 |
| Детонация в двигателе |
Виды горения. Нормальное горение
Чем выше скорость горения, тем большую мощность будет развивать двигатель при одинаковом расходе горючего, так как рабочий цикл двигателя будет приближаться к теоретическому.
Нормальное горение – это горение, при котором распространение фронта пламени по объему камеры сгорания является следствием передачи тепла путем теплопроводности и лучеиспускания. При нормальном горении горючего в двигателе скорость распространения фронта пламени относительно не велика и не превышает 40-50 м/с.
Детонационное горение горючей смеси
При некоторых режимах работы двигателя, особенно связанных с большой нагрузкой или при использовании горючего, качество которого не полностью отвечает условиям, когда идет нормальное горение, может возникнуть так называемое детонационное горение горючей смеси, сопровождающееся характерным звонким металлическим стуком, появлением дымного выхлопа, падением мощности и повышением температуры двигателя. Когда происходит детонационное горение скорость распространения фронта пламени достигает 1