ᐉ Детонация в бензиновом двигателе

Причина детонации

В обычных условиях рабочая смесь топлива с воздухом воспламеняется от свечи зажигания, после чего пламя равномерно распространяется в камере сгорания со средней скоростью около 20 м/с. При неравномерном воспламенении рабочей смеси температура и давление воспламеняющейся смеси резко повышаются, так же, как давление и температура невоспламененной смеси. Если при этом в нескольких местах превышается критическая температура, возникают очаги самовоспламенения, вызывающие неравномерное ударное возгорание остатка рабочей смеси. Неравномерный процесс сгорания образует сильные ударные волны, вызывающие звонкий детонационный звук при достижении поверхности цилиндра.

Способы предотвращения детонации

На практике существуют три вида мероприятий по предотвращению детонации.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя, когда она возникает во время движения автомобиля и необходимы срочные меры для предотвращения сильных повреждений двигателя.
2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя, когда используется комплекс мер для противодействия появлению детонации.
3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя.

Во время движения автомобиля детонация может возникнуть при разгоне или движении с большой скоростью. В обоих случаях двигатель сильно перегружается.

Детонация при разгоне возникает при ускорении транспортного средства с низких оборотов коленчатого вала путем резкого нажатия на педаль «газа». При этом резко увеличивается подача рабочей смеси в цилиндры, избыток смеси не успевает сгорать вовремя и догорание смеси вызывает детонационные процессы. В таком случае помогает переключение на следующую передачу (при наличии механической коробки передач), когда при той же мощности двигателя повышается частота вращения коленчатого вала, а крутящий момент уменьшается.

Наполнение и вентиляция цилиндров двигателя происходят более равномерно, не остается сгорающих избытков рабочей смеси и детонация исчезает.

Детонация при движении с большой скоростью возникает с выходом двигателя на излишне высокую частоту вращения коленчатого вала. Ее можно легко не заметить, и так как не принимаются никакие меры, это нередко приводит к прогоранию поршня. В этом случае достаточноснизить скорость, то есть уменьшить подачу рабочей смеси в цилиндры. Двигатель выйдет на оптимальный режим работы и детонация исчезнет. Если детонация возникает в двигателе, работающем на обычном бензине, поможет замена на бензин высшего качества.

Кроме того, можно снизить склонность двигателя к детонации, настроив угол опережения зажигание на «поздний». При «позднем» зажигании давление в цилиндрах остается низким, а топливо не так часто самовоспламеняется. Обратной стороной такого решения является снижение мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя.

Выбор степени сжатия

Степень сжатия следует выбирать настолько высокую, насколько это возможно для работы двигателя без детонации на имеющемся в продаже бензине.

Обычный бензин позволяет выбрать степень сжатия E до 9.

Бензин высшего качества позволяет выбрать степень сжатия E от 8,5 до 11. При расчетах необходимо учитывать, что высокое значение степени сжатия увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.

Положение свечи зажигания

Склонность двигателя к детонации снизится, если пламя будет распространяться от горячих частиц смеси к холодным. Самым горячим местом в камере сгорания является выпускной клапан. Рядом с ним должна устанавливаться свеча зажигания.

Рис. Хорошее охлаждение камеры сгорания предотвращает детонацию

Форма камеры сгорания

Форма камеры сгорания также влияет на возникновение детонации. Единая камера сгорания менее предрасположена к детонации, чем разделенная.

Частицы рабочей смеси, которые поздно охватываются пламенем, должны сохранять низкую температуру с помощью хорошо охлажденных стенок камеры сгорания для предотвращения преждевременного воспламенения. Вихревое движение топливовоздушной смеси в камере сгорания поддерживает равномерный состав смеси и распределение температур. Пламя распространяется по камере сгорания быстрее, что не вызывает взрывных реакции при сгорании. Вихревое движение смеси обеспечивается геометрией впускного канала, а также соответствующей формой камеры сгорания и поршня, что закладывается на стадии проектирования двигателя. Во впускных каналах сложной геометрии увеличивается аэродинамическое сопротивление движению потока рабочей смеси, поэтому наполнение цилиндров и, соответственно, литровая мощность двигателя снижаются.

Охлаждение

Посредством хорошего охлаждения двигателя снижается температура рабочей смеси и она остается менее склонной к самовоспламенению. Жидкостное охлаждение двигателя имеет больше преимуществ, чем воздушное.

При использовании алюминиевых сплавов вместо чугуна температура головки блока цилиндров остается низкой вследствие в три раза большей теплопроводности.

Электронная система предотвращения детонации

Детонация исчезает, если установить угол опережения зажигания в «позднее» положение. Для этого используется электронная система предотвращения детонации в сочетании с электронной системой зажигания. Датчик детонации, установленный на двигателе (датчик ускорения), улавливает детонационные вибрации, например, блока цилиндров двигателя. Сигналы датчика детонации анализируются микропроцессором, который при необходимости перестраивает работу системы зажигания согласно уровню детонации, например, на 1 градус угла поворота коленчатого вала в направлении «позднее», пока детонационные вибрации не перестанут улавливаться.

Если детонация не улавливается, электронная система зажигания управляет работой двигателя в обычном режиме. При этом, правда, возможно приближение работы двигателя к зоне возможного возникновения детонации.

