. Добавление промежуточного охладителя к турбодвигателю, который не охлаждается, может устранить проблемы с детонацией, а также позволяет двигателю выдерживать большее ускорение. И если заводской турбомотор был настроен, то для предотвращения детонации может потребоваться замена стандартного промежуточного охладителя на более мощный и эффективный промежуточный охладитель вторичного рынка.

Неисправный датчик детонации может вызвать детонацию. Многие поздние модели двигателей имеют «датчик детонации» на двигателе, который реагирует на частотные колебания, характерные для детонации (обычно 6–8 кГц).Датчик детонации выдает сигнал напряжения, который сигнализирует компьютеру о том, что он на мгновение задерживает момент зажигания, пока детонация не прекратится. Датчик детонации обычно можно проверить, постучав гаечным ключом по коллектору или головке цилиндров рядом с датчиком (никогда не ударяйте по самому датчику!) И следя за изменением времени, когда двигатель работает на холостом ходу. Если не удается задержать синхронизацию, датчик может быть неисправен или проблема может быть в схеме электронного управления синхронизацией искры самого компьютера.

Иногда датчик детонации реагирует на звуки, отличные от тех, которые возникают при детонации.Шумный механический топливный насос, плохой водяной насос или подшипник генератора переменного тока, или подшипник свободного шатуна могут создавать вибрации, которые могут обмануть датчик детонации и привести к замедлению.

Проблемы детонации в турбированных двигателях с прямым впрыском

Некоторые поздние модели двигателей с турбонаддувом с прямым впрыском топлива могут испытывать детонацию на низких оборотах после холодного запуска или после продолжительного холостого хода. Проблема, по-видимому, связана со смешением бензина с остаточным моторным маслом на стенках цилиндра в верхней части цилиндра.Многие моторные масла содержат большое количество натрия в составе пакета моющих присадок. Когда натрий смешивается с топливом, он образует соединение, которое может легко взорваться, когда двигатель сильно тянет под нагрузкой или ускоряется. Суть в том, чтобы перейти на моторное масло, которое содержит меньше моющего средства или меньше натрия в моющих добавках.

Статьи по теме:

Искровой разрядник

Рециркуляция отработавших газов (EGR)

Плохой бензин может вызвать проблемы с производительностью

Обновление плохого газа

Топливо октановые рейтинги и рекомендации

Перегрев: причины и способы устранения

Нажмите здесь, чтобы увидеть другие технические статьи Carley Automotive

Стук двигателя - Википедия

детонации (также детонации , детонации , искрового детонации , пингования или розового ) в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием происходит, когда не происходит сгорание части смеси воздух / топливо в цилиндре от распространения фронта пламени, зажженного свечой зажигания, но один или несколько карманов воздушно-топливной смеси взрываются вне оболочки нормального фронта горения.Топливно-воздушный заряд должен зажигаться только свечой зажигания и в точной точке хода поршня. Стук возникает, когда пик процесса сгорания больше не наступает в оптимальный момент для четырехтактного цикла. Ударная волна создает характерный металлический «пингующий» звук, и давление в цилиндре резко возрастает. Эффекты детонации двигателя варьируются от несущественных до полностью разрушительных.

Стук не следует путать с предварительным зажиганием - это два отдельных события.Однако предварительное зажигание может сопровождаться стуком.

Феномен детонации был впервые обнаружен и описан Гарри Рикардо в ходе экспериментов, проведенных между 1916 и 1919 годами, чтобы выяснить причину неисправностей в авиационных двигателях. ^[1]

нормальное сгорание [править]

В идеальных условиях обычный двигатель внутреннего сгорания сжигает топливно-воздушную смесь в цилиндре упорядоченным и контролируемым образом. Сгорание начинается от свечи зажигания примерно на 10-40 градусов коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ), в зависимости от многих факторов, включая частоту вращения и нагрузку двигателя.Такое опережение зажигания дает время для процесса сгорания развивать пиковое давление в идеальное время для максимального восстановления работы из расширяющихся газов. ^[2]

