admin / 07.04.2020

Почему детонация двигателя?

Содержание

«Pinging» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Ping (значения) .

Выбивание (также постучать , детонация , искра стук , пингование или прокалывания ) в искровым зажиганием двигателей внутреннего сгорания происходит при сжигании некоторых из воздуха / топливной смеси в цилиндре не является результатом распространения фронта пламени воспламеняется с помощью свечи зажигания , но один или несколько карманов воздушно-топливной смеси взрываются за пределами нормального фронта горения. Заряд топлива-воздуха предназначен для воспламенения только свечой зажигания и в точной точке хода поршня. Детонация возникает, когда пик процесса сгорания больше не происходит в оптимальный момент для четырехтактного цикла . Ударная волна издает характерный металлический «звенящий» звук, и давление в цилиндре резко возрастает. Эффекты детонации двигателя варьируются от несущественных до полностью разрушительных.

Детонацию не следует путать с преждевременным зажиганием — это два разных события. Однако за предварительным зажиганием может последовать детонация.

Явление детонации было впервые обнаружено и описано Гарри Рикардо во время экспериментов, проведенных между 1916 и 1919 годами, чтобы обнаружить причину отказов в авиационных двигателях .

Нормальное горение

В идеальных условиях обычный двигатель внутреннего сгорания сжигает топливно-воздушную смесь в цилиндре упорядоченным и контролируемым образом. Сгорание запускается свечой зажигания примерно на 10-40 градусов поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ), в зависимости от многих факторов, включая скорость двигателя и нагрузку. Это опережение зажигания дает время для того, чтобы процесс сгорания развил пиковое давление в идеальное время для максимального восстановления работы расширяющихся газов.

Искра на электродах свечи зажигания образует небольшое пламя размером примерно с промежуток свечи зажигания. По мере того, как он увеличивается в размерах, его тепловыделение увеличивается, что позволяет ему расти с ускоренной скоростью, быстро расширяясь через камеру сгорания. Это увеличение 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 из пламя было бы. При нормальном сгорании этот фронт пламени перемещается по топливно-воздушной смеси со скоростью, характерной для данной смеси. Давление плавно повышается до пика, так как почти все доступное топливо израсходовано, затем давление падает по мере опускания поршня. Максимальное давление в цилиндре достигается через несколько градусов коленчатого вала после прохождения поршнем ВМТ, так что сила, приложенная к поршню (от возрастающего давления, приложенного к верхней поверхности поршня), может дать самый сильный толчок именно тогда, когда скорость поршня и механическое преимущество на коленчатом валу обеспечивает наилучшее восстановление силы от расширяющихся газов, таким образом увеличивая крутящий момент, передаваемый на коленчатый вал.

Ненормальное горение

Основная статья: Холодное пламя

Когда несгоревшая топливно-воздушная смесь за границей фронта пламени подвергается воздействию тепла и давления в течение определенного времени (сверх периода задержки используемого топлива), может произойти детонация . Детонация характеризуется почти мгновенным взрывным воспламенением по крайней мере одного кармана топливно-воздушной смеси за пределами фронта пламени. Вокруг каждого кармана создается локальная ударная волна, и давление в цилиндре резко возрастает — и, возможно, превышает проектные пределы, — вызывая повреждения.

Если позволить детонации сохраняться в экстремальных условиях или в течение многих циклов двигателя, детали двигателя могут быть повреждены или разрушены. Самыми простыми вредными эффектами, как правило, являются износ частиц, вызванный умеренной детонацией, которая в дальнейшем может проходить через масляную систему двигателя и вызывать износ других деталей, прежде чем они будут захвачены масляным фильтром. Такой износ дает вид эрозии, истирания или «пескоструйной обработки», аналогично повреждению, вызванному гидравлической кавитацией. Сильный детонация может привести к катастрофическому отказу в виде расплавленных физических отверстий, проталкиваемых через поршень или головку блока цилиндров (т. Е. Разрыва камеры сгорания ), что приводит к снижению давления в цилиндре и попаданию крупных металлических фрагментов, топлива и продуктов сгорания. в масляную систему. Известно, что заэвтектические поршни легко ломаются от таких ударных волн.

Детонацию можно предотвратить одним или всеми из следующих методов:

  • замедление момента зажигания
  • использование топлива с высоким октановым числом , которое увеличивает температуру сгорания топлива и снижает склонность к детонации
  • обогащение топливовоздушного отношения, которое изменяет химические реакции во время горения, снижает температуру горения и увеличивает запас по детонации
  • снижение пикового давления в цилиндре
  • уменьшение давления в коллекторе за счет уменьшения открытия дроссельной заслонки или давления наддува
  • снижение нагрузки на двигатель

Поскольку давление и температура тесно связаны, детонацию также можно уменьшить, контролируя пиковые температуры камеры сгорания за счет уменьшения степени сжатия , рециркуляции выхлопных газов , соответствующей калибровки графика опережения зажигания двигателя , а также тщательного проектирования камер сгорания и системы охлаждения двигателя. как контроль начальной температуры всасываемого воздуха.