В противоположность этому в двигателе без электронной системы предотвращения детонации режимы работы удерживаются на относительно большой дистанции от зоны возможного возникновения детонации. Следует, однако, учитывать, что работа двигателя вблизи этой зоны означает большую литровую мощность двигателя и меньший удельный расход топлива. В двигателях с электронной системой предотвращения детонации также может увеличиться степень сжатия; кроме того, они не чувствительны к топливу с незначительным октановым числом.

3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

Рис. Детонационная стойкость углеводородов

Горючее получают путем перегонки нефти, которая представляет собой множественные соединения углеводородов, имеющих различную детонационную стойкость. Дистиллят нефти подвергается химическим процессам для обогащения антидетонационными углеводородами.

При перегонке нефти получается бензин с диапазоном кипения 40-215 °С. Его удельная теплота сгорания составляет Нп ~ 43 000 кДж/кг. Бензин разделяют на обычный бензин (плотность р — 0,74 г/см3), бензин высшего качества (р ~ 0,76 г/см3) и бензин наивысшего качества. Детонационная стойкость разных сортов бензина различается вследствие различного состава. Октановые числа бензина по исследовательскому методу (ROZ) по меньшей мере, должны быть равны следующим величинам:

• обычный бензин ROZмин= 91
• бензин высшего качества ROZмин = 95
• бензин наивысшего качества ROZмин = 98

Раньше для увеличения детонационной стойкости в бензин добавляли соединения свинца. Так как свинец и его соединения ядовиты и несут угрозу для окружающей среды, свинцевание бензина было запрещено на законодательном уровне. Исключением является этилированный бензин высшего качества с октановым числом ROZмин = 98 (максимальное содержание свинца 0,15 г/л). Так как все современные двигатели оснащены каталитическими нейтрализаторами для очистки отработавших газов, они не должны работать на этилированном бензине.

Свинец и его соединения покрыли бы поверхность нейтрализатора и вступили с ней в химическую реакцию. Вследствие этого очистка отработавших газов стала бы невозможной.

Те соединения свинца, которые раньше добавлялись в бензин для повышения детонационной стойкости, называются антидетонаторами.

В качестве антидетонаторов использовались тетраметилсвинец (Рb(СН3)4) и тетраэтилсвинец (Рb(С2Н5)4). Оба соединения свинца очень ядовиты. Их действие заключается в том, что они вследствие высокой температуры распадаются до воспламенения смеси в камере сгорания, и возникающий свинцовый порошок предотвращает преждевременное самовоспламенение смеси.

Чтобы во время сгорания не образовывался оксид свинца, который способен ускорить износ цилиндра, в бензин добавляют соединения брома и хлора. При высокой температуре в камере сгорания двигателя свинец образовывает бромид свинца или хлорид свинца. Эти два очень ядовитых соединения свинца становятся газообразными при температуре около 800 °С и выводятся из двигателя вместе с отработавшими газами. Они считаются вредными примесями в отработавших газах и приводят к загрязнению воздуха.

Добавление в бензин спиртов, например, метанола, также повышает детонационную стойкость топлива. Разумеется, при добавлении большого количества, равного 15%, топливная аппаратура системы питания двигателя должна быть специально настроена на смесь бензина и спирта.

Определение детонационной стойкости бензина

Детонационная стойкость бензина выражается в его октановом числе.

Октановое число бензина указывает на то, что данный вид топлива обладает такой же детонационной стойкостью, что и эталонная сравнительная смесь углеводородов — изооктана и нормального гептана. Так как изооктан имеет октановое число 100, а нормальный гептан — октановое число 0, то октановое число 80 означает, что детонационная стойкость бензина равна детонационной стойкости смеси из 80% (объемных частей) изооктана и 20% (объемных частей) нормального гептана. Детонационная стойкость растет с увеличением октанового числа.

Определение октанового числа выполняется на соответствующем испытательном стенде с использованием эталонного двигателя для оценки детонационной стойкости различных видов топлива. Эталонным в данном случае считается одноцилиндровый четырехтактный бензоиновый двигатель с термосифонной системой жидкостного охлаждения, в которой отсутствует помпа, а охлаждающая жидкость испаряется, и пар низкого давления конденсируется в радиаторе, а затем в виде конденсата возвращается в рубашку охлаждения. Степень сжатия двигателя во время испытаний может изменяться в границах между 4 и 18.

Существует два стандартизированных метода испытаний: исследовательский метод и моторный метод. Соответственно, результатами являются исследовательское октановое число бензина (ROZ) и моторное октановое число бензина (MOZ). Различия основных параметров обоих методов указаны в таблице.

Таблица. Различия параметров исследовательского и моторного методов

В моторном методе смесь воздуха и бензина нагревается позади карбюратора, а в исследовательском методе — воздух нагревается перед карбюратором.

Эталонный двигатель запускается и соединяется с большим электрическим генератором, в котором крутящий момент от эталонного двигателя возбуждает электрический ток, создающий тормозной момент. Измерение октанового числа всегда проводится в режиме сильной детонации при сгорании рабочей смеси. При этом коэффициент избытка воздуха регулируется так, чтобы получить детонацию максимальной интенсивности. Индуктивный датчик и электронный усилитель сигналов замеряют уровень детонации и выводят показания на дисплей специального прибора — детонометра. Компрессия двигателя настраивается таким образом, чтобы показания детонометра исследуемого бензина находились в середине шкалы прибора. Затем в систему питания вводятся две сравнительные смеси, чьи октановые числа различаются лишь на две единицы. Одна сравнительная смесь должна вызывать более сильную, а вторая более слабую детонацию, чем бензин. Посредством линейной интерполяции определяется и округляется до десятых долей октановое число бензина.

