Главная -> Словарь

Возникновение детонационного

Детонация возникает вследствие самовоспламенения части ТВС, до которой фронт пламени от свечи доходит в последнюю очередь. Внешне детонация проявляется в возникновении звонких металлических стуков при работе двигателя на больших нагрузках. При интенсивной детонации мощность двигателя падает и появляется черный дым в отработавших газах. Регулярное возникновение детонации может привести к разрушению и сплавлению головок поршней, к повреждению шатунных и коренных подшипников коленчатого вала. Детонационное сгорание сопровождается резким возрастанием амплитуды вибраций с частотой 5000—6000 Гц .

Высказывается также предположение, что возникновение детонации в двигателе с искровым зажиганием контролируется в основном скоростью предпламенных реакций окисления, предшествующих самовоспламенению .

Таким образом, все исследователи, трактуя несколько по-разному механизм детонации, сходятся в одном: возникновение детонации связано с процессами, предшествующими воспламенению последних порций ТВС. Следовательно, детонации могут препятствовать факторы, ускоряющие сгорание последней части ТВС во фронте пламени или затрудняющие возникновение в ней взрывного самовоспламенения. К таким факторам можно отнести: усиление турбулизации ТВС; уменьшение пути прохож--дения фронта пламени от свечи до наиболее удаленных точек камеры сгорания; наличие в последней части ТВС вытесните-

При увеличения числа оборотов коленчатого вала сокращается время пребывания топлива в камере до сгорания за счет повышения скорости распространения фронта пламени, что приводит к снижению конечных концентраций перекисных соединений и затрудняет возникновение детонации.

Представление о детонации как о взрывном распаде пероксидных соединений позволяет объяснить влияние многих конструктивных параметров двигателя на его требования к детонационной стойкости применяемых топлив./ Все факторы, способствующие повышению температуры в камере сгорания и увеличению времени пребывания последних порций топлива в камере сгорания, вызы-вгнот -накопление пероксидных соединений, облегчают возникновение детонации, т. е. требования двигателя к детонационной ётей-косхи^применяемого топлива ужесточаются.

Смесь бензина с воздухом полностью в камерах сгорания двигателя не сгорает. Некоторые продукты окислительных превращений углеводородов и неуглеводородных примесей способны отлагаться на стенках камер сгорания, где под действием высоких температур превращаются в твердые, трудно удаляемые отложения, называемые нагаром. Нагар имеет очень малую теплопроводность, близкую к теплопроводности асбеста, поэтому охлаждение камер сгорания ухудшается и создаются условия, облегчающие возникновение детонации.

Олесь бензина с воздухом полностью в камерах сгорания не сгорает. Некоторые продукты окислительных превращений углеводородов и неуглеводородных примесей способны отлагаться на стенках камер сгорания, где под действием высоких температур превращаются в твер-гдае, трудно удаляемые ..отложения, называемые нагаром. Нагар тлеет очень маленькую теплопроводность, поэтому охлаждение камер сгорания ухудшается и создаются условия, облегчающие возникновение детонации. Образование нагара снижает надёжность работы двигателя, сокращает срок его службы и экономичность, увеличивает эксплуатационные расходы.

Согласно теории окисления через перекиси скорость химических реакций процесса горения углеводородных смесей обусловливается интенсивностью возникновения активных перекисей, с одной стороны, и быстротой их исчезновения — с другой. В период индукции в горючем происходит первичное накопление перекисей. Увеличение количества молекул перекиси сопровождается повышением числа экзотермических реакций окисления, что вызывает возрастание температуры и, следовательно, большую интенсивность возникновения новых молекул перекиси. При достаточной концентрации активных перекисей скорость реакции окисления настолько возрастает, что появляется пламя. Между моментом достижения достаточной для воспламенения концентрации перекисей и самим воспламенением протекает некоторый интервал времени, в результате чего горючая смесь в момент появления пламени оказывается пересыщенной перекисями, почему реакция принимает чрезвычайно бурный характер, т. е. возникает детонация. Очевидно, что то горючее будет наиболее склонно к детонации, у которого возрастание скорости образования перекисей прл повышении температуры будет происходить наиболее интенсивно, так как в этом случае будет увеличиваться возможность пересыщения смеси перекисями в момент воспламенения. Влияние перекисей на возникновение детонации в двигателе было показано Каллендаром экспериментально. Он испытывал влияние на работу двигателя добавляемых к топливу стойких и нестойких перекисей и отметил различие в их влиянии.

Однако причины и условия возникновения стуков в двигателях с воспламенением от сжатия прямо противоположны тем, которые обусловливают возникновение детонации в двигателе с воспламенением от искры.

Так как возникновение детонации и поведение топлив связано с работой двигателя, то оценка их антидетонационных качеств может быть выражена посредством изменения какого-нибудь параметра двигателя, влияющего на возникновение детонации. С этой целью Рикардо ввел получившее широкое распространение понятие о наивысшей полезной степени сжатия , а затем о бензольном и толуольном эквивалентах, явившихся исходными при разработке современных методов оценки антидетонационных качеств топлив. Позднее в разных странах и лабораториях был предложен ряд других методов оценки.

