Что такое детонация двигателя

В обычных условиях сгорание топливно-воздушной смеси происходит в двигателе в спокойном режиме – пламя распространяется со скоростью около 20-50 м/с, давление в цилиндре нарастает равномерно, без выраженных скачков. Однако, когда автомобиль работает в условиях повышенной нагрузки, например, при подъеме в гору, при резком нажатии на педаль акселератора, горение в цилиндрах может приобретать совершенно другой характер. В двигатель подается большее количество горючей смеси, давление многократно возрастает, и топливо, смешанное с воздухом, воспламеняется самопроизвольно. Такой процесс похож своими физическими характеристиками на миниатюрный взрыв и называется детонацией.

Что такое детонация

нормальное сгорание топливо-воздушной смеси

Нормальное сгорание топливо-воздушной смеси.

Под воздействием критически высокого давления и экстремальных температур, которые возникают при увеличении объема попадающей в цилиндры топливно-воздушной смеси, из несгоревших ее остатков образуются такие вещества, как спирты, альдегиды и т.д. При продолжающемся давлении такие соединения достигают своих критических состояний и вступают в окислительные реакции, приводящие к самовозгоранию смеси, сопровождающемуся подобием взрыва и высвобождением большого объема энергии. В зоне образования такого взрыва температура достигает предельных значений, а образующаяся взрывная волна распространяется со скоростью достигающей 2300 м/с. Этот разрушительный процесс и называют детонацией.

Ударяясь о стенки цилиндров, волна вызывает характерные металлические звуки  — детонационные стуки которые бывалые автомобилисты определяют как «звенящие пальцы». Однако это определение неправильное – стучат не поршневые пальцы, а именно внутренние поверхности цилиндров.

В нормальных условиях воспламенение рабочей смеси происходит, когда поршень находится в в своей верхней точке – то есть когда давление в цилиндре максимально. Детонация же возникает тогда, когда поршень еще проходит такт сжатия. В результате давление резко повышается и давит на поверхность поршня, оказывая тем самым противодействие его движению вверх. Это приводит к повышенным нагрузкам на всю поршневую группу и, как следствие, ее преждевременному выходу из строя.

Причины возникновения детонации в двигателе

сгорание топливо-воздушной смеси с детонацией

Сгорание топливо-воздушной смеси с детонацией.

Детонация двигателя может появляться вследствие действия различных факторов, которые объединяет общий признак – стремительное окисление и сокращение времени задержки самовозгорания той части ТВС, которая не сгорела в нормальных условиях. К основным факторам возникновения детонации в цилиндрах относятся следующие:

  • Соотношение бензина и воздуха в горючей смеси. При работе на смеси с недостатком бензина или избытком воздуха в цилиндрах под воздействием температуры и давления образуются очаги интенсивного окисления, которые и приводят к самовоспламенению топлива.
  • Большая величина угла опережения зажигания. Данная характеристика показывает, в какой момент сжатия ТВС подается искра, и чем позже это происходит, тем более высокое давление успевает создаться в цилиндрах. А именно это и приводит к детонации.
  • Неправильный выбор свечей. Каждый тип свечей зажигания обладает индивидуальными тепловыми характеристиками, которые должны соответствовать модели двигателя, установленного на автомобиль.
  • Октановое число используемого цилиндра. Чем меньше октановое число, тем выше вероятность взрывного самовоспламенения топливно-воздушной смеси. Это обусловлено тем, что при снижении данной характеристики возрастает химическая, прежде всего окислительная, активность топлива. Поэтому очень важно соблюдать рекомендации автопроизводителя и выбирать рекомендованную им марку бензина.
  • Степень сжатия. Данная характеристика понимается как отношение объема камеры сгорания к общему объему цилиндра. Чем выше степень сжатия, тем выше значения образуемого давления и температуры. А эти условия, как уже отмечено выше, являются основными провокаторами детонации. Чтобы нивелировать высокую степень сжатия, следует использовать высокооктановое топливо.
  • Особенности и дефекты двигателя. Детонацию могут провоцировать:
    • недостаточное охлаждение несгоревшей часто горючей смеси, остающейся в цилиндрах;
    • неэффективная конструкция камеры сгорания, приводящая к задержкам догорания топлива;
    • проблематичное отведение тепла от головки поршня к телу цилиндра, вызванное неправильной формой поверхности поршня;
    • цилиндры чрезмерно большого диаметра – это приводит к ухудшению отвода тепла, увеличению числа участков, удаленных от свечи, где и формируются детонационные очаги.

Зачем нужен датчик детонации

как выглядит датчик детонации

Как выглядит датчик детонации.

В конструкции многих двигателей на блоке цилиндров имеется такой модуль, как датчик детонации. Его основная задача заключается в отслеживании процесса сгорания ТВС в цилиндре и автоматическом изменении параметров зажигания и качества горючей смеси. Принцип действия датчика основан на акселерометрии – он трансформирует энергию колебаний блока цилиндров в электрические импульсы, которые в виде сигналов посылаются в блок управления мотором. Здесь сигналы расшифровываются, и электроника вносит коррективы в величину угла опережения зажигания и соотношение бензина и воздуха в рабочей смеси.

Конструкционно датчик детонации представляет собой пьезоэлектрический элемент, размещенный в защитном корпусе. При возникновении детонации на краях данного элемента образуется напряжение. И чем выше амплитуда и частота механических колебаний блока цилиндров, тем больше становится величина данного напряжения.

Однако возможности роста напряжения принудительно ограничены на уровне определенного критического значения. При его превышении в блок управления двигателем отправляется соответствующая команда, которая уменьшает угол опережения зажигания и/или изменяет соотношение бензина и воздуха в ТВС. При отключении датчика от двигателя, но сохранении связи с блоком управления, электронная система начинает работать в режиме «все в порядке», не реагируя на возникающую детонацию. Поэтому исправность указанного датчика имеет большое значение для сохранения работоспособности двигателя и предотвращения его преждевременного износа.

Последствия детонации

Происходящая в цилиндрах детонация оказывает на механическую начинку автомобиля широкий спектр негативных воздействий. Наиболее существенными из них являются следующие:

  • Повышенные нагрузки на весь кривошипно-шатунный механизм приводят к его скорому выходу из строя. Здесь страдают и коленвал, и шатунные и коренные вкладыши. Также повреждения получает и поверхность поршней. Воздействие может быть настолько сильным, что поршни покрываются множеством выщерблин и сколов, их кромки скругляются, а перемычки между маслосъемными кольцами разрушаются.
  • Температура двигателя существенно повышается, нарушается процесс его охлаждения, что приводит к деформации цилиндров и поршней, а в отдельных случаях даже к прогоранию ГБЦ.
  • Масляная пленка на стенках цилиндров при контакте с взрывной волной разрушается, что дополнительно ускоряет износ элементов двигателя.
  • Также детонация в двигателе приводит к уменьшению его мощности и возрастанию расхода топлива.

Для того, чтобы защитить свой двигатель от таких последствий, следует внимательно относиться к его состоянию. Самая простая и важная мера – использование качественного топлива с оптимальным октановым числом. Кроме того, нужно следить за состоянием свечей – при покрытии электрода нагаром, уменьшении зазора зажигание становится менее эффективным, что приводит к детонациям. Важным нюансом также является исправность охлаждающей системы – в ней должно быть достаточно антифриза, в радиаторе не должно быть течей, а вентилятор должен эффективно отводить горячий воздух. 

Читайте также: Что такое степень сжатия двигателя и какой она должна быть.

Видео на тему

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.