Рис. Определение октанового числа бензина

Один и тот же бензин, испытанный по моторному методу, имеет меньшее октановое число, чем выявленное по исследовательскому методу. Октановое число, определяемое по моторному методу, в современном бензине меньше примерно на 10 единиц, чем октановое число, определяемое по исследовательскому методу. Данная разница обусловлена тем, что соотношение олефинов и ароматических углеводородов в двух методах испытаний отличаются. На сегодняшний день исследовательское октановое число в бензине равно приблизительно 92, а в бензине высшего качества — 95 единиц. Октановое число, определяемое по исследовательскому методу, указывает на то, как ведет себя топливо при ускорении (детонация при разгоне).

Октановое число, определяемое по моторному методу, наоборот, указывает на поведение при большой нагрузке (детонация при высокой частоте вращения коленчатого вала).

Наряду с исследовательским и моторым октановыми числами существует также октановое число, определяемое по дорожному методу (SOZ). Оно определяется методом дорожных испытания транспортного средства согласно «модифицированному дорожному методу». В прогретый двигатель подаются различные сравнительные смеси из изооктана и нормального гептана. Автомобиль сначала ускоряется до максимальной скорости на прямой передаче, позволяющей плавное движение без рывков. Угол опережения зажигания регулируется до тех пор, пока не исчезнет детонация. В результате данные испытаний образуют базовую кривую, отображенную на рисунке.

Рис. Определение октанового числа по дорожному методу

Затем по тому же методу определяется установка зажигания, при которой начинается детонация, для исследуемого бензина. По базовой кривой определяется октановое число бензина по дорожному методу. Эта величина в различных двигателях будет иметь различные значения для одного и того же бензина.

Что такое детонация двигателя?

Причины детонации

На видео рассказано о причинах детонации двигателя:

https://youtube. com/watch?v=Zy1RYh5xUuM

Детонация двигателя имеет один из самых разрушительных эффектов в любом агрегате. Поэтому нужно немедленно узнать, как устранить её, обнаружив следующие причины взрывного горения в цилиндрах:

• низкое качество топлива;
• низкое октановое число топлива;
• грязный или забитый топливный фильтр;
• неисправные форсунки;
• ограниченные топливные инжекторы;
• неправильное функционирование топливного насоса;
• плохой датчик O₂;
• неправильно подобранные свечи зажигания;
• проблемы охлаждения мотора;
• проблемы управления двигателем.

Обратите внимание, что каждая из этих возможных причин является относительной. То есть нет абсолютного времени, смещения силы или опережения зажигания, что гарантируют появление детонации

Равным образом не существует никаких абсолютных параметров, которые гарантируют, что такого явления не произойдёт.

Причин много, остановимся на более распространённых из них.

Слишком низкое октановое число топлива в автомобиле

Октановое число топлива

Одной из причин детонации двигателя является низкое качество и низкое октановое число топлива, которое может вызвать целый кластер проблем, таких как повышенная температура камеры сгорания и более высокое давление в цилиндрах.

Октановое число показывает, какую степень сжатия может переносить бензин — чем выше рейтинг, тем топливо более устойчиво к возгоранию. Вот почему более сложные двигатели высокого давления требуют более дорогого топлива.

Октановое число бензина иногда называют антидетонационным индексом. Производители рекомендуют определённый вид смеси для достижения максимальной производительности в своих транспортных средствах.

Эти проблемы могут привести к предварительному зажиганию, а это приводит к тому, что топливо сгорает в двигателе раньше, чем следовало бы. Есть два способа, когда бензин может воспламениться в камере сгорания: от свеч зажигания или от неправильной степени сжатия. Это хрупкое равновесие и любой фактор может испортить весь процесс. Если сжатие двигателя является слишком низким, это приводит к тому, что топливо не сгорает полностью, а оставшиеся компоненты прилипают к внутренним частям камеры. Это накопление отрицательно влияет на цилиндры, что является распространённой причиной взрывного горения.

Нагар на стенках цилиндра

Нагар на стенках цилиндра

Все виды топлива должны иметь определённый уровень очистки, однако этого может быть недостаточно, чтобы остановить отложения нагара. Когда образуются отложения, объём цилиндра эффективно уменьшается, что увеличивает сжатие, которое может вызвать детонацию. Для борьбы с ним сначала попробуйте приобрести моющие присадки в магазине автозапчастей, а затем изменить топливо.

Неправильные свечи зажигания

Использование неправильных свечей зажигания является ещё одной причиной детонации двигателя. Водители часто не понимают рекомендаций производителя, покупая неправильные приборы зачастую с целью экономии. Поскольку свечи зажигания помогают контролировать внутреннюю среду двигателя и работают в довольно точных условиях, неправильно подобранные создают условия для неправильного сжигания топлива. Они могут привести к наращиванию сгорания в камере и повышению температур ходовых частей, которые являются одними из причин возникновения детонации.

Эти три причины являются наиболее распространёнными, а в плане исправления ситуации — наименее дорогостоящими. Если ваш автомобиль по-прежнему имеет детонацию в двигателе после устранения этих причин, оправляйтесь в автосервис.

Детонация

Давление, возникающее при детонации ( в стеклянной трубке.

Детонация может протекать только при определенном составе газовоздушной смеси. Так, смесь водорода с воздухом детонирует только при содержании водорода в смеси в пределах 27 — 35 %, а смесь ацетилена с воздухом — при содержании 6 5 — 15 % ацетилена.
 