Добавление определенных материалов, таких как свинец и таллий , очень хорошо подавляет детонацию при использовании определенных видов топлива. Добавление тетраэтилсвинца (TEL), растворимого органического соединения свинца , добавляемого к бензину, было обычным делом до тех пор, пока его не прекратили из-за токсического загрязнения. Свинцовая пыль, добавляемая во всасываемую загрузку, также снижает детонацию при использовании различных углеводородных топлив. Соединения марганца также используются для уменьшения детонации бензинового топлива.

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

Для возникновения детонации сначала должны произойти определенные химические изменения, поэтому топлива с определенными структурами имеют тенденцию к детонации легче, чем другие. Разветвленные цепи парафины имеют тенденцию к сопротивлению детонации в то время как парафины с прямой цепью легко постучать. Было высказано предположение, что свинец, водяной пар и т.п. мешают некоторым из различных окислительных изменений, которые происходят во время сгорания, и, следовательно, уменьшают детонацию.

Как уже говорилось, турбулентность оказывает очень важное влияние на детонацию. Двигатели с хорошей турбулентностью имеют тенденцию к снижению детонации, чем двигатели с плохой турбулентностью. Турбулентность возникает не только при вдыхании двигателя, но и при сжатии и сгорании смеси. Многие поршни спроектированы так, чтобы использовать «сжатую» турбулентность для интенсивного перемешивания воздуха и топлива вместе, когда они воспламеняются и сгорают, что значительно снижает детонацию за счет ускорения горения и охлаждения несгоревшей смеси. Одним из примеров этого являются все современные двигатели с боковым клапаном или плоской головкой . Значительная часть свободного пространства расположена в непосредственной близости от днища поршня, что создает сильную турбулентность вблизи ВМТ. На заре создания головок боковых клапанов этого не было, и для любого топлива приходилось использовать гораздо более низкую степень сжатия. Также такие двигатели были чувствительны к опережению зажигания и имели меньшую мощность.

Детонация более или менее неизбежна в дизельных двигателях , где топливо впрыскивается в сильно сжатый воздух ближе к концу такта сжатия. Между впрыском топлива и началом горения есть небольшая задержка. К этому времени в камере сгорания уже есть некоторое количество топлива, которое воспламенится первым в областях с большей плотностью кислорода до сгорания всего заряда. Это внезапное повышение давления и температуры вызывает характерный для дизельного двигателя «стук» или «грохот», некоторые из которых должны быть учтены в конструкции двигателя.

Тщательная конструкция насоса форсунки, топливной форсунки, камеры сгорания, днища поршня и головки блока цилиндров может значительно снизить детонацию, а современные двигатели с электронным впрыском Common Rail имеют очень низкий уровень детонации. Двигатели с непрямым 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 дизельные двигатели не подвержены такому же «стуку», как бензиновые двигатели, поскольку известно, что причиной 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 дизельных двигателях нет времени для возникновения детонации, потому что топливо окисляется только во время цикла расширения. В бензиновом двигателе топливо все время медленно окисляется, пока оно сжимается перед искрой. Это позволяет изменениям произойти в структуре / составе молекул до очень критического периода высокой температуры / давления.

Обнаружение детонации

Из-за большого разброса качества топлива, атмосферного давления и температуры окружающей среды, а также возможности неисправности каждый современный двигатель внутреннего сгорания содержит механизмы для обнаружения и предотвращения детонации.

Контур управления постоянно отслеживает сигнал одного или нескольких датчиков детонации (обычно пьезоэлектрических датчиков, которые могут преобразовывать вибрации в электрический сигнал). Если обнаруживается характерный пик давления детонационного сгорания, момент зажигания замедляется с шагом в несколько градусов. Если сигнал нормализуется, указывая на управляемое сгорание, момент зажигания снова увеличивается таким же образом, сохраняя двигатель в его наилучшей возможной рабочей точке, так называемом «пределе детонации». Современные системы контроля детонации могут регулировать время зажигания для каждого цилиндра индивидуально. В зависимости от конкретного двигателя одновременно регулируется давление наддува. Таким образом, рабочие характеристики поддерживаются на оптимальном уровне, при этом в основном устраняется риск повреждения двигателя в результате детонации, например, при работе на низкооктановом топливе.

