ГлавнаяРазноеПричины детонация

Причины детонации двигателя при выключении зажигания и запуске. Причины детонация


Почему возникает детонация?

Детонация



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/см2), 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.

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.

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.

***

Свойства автомобильных бензинов



k-a-t.ru

Детонация двигателя: особенности, причины, последствия

Автолюбитель не всегда может определить неисправность своего «железного коня» по характерному шуму и вибрации, но детонацию двигателя слышно сразу. Данное явление происходит чаще всего на отечественных автомобилях («классике») и характеризуется работой двигателя в течение какого-то периода после отключения зажигания. Но данные проблемы проявляются и на новых авто. Они могут проявиться, если резко нажать на педаль газа во время движения при подъеме.

Детонация двигателя представляет собой процесс, когда топливная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется самопроизвольно. Данное явление носит характер взрывной волны.

Причины детонации двигателя:

- неправильно выставленный угол опережения зажигания. Если данный параметр слишком завышен, то максимальная пиковая точка при сгорании топлива смещается к верхней мертвой точке. Как следствие – возрастает давление в камере, и появляется эффект детонации;

- слишком богатая смесь также может стать одной из причин данного явления. После попадания в камеру сгорания под действием повышенного давления и максимальных температур, в отдаленных уголках происходят окислительные реакции. В дальнейшем, именно они становятся источниками самовоспламенения;

- при снижении октанового числа применяемого топлива однозначно возрастает вероятность появления детонации. Дело в том, что топливо с низким октановым числом имеет повышенную химическую активность. Именно поэтому владельцы, которые применяют АИ-76, практически всегда «слышат» стук пальцев в двигателе;

- повышение степени сжатия приводит к увеличению давления в цилиндрах и проявлению детонационного сгорания топлива. Если в двигателе высокая степень сжатия, необходимо обязательно применять высокооктановое топливо.

Не стоит забывать, что причиной детонации двигателя может быть и ряд конструктивных недоработок. К таковым относится:

- неправильная конструкция камеры сгорания приводит к медлительному догоранию топливной смеси;

- недостаточное охлаждение недогоревшей топливно-воздушной смеси и ее нахождение на удаленном расстоянии от свечей зажигания;

- большой диаметр цилиндров приводит к ухудшению отвода тепла и увеличению числа удаленных от свечей зон, где и происходят очаги детонации;

- выпуклая форма поршня ухудшает отвод тепла от центра поршня к корпусу цилиндра.

Последствия детонации двигателя

Есть мнение, что рост фронта пламени и скорости его распространения может способствовать прибавке мощности мотора. Это не так. Практика показывает, что «взрывная» волна живет очень недолго (обычно не более 0,0001 секунды). Вполне логично предположить, что в такое время повышение давления на поршень не даст никаких значимых результатов. Взрывная волна попросту не успевает сделать свое дело по повышению мощности.

Сильный удар о стенки цилиндров разрушает масляную пленку и открывает «дорогу» к ускоренному износу деталей поршневой группы. Более того, создаваемого давления (а то не много ни мало – 60-70 кгс/см2) вполне достаточно, чтобы нанести серьезное механическое повреждение элементам агрегата.

Еще один недостаток – вероятный перегрев двигателя из-за слишком высокой температуры ударной волны и, как следствие, мгновенный нагрев стенок цилиндров. Высокая температура, в свою очередь, способна разрушить кромки поршней, прокладку головки блока цилиндров и свечи зажигания. Как следствие, могут проявиться более серьезные неисправности, а дальше и капремонт двигателя не за горами.