Детонация может протекать только при определенном составе газовоздушной смеси.
 

Детонация — искажения, обусловленные непостоянством скорости движения звуконосителя при записи или при воспроизведении.
 

Детонация вызывает резкое уменьшение мощности и экономичности двигателя и действует разрушительно на ряд основных деталей. Борьба с детонацией прежде всего является борьбой за рациональную организацию сгорания топлива, в которой проблема подбора топлива играет решающую роль в качестве одного из наиболее эффективных методов уменьшения склонности двигателя к детонации. Чрезвычайная сложность явления детонации обусловила то, что, несмотря на огромное число исследований, посвященных этому явлению, природа его до сих пор еще не вполне установлена, как равно еще. Несомненно, что детонация представляет собою особый характер протекания сгорания в двигателе, сопровождающегося очень быстрым воспламенением горючей смеси и связанной с этим большой скоростью выделения тепловой энергии. Переход нормального сгорания в детонацию может быть связан не только с громадным увеличением скорости протекания реакций, но также и с изменением характера реакций сгорания. Процесс детонации включает одновременно достаточно быстрое протекание реакций, обусловливающих бурное выделение энергии, и связанные с этим физические явления, влияющие как на состояние рабочего тела, так и на протекание самих исходных реакций.
 

Адиабата. точка Жуге. а — угол накло на прямой Михельсона.

Детонация представляет собой процесс распространения в газе, жидкости или твердом теле экзотермического химического превращения в виде узкой зоны, движущейся относительно исходного вещества со скоростью, превышающей скорость звука. Эта зона названа детонационной волной. Быстрая реакция в зоне возбуждается не вследствие передачи тепла от прореагировавшего слоя вещества к непрореагировавшему, а путем ударного сжатия и соответствующего нагревания исходной среды, вызванного давлением продуктов реакции. Поэтому детонация возможна только в таких средах, продукты реакции которых занимают больший объем, чем исходное вещество.
 

Детонация вызывается самовоспламенением последней части рабочего заряда, до которой фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь.
 

Детонация в бензиновых двигателях проявляется наиболее часто в виде металлического звука различной силы, сопровождаемого перегревом и потерей мощности. Он возникает при медленном движении по плохим дорогам в жаркую погоду, при быстром разгоне или если велико опережение вспышки.
 

Детонация — химическое превращение взрывчатого вещества, сопровождающееся выделением энергии и распространяющееся в виде волны от одного слоя вещества к другому со сверхзвуковой скоростью.
 

Детонация — это быстрое завершение процесса сгорания в цилиндрах двигателя в результате самовоспламенения части рабочей смеси перед фронтом пламени, приводящее к появлению ударных волн, которые стимулируют сгорание всей оставшейся рабочей смеси со сверхзвуковой скоростью.
 

Детонация — это явление в двигателях, сопровождающееся стуками, скачкообразным изменением давления в цилиндрах, и обусловленное запаздыванием воспламенения топлива.
 

Детонация вызывается не только искрой, сю и сильными ударами.
 

Схема устройства водяного охлаждения цилиндров двигателя автомобиля. А — цилиндры, В — шатуны. Вода циркулирует, омывая цилиндры. Движение воды вызывается нагреванием ее вблизи цилиндров и охлаждением в радиаторе R. Это — система медных трубок, по которым протекает вода. В радиаторе вода охлаждается потоком воздуха, засасываемого при движении пропеллером М.

Детонация не только вызывает понижение мощности, но и разрушительно действует на мотор. Охлаждение цилиндров производится проточной водой, отдающей теплоту воздуху ( рис. 528), или непосредственно воздухом.
 

Последствия детонации

Если происходит детонация, мощность силового оборудования значительно уменьшается, а расход топлива существенно возрастает.

На цилиндры мотора воздействует колоссальная нагрузка, которая постепенно приводит к поломке, а иногда и к полному разрушению двигателя. В цилиндрах температура возрастает до критической отметки, следовательно, прогорает прокладка головки цилиндрового блока. Данный элемент – это первое, что страдает при возникновении детонации, так как он не способен противостоять долгосрочным механическим и термическим нагрузкам.

Детонация двигателя – это серьезная проблема, для устранения которой может потребоваться замена коленвала, блока цилиндров, головки блока и т. д.

Водители со стажем условно классифицируют данное явление на приемлемую и неприемлемую детонацию.

Приемлемая детонация практически незаметна, так как она возникает на незначительных оборотах и моментально завершается. Появляется она в моторах, не отличающихся большим объемом, при этом имеющих внушительную мощность и существенный крутящий момент.

Неприемлемая детонация проявляется при больших оборотах и при солидной нагрузке. Всего несколько секунд проведенных силовым оборудованием в данных условиях способны нанести автомобилю опасные повреждения.

Как устранить детонацию на бензиновом моторе

Чтобы не возникала детонация на бензиновом ДВС, следует придерживаться следующих правил:

• заливать в топливный бак бензин, рекомендованный заводом изготовителем, заправляться на проверенных заправках;
• не допускать перегрева двигателя, следить за температурой в охлаждающей системе по датчику на панели приборов;
• при увеличенном расходе масла производить ремонт поршневой группы, если расход относительно небольшой, как вариант можно попробовать произвести раскоксовку двигателя;
• устанавливать свечи с соответствующим калильным числом.

Если на приборном щитке загорается лампа диагностики Check Engine, и при этом движок детонирует, необходимо провести компьютерную диагностику. Наиболее частые ошибки, связанные с неисправностью ДД или его цепи:

• Р0327 – слабый сигнал;
• Р0328 – высокий уровень сигнала;
• Р0325 и Р0326 – повреждение электроцепи ДД.