При слишком высоких степенях сжатия горючей смеси, состоящей из воздуха и СНГ, возможно преждевременное воспламенение и, следовательно, возникновение детонации. Обычно степень сжатия в дизельных двигателях равна 12—20, т. е. находится вне пределов безопасных степеней сжатия горючих смесей воздуха с СНГ. По этой причине количество СНГ, добавляемого в сжимаемый воздух дизельного двигателя, должно ограничиваться уровнем, обеспечивающим устойчивую и ровную работу двигателя. На практике доля замещающих дизельное топливо СНГ обычно составляет 40 %. Доля СНГ, используемых для повышения мощности дизельного двигателя, не должна превышать 25 %. Если доля СНГ в топливной смеси превышает 25—40%, возникают детонация, неустойчивая работа и прочие явления, ухудшающие работу дизельных двигателей.

Возникновение детонационного сгорания связано с особенностями протекания предпламенных химических реакций в последней части заряда топливно-воздушной смеси и образования в этой части заряда высокой концентрации активных частиц, весьма склонных к взрывному сгоранию.

Основные положения перекисной теории детонации позволяют объяснить влияние различных факторов на возникновение детонационного сгорания в двигателе и помогают наметить пути борьбы с этим явлением.

Эти положения хорошо объясняют влияние на возникновение детонационного сгорания таких показателей, как степень сжатия двигателя, форма камеры сгорания, диаметр цилиндра, материал поршней и головки блока цилиндров, наличие отложений нагара, угол опережения зажигания, число оборотов коленчатого вала, температура и влажность окружающего воздуха, состав смеси, тем-пература охлаждающей жидкости и т. д. .

Основные положения перекисной теории детонации позволяют объяснить влияние различных факторов на возникновение детонационного сгорания в двигателе и помогают наметить пути борьбы с этим явлением.

Эти положения хорошо объясняют влияние на возникновение детонационного сгорания таких показателей, как степень сжатия двигателя, форма камеры сгорания, диаметр цилиндра, материал поршней и головки блока цилиндра, наличие отложений нагара, угол опережения зажигания, число оборотов коленчатого вала, температура и влажность окружающего воздуха, состав смеси, температура охлаждающей жидкости и т.д.

Процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием всегда сопровождается отложением нагара на головке поршня, стенках камеры сгорания, свечах зажигания и на клапанах. Отлагающийся нагар на 70-5-75% состоит из углерода при применении неэтилированных бензинов или содержит 6, возникновение детонационного сгорания, увеличение удельного расхода топлива, снижение мощности двигателя и его перегрев, необходимость частой смены или чистки свечей зажигания, быстрый выход двигателя из строя вследствие «прогара» выпускных клапанов. Обеспечение минимального нагароотложения в камере сгорания является необходимым условием длительного сохранения высоких мощностных и экономических характеристик двигателем.

ВОЛН ; скорость сгорания возрастает и составляет 1500—2500 м/сек. Тепловой режим двигателя нарушается, мощность его уменьшается. Возникновение детонационного сгорания во многом зависит от химического состава бензинов. Октановое число бензинов, характеризующее их антидетонационные свойства, должно быть оптимальным и не вызывать нарушения нормального сгорания на всех режимах работы двигателя.

Поскольку возникновение детонационного сгорания связано со скоростью развития предпламенных окислительных процессов в горючей смеси, то повышение устойчивости к окислению в таких условиях, т. е. улучшение антидетонационпых качеств тонлив, позволяет обеспечивать нормальное развитие процесса горения при оптимальных и достаточно высоких темпера-

Самовоспламенение топлива в дизеле отличается по своему характеру от самовоспламенения в двигателе с искровым зажиганием. При самовоспламенении топлива в двигателе с искровым зажиганием отмечаются появление волн сжатия и возникновение детонационного сгорания. В дизеле самовоспламенение топлива не носит детонационного характера. Стуки, возникающие в дизеле при высокой «жесткости» работы, внешне отличаются от детонации в двигателях с искровым зажиганием. При детонации наблюдаются падение мощности, дымный выхлоп, повышение удельного расхода топлива, перегрев отдельных точек камеры сгорания. Стуки в дизелях, наоборот, сопровождаются увеличением мощности и уменьшением удельного расхода топлива вследствие более высокой жесткости работы двигателя. При работе двигателя со стуками не наблюдается местного перегрева деталей.

Существуют два условия, при выполнении которых в двигателе с искровым зажиганием происходит возникновение детонационного сгорания. Первое — в топливно-воздушной смеси должны протекать предпламенные реакции, соответствующие реакциям переходной зоны самовоспламенения; второе — суммарная скорость

Причины возникновения вибрационного горения до сих пор изучены недостаточно. По своему характеру вибрационное горение сходно с преддетонационным в двигателе с искровым зажиганием. Это формальное сходство процессов, а также отмечавшееся влияние качества топлива на возникновение вибрационного горения дают возможность высказать предположение о сходстве причин, вызывающих возникновение детонационного горения в двигателе с искровым t зажиганием и вибрационного в ВРД.

Предпламенные реакции горения топлива в двигателе, как правило, сопровождаются образованием и накоплением в смеси А. и других соединений. Имеются предположения, что возникновение детонационного сгорания в двигателе в значительной мере связано с образованием и накоплением в смеси А., к-рые при окислении кислородом воздуха дают гидроперекиси — неустойчивые и часто взрывчатые соединения типа .