Факторы, препятствующие детонации

Немногим ранее мы говорили о причинах, которые приводят к появлению детонации. В противовес этому, мы просто обязаны упомянуть факторы, которые активно препятствуют данному процессу. Каждый из них вносит свою лепту в ускорение сгорания недогоревшей части топливно-воздушной смеси или же эффективно замедляет окислительные реакции. В общем, факторы таковы:

- во-первых, существенный рост числа оборотов мотора. В этом случае снижается вероятность самовоспламенения жидкости и уменьшается продолжительность окислительных реакций. Именно поэтому для предотвращения детонации часто хватает нажатия на педаль газа;

- во-вторых, уменьшение пути, который приходится проходить фронту пламени. Но здесь без каких-то серьезных конструктивных решений не обойтись. Возможна установка второй свечи на цилиндр или уменьшение диаметра последнего;

- в-третьих, придание вращения потокам горючей смеси в камере сгорания.

Детонация двигателя – крайне неприятное явление. Но сегодня лучшие технические «умы» отлично с ней справляются. Автолюбителям же остается внимательно следить за исправностью своего автомобиля, своевременно устранять неисправности, а также заливать качественное топливо.

autoinfa.com

Детонация двигателя

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.последствия детонацииВ 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.прогоревшая прокладка гбцПрокладка 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.последствия использования низкооктанового бензинаВследствие 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:

  1. степень сжатия;
  2. форму камеры сгорания;
  3. форму днища поршня;
  4. наличие наддува;
  5. 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.

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 ДВС стал работать с детонацией сразу после заправки – значит, в бак попало некачественное горючее. Если мотор бензиновый, можно добавить в топливный бак ацетон, он повысит октановое число. Либо топливо придется попросту слить и заправиться более качественным.

Если автомобиль постоянно эксплуатируется в щадящих условиях, с минимальной нагрузкой или же мотор подолгу работает на холостом ходу, в камерах сгорания откладывается нагар, из-за чего повышается степень сжатия и увеличивается риск появления детонации. В данном случае необходима профилактика: двигателю необходимо периодически давать работать с большой нагрузкой. Хороший метод профилактики – периодические динамичные разгоны (что называется «тапка в пол») и езда на пониженной передаче с высокими оборотами. Разумеется, это допустимо только если позволяет обстановка на дороге.черный выхлопДетонация дизельного ДВС иногда сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это означает, что разрушились поршни, и выхлопным газам добавляются частицы алюминия. В такой ситуации необходима замена поршневой группы.

Из-за неисправных свечей зажигания может возникать детонация при запуске двигателя. В этом случае все, что нужно сделать – заменить их. У дизельного двигателя такая проблема возникает после западания иглы форсунки. Чтобы устранить неполадку, придется посетить СТО.

znanieavto.ru

Что такое детонация двигателя? Причины возникновения детонации |

Что такое детонация двигателя? Причины возникновения детонации (ч. 1)

Детонация двигателя — это процесс самопроизвольного воспламенения горючей смеси в цилиндрах, носящий характер взрывной волны. Чаще всего это явление возникает во время резких нагрузок, когда, к примеру, вы нажимаете на педаль газа или начинаете движение под горку. В таких ситуациях водитель больше обычного давит на педаль акселератора, увеличивая поток топливно-воздушной смеси (ТВС) в камеру сгорания.

После того, как ТВС попадает в цилиндры и заполняет его объемы, она подвергается воздействию высокого давления и температур. Давление в камере сгорания возникает в результате такта сжатия, когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ) и создает давление на горючую смесь. Кроме того, как воспламеняется основная часть горючей смеси создается так называемый фронт высокого давления за счет волны пламени, которая распространяется по всей камере сгорания и также способствует возникновению давления.

Актуально: Ремонт авто своими руками: раскоксовка двигателя и колец ВАЗ 2109

От высокого давления и больших температур не сгоревшая горючая смесь образует активные соединения, такие как: альдегиды, перекиси, спирты и т.д.). После достижения критических точек между соединениями происходят цепные окислительные реакции, в результате приводящие к самопроизвольному воспламенению смеси, которые сопровождаются большим выбросом энергии и характерным мини-взрывом. В эпицентре взрыва происходит существенное повышение температуры, взрывная волна, которой расходится с невероятной скоростью порядка 1000 - 2300 м/с. Для наглядности скажу, что скорость распространения фронта пламени во время нормального цикла сгорания ТВС составляет всего — 20-30 м/с.