Как устранить «стук пальцев» в жаркую погоду, вопрос волнует многих водителей, особенно, если при обычной температуре окружающей среды детонирования не возникает. Пожалуй, самое разумное решение в этом случае – заправка автомобиля топливом с более высоким октановым числом, ведь если заливать в бак вместо Аи-92 бензин Аи-95, хуже от этого точно не будет, зато детонационные стуки пропадут. Многое зависит от качества топлива, поэтому лучше заправляться на АЗС с хорошей репутацией.

Число настоящих причин равно трём

Причин детонации инжекторного двигателя мы так и не назвали. Можно спокойно заливать любое топливо, даже с примесями, и можно полностью отключить датчик детонации – мотор будет продолжать работать, но ЭБУ соответствующим образом отрегулирует зажигание. К появлению устойчивой детонации ведут три фактора: работа на обеднённой смеси, калильное зажигание, перегрев стенок камеры сгорания. Последний из факторов вызывается только одной причиной – поломкой датчика температуры (ДТОЖ).

Датчики ДТОЖ автомобилей Lifan

Ниже перечислены датчики, исправность которых тоже важна.

Шпаргалка по отказам датчиков

Инжекторный бензиновый двигатель снабжён набором элементов, позволяющих контролировать работу системы в каждый момент времени. Все эти элементы называются датчиками. Перечислим те из них, отказ которых ведёт к появлению детонации:

• ДПДЗ, или датчик положения дроссельной заслонки. Симптомы отказа – снижение мощности, рывки и провалы при разгоне, а также неустойчивый холостой ход. Результат – работа двигателя на обеднённой смеси, но только при больших нагрузках. А детонация проявится, если управление ведётся в стиле «педаль в пол». Лампа Check Engine обычно не срабатывает.
• ДТОЖ, то есть датчик температуры тосола. Если мотор нагрет до критической температуры, блок ЭБУ должен об этом «знать». Угол опережения зажигания затем должен быть скорректирован. А иначе, и довольно быстро, начнётся устойчивая детонация.
• ДД, датчик детонации. Этот элемент выходит из строя редко, но может повреждаться проводка. При поломке именно датчика, а не при обрыве или замыкании проводов, лампа Check Engine не загорается на низких оборотах. Если неисправность уже есть, вызвать детонацию можно так: надо заглушить двигатель, скинуть и снова подключить клемму АКБ, выполнить старт. Детонация появится, а затем исчезнет до следующего запуска.

Ломается датчик ДТОЖ – получаем детонацию в критических режимах. А при поломке ДПДЗ детонация наблюдается на высоких оборотах. Появление и быстрое пропадание детонации – результат отказа ДД.

Переменный резистор воспринимает угол поворота заслонки

Микрофон, то есть пьезоэлемент, отслеживающий детонацию

Эксплуатация двигателя с неисправным датчиком заслонки – явление не редкое. Автовладельцы приводят доводы: контрольная лампа не включалась, рывки и провалы есть только при разгоне, а металлический призвук можно заметить не всегда. Кажется, надо менять бензин, а не датчик, а на самом деле – наоборот.

Чем грозит калильное зажигание

Допустим, свеча накаляется «до бела» и не остывает даже к следующему такту сжатия. Тогда воспламенение происходит раньше, чем появляется искра. Раннее зажигание, как мы знаем, всегда вызывает детонацию. Таким образом, её может вызвать и «калильное зажигание», о котором сейчас рассказывалось.

Очагами зажигания являются скопления нагара

Причин возникновения калильного зажигания может быть несколько:

1. Накопление на свечах большого количества нагара и копоти;
2. Выгорание «центрального электрода».

Собственно, это – всё, что можно сказать о ещё одном факторе, связанном с появлением детонации. Рассмотрим последний из них – проблему с форсунками.

Засорение форсунок и последствия

На самом деле, всегда действует правило: если засоряется любая форсунка (тут статья как её почистить), мощность двигателя снижается. Именно так работает ЭБУ, чтобы препятствовать детонации. Логика здесь в следующем: засоряется форсунка, смесь обедняется, возникает детонация. Срабатывает датчик, и ЭБУ выполняет регулирование, подстраивая все параметры под условия работы. Но такая «подстройка» вызывает снижение мощности и её нельзя проводить бесконечно.

Комплект форсунок после промывки ультразвуком

При достаточно высокой степени засорения блок ЭБУ не может исправить ситуацию: смесь поступает обеднённая, детонация идёт всё время. Может загореться и лампа Check Engine, а БК, если он есть, выдаст следующую ошибку – P0324.

Получается, с включённой лампой Check Engine, особенно когда ошибки связаны с детонацией, эксплуатировать двигатель нельзя. Но с другой стороны, ни обрыв, ни выход из строя самого датчика к фатальным последствиям не приводит. Лампа Check, притом, будет загораться во всех случаях. Что ж, лучше уметь распознавать детонацию на слух.

Детонация двигателя: откуда она берется, чем опасна и как с ней бороться

Редакция Нажимаете на педаль газа и тут же слышите звонкие постукивания в моторе? Это она и есть – детонация. И не нужно повторять «эксперимент» раз за разом – плохо может кончиться…

Что это такое?