Ранний пример этого — двигатели Saab H с турбонаддувом , где система под названием Automatic Performance Control использовалась для снижения давления наддува, если это приводило к детонации двигателя.

Прогнозирование детонации

Поскольку предотвращение детонационного сгорания так важно для инженеров-разработчиков, было разработано множество технологий моделирования, которые могут определить конструкцию двигателя или условия эксплуатации, в которых можно ожидать возникновения детонации. Это затем позволяет инженерам разрабатывать способы уменьшения детонационного горения при сохранении высокого теплового КПД.

Поскольку начало детонации чувствительно к давлению в цилиндре, температуре и химическому составу самовоспламенения, связанным с локальным составом смеси в камере сгорания, моделирование, которое учитывает все эти аспекты, таким образом, оказалось наиболее эффективным для определения рабочих пределов детонации и предоставления инженерам возможности для определения наиболее подходящей операционной стратегии.

Контроль детонации

Целью стратегий управления детонацией является попытка оптимизировать компромисс между защитой двигателя от разрушительных событий детонации и максимизацией выходного крутящего момента двигателя. Детонационные события — это независимый случайный процесс. Спроектировать контроллеры детонации на детерминированной платформе невозможно. Однократное моделирование хронологии или эксперимент с методами контроля детонации не в состоянии обеспечить повторяемое измерение производительности контроллера из-за случайного характера возникающих событий детонации. Следовательно, желаемый компромисс должен быть сделан в стохастической структуре, которая могла бы обеспечить подходящую среду для разработки и оценки эффективности различных стратегий управления детонацией со строгими статистическими свойствами.

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Что такое детонация двигателя

В некоторых случаях топливовоздушная смесь воспламеняется раньше, чем свечи зажигания дали искру. Данное явление, сопровождающееся ударным горением топлива и есть детонация двигателя. Огромная скорость сгорания топлива связана с воспламенением всего объема одновременно, а не последовательно от искры. Кроме того, воспламенение начинается раньше расчетного угла поворота коленчатого вала, когда поршень еще двигается к верхней мертвой точке (ВМТ). Воспламенившиеся газы стремительно расширяются, но поднимающийся поршень стремится их сжать. В результате давление в камере сгорания многократно превышает расчетную величину.

Ударная волна от мини-взрыва (которым, по сути, является воспламенение топливовоздушной смеси) бьет в стенки цилиндра и дно поршня, поднимающегося в противоход газам. Этот удар порождает звуковые волны, которые водитель воспринимает как неприятный металлический стук или звон мотора.

  • Присадка для бензиновых и газовых двигателей с пробегом до 50 000 км. Может применяться для форсированных и турбированных двигателей.

Причины детонации двигателя

Мотор может детонировать на любом автомобиле: новом, старом, современном или уже снятом с производства. Не имеет особого значения тип силового агрегата, карбюраторный он, или применяется впрыск топлива.

На новых автомобилях устанавливается специальный датчик детонации двигателя (только для инжекторных силовых агрегатов). Это устройство дает возможность бортовому компьютеру регулировать работу мотора так, чтобы он не детонировал.

Современные автомоторы работают при больших степенях сжатия, поэтому риск, что топливовоздушная смесь будет детонировать, достаточно велик. Если датчик детонации двигателя неисправен, ЭБУ не может эффективно регулировать работу агрегата. Проблемы не заставят себя ждать.

Наиболее частые причины детонации двигателя при разгоне, на оборотах или на холостом ходу:

  • топливо низкого качества или с неподходящим октановым числом,
  • слишком большое упреждение зажигания,
  • обедненная топливовоздушная смесь,
  • нагар на стенках цилиндра,
  • низкокачественные или неподходящие по параметрам свечи зажигания,
  • перегрев двигателя из-за неисправности системы охлаждения.

Рассмотрим каждый пункт подробно, чтобы понять первопричину. Тогда будет легче исправить неполадку.

Топливо с неподходящим октановым числом или низкого качества

Если в двигатель попадает бензин с октановым числом ниже рекомендованного, детонация происходит с почти 100% вероятностью. Производитель автомобиля рассчитывает степень сжатия на определенный тип топлива, поэтому использование некачественного или неподходящего по октановому числу горючего приводит к детонации двигателя на холостом ходу или при разгоне.

Исправить качество топлива можно присадкой СГА.

  • Очищает и смазывает топливные насосы и форсунки, продлевает ресурс. Улучшает впрыск, что снижает расход топлива и повышает динамичность. Годится для любых бензиновых систем, включая TFSI, TSI, GDI, MDI.