Искра на электродах свечи зажигания образует небольшое ядро пламени, примерно равное размеру зазора свечи зажигания. По мере того как он увеличивается в размерах, его тепловая мощность увеличивается, что позволяет ему расти с ускоряющейся скоростью, быстро расширяясь через камеру сгорания. Этот рост происходит из-за прохождения фронта пламени через саму горючую топливно-воздушную смесь и из-за турбулентности, которая быстро растягивает зону горения в комплекс пальцев горящего газа, которые имеют гораздо большую площадь поверхности, чем простой сферический шар пламя быПри нормальном сгорании этот фронт пламени движется по топливно-воздушной смеси со скоростью, характерной для конкретной смеси. Давление плавно возрастает до пика, так как почти все имеющееся топливо расходуется, затем давление падает, когда поршень опускается. Максимальное давление в цилиндре достигается через несколько градусов коленчатого вала после того, как поршень проходит ВМТ, так что сила, приложенная к поршню (от увеличивающегося давления, приложенного к верхней поверхности поршня), может дать самый сильный толчок именно тогда, когда скорость поршня и механическое преимущество на коленчатом валу дает лучшее восстановление силы от расширяющихся газов, тем самым максимизируя крутящий момент, передаваемый на коленчатый вал.^[2] ^[3]

Аномальное сгорание [править]

Когда несгоревшая топливно-воздушная смесь за границей фронта пламени подвергается воздействию тепла и давления в течение определенной продолжительности (за пределами периода задержки используемого топлива), может произойти детонация. Детонация характеризуется почти мгновенным взрывным воспламенением по меньшей мере одного кармана топливовоздушной смеси вне фронта пламени. Вокруг каждого кармана создается локальная ударная волна, и давление в цилиндре резко возрастает - и, возможно, выходит за пределы проектных пределов - вызывая повреждение.

Если детонация может сохраняться в экстремальных условиях или в течение многих циклов работы двигателя, детали двигателя могут быть повреждены или разрушены. Самыми простыми вредными эффектами, как правило, являются износ частиц, вызванный умеренным ударом, который в дальнейшем может происходить через масляную систему двигателя и вызывать износ других частей перед тем, как попасть в масляный фильтр. Такой износ создает вид эрозии, истирания или «пескоструйной» обработки, подобный повреждению, вызванному гидравлической кавитацией. Сильный стук может привести к катастрофическому отказу в виде расплавленных физических отверстий и проталкивания через поршень или головку цилиндра (т.е.разрыв камеры сгорания), при котором происходит сброс давления в поврежденном цилиндре и попадание крупных металлических фрагментов, топлива и продуктов сгорания в масляную систему. Известно, что гиперэвтектические поршни легко ломаются от таких ударных волн. ^[3]

Детонацию можно предотвратить с помощью любого или всех следующих методов:

использование топлива с высоким октановым числом, которое повышает температуру сгорания топлива и снижает склонность к детонации
обогащает соотношение воздух-топливо, которое изменяет химические реакции при сгорании, снижает температуру сгорания и увеличивает запас по детонации
снижение пикового давления в цилиндре
снижение давления в коллекторе путем уменьшения открытия дросселя или давления наддува
снижение нагрузки на двигатель
замедление зажигания

Поскольку давление и температура тесно связаны, детонация также может быть ослаблена путем регулирования пиковых температур в камере сгорания за счет уменьшения степени сжатия, рециркуляции выхлопных газов, соответствующей калибровки графика синхронизации зажигания двигателя и тщательного проектирования двигателя. камеры сгорания и система охлаждения, а также контроль начальной температуры воздуха на впуске.

Добавление определенных материалов, таких как свинец и таллий, будет очень хорошо подавлять детонацию при использовании определенных видов топлива. ^{[ цитирование необходимо ]} Добавление тетраэтилсвинца (TEL), растворимого соединения свинца в органолиде, добавляемого в бензин, было обычным явлением до тех пор, пока оно не было прекращено по причинам токсического загрязнения. Свинцовая пыль, добавленная во впускной заряд, также уменьшит детонацию с различными углеводородными топливами. Соединения марганца также используются для уменьшения детонации бензиновым топливом.

Стук реже встречается в холодном климате. В качестве вторичного решения можно использовать систему впрыска воды для снижения пиковых температур в камере сгорания и, таким образом, для подавления детонации. Пар (водяной пар) будет подавлять детонацию, даже если дополнительное охлаждение не подается.