Детонация – это взрывообразное изменение параметров бензовоздушной смеси, заменяющее собой спокойное горение. Резко растет давление, возникает ударная волна, подскакивает температура. При этом появляются новые очаги самовоспламенения смеси. А когда ударная волна добирается до поверхности камеры сгорания, как раз и появляется упомянутый выше характерный стук.

В правильно отрегулированном моторе сгорание смеси завершается на грани детонации. Но стоит ее перешагнуть, как двигатель может отправиться на капремонт, а то и на свалку. Мотор, работающий с сильной детонацией на больших нагрузочных режимах, выходит из строя за считанные минуты. При этом опасность исходит как от механических нагрузок, так и от сильного перегрева деталей. Как правило, страдают поршни: теплоотвода у них нет, а температура плавления материала, из которого они изготовлены, относительно невысокая. Рушатся перегородки между поршневыми кольцами, трескаются тарелки клапанов, прогорает прокладка головки блока цилиндров, разрушаются поршневые пальцы и шатунные вкладыши.

Кто виноват?

Основная причина, о которой говорят еще с жигулевских времен, это бензин с октановым числом ниже рекомендованного. Удивляться нечему: ведь октановое число – это главная характеристика антидетонационной стойкости бензина. В прошедшие времена жигулевские моторы страдали от бездумного применения бензина А-76 вместо АИ-93: его доставали по дешевке и не думали о последствиях. Сегодня многие владельцы также выискивают топливо подешевле, выбирая АЗС с привлекательными ценниками и заливая 92-й вместо 95-го.

Другая распространенная причина возникновения детонации – плохое состояние двигателя. Накопившийся после зимы нагар, моторное масло в камере сгорания – всё это провоцирует неконтролируемое воспламенение смеси. Кроме того, возникновению детонации могут способствовать неудачно проведенный тюнинг или ремонт мотора, вследствие которых степень сжатия становится выше расчетной. Наконец, неумелые попытки снизить расход бензина при движении в натяг на небольших скоростях также могут привести к нежелательным последствиям

Как избежать?

Современные моторы оснащены датчиками детонации, сигналы которых заставляют контроллер, в частности, менять угол опережения зажигания в сторону более позднего. Но эти датчики не всесильны, они работают в узком диапазоне, а потому на каком-нибудь 66-м бензине машина все равно нормально не поедет. К тому же глушить мотор даже при сильной детонации они не будут: это небезопасно. Вдруг, например, вы идете на обгон по встречке, а вам уже сигналят фарами: ты чего, мол? В таких ситуациях глушить мотор никак нельзя: машина должна оставаться управляемой. Поэтому он будет продолжать работать даже с сильной детонацией, а это, как уже отмечалось, очень опасно для его «здоровья».

Советы, как водится, довольно простые. Главное – никогда специально не заправляться бензином с пониженным октановым числом. Разработчик мотора всегда учитывает возможность кратковременных отклонений от нормы по октану, а потому несколько единичек отклонения мотор переживет. Но если, к примеру, заливать тот же 92-й вместо 95-го постоянно, то вместо него однажды можно нарваться, скажем, на какой-нибудь 88-й. А это – приговор двигателю.

При возникновении детонации надо сразу же забыть про любые резкие ускорения. Чтобы исключить подозрения на негодный бензин, желательно сразу же разбавить его чем-то заведомо пригодным, причем можно даже залить даже 98-й. Если детонация исчезнет, то виновник ясен. Если нет – не откладывайте визит на сервис.

Новости СМИ2

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.

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.

Что такое вращающийся детонационный двигатель и что он может означать для авиации?

Вращающиеся детонационные двигатели (РДЭ) были предметом теории и спекуляций на протяжении десятилетий, но до сих пор не перешли от теории к практическому применению. Но теперь похоже, что эти экзотические силовые установки вот-вот перейдут на действующие платформы.

Теоретически, вращающийся детонационный двигатель обещает быть намного более эффективным, чем традиционные реактивные двигатели, потенциально обеспечивая серьезное увеличение дальности и скорости ракетных приложений. Это также может означать развертывание меньших по размеру вооружений, способных достигать таких же скоростей и дальности, как современные ракеты.

В авиастроении, например, в реактивных истребителях, вращающиеся детонационные двигатели могли бы иметь те же преимущества, что и ракеты, с точки зрения дальности и скорости, потенциально снижая требования к техническому обслуживанию. Истребители, в частности, полагаются на форсажные камеры, которые эффективно направляют топливо в поток выхлопных газов двигателя для дополнительной тяги. Это быстро истощает запасы топлива и снижает дальность полета истребителя. RDE потенциально могут обеспечить аналогичное увеличение тяги при значительном снижении расхода топлива.

Но где эта технология могла бы быть наиболее полезной, так это в питании будущих неатомных надводных кораблей ВМФ, обеспечивая повышенную мощность, дальность и скорость, а также оказывая серьезное благотворное влияние на бюджет ВМФ.

Связанный: ВВС присматриваются к революционным новым двигателям для F-35 до 1950-е годы. В Соединенных Штатах Артур Николлс, почетный профессор аэрокосмической техники Мичиганского университета, был одним из первых, кто попытался разработать рабочий проект RDE.

В некотором смысле, вращающийся детонационный двигатель является расширением концепции импульсных детонационных двигателей (PDE), которые сами по себе являются расширением пульсирующих реактивных двигателей. Это может показаться запутанным ( и, возможно, это ), но мы разберемся.

Пульсирующие реактивные двигатели  работают, смешивая воздух и топливо в камере сгорания, а затем воспламеняя смесь, которая вылетает из сопла быстрыми импульсами, а не при постоянном сгорании, как в других реактивных двигателях.