Что до звонкого металлического "сопровождения" именуемого в простонародье «стуком пальцев», а "по-книжному" — детонацией, то возникает оно в результате частых ударов от взрывных волн о стенки камеры сгорания цилиндров.

Последствия детонации

Что такое детонация двигателя? Причины возникновения детонации (ч. 1)Наиболее глупым заблуждением является мнение, будто прирост давления за счет увеличения скорости распространения фронта пламени позитивно повлияет на динамику двигателя и обеспечит прибавку мощности. В реальности все совершенно наоборот — длительность "жизни" взрывный волны очень мала — чуть меньше 0,0001 с, следовательно ровно на столько же времени возрастает давление на поршень. Как вы понимаете повлиять на мощность за такой короткий промежуток времени взрывная волна просто не успевает.

Рекомендуем к прочтению:

Ударяя с невероятной скоростью в стенки цилиндров, волна способна разрушить масляную пленку, предотвращающую износ деталей поршневой группы от "сухого" трения. Давление создаваемое взрывной волной достигает более чем 70 кгс/см2, чего более чем достаточно чтобы нанести вред механического характера деталям силового агрегата. Ударные волны несущие высокую температуру, увеличивают теплоотдачу от сгоревших газов к стенкам цилиндров, в результате чего возникает другое неприятное явление под названием — перегрев двигателя. Чем вреден перегрев, пожалуй, известно каждому — высокая температура разрушает детали мотора, среди которых наиболее уязвимы: прокладка головки блока цилиндра (ГБЦ), кромки поршней (от температуры их кромка крошится и округляется), свечи зажигания. В совокупности весь этот перечень неисправностей влечет за собой большие неприятности, которые влекут за собой значительное уменьшение моторесурса двигателя, а также необходимость проведения капремонта.

Факторы, которые способствуют возникновению детонации

Детонация двигателя возникает в результате многих факторов, главной чертой которых является  — уменьшенная задержка самовоспламенения не сгоревшей части ТВС, удаленной от свечи, или, другими словами, в цилиндре образуются более благоприятные условия для быстрой окислительной реакций горючей смеси.

К вашему вниманию — пять основных факторов из-за которых возникает детонация двигателя:

1. Состав горючей смеси. Богатая смесь, которая имеет соотношение воздух/топливо — 9,0, попадая в камеру сгорания из-за высокой температуры и давления, формирует в дальних уголках очаги окислительных реакций — источников самовоспламенения и детонационного сгорания горючей смеси.

2. Угол опережения зажигания. Увеличение значения этого параметра способствует сдвигу максимальной пиковой точки  давления в процессе сгорания топливно-воздушной смеси в сторону ВМТ, что способствует увеличению давления в камере сгорания, далее продолжать не стоит вы знаете, что происходит после... Правильно — детонация.

3. Октановое число топлива. Вероятность возникновения детонации увеличивается пропорционально снижению октанового числа топлива. Такая особенность объясняется повышением химической активности топлива к окислению при понижении его октанового числа. Поэтому «стук пальцев» чаще всего слышен у автомобилей, которые используют в качестве топлива 76-й бензин, несмотря на то, что им рекомендован 95-й.

4. Степень сжатия. Напомним, что: степень сжатия — соотношение объема камеры сгорания к объему цилиндра. Повышение степени сжатия ведет к увеличению давления и температуры в цилиндрах, следовательно, способствует возникновению детонационного сгорания топлива. В этой связи для ДВС с высокой степенью сжатия необходимо использовать высокооктановый бензин.

Продолжение следует...

avtopulsar.ru

Детонация | Twokarburators.ru

детонацияЧто такое детонация

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

— 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

— Применение топлива с октановым числом не соответствущим 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.

— 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.