Неправильно настроенное зажигание

Стремясь повысить крутящий момент, некоторые умельцы изменяют заводские настройки системы зажигания. Если выставить слишком большой угол опережения, свеча будет давать искру раньше, чем поршень приблизится к ВМТ. Воспламенение произойдет раньше времени, когда горючее не полностью перемешалось с воздухом.

Неисправные свечи

Иногда причина детонации двигателя ВАЗ или другой марки автомобиля – неисправные или неподходящие по параметрам свечи зажигания. В этом случае искра может генерироваться не так, как рассчитывал производитель мотора. Несвоевременное искрение свечи – одна из распространенных причин проблем воспламенения топливовоздушной смеси.

Обедненная топливовоздушная смесь

В погоне за экономичностью автомобилисты могут специально обеднять топливовоздушную смесь. Это еще одна причина, почему возникает детонация двигателя. Из-за недостаточной концентрации паров горючего искра не может воспламенить смесь. При следующем цикле впрыска, наоборот, паров топлива становится больше нормы. Чрезмерно обогащенная смесь воспламеняется от сжатия раньше времени.

Нагар на стенках цилиндров

Часто причиной детонации двигателя на оборотах становится наличие отложений на внутренней поверхности камеры сгорания. Нагар раскаляется и выполняет функцию фитиля, воспламеняя топливовоздушную смесь. Кроме того, нагар увеличивает степень сжатия и топливо с данным октановым числом воспламеняется раньше из-за повышения температуры сжатия.

Очистка двигателя возможна специальной долговременной промывкой двигателя.

  • Для долговременной (до 200 км) мягкой промывки ДВС любого типа.

Неисправность системы охлаждения

Также топливо детонирует, если в силовом узле неисправна охлаждающая система. При такой неполадке наблюдается детонация двигателя при разгоне. Под нагрузкой мотор перегревается, внутреннее пространство камеры сгорания раскаляется до температуры, когда пары бензина самовоспламеняются.

Последствия детонации двигателя

Когда силовой агрегат детонирует, в нем происходят самые настоящие микровзрывы. Любые взрывы не несут в себе ничего хорошего. В момент детонации двигателя на оборотах температура в некоторых точках камеры сгорания достигает 3500 °C, а скорость нарастания давление превышает расчетное в несколько раз.

Понятно, что долго выдерживать подобные условия не способен ни один мотор. Даже самый прочный. Особенно пагубно детонация сказывается на современных легких двигателях, изготовленных из алюминиевых сплавов. Чугунным агрегатам тоже ничего хорошего эта неисправность, в принципе, не сулит.

Главные негативные последствия детонации двигателя ВАЗ или любой другой марки:

  • перегреваются детали мотора,
  • прогорает прокладка под головкой блока цилиндров,
  • падает мощность силового агрегата,
  • разрушаются перегородки поршневых колец.

В особо тяжелых случаях происходит проворачивание кривошипно-шатунного механизма, и коленчатый вал начинает вращаться в обратном направлении. Это приводит к разрушению узлов двигателя.

  • Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

Как устранить детонацию двигателя

Разобравшись в причинах детонации двигателя в различных ситуациях, можно решить, как справляться с этим явлением.

Несоответствующее октановое число

Сознательно покупаете бензин с октановым числом ниже рекомендуемого производителем мотора? Это станет причиной детонации двигателя рано или поздно. Стараясь сэкономить несколько десятков рублей, вы можете попасть на весьма дорогостоящий ремонт.

Бывает, что причиной детонации двигателя становится заправка на непроверенной АЗС. Иногда владельцы автозаправки искусственно завышают октановое число, добавляя в бензин различные химические компоненты изооктаны легко испаряются, поэтому в топливе быстро растет процент гептанов, и оно начинает детонировать.

Следите, чтобы октановое число горючей жидкости, которую вы заливаете в бак своего автомобиля, соответствовало рекомендуемому производителем значению. При подозрении на несоответствие слейте сомнительное топливо. Пользуйтесь проверенной заправкой.

Неправильно выставленное зажигание

Если детонация двигателя появилась вслед за попыткой отрегулировать угол зажигания, то причина в неправильной настройке. Даже мастера в автомастерской могут ошибаться, тем более ошибка возможна при неквалифицированном вмешательстве.

Обращайтесь только в проверенные технические центры и очень осторожно относитесь к советам изменить опережение зажигания. Лучше вообще не трогать настройки завода производителя, если нет полной уверенности, что они сбились.

