Детонация

Преждевременная вспышка смеси

Преждевременная вспышка происходит вследствие самопроизвольного, слишком раннего воспламенения смеси от какого-либо постороннего источника, например, накаленных выхлопных клапанов, электродов свечи и т. п., а не от электрической искры. При этом процесс сгорания протекает с нормальной скоростью, но смещается по времени и происходит при иных положениях поршня, чем при нормальном процессе. Преждевременные вспышки возникают чаще всего при ненормальном температурном режиме двигателя, например перегреве головок цилиндров вследствие недостаточного охлаждения и т. д.

По своему характеру преждевременная вспышка имеет сходство со слишком ранним опережением зажигания. При преждевременной вспышке (то же самое и при чрезмерном опережении зажигания) смесь воспламеняется в точке и сгорает до прихода поршня в ВМТ, при этом происходит значительное повышение давления, что обусловливает увеличение работы, затрачиваемой на сжатие, и весьма «жесткую» работу двигателя (со стуками). Работа же расширения при этом уменьшается в результате больших потерь тепла в стенки, происходящих из-за продолжительного пребывания в цилиндре газов, имеющих большую температуру.

Детонацией называется такое сгорание смеси, которое происходит с очень большой скоростью, достигающей 1500—2000 м/сек, что соответствует скорости сгорания взрывчатых веществ. Детонация происходит вследствие того, что при высоких температурах и давлениях в камере сгорания в несгоревшей части ТВС температура смеси повышается до температуры самовоспламенения (tс/в) и условия для горения возникают, практически, во всем объеме ТВС одновременно. Детонации способствует образование в ТВС нестойких химические соединения углеводородов топлива с кислородом воздуха, так называемых перекисей, которые повышают химическую активность ТВС. Образование перекисей начинается еще во время такта сжатая, но особенно быстрое накопление их в смеси происходит после воспламенения, когда сгоревшая часть смеси, расширяясь, сжимает несгоревшую часть и повышает ее температуру (рис. 1-14). В этом случае в несгоревшей части смеси содержание перекисей может достигнуть высокой концентрации, при которой произойдет ее самовоспламенение, при этом пламя от места воспламенения будет распространяться со скоростью 1500÷2000 м/сек, т. е. начнется детонационное сгорание. При незначительной концентрации перекисей детонация не наблюдается.

Наибольшее влияние на возникновение детонации оказывают следующие факторы:

— повышение давления и температуры ТВС в конце такта сжатия;

— величина коэффициента избытка воздуха смеси;

— сорт применяемого бензина.

Рис. 1-14. Сгорание топливовоздушной смеси

Давление и температура смеси в конце процесса сжатия зависят от давления и температуры всасываемого воздуха и степени сжатия. Поэтому повышение давления и температуры всасываемого воздуха, а также повышение степени сжатия увеличивают склонность смеси к детонации. При большом давлении на впуске и малых числах оборотов двигателя возможность возникновения детонации возрастает. Способствует детонации и применение нагнетателей, т.к. последние значительно повышают давление и температуру смеси на впуске.

Состав смеси, на котором работает двигатель, сильно влияет на ее склонность к детонации. Обычно богатые смеси (α = 0,6 ÷ 0,7) значительно менее склонны к детонации, чем более бедные смеси (α = 0,85÷ 0,95).

Авиационные бензины различных марок в зависимости от способа их получения и сорта нефти, из которой они получены, обладают различной стойкостью по отношению к детонации.

Детонационная стойкость топлива оценивается его октановым числом, которое определяют испытанием топлива на специальном двигателе: чем больше октановое число топлива, тем выше его детонационная стойкость. В современных авиационных (двигателях с нагнетателями должны применяться топлива с октановым числом не ниже 93÷95).

Основные признаки детонации следующие:

1. Из выхлопных патрубков двигателя периодически выбрасываются хлопки черного дыма. Чем сильнее детонация, тем чаще хлопки.

2. В цилиндрах двигателя слышен нерегулярный металлический стук (звон), получающийся в результате вибрации стенок цилиндра, вызываемой ударными волнами.

3. Нарушается устойчивая работа двигателя, появляется тряска.

4. Двигатель перегревается, что можно установить по повышению температуры масла, охлаждающей жидкости или головок цилиндров.

Для борьбы с детонацией применяются как профилактические меры, т. е. предотвращающие ее появление, так и меры, направленные на устранение уже возникшей детонации.

Профилактические меры заключаются в следующем:

1. Не допускать перегрева двигателя при работе.

2. Правильно (по продолжительности) использовать режимы максимальной мощности.

3. Не допускать работы двигателя с большим давлением на запуске при малых оборотах.

4. Применять только рекомендованное для данного двигателя топливо.

5. Исключить работу двигателя с недопустимо большими углами опережения зажигания.

В случае возникновения детонации в полете для ее прекращения необходимо принять следующие меры:

1. Облегчить режим работы двигателя, снизив подачу топлива.

2. Понизить температуру двигателя путем более интенсивного охлаждения.

3. Обогатить состав смеси (если есть ручной корректор).