Еще статьи по двигателям

— Прогорел клапан, признаки, причины

— Прогорела прокладка головки блока цилиндров, признаки, причины

— Безразборная диагностика клапанного механизма двигателя

twokarburators.ru

Детонация двигателя - причины и устранение

Процесс беспричинного воспламенения и быстрого сгорания топливной смеси в цилиндре двигателя называется так -детонация двигателя. Явление детонации можно охарактеризовать как взрывное горение. Некоторые автолюбители путают детонацию с таким отрицательным явлением, как калильное зажигание.

Калийное зажигание — это процесс воспламенения в цилиндре двигателя топливовоздушной смеси от нагретой поверхности какой- либо детали (например, от электрода свечи) или от накаленного нагара.

Детонация двигателя — причины и устранение

Причиной образования детонации является физика горения топливовоздушной смеси. Когда увеличивается нагрузка или машина движется в гору, подача топлива увеличивается, в результате получается обогащенная смесь. Эта смесь попадает в цилиндры, в которых давление и температура имеют высокие показатели.

Детонация двигателя - причины и устранениеСгорание смеси характеризуется неоднородностью, поэтому образовываются зоны местного характера не сгоревшей смеси, где происходят химические реакции образования перекиси и альдегидов.

При достижении давлением и температурой определенного критического значения, происходит реакция, ее последствие — произвольное самовоспламенение взрывного типа.

Есть несколько факторов, которые определяют появление и характер детонации двигателя. К таким факторам относят:

  • структуру топливовоздушной смеси,
  • угол зажигания, качество применяемого топлива,
  • соотношение внутреннего объема цилиндра и камеры сгорания,
  • конструкционные недостатки двигателя.

Состав топливовоздушной смеси непосредственно влияет на образование потенциальных источников детонации. Если состав смеси будет обогащенным, то в камере сгорания обязательно появятся зоны, в которых будут протекать окислительные процессы не сгоревших продуктов. Если увеличивается угол зажигания, то во время горения максимум давления перемещается в верхнюю мертвую точку. Давление, в свою очередь растет, и появляется детонация двигателя.

О стойкости к взрывному горению говорит показатель октанового числа бензина. Чем он меньше, тем активнее будет проходить химическое окисление и тем выше вероятность детонации. Октановое число топлива показывает способность бензина при сжатии противостоять самовоспламенению. Получить при перегонке нефти бензин отличающийся высоким октановым числом достаточно сложно.

Величину, которая определяется соотношением внутреннего объема цилиндра к камере сгорания, называют степень сжатия. Чем она больше, тем больше температура и давление в камере. Конструкторы двигателей внутреннего сгорания всегда сталкивались с проблемой самопроизвольной детонацией бензина при сжатии.

Сегодня в мире начинают переходить на бензин с добавлением этанола (этилового спирта). В Германии и Финляндии появился «биобензин» 95 Е10 (октановое число равно 95, 10% составляет добавленный этанол). На таком бензине (с высоким содержанием спирта) могут работать все новые автомобили.

Причиной детонации двигателя могут стать дефекты в конструкции. Скажем, горение будет проходить медленнее, если камера сгорания имеет неправильную форму. Если форма плоской части поршня будет неудачной, то от центра к периферии поршня проход тепла будет не достаточным.

Количество зон не сгоревшей смеси будет больше, если диаметр цилиндра будет слишком большим.

На слух детонацию двигателя можно определить по металлическому стуку, который возникает из-за взрывных ударов о внутренние стенки цилиндра. Масляный слой при этом нарушается, и кривошипно-шатунный механизм начинает работать всухую.

Следствием этого является резкое увеличение температуры, в результате двигатель перегревается. А это, в свою очередь, явится причиной механической порчи деталей (к примеру, разрушение кромок поршня, разрушение прокладок между блоком и головкой цилиндра).

В итоге мощность двигателя падает, увеличивается расход топлива, детали быстрее срабатываются, все это приводит к значительному сокращению потенциальных возможностей двигателя.О конструктивных мерах предотвращения детонации

При конструировании двигателя увеличить устойчивость к детонации можно, если сократить расстояние, которое нужно пройти фронту пламени. Для этого нужно уменьшить диаметр цилиндра. Как вариант можно рассматривать установку на цилиндр двух свечей.