То же самое можно сказать о манипуляциях с обеднением топливовоздушной смеси. Часто эта операция приводит к возникновению детонации двигателя ВАЗ, УАЗ или автомобилей других марок. Семь раз подумайте, прежде чем изменять заводские настройки.

Неисправные или несоответствующие свечи зажигания

Если детонации двигателя вашего автомобиля началась после замены свечей, проверьте, соответствуют ли они рекомендованным производителем параметрам. Если характеристики не подходят – замените соответствующим по параметрам изделием.

Детонация при остановке мотора

Если силовой агрегат продолжает работать до 20 секунд при выключенном зажигании, значит, на стенках цилиндров накопился нагар. Часто эти отложения раскаляются и играют роль фитиля, вызывая самовоспламенение топливовоздушной смеси даже в отсутствии искры от свечей.

Для профилактики этого явления старайтесь регулярно давать нагрузку силовому агрегату своего железного коня. Движение с повышенными оборотами на максимальной передаче позволит освободить стенки от нагара.

Неплохие результаты в борьбе с детонацией двигателя по причине нагара показывает такое средство как «Очиститель топливной системы» компании «Супротек». Состав добавляется прямо в горючее в определенной пропорции. Это средство для разового применения.

В дальнейшем рекомендуется пользоваться присадкой SGA Suprotec, которую можно применять регулярно. Она смазывает и защищает от коррозии все элементы топливной системы автомобиля, препятствует отложению нагара за счет полного сгорания топлива.

  • Присадка для комплексной очистки топливной системы дизельных двигателей от всех видов нагаров и отложений.

  • Присадка для очистки всех элементов бензиновой топливной системы. Очиститель инжектора и клапанов.

Перегрев двигателя

Иногда причиной детонации становится перегрев двигателя. Если мотор детонирует только под нагрузкой, возможно проблема – высокая температура. Измерьте уровень охлаждающей жидкости, при недостатке – срочно долейте. Если с ОЖ все в порядке, проверьте работоспособность термостата и вентилятора. Иногда приходится промывать радиатор.

Наиболее частые причины детонации двигателя и способы решения

Признак

Неисправность

Причина

Решение

Детонация появилась после заправки.

Топливовоздушная смесь самовоспламеняется.

Низкокачественное топливо с неподходящим октановым числом.

Слить топливо, промыть двигатель промывкой «Супротек».

Детонация сразу после запуска мотора.

Искра слишком рано поджигает топливовоздушную смесь.

Неправильно настроенное зажигание.

Отрегулировать угол зажигания.

Детонация в любом режиме работы.

Обедненная топливовоздушная смесь.

Неправильно настроен впрыск.

Отрегулировать впрыск топлива.

Детонация после выключения зажигания.

Топливовоздушная смесь самовоспламеняется без искры.

Нагар на стенках цилиндров.

Использовать промывку или присадку SGA от Suprotec.

Детонация в любом режиме работы.

Неподходящие или неисправные свечи.

Несвоевременный поджиг топливовоздушной смеси.

Заменить свечи.

Детонация под нагрузкой.

Перегрев силового агрегата.

Неисправность системы охлаждения двигателя.

Проверить исправность всех компонентов системы охлаждения.

Детонация появляется во время долгой поездки.

Перегрев силового агрегата.

Неисправность системы охлаждения двигателя.

Проверить исправность всех компонентов системы охлаждения.

При детонации выхлоп черного или зеленого цвета.

Частицы алюминия в продуктах сгорания топлива.

Разрушение компонентов двигателя.

Полная замена ЦПГ и других поврежденных деталей.

Беспричинное воспламенение и быстро сгорание топлива в цилиндре, называется детонацией двигателя. Это явление еще можно описать как взрывное горение. Причина, из-за которой происходит детонация топлива – это физика горения топливной смеси. В то время, когда нагрузка увеличивается, либо машина движется в гору, повышается и подача топлива, в результате этого получается обогащенная смесь, которая попадает в цилиндр, где высокая температура и давление.

Сгорание смеси происходит неоднородно, что приводит к образованию зоны не сгоревшей смеси, в которой происходят химические реакции. Когда давление и температура достигают критического значения, происходит самовоспламенение.

На проявление и характер детонации двигателя влияют следующие факторы:

  • угол сжигания
  • количество топлива
  • структура топливной смеси
  • конструкционные недостатки двигателя
  • соотношение объема цилиндра и камеры сгорания

Состав смеси влияет на образование источников детонации, если он будет обогащенным, то это обязательно приведет к появлению в камере сгорания зон, где будут проходить окислительные процессы несгоревшего топлива. Увеличение угла зажигания приводит к перемещению давления в верхнюю мертвую точку, оно начинает расти, что приводит к детонации.