В импульсных реактивных двигателях, как и почти во всех двигателях внутреннего сгорания, воспламенение и горение воздушно-топливной смеси называется дефлаграцией , что в основном означает нагрев вещества до его быстрого сгорания, но с дозвуковой скоростью.

Импульсный детонационный двигатель работает аналогично, но вместо дефлаграции он использует детонационный . На фундаментальном уровне детонация очень похожа на ее звучание: взрыв .

В то время как дефлаграция связана с воспламенением и дозвуковым горением топливно-воздушной смеси, детонация является сверхзвуковой. Когда воздух и топливо смешиваются в импульсно-детонационном двигателе, они воспламеняются, создавая дефлаграцию, как и в любом другом двигателе внутреннего сгорания. Однако внутри более длинной выхлопной трубы мощная волна давления сжимает несгоревшее топливо перед воспламенением, нагревая его выше температуры воспламенения в так называемом переходе от дефлаграции к детонации (DDT). Другими словами, вместо того, чтобы быстро сжигать топливо, оно взрывает , создавая большую тягу из того же количества топлива; взрыв, а не быстрое горение.

«Процесс детонации — это более быстрое и эффективное извлечение энергии из вашего топлива с термодинамической точки зрения по сравнению с дефлаграцией», — сказал Ди Ховард, профессор гиперзвуковой и аэрокосмической техники, доктор Крис Комбс, Sandboxx News.

Детонация по-прежнему происходит импульсами, как и в пульсирующем реактивном двигателе, но импульсно-детонационный двигатель способен развивать транспортное средство до более высоких скоростей, которые, как считается, составляют около 5 Маха. Поскольку детонация высвобождает больше энергии, чем дефлаграция, детонационные двигатели более эффективны — создание большей тяги при меньшем количестве топлива, что позволяет использовать меньшие нагрузки и большую дальность полета.

Анимация Pulse Detonation Engine предоставлена ​​Фредом Шауэром (AFRL/PRTS)

Ударная волна детонации распространяется значительно быстрее, чем волна дефлаграции в современных реактивных двигателях, объяснил Trimble: до 2000 метров в секунду (4475 миль в час) по сравнению с 10 метрами в секунду от дефлаграции.

В мае 2008 года Исследовательская лаборатория ВВС вошла в историю, построив первый в мире пилотируемый самолет с импульсным детонационным двигателем, используя самодельный самолет Scaled Composites под названием Long-EZ. Необычный франкен-самолет развил скорость выше 120 миль в час во время своего испытательного полета с летчиком-испытателем Питом Зибольдом на штурвале и достиг высоты от 60 до 100 футов.

Самолет Long-EZ с импульсно-детонационным двигателем совершает свой исторический первый полет. (Courtesy photo)

«Это потенциально может изменить правила игры с точки зрения эффективности использования топлива», — сказал Фред Шауэр из Управления силовых установок AFRL о PDE, который приводит в действие Long-EZ.

«Для сравнения, если бы мы использовали этот же двигатель с обычным сгоранием, мы бы создали менее трети тяги при том же расходе топлива. По сравнению с традиционными двигателями можно ожидать экономии топлива от 5 до 20 процентов».

В то время ВВС оценили, что улучшения их двигателя PDE могут в конечном итоге разгонять самолеты до скоростей свыше 4 Маха и выше в сочетании с другими передовыми силовыми установками, такими как ГПВРД. Вращающийся детонационный двигатель мог бы быть еще более эффективным, но многие в академических и инженерных кругах задавались вопросом, можно ли когда-нибудь построить такой двигатель.

По теме: США объявляют об успешных испытаниях 3 гиперзвуковых ракет за 2 недели

Появление вращающегося детонационного двигателя

(Национальная лаборатория Ок-Ридж)

Вращающийся детонационный двигатель выводит эту концепцию на новый уровень. Вместо того, чтобы волна детонации выходила из задней части самолета в качестве движущей силы, она распространяется по круглому каналу внутри самого двигателя.

Топливо и окислители добавляются в канал через маленькие отверстия, которые затем ударяются и воспламеняются быстро вращающейся детонационной волной. В результате получается двигатель, который создает непрерывную тягу, а не импульсную тягу, при этом обеспечивая повышенную эффективность детонационного двигателя. Многие вращающиеся детонационные двигатели имеют более одной детонационной волны, одновременно вращающейся вокруг камеры.

Как объясняет редактор отдела обороны Aviation Week & Space Technology Стив Тримбл, в RDE наблюдается увеличение давления во время детонации, в то время как в традиционных реактивных двигателях наблюдается полная потеря давления во время сгорания, что обеспечивает большую эффективность. Фактически, двигатели с вращающейся детонацией даже более эффективны, чем двигатели с импульсной детонацией, которым требуется продувка и повторное наполнение камеры сгорания для каждого импульса.

«Теоретически RDE чем-то напоминает скачок от турбореактивных двигателей к турбовентиляторным в 1960-х годов, но для высокосверхзвуковых машин. Это должно дать вам большой скачок в удельном импульсе (он же топливная экономичность), и если вы сможете понять, как упаковать его таким образом, чтобы не сделать вещи значительно тяжелее или менее аэродинамическими, вы сможете получить хороший запас хода. извлеките из этого выгоду, — объяснил Тримбл.