Для того, чтобы произошел удар, сначала должны произойти определенные химические изменения, следовательно, топливо с определенными структурами имеет тенденцию выбивать легче, чем другие. Парафины с разветвленной цепью имеют тенденцию сопротивляться стуку, в то время как парафины с прямой цепью легко стучат.Теоретически ^{[ цитирование необходимо ]}, что свинец, пар и тому подобное мешают некоторым из различных окислительных изменений, которые происходят во время сгорания и, следовательно, уменьшить детонацию.

Турбулентность, как указывалось, оказывает очень важное влияние на детонацию. Двигатели с хорошей турбулентностью имеют тенденцию разбивать меньше, чем двигатели с плохой турбулентностью. Турбулентность возникает не только при вдыхании двигателя, но и при сжатии и сжигании смеси. Многие поршни спроектированы так, чтобы использовать «мягкую» турбулентность для насильственного смешивания воздуха и топлива при их воспламенении и сгорании, что значительно снижает детонацию за счет ускорения горения и охлаждения несгоревшей смеси.Одним из примеров этого являются все современные боковые клапаны или плоские двигатели. Значительная часть пространства головки расположена в непосредственной близости от головки поршня, создавая большую турбулентность вблизи ВМТ. В первые дни работы боковых головок клапанов этого не делали, и для любого конкретного топлива приходилось использовать гораздо более низкую степень сжатия. Также такие двигатели были чувствительны к возгоранию и имели меньшую мощность. ^[3]

Детонация более или менее неизбежна в дизельных двигателях, где топливо впрыскивается в сильно сжатый воздух в конце такта сжатия.Существует небольшая задержка между впрыскиваемым топливом и началом сгорания. К этому времени в камере сгорания уже есть количество топлива, которое сначала воспламеняется в областях с большей плотностью кислорода до сгорания полного заряда. Это внезапное повышение давления и температуры вызывает характерный «стук» или «стук» дизеля, некоторые из которых должны быть учтены в конструкции двигателя.

Тщательная конструкция инжекторного насоса, топливного инжектора, камеры сгорания, головки поршня и головки цилиндров может значительно снизить детонацию, а современные двигатели, использующие электронный впрыск Common Rail, имеют очень низкий уровень детонации.Двигатели с косвенным впрыском обычно имеют более низкий уровень детонации, чем двигатели с прямым впрыском, из-за большего рассеивания кислорода в камере сгорания и более низкого давления впрыска, обеспечивающего более полное смешивание топлива и воздуха. На самом деле дизели не испытывают такого же «удара», как бензиновые двигатели, поскольку известно, что причиной этого является только очень высокая скорость повышения давления, а не нестабильное сгорание. Дизельное топливо на самом деле очень склонно к детонации в бензиновых двигателях, но в дизельном двигателе нет времени для возникновения детонации, потому что топливо окисляется только во время цикла расширения.В бензиновом двигателе топливо медленно окисляется все время, пока оно сжимается до искры. Это позволяет изменениям в структуре / составе молекул до самого критического периода высокой температуры / давления. ^[3]

Обнаружение детонации [править]

Из-за большого различия в качестве топлива, большое количество двигателей теперь содержат механизмы для обнаружения детонации и соответственно регулируют время и давление наддува, чтобы предложить улучшенные характеристики на высокооктановых топливах, снижая при этом риск повреждения двигателя в результате детонации во время работы. на низкооктановых топливах.

Одним из первых примеров этого являются двигатели Saab H с турбонаддувом, в которых система автоматического контроля производительности использовалась для снижения давления наддува, если оно вызывало детонацию двигателя. ^[4]

Различные устройства мониторинга обычно используются тюнерами в качестве метода наблюдения и прослушивания двигателя, чтобы определить, является ли настроенное транспортное средство безопасным под нагрузкой или используется для безопасной перенастройки транспортного средства. Обычно используемый тип датчика детонации состоит из пьезоэлектрического датчика, прикрепленного к блоку двигателя, настроенного для обнаружения звука детонации.