Октановое число бензина говорит о стойкости к взрывному горению, чем ниже число, тем активнее будут проходить окисления и повышается вероятность детонации. Кроме этого, причиной появления детонации двигателя могут стать дефекты конструкции, например камера сгорания имеет неправильную форму, либо цилиндр слишком большой.

Металлический стук, который появляется из-за взрывных ударов о внутренние стенки цилиндра, говорит о детонации двигателя. Нарушается масляный слой, что приводит к работе кривошипно-шатунного механизма всухую, двигатель начинает перегреваться и портятся детали. Соответственно падает мощность двигателя, а расход топлива наоборот увеличивается.

Чтобы побороть детонацию двигателя, применяется ускорение сгорания смеси и в тоже время, замедление всех реакций окисления. Добиться такого эффекта можно с помощью увеличения оборотов коленчатого вала, это поможет сократить время на процесс окисления несгоревших участков топливной смеси. Соответственно вероятность самовозгорания уменьшится.

Увеличение степени турбулентности в камере сгорания – еще один способ борьбы с детонацией в двигателе. Это достигается при максимальном завихрении потока смеси, что сокращает количество времени на прохождение пламени от источника к периферии. Добиться такого результата можно при использовании поршня со специальной формой верхней части.

Данные способы позволяют избавится от детонации в двигателе, что положительно отразится на моторесурсе. Наш автосервис в Твери предлагает услуги по диагностике и ремонту двигателя Вашего автомобиля.

УДК 629.113

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТОПЛИВА С ОПРЕДЕЛЕННЫМ ОКТАНОВЫМ ЧИСЛОМ

В.М. Мелисаров, А.В. Милованов, П.П. Беспалько, А.Ю. Бешнихин

Кафедра «Механизация сельского хозяйства», ТГТУ Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: детонация; камера сгорания; компрессия; октановое число; степень сжатия.

Аннотация: Приводится обоснование возможного перевода двигателя внутреннего сгорания с высокооктанового бензина на бензин с более низким октановым числом.

Одним из показателей автомобильного бензина является октановое число, которое характеризует способность бензина противостоять детонации и определять допустимую для данного бензина степень сжатия.

Для карбюраторных двигателей ориентировочно можно принять взаимосвязь между степенью сжатия и применяемым топливом с тем или иным октановым числом, приведенную в табл. 1 .

Таблица 1

Степень сжатия 5,5. .7,5 7,5.8,5 8,5. .10,5

Октановое число бензина 72. .76 76.85 85. .100

При массовом производстве высокооборотных двигателей трудно обеспечить совершенно одинаковую степень сжатия е в каждом из цилиндров двигателя. Она будет зависеть от фактического объема камеры сгорания, равного

V = V + Упр + V, + Уп , (1)

где Ус — фактический, полный объем камеры сгорания, см3; Уг — объем камеры сгорания в головке блока, см3; Упр — объем камеры сгорания в прокладке, см3; Уц — объем камеры сгорания в цилиндре, см3; Уп — объем камеры сгорания в вы-

емках поршня, см .

На величину фактического, полного объема камеры сгорания влияет объем камеры сгорания в головке блока, зависящий от точности отливки, выступания тарелок клапанов и свечи зажигания. Объем камеры сгорания также зависит от толщины прокладки с учетом ее сжатия при затяжке болтов и завальцовке окантовок. На объем камеры сгорания в цилиндре влияет размерная цепь основных деталей кривошипно-шатунного механизма — расстояние от оси пальца до днища поршня, между верхней и нижней головками шатуна, от оси коленчатого вала до верхней плоскости блока цилиндров, радиуса кривошипа, учитывается и объем выемок, где они есть .

Даже при строгом соблюдении этих размеров в пределах допусков, действительная степень сжатия может различаться в широких пределах. Поэтому некоторые автомобили, работающие на бензине АИ-93, можно эксплуатировать на бензине А-76, при условии обеспечения не более 4000 об/мин и соответствующей регулировке зажигания.

Предпосылками к переводу на бензин с более низким октановым числом является и то, что в процессе эксплуатации автомобиля, с увеличением его пробега, происходит естественный износ деталей цилиндро-поршневой группы, клапанов, деформация их пружин, компенсаторов и т.д., что, в конечном счете, снижает эксплуатационные свойства двигателя, его тяговую динамичность. Диагностическим параметром, характеризующим состояние цилиндро-поршневой группы двигателя и клапанов, является компрессия. Значение параметра компрессии определяется с помощью компрессометра. Снижение компрессии против номинальных значений может быть связано с увеличением зазора в элементах «поршень -цилиндр» из-за естественных износов, залеганием поршневых колец, появлением задиров на стенке зеркала цилиндров, неплотным закрытием клапанов из-за прогорания рабочих фасок, закоксовыванием направляющих втулок (вследствие применения некачественного топлива), деформацией стержня клапана, негерметичностью в стыке соединения «головка — блок цилиндров».