Удачным решением для уменьшения детонации является двуполостная камера сгорания, которая состоит из большой и малой полостей. В малой полости образуется обогащенная смесь, в большой полости — бедная. В малую полость подается искра, фронт пламени оттуда попадает в большую полость через специальные проемы. В результате, бедная смесь воспламеняется, тем самым, исключая образование детонации.

Еще один эффективный способ предотвращения детонации двигателя — специальные датчики в цилиндрах. По данным датчиков детонации система управления двигателем устанавливает приемлемый режим работы (включая и угол зажигания). Выпуск двигателей, которые будут работать на обедненных смесях, в которых соотношение воздуха и бензина составляет 40:1 считается очень перспективным решением.

Методы борьбы с детонацией двигателя

Способом борьбы с детонацией является с одной стороны ускорение горения в локальных зонах не сгоревшей смеси. С другой стороны, замедление в этих зонах протекания химических реакций окисления, которые становятся источником произвольного возгорания.

Добиться этого можно увеличив число оборотов коленчатого вала двигателя. Увеличение числа оборотов сократит время на процессы окисления топливовоздушной смеси на не сгоревших участках. Вероятность самовозгорания тем самым уменьшается.

Способом борьбы с детонацией является также увеличение непосредственно в камере степени турбулентности смеси. При максимальном завихрении потока смеси сокращается время, которое фронт пламени проходит от источника зажигания к периферии.

С одной стороны получить такой результат можно, если использовать поршень, имеющий специальную форму верхней части. После удара об эту часть поршня смесь получает вращательный импульс. С другой стороны повышением давления, под напором которого смесь подается в камеру. Скорость потока, тем самым увеличивается, то есть повышается импульс после отражения от поршня.

Перечисленные конструктивные приемы и способы борьбы с детонацией двигателя в сегодняшних бензиновых моторах помогают уменьшить вероятность ее появления, а это оказывает положительное влияние на моторесурс в целом.

http://autobum.in.ua/

sochi-avto-remont.ru

Причины и последствия детонации двигателя

Согласитесь, очень неприятно слышать громкие «раздирающие мотор» стуки под капотом при каждом нажатии на педаль акселератора, а также при подъеме в гору на высокой (прямой) передаче.

Резкий металлический стук двигателя следует отличать от сдавленного еле слышного, поскольку, в первом случае, это явление детонации — неспецифически высокой скорости горения бензовоздушной смеси в цилиндрах блока двигателя, а во втором, – халатное отношение к двигателю при движении на малой скорости на неадекватно высокой передаче.

Что это?

Теоретически, оптимальная скорость горения топливовоздушной смеси в цилиндрах блока двигателя должна быть не более 250 м/с (норма около 20). Сгорание бензина со скоростью более 2000 м/с. принято называть детонацией, точнее сказать, – фактически микровзрывом. Происходит неравномерное, несвоевременное, ударное возгорание воздушно-топливной смеси, при более высокой температуре и скорости, сопровождающееся характерным звонким металлическим стуком. Такое возгорание происходит не в области свечи и не от нее, и распространяется на поступающую порцию воздушно-топливной смеси.

Возгорание под высоким давлением происходит в дизельных движках, зажигание же смеси паров бензина и воздуха под давлением не нормально для бензинового мотора.

И если движение на высокой передаче с низкой скоростью — это едва ли не осознанное нанесение вреда двигателю, то детонация может принести весьма печальные последствия для двигателя вплоть до его поломки.

