Детонация

Однако существует предел степени сжатия и степени повышения температуры, которые могут быть допущены в цилиндре двигателя и при которых возможно нормальное сгорание. Все виды топлива имеют критические пределы температуры и сжатия. За пределами этого предела они самовозгораются и горят со взрывной силой. Это мгновенное и взрывное сгорание топливно-воздушной смеси или, точнее, последней части заряда называется детонацией.

Детонация – это самовозгорание несгоревшего заряда перед фронтами пламени после воспламенения заряда. [Рисунок 2] При нормальном сгорании фронты пламени распространяются от точки воспламенения по всему цилиндру. Эти фронты пламени сжимают газы перед собой. В то же время газы сжимаются за счет движения поршня вверх. Если общее сжатие оставшихся несгоревших газов превышает критическую точку, происходит детонация.

Взрывное горение во время детонации приводит к чрезвычайно быстрому росту давления. Этот быстрый рост давления и высокая мгновенная температура в сочетании с высокой турбулентностью вызывают трение цилиндра и поршня. Это может полностью прожечь отверстие в поршне.

Критическая точка детонации зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси. Следовательно, детонационной характеристикой смеси можно управлять, изменяя соотношение топливо/воздух. При высокой выходной мощности давление и температура сгорания выше, чем при малой или средней мощности. Следовательно, при высокой мощности соотношение топливо/воздух делается богаче, чем это необходимо для хорошего сгорания при средней или малой выходной мощности. Это делается потому, что, как правило, богатая смесь не детонирует так легко, как обедненная.

Если взрыв не сильный, в кабине экипажа нет признаков его присутствия. Легкая и средняя детонация не вызывает заметной шероховатости, повышения температуры или потери мощности. В результате он может присутствовать во время взлета и набора высоты без ведома летного экипажа.

Фактически, последствия детонации часто не обнаруживаются до разборки двигателя. Однако при капитальном ремонте двигателя на наличие сильной детонации во время его работы указывают выпуклые головки поршней, разрушенные головки клапанов, сломанные посадочные места колец или эрозионные участки клапанов, поршней или головок цилиндров.

Основная защита от детонации предусмотрена в конструкции двигателя карбюраторной установки, которая автоматически подает богатые смеси, необходимые для подавления детонации на большой мощности; номинальные ограничения, в том числе максимальные рабочие температуры; и выбор правильного сорта топлива. Конструктивные факторы, охлаждение цилиндров, синхронизация магнето, распределение смеси, степень наддува и настройка карбюратора учитываются при проектировании и разработке двигателя и способа его установки на самолете.

Оставшаяся ответственность за предотвращение детонации полностью лежит на наземном и летном экипажах. Они отвечают за соблюдение предельных значений оборотов и давления в коллекторе. Надлежащее использование нагнетателя и топливной смеси, а также поддержание соответствующей температуры воздуха в головке блока цилиндров и карбюратора (CAT) должны соблюдаться.

Предварительное зажигание

Предварительное зажигание, как следует из названия, означает, что сгорание происходит в цилиндре до того, как синхронизированная искра проскочит через клеммы свечи зажигания. Это состояние часто может быть связано с избыточным содержанием углерода или других отложений, которые вызывают появление локальных горячих точек. Детонация часто приводит к преждевременному зажиганию. Тем не менее, преждевременное зажигание также может быть вызвано работой двигателя на высокой мощности на чрезмерно обедненных смесях. На преждевременное зажигание обычно указывают в кабине экипажа неровности двигателя, обратные вспышки и внезапное повышение температуры головки цилиндров.

Любая область внутри камеры сгорания, которая раскаляется, служит воспламенителем перед обычным зажиганием по времени и вызывает возгорание раньше, чем хотелось бы. Преждевременное зажигание может быть вызвано шероховатостью и нагревом участка в результате детонационной эрозии. Треснувший клапан или поршень, или сломанный изолятор свечи зажигания могут создать горячую точку, которая служит свечой накаливания.