Взаимосвязь степени сжатия и номинальной компрессии в цилиндре двигателя определяется формулой

где Кн — номинальная компрессия; е — степень сжатия.

Допустимое значение компрессии соответствует 80 % от номинальной ком-пресиии, при условии, что разница в значениях компрессии между цилиндрами не превышает 1 кг/см2 .

Для рекомендации о возможности применения бензина с пониженным октановым числом необходимо замерить компрессию и по формуле (2) определить фактическую степень сжатия в двигателе.

При замере показания компрессии в двигателе — 10,5 кг/см2. По формуле (2) определяем фактическую степень сжатия в двигателе

Согласно табл. 1 степени сжатия е = 8,3 соответствует октановое число бензина в пределах 76…85. Следовательно, при небольшой корректировке угла опережения зажигания эксплуатация двигателя на бензине А-76 не противопоказана.

Двухлетняя эксплуатация автомобиля «Ока» на бензине А-76 при компрессии в двигателе 11 кг/см2 показала следующие результаты. Калильное зажигание отсутствует, двигатель останавливается сразу же после выключения зажигания. Детонации и перегрева двигателя не наблюдается, расход топлива не увеличивается. Изменение мощностных показателей двигателя не наблюдается.

В настоящее время ведутся исследования на различных марках автомобилей. Полученные опытные данные и проведенные соответствующие расчеты будут в дальнейшем опубликованы.

Список литературы

1. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А.И. Кол-чин, В.П. Демидов. М.: Высшая школа, 1980, 400 с.

Кн = 1,55е — 2,35,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(2)

10,5 + 2,35 1,55

= 8,3 .

2. Дмитриевский А. Дефорсируя мотор / А. Дмитриевский // «За рулем», № 9, 1985.

3. WWW. Д.В.С., Значения компрессии. Справочные данные. Копилевич Э.В., зав. отделом НИИПАТ. эксперт.

Department «Mechanization of Agriculture», TSTU

Key words and phrases: detonation; combustion chamber; compression; octane number; degree of compression.

Faktoren, die einen Einfluß auf die Auswahl des Brennstofes mit der bestimmten Oktanzahl ausüben

Одной из важнейших и опаснейших проблем автомобилистов является детонация двигателя. Понятие детонации появилось вместе с двигателем внутреннего сгорания. Сегодня существует множество способов предотвратить самопроизвольный процесс воспламенения горючей смеси но, тем не менее ни один производитель не может дать полную гарантию отсутствия подобной проблемы.

Описание понятия и механизма детонации

Детонация возникает, когда давление на топливно-воздушную смесь (ТВС) выше нормы. В результате большего воздействия на педаль акселератора, в цилиндре повышается давление, и поршень не может достичь верхней точки своего движения. ТВС воспламеняется значительно раньше, создавая эффект ударной волны.

Выделяемое тепло распределяется по камере сгорания и поршню, создавая перегрев. Несгоревшая топливная смесь вступает в реакцию с деталями двигателя и может осаживаться на стенках в виде альдегидов или спиртов, провоцируя коррозию. В дальнейшем эти химические соединения могут усугублять детонацию.

Волна от взрыва в условиях высокой температуры распространяется по пространству камеры со скоростью до 1000–3000 м/с. В нормальных условиях сгорания топливно-воздушной смеси скорость волны достигает 20–30 м/с.

Существует несколько основных причин, которые способствуют детонации:

  1. Состав топливно-горючей смеси. Чрезмерно обогащенная ТВС при воспламенении может создавать на стенках и углах камеры окислительные соединения, которые ведут к дальнейшей детонации двигателя. Чаще всего это случается с ТВС, у которой соотношение воздух/топливо равняется 9,0.
  2. Угол опережения зажигания. Если было произведено вмешательство в систему работы зажигания, есть большая вероятность повышения ударной нагрузки на поршни. Давление, оказываемое на смесь, вызывает ее самопроизвольное воспламенение.
  3. Октановое число. Вероятность «заработать» детонацию ДВС возрастает, если использовать бензин с низким октановым числом. Таким образом, автомобили, которые ездят на 75 бензине, вместо рекомендованного 92, больше подвержены детонации.
  4. Уровень сжатия. Сжатие – соотношение между объемами камеры сгорания и поршня. Увеличение показателя повышает температуру в цилиндрах и приводит к детонации. Чтобы избежать подобной проблемы, для автомобилей с высоким сжатием лучше использовать бензин с высоким содержанием октана. Проблемы топливного фильтра или топливный насос работает с перебоями.
  5. Недостатки в работе кислородного датчика из-за чего ТВС смешивается в неправильных пропорциях.
  6. Проблемы с охлаждением.