предсказание детонации [править]

Поскольку предотвращение детонационного сгорания очень важно для инженеров-разработчиков, было разработано множество технологий моделирования, которые могут идентифицировать конструкцию двигателя или условия эксплуатации, в которых можно ожидать возникновения детонации. Это позволяет инженерам разрабатывать способы уменьшения детонационного сгорания, сохраняя при этом высокую тепловую эффективность.

Поскольку начало детонации чувствительно к давлению в цилиндре, температуре и химическому составу самовоспламенения, связанным с составами локальных смесей в камере сгорания, моделирование, учитывающее все эти аспекты ^[5],, таким образом, оказалось наиболее эффективным в определение рабочих пределов детонации и предоставление инженерам возможности определить наиболее подходящую операционную стратегию.

Контроль детонации [править]

Целью стратегий управления детонацией является попытка оптимизировать компромисс между защитой двигателя от повреждающих событий детонации и максимизацией выходного крутящего момента двигателя. События Knock - это независимый случайный процесс. ^[6] Невозможно проектировать контроллеры детонации на детерминированной платформе. Однократное моделирование временной истории или эксперимент методов контроля детонации не способны обеспечить повторяемое измерение производительности контроллера из-за случайного характера наступающих событий детонации.Следовательно, желаемый компромисс должен быть достигнут в стохастической структуре, которая могла бы обеспечить подходящую среду для разработки и оценки различных стратегий контроля детонации со строгими статистическими свойствами.

Список литературы [править]

Дополнительное чтение [править]

Laganá, Armando A.M .; Лима, Леонардо Л .; Justo, João F .; Арруда, Бенедито А .; Сантос, Макс М.Д. (2018). «Идентификация сгорания и детонации в двигателях с искровым зажиганием по сигналу ионного тока». Топливо . 227 : 469–477. DOI: 10.1016 / j.fuel.2018.04.080.
Ди Гаэта, Алессандро; Джильо, Веньеро; Полиция, Джузеппе; Рисполи, Натале (2013). «Моделирование колебаний давления в цилиндре в условиях детонации: общий подход, основанный на уравнении затухающих волн». Топливо . 104 : 230–243. DOI: 10.1016 / j.fuel.2012.07.066.
Giglio, Veniero; Полиция, Джузеппе; Рисполи, Натале; Иорио, Бьяджо; Ди Гаэта, Алессандро (2011).«Экспериментальная оценка приведенных кинетических моделей для моделирования детонации в двигателях СИ». SAE Техническая бумага Серия . 1 . DOI: 10.4271 / 2011-24-0033.
Ди Гаэта, Алессандро; Джильо, Веньеро; Полиция, Джузеппе; Реал, Фабрицио; Рисполи, Натале (2010). "Моделирование колебаний давления в условиях детонации: подход к уравнению с частными дифференциальными волнами". SAE Техническая бумага Серия . 1 . DOI: 10.4271 / 2010-01-2185.
Моделирование с прогнозирующим сгоранием для «уменьшенных» двигателей с прямым зажиганием с искровым зажиганием: решения для предварительного зажигания («мега-детонация»), пропуски зажигания, тушения, распространения пламени и обычного «детонации» , инновации cmcl, доступны с июня 2010 года.
Основы двигателя: детонация и предварительное зажигание , Аллен В. Клайн, доступ к июню 2007 г.
Giglio, V .; Полиция, Г .; Рисполи, Н .; Ди Гаэта, А .; Сесере, М .; Ragione, L. Della (2009). «Экспериментальное исследование по использованию ионного тока на двигателях СИ для обнаружения детонации». SAE Техническая бумага Серия . 1 . DOI: 10.4271 / 2009-01-2745.
Тейлор, Чарльз Фейет (1985). Двигатель внутреннего сгорания в теории и на практике: сгорание, топливо, материалы, дизайн .ISBN 9780262700276 .

Внешние ссылки [редактировать]

Детонация | lycoming.com

Что такое детонация?