Горячая точка может быть вызвана отложениями на поверхностях камеры в результате использования этилированного топлива. Обычные углеродистые отложения также могут вызывать преждевременное зажигание. В частности, преждевременное зажигание — это состояние, аналогичное раннему зажиганию искры. Заряд в цилиндре воспламеняется раньше, чем требуется время для нормального зажигания двигателя. Однако не путайте преждевременное зажигание с искрой, возникающей слишком рано в цикле. Преждевременное зажигание вызвано горячим пятном в камере сгорания, а не неправильным опережением зажигания. Горячая точка может быть вызвана либо перегревом цилиндра, либо дефектом внутри цилиндра.

Наиболее очевидный метод устранения преждевременного зажигания — снижение температуры цилиндра. Немедленный шаг — замедлить дроссельную заслонку. Это снижает количество заправляемого топлива и количество выделяемого тепла. Если используется нагнетатель, максимально уменьшите давление в коллекторе, чтобы снизить температуру наддува. После этого смесь следует по возможности обогатить для снижения температуры горения. Если двигатель работает на высокой мощности, когда происходит преждевременное зажигание, замедление дроссельной заслонки на несколько секунд может обеспечить достаточное охлаждение, чтобы отколоть часть свинца или других отложений в камере сгорания. Эти отколотые частицы выходят через выхлоп.

Обратный огонь

Когда топливно-воздушная смесь не содержит достаточного количества топлива для поглощения всего кислорода, такая смесь называется обедненной. И наоборот, заряд, который содержит больше топлива, чем требуется, называется богатой смесью. Чрезвычайно обедненная смесь либо вообще не сгорает, либо сгорает так медленно, что сгорание не завершается в конце такта выпуска. Пламя задерживается в цилиндре, а затем воспламеняет содержимое впускного коллектора или системы впуска при открытии впускного клапана. Это вызывает взрыв, известный как обратный удар, который может повредить карбюратор и другие части системы впуска.

Неправильный угол опережения зажигания или неисправные провода зажигания могут привести к срабатыванию цилиндра в неподходящее время, позволяя цилиндру срабатывать при открытом впускном клапане, что может привести к обратному воспламенению. Стоит подчеркнуть, что обратный выброс редко затрагивает весь двигатель. Поэтому карбюратор редко бывает виноват. Практически во всех случаях обратная вспышка ограничивается одним или двумя цилиндрами. Обычно это результат неправильной настройки зазоров клапанов, неисправных форсунок топливных форсунок или других условий, из-за которых эти цилиндры работают хуже, чем двигатель в целом. До тех пор, пока эти дефекты не будут обнаружены и исправлены, не может быть устойчивого лечения. Поскольку эти цилиндры обратного воспламенения срабатывают с перерывами и, следовательно, работают в холодном состоянии, их можно обнаружить при проверке холодного цилиндра.

В некоторых случаях двигатель дает обратный ход в диапазоне холостого хода, но работает удовлетворительно на средних и высоких настройках мощности. Наиболее вероятной причиной в данном случае является чрезмерно бедная смесь на холостом ходу. Правильная регулировка топливно-воздушной смеси на холостом ходу обычно решает эту проблему.

Дожигание

Дожигание, иногда называемое дожиганием, часто происходит, когда топливно-воздушная смесь слишком богата. Слишком богатые смеси также медленно горят, поэтому в выхлопных газах присутствуют заряды несгоревшего топлива. Воздух снаружи выхлопных труб смешивается с этим несгоревшим топливом, которое воспламеняется. Это приводит к взрыву в выхлопной системе. Дожигание, возможно, более распространено там, где в длинных выхлопных каналах сохраняется большее количество несгоревших зарядов. Как и в случае обратного воспламенения, поправка на дожигание заключается в правильной регулировке топливно-воздушной смеси.

Дожигание также может быть вызвано неработающими цилиндрами из-за неисправных свечей зажигания, неисправных форсунок. или неправильный зазор клапана. Несгоревшая смесь из этих мертвых цилиндров попадает в выхлопную систему, где воспламеняется и сгорает. К сожалению, возникающее в результате подгорание или дожигание можно легко принять за свидетельство богатого карбюратора. Цилиндры, которые работают с перерывами, могут вызвать аналогичный эффект. Опять же, неисправность можно устранить, только выяснив истинную причину и устранив неисправность.