Когда технология сгорания топлива нарушается, в цилиндрах постоянно повышается температура. В результате первыми под удар попадают свечи зажигания, а затем клапаны и поршневые кольца.

Во время детонации на двигателе выгорает масляная пленка, которая должна защищать детали от чрезмерного износа. При долгосрочном отсутствии смазывающего вещества элементы цилиндропоршневой группы подвергаются излишнему механическому воздействию, что чревато залеганием колец и задирам на стенках камеры сгорания.

Помимо температурной нагрузки возникает постоянное давление от ударной волны, которая настигает все активные элементы двигателя. В первую очередь это отражается на кривошипно-шатунном механизме.

Сильнее всего от детонации страдают вкладыши коленчатого вала и шатуна.

Детонация двигателя после выключения зажигания

Помимо того, что ДВС детонирует после работы свеч и других механизмов, детонация может происходить при выключении замка зажигания. Это процесс происходит в среднем за несколько секунд, однако в редких случаях может достигать 20–30 секунд.

Чаще всего двигатель детонирует после отключения зажигания при неправильно подобранном топливе. Разное октановое число бензина предназначается для разных уровней сжатия. В таком случае, если бензин не соответствует требованиям автомобиля, то качества ТВС может быть недостаточно для обеспечения нормального механизма сгорания.

При активном воспламенении выделяется излишек тепла и энергии, который направлен в сторону двигателя.

Другой причиной детонации при отключении зажигания считается излишне раннее зажигание. Некоторые механики устанавливают его из побуждений повысить чувствительность к движению дроссельной заслонки. Однако часто не учитывают факт, что при такой настройке воспламенение ТВС происходит раньше в момент движения поршня к верхней точке. Отсутствие продуманной системы охлаждения усложняет отвод тепла от двигателя и вызывает перегрев.

Третьей причиной подобной проблемы считается неправильно подобранные свечи, или же их перебойная работа.

Конструктивные способы устранения детонации двигателя

Чтобы правильно устранить детонацию ДВС необходимо четко очертить причины проблемы. Если сразу после заправки нового топлива двигатель начал вибрировать и шуметь, можно определенно сказать, что причина детонации кроется в неподходящем октановом числе.

Лучше не экспериментировать и не доливать подходящий бензин к тому, что есть. Правильнее будет слить прежний и заправить тот вид топлива, который подходит к двигателю автомобиля.

Если же детонацию спровоцировал нагар в камерах сгорания, можно дать несколько минут проехать автомобилю на высоких оборотах. В качестве профилактики специалисты рекомендуют раз в неделю давать двигателю максимальную нагрузку.

В случае детонации дизельного мотора, автомобилист может обнаружить грязный зеленый или черный выхлоп. В таком случае проводить «спасение» уже бессмысленно, поскольку поршни полностью разрушены.

Если причина скрыта в неправильной работе свечей зажигания, необходимо полностью поменять комплект. В целом, детонация из-за свечей происходит достаточно редко но, тем не менее не стоит пренебрегать их своевременной диагностикой.

Кроме всего, необходимо следить за системой охлаждения двигателя и вовремя регулировать угол опережения зажигания.

Использование датчика детонации двигателя

С целью уменьшения вероятности возникновения детонации, на современных автомобилях устанавливают специальные датчики. Они крепятся около блоков цилиндров силового узла, и преобразовывают механическую энергию.

Внутри каждого датчика размещается пьезоэлектрическая пластинка, которая передает колебания к электронному блоку. После достижения показателя, близкого к детонации, контроллер изменяет угол опережения зажигания.

Датчик постоянно передает сигналы и следит за составом топливной смеси. В результате правильной настройки, он также помогает достичь более экономного расхода топлива.

Чтобы правильно оценить работу двигателя своего автомобиля и предостеречь его от детонации лучше советоваться с профессиональными мотористами, или ознакомиться с некоторыми роликами в сети:

Несмотря на то что детонация – крайне губительное понятие для двигателя, ее легко контролировать. Если не пренебрегать своевременным техническим осмотром и не экспериментировать с топливом – проблемы не возникнет. Необходимо всегда обращать внимание на «лишние» шумы и посторонние звуки в автомобиле, поскольку они являются индикатором работы узлов транспортного средства.

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*