Детонация - это внезапное сгорание или взрыв заряда топлива внутри цилиндра. При нормальном сгорании свечи зажигания воспламеняют заряд топлива, и топливо имеет постоянный и равномерный горение, когда поршень движется через рабочий ход, и химическая энергия эффективно преобразуется в механическую. В упрощенном виде, когда происходит детонация, топливный заряд быстро воспламеняется при неконтролируемом взрыве, вызывая ударную силу или силу удара по поршню, а не устойчивый толчок.Легкая детонация может не показывать никаких признаков в салоне самолета. Детонация от умеренной до сильной может быть замечена как неровности двигателя, вибрация или потеря мощности и, в конечном итоге, повреждение двигателя. Пилот всегда должен искать неожиданно высокие температуры головки цилиндров (CHT) или температуры выхлопных газов (EGT), которые могут быть признаком того, что происходит детонация.

Что вызывает детонацию и как ее предотвратить?

Процесс сгорания внутри поршневого двигателя довольно динамичен, и есть много вещей, которые могут способствовать детонации.Эта статья будет касаться нескольких наиболее распространенных причин, а не краткого списка.

Во-первых, давайте предположим, что самолет и двигатель были заправлены правильно, и что октановое число топлива соответствует или превышает октановое число двигателя. Сервисная инструкция Lycoming 1070 содержит исчерпывающий перечень того, какие виды топлива одобрены для наших двигателей, а также другую важную информацию.

С учетом того, что топливо является правильным выбором для двигателя, для пилота главной причиной детонации является чрезмерное наклонение при настройках большой мощности.Пилот должен всегда придерживаться указаний в утвержденном руководстве по эксплуатации пилота для правильной настройки наклона и мощности. Чтобы ознакомиться с рекомендациями Lycoming, см. Текущие редакции соответствующего руководства оператора Lycoming и служебной инструкции 1094. Если пилот считает, что двигатель может взорваться, он или она может предпринять следующие действия.

Увеличьте смесь двигателя.
Уменьшите мощность до более низкого значения.
Уменьшите или остановите подъем и увеличьте скорость движения вперед для большего охлаждения.

Для механика главной причиной детонации может быть любая проблема, которая может привести к неожиданному наклону цилиндра. Это чаще всего вызвано частично забитой форсункой для впрыска топлива или утечкой всасываемого воздуха. Каждый раз, когда топливные форсунки снимаются, их следует чистить и проверять поток. Во время проверок механик должен искать признаки утечки на впуске; обычно отмечается синие пятна топлива на впускных трубах. Любые аномалии должны быть исправлены перед дальнейшим полетом.

Мы также видели случаи, когда трещины или иные повреждения свечей зажигания создают «горячую точку» в двигателе и происходит детонация. Вот почему никогда не рекомендуется использовать вилку, уроненную на твердый пол или иным образом поврежденную.

Двигатели

Lycoming соответствуют или превышают указания FAA по запасу детонации. Поэтому, если двигатель обслуживается и эксплуатируется в соответствии с нашими опубликованными инструкциями, двигатель никогда не должен испытывать детонацию.

Как мой механик или мастерская по ремонту двигателей узнает, что произошла детонация?

Детонация оказывает негативное влияние на весь двигатель.Легкая детонация может вызвать преждевременный износ подшипников и втулок. Сильная или продолжительная детонация может привести к повреждению головки цилиндров и поршней. В некоторых крайних случаях шатун может быть согнут или сломан, головка цилиндра может треснуть или выйти из строя, или поршневые кольца могут сломаться.

При каждом снятии цилиндра ваш механик должен воспользоваться возможностью осмотреть цилиндр и поршни на наличие признаков неисправности. Вот несколько вещей, которые можно проверить.

Несмотря на то, что это может выглядеть не очень хорошо, накопление свинца или отложения сгорания являются нормальными в двигателях Lycoming. Отсутствие этих депозитов также не обязательно хорошо. Головка цилиндра и поршень должны быть проверены на предмет «пескоструйной обработки». Отсутствие отложений или чистой головки и поверхности поршня может указывать на детонацию. При использовании неэтилированного топлива отложения должны составлять…
Детонационные повреждения обычно проявляются на краях поршней и на головке цилиндров между отверстиями для свечей зажигания и клапанами.

Для получения дополнительных вопросов по уходу и обслуживанию вашего двигателя Lycoming, пожалуйста, свяжитесь с нашей службой технической поддержки по адресу: [email protected] или по телефону + 1-800-258-3279.