Нормальний процес згорання паливного заряду в циліндрі відбувається таким чином. Поршень наближається до верхньої мертвої точки, робоча суміш (пари бензину, повітря і якась кількість залишкових продуктів горіння) стиснута. У потрібний момент між електродами свічки проскакує іскра, і тут утворюється первинний осередок займання об'ємом кілька кубічних міліметрів, енергія якого складається з енергії іскри і енергії згорілого в цій зоні палива. Швидкість нормального горіння робочої суміші в циліндрі двигуна має певну швидкість - 30-40 м / с. Швидкість ударних хвиль під час детонації може досягати 1500 м / с.
Детонація відбувається, коли паливно-повітряна суміш в циліндрі замість прогресивного керованого горіння мимовільно вибухає. Це викликає різке збільшення тиску і температури в циліндрі, яке може пошкодити поршні, кільця і навіть головку. Детонацію іноді можна почути як сторонній металевий стукіт, що виходить від двигуна. Іноді детонація не видає себе сторонніми звуками, але проявляється в зменшенні потужності двигуна.
На малюнках представлені пошкоджені під дією детонації поршень і головка.
Деякий вплив на виникнення детонації надає нагар в камері згоряння. Справа в тому, що відкладення на стінках, по-перше, погіршують теплообмін, а по-друге - збільшують фактичний ступінь стиснення. Іншими словами, вони створюють умови для зриву нормального процесу горіння. Більш того, нагар може надавати відоме каталітична дія і викликати самозаймання робочої суміші. І ще. При перехідних режимах роботи двигуна нагар іноді починає розпушуватися і розшаровуватися; тоді частинки, що втратили щільний контакт зі стінкою, легко перегріваються і можуть провокувати краплинне запалювання. Буває і так, що лусочки нагару відриваються, але якийсь час не виносяться з камери згоряння, а залишаються в ній. Вони легко нагріваються і підпалюють робочу суміш в самий невизначений момент навіть на впуску. Так народжуються; "Дикі" стуки, що не піддаються жодній логіці і класифікації.
Енергія, що виділяється при детонації, перешкоджає руху поршня у верхню мертву точку, виконуючи тим самим негативної роботи. У момент довгоочікуваної іскри від справжньої свічки компресії в циліндрі вже немає: частина палива, що не запаливши, пішла в вихлоп через нещільності посадки клапанів в сідлах, основна частина палива ВЖЕ згоріла, запаливши від окалини. Досягнувши верхньої точки поршень отримує слабкий імпульс і рухається вниз, обертаючи, коленвал (корисна робота) і долаючи опір інших поршнів, гальмуються "калильним запалюванням" ( "сізіфова праця"). Таким чином, тільки 40% палива виконують у двигуні корисну роботу. Безрадісна картинка, чи не так?
Процес згоряння з детонацією.
Вплив конструкції мотора на детонацію
- форма камери згоряння і її охолодження;
- розміри циліндра;
- число і розташування свічок;
- конструкція випускного клапана;
- ступінь стиснення.
Вплив ступеня стиснення і тиску наддуву на датонаціюСтепень стиснення є основниф фактором, що впливає на детонацію. Характерна залежність порога появи детонації від ступеня стиснення і тиску наддуву показана на картинці.
Форма камери згоряння і її охолодження
Чим більше час, протягом якого фронт полум'я від свічки може досягти до найбільш віддалених точок камери згоряння і чим гірше охолоджуються ці точки, тим імовірніше виникнення детонації. Звідси випливає, що найбільш рацонально формою камери згоряння є полісферіческая і шатрова.
Тут же можна відзначити, що певні дивіденди може принести механічна обробка камери згоряння. Як то - округлення різних осередків детонації у вигляді крайок і кутів, полірування.
розміри циліндра
Число і розташування свічок
На малюнку представлено вплив числа свічок на детонацію. Досліди проводилися при регулюванні складу суміші на максимальну потужність (суцільні лінії) і максимальну економічність (пунктир). Нижні криві в обох випадках відповідають роботі на одній свічці, розташованої з боку вихлопу, а верхні - на двох діаметрально протилежних свічках. Двигун доводився наддувом до початку детонації. Як видно, в обох випадках середнє індикаторне тиск, відповідне початку детонації, виходило при двох свічках, приблизно, на 15% вище. Самі свічки, точніше, їх електроди, часто є джерелом виникнення детонації і передчасного займання. Тому при конструюванні свічок для сильно форсованих двигунів звертають особливу увагу на можливість надійного їх охолодження.
Випускний клапан
Найбільш гарячої деталлю в голівці блоку циліндрів є випускний клапан, температура якого може досягати 750-800 градусів. Вплив випускного клапана на освіту перекисів, а отже, і детонацію, вельми значно.
Великий ефект в сенсі зниження температури клапана і можливості відповідного підвищення ступеня стиснення або наддуву дало застосування випускних клапанів, охолоджуваних зсередини металевим натрієм.
Вплив режиму роботи двигуна на детонацію
З величин, що визначають режим роботи двигуна, впливають на детонацію головним чином наступні:
- температура суміші і стінок циліндра;
- тиск наддуву;
- кут випередження запалювання;
- оберти двигуна;
- атмосферні умови і склад суміші.
склад суміші
17 кг / см2. Збагачення суміші до значень а = 0,65 - 0,70 (AFR 9,6 - 10,4) є в даний час загальноприйнятим методом усунення детонації при форсуванні двігателей.Ізмененіе складу суміші впливає на швидкість поширення полум'я і величину максимальних тисків і температур в циліндрі.
Температура суміші і стінок циліндра
Вплив температури повітря, що поступає на детонацію представлено на фіг. 10. При підвищенні температури від 310 до 410 ° К (37-137 ° С) середнє індикаторне тиск, відповідне початку детонації, знизилося від 15,3 до 9,5 кг / см2 при а = 0,9 (AFR = 13,3 ) і від 13,5 до 11,5 кг / см "при а = 0,67 (AFR = 9,9). Слід зазначити сильне відміну в характері падіння середнього тиску при різних значеннях коефіцієнта надлишку повітря. Досліди були проведені на двигуні авіаційного типу повітряного охолодження.
Кут випередження запалювання
Водна інжекція може перешкоджати появі детонації і працює в трьох напрямках. По-перше, коли вода впорснути в систему впускного колектора до кришки циліндра, невеликі крапельки поглинають тепло з повітря. Охолоджене повітря має більшу щільність, тим самим збільшуючи кількість кисню, яке потрапляє в циліндр. Вода має ту високу теплоємність (може поглинути багато енергії при незначному підвищенні температури). Потім, невеликі краплі випаровуються в циліндрі і охолоджують його, при цьому, отриманий пар збільшує тиск в циліндрі. Це діє як анти-детонант і також очищає порожнини камери згоряння від нагару, таким чином усуваються небажані «гарячі» точки.