Причины происхождения:

  1. Одна из самых распространенных причин появления детонационных стуков — это использование некачественного или низкооктанового бензина. Все дело в том, что для бензина октановое число является показателем его детонационной стойкости, точнее, его способности сгорать равномерно при любых условиях. Так например, у бензина марки АИ-92 эта стойкость будет ниже, чем у АИ-95 или АИ-98. Современные двигатели имеют сравнительно высокую степень сжатия, которая в этом случае является одним из главных ключевых факторов образования этого негативного явления. Фактически, степень сжатия определяется объемом камеры сгорания. Для двигателей с малой степенью сжатия вполне подойдет низкооктановый бензин. Но, этот же бензин при более высоком сжатии неизбежно потеряет свою детонационную стойкость. Его горение в цилиндрах будет взрывообразным, что может привести к, в полном смысле, разрушительным для мотора последствиям. Поэтому, заправка современного двигателя низкооктановым или низкокачественным топливом может стать для него фатальной.
  2. В другом случае, может возникать как следствие перегрева двигателя. Причины перечислять не будем, их довольно много.
  3. В ряде случаев в возникновении детонации виноваты неисправные свечи, благодаря которым происходят пропуски моментов зажигания, либо дизелинг — самопроизвольное воспламенение топливовоздушной смеси, когда поршень еще движется в направлении верхней мертвой точки. Такие свечи необходимо заменять.
  4. Четвертая и самая распространенная причина данного явления — неисправность системы зажигания. В данном случае, причиной детонации будет слишком раннее зажигание – это когда подается искра прежде, чем поршень подошел к верхней мертвой точке. В этом случае, топливовоздушная смесь, сгорая начинает расширяться, но поршень продолжает совершать поступательное движение вверх. В результате, давление в цилиндре нарастает и возникает детонация. Особенно явно это явление заметно при движении под нагрузкой. Последствия неправильной регулировки зажигания могут вылиться в аналогичные, что и при использовании некачественного низкооктанового топлива.

Последствия.

При таком «неправильном» сгорании топлива температура в цилиндрах резко повышается, что пагубно сказывается на свечах зажигания, клапанах и поршневых кольцах. Резкая температура способствует выгоранию масляной пленки на цилиндрах, что в свою очередь, неизбежно приводит к более интенсивному износу цилиндропоршневой группы вплоть до залегания колец и появления задиров на стенках цилиндров. Выгорание электродов свечей, трещины, зазубрины и оплавления на поршнях, клапанах и цилиндрах, – это далеко не полный список последствий детонационных стуков в двигателе.

Наряду с высокой температурой возникает и ударная нагрузка на все движущиеся части механизмов двигателя. В первую очередь страдает кривошипно-шатунный механизм.

Сильные ударные нагрузки негативно сказываются на состоянии поршня, шатуна, а также коренных и шатунных вкладышей и коленчатого вала. Другими словами, ни один механизм двигателя не приспособлен к детонационным нагрузкам.

Как избежать?

Чтобы избежать последствий данной проблемы, рекомендуется:

  1. Заправлять автомобиль только бензином с октановым числом, отмеченным в руководстве по эксплуатации машины и только на сертифицированных АЗС.
  2. Важно следить за состоянием элементов системы охлаждения, регулярно проверять уровень охлаждающей жидкости, при необходимости заменять ее. Также рекомендуется регулярно осматривать радиатор, при необходимости очищать его, а также следить за работоспособностью охлаждающего вентилятора. Выполнение этих несложных условий поможет избежать внезапного перегрева двигателя и как его следствия, детонации.
  3. Также верным избавлением от этой дисфункции двигателя служит регулировка угла опережения зажигания. После регулировки зажигания желательно сделать пробный заезд, на котором следует разогнать автомобиль до 40-50 км/ч и резко нажать педаль акселератора. Если при этом характерные звуки под капотом несильные и непродолжительные, то зажигание можно считать отрегулированным. Если же нет, процедуру регулировки необходимо повторить.
  4. Ну и, разумеется, свечи и проводка должны быть чистыми и исправными.

Зная, что такое детонация и методы ее устранения, можно обеспечить двигателю своего автомобиля долгую и безаварийную жизнь.

autoforeach.ru