Профессор Карим Ахмед, Университет Центральной Флориды

В 2020 году группа из Университета Центральной Флориды, работающая над Программой вращающихся детонационных ракетных двигателей в Исследовательской лаборатории ВВС, успешно построила и испытала первый в мире работающий вращающийся детонационный двигатель. который продолжал стрелять до тех пор, пока его топливо не было отключено, что эффективно доказывало возможность концепции. Трехдюймовая медная испытательная установка, разработанная командой, успешно произвела 200 фунтов тяги в лабораторных условиях.

С тех пор этому примеру последовал ряд других программ, среди которых известный производитель двигателей Пратт и Уитни.

Читать дальше из Sandboxx News

• ВВС присматриваются к революционным новым двигателям для F-35
• Новый двигатель GE для истребителей просто уничтожил существующие реактивные технологии
• Самой большой угрозой для F-14 Tomcat были двигатели TF30
• ВВС хотят иметь воздушно-реактивные двигатели для гиперзвуковых ракет
• Новая ракета DARPA намекает на технологию, которая действительно изменит правила игры

Вращающийся детонационный ракетный двигатель НАСА публикует рекордные результаты испытаний

Космос

Просмотр 2 изображений

Взрывы принесут вам гораздо больше пользы от вашего топлива, чем сгорание, если ваш двигатель может их выдержать. НАСА считает, что вращающийся детонационный двигатель может стать будущим для путешествий в дальний космос, и его прототипы показывают хорошие результаты.

Двигатели внутреннего сгорания проверены и надежны, и как бы яростно они ни выглядели и не звучали в драгстере с топовым топливом или ракетном ускорителе, процесс сгорания окисляющегося топлива в воздухе относительно медленный и предсказуемый. С другой стороны, детонация настолько же хаотична и разрушительна, как и звучит. Так работает большинство бомб; вы берете взрывчатое топливо и ударяете по нему зарядом энергии, и химические связи, удерживающие каждую молекулу вместе, разрываются, высвобождая дикое количество энергии в ударной волне, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью.

НАСА вместе со многими другими группами хочет использовать эти взрывы по нескольким ключевым причинам. Во-первых, детонационные двигатели имеют значительно более высокий теоретический уровень КПД, чем двигатели внутреннего сгорания, возможно, до 25%; они должны иметь возможность производить большую тягу, используя меньше топлива и ракету меньшего размера. В технике и экономике космических полетов это означает более дешевые запуски, более оплачиваемую полезную нагрузку и большие расстояния.

Они также имеют отношение к гиперзвуковым полетам. Двигатели внутреннего сгорания могут работать только на дозвуковых скоростях полета. Чтобы перейти в сверхзвуковой или гиперзвуковой режим, всасываемый воздух необходимо быстро замедлить до дозвуковой скорости, чтобы произошло сгорание. Это генерирует тепло и сопротивление. Детонация происходит на сверхзвуковых скоростях, поэтому в дополнение к большей эффективности вы также снижаете тепло и сопротивление в гиперзвуковых приложениях, поскольку вам не нужно почти так сильно замедлять воздух.

Вращающиеся детонационные двигатели (РДЭ), в отличие от двигателей с косой детонацией или двигателей с импульсной детонацией, используют кольцевые камеры и точно рассчитанный по времени впрыск топлива для создания постоянной тяги. Каждый взрыв посылает ударную волну, которая создает толчок, но она также проходит по кольцу, вызывая следующий взрыв.

В настоящее время ряд групп сообщают об успешных испытательных запусках вращающихся детонационных двигателей, от Университета Центральной Флориды, работающего с Исследовательской лабораторией ВВС, до австралийского RMIT, работающего с DefendTex, до хьюстонской компании Venus Aerospace, Aerojet Rocketdyne и другие… Jaxa, японское космическое агентство, даже зашло так далеко, что испытало в космосе маленькую.

Двигатель работал в общей сложности почти 10 минут, демонстрируя свою способность выдерживать экстремальные силы продолжительной детонации

НАСА

НАСА пока проводит испытания на твердой земле, но теперь оно объявило об успешных испытаниях небольшого RDE в прошлом году в партнерстве с компанией In Space LLE из Индианы. Двигатель запускался «более дюжины раз общей продолжительностью около 10 минут», поэтому он явно справился с основной задачей разработки RDE с апломбом — не дать вашему двигателю разорваться на куски.

Двигатель изготовлен с использованием 3D-печати методом порошкового синтеза с использованием собственного медного сплава НАСА GRCop-42, который, по словам агентства, является ключом к его способности выдерживать экстремальные условия продолжительной детонации без перегрева.

На полном газу, как сообщает НАСА, RDE создавал «более 4000 фунтов тяги в течение почти минуты при среднем давлении в камере 622 фунта на квадратный дюйм, что является самым высоким номинальным давлением для этой конструкции за всю историю наблюдений». Тестирование включало «успешное выполнение как глубокого дросселирования, так и внутреннего зажигания».

Получив многообещающие результаты, НАСА объявило о переходе к полностью многоразовому RDE в классе тяги 10 000 фунтов, где команда надеется начать демонстрировать преимущества в производительности по сравнению с обычными ракетными двигателями. Вы можете посмотреть, как это горит, на видео ниже.

Испытание вращающегося детонационного ракетного двигателя в Центре космических полетов им. Маршалла

Источник: НАСА

Лоз Блейн

Лоз был одним из самых разносторонних авторов с 2007 года и с тех пор зарекомендовал себя как фотограф, видеооператор, ведущий, продюсер и инженер подкастов, а также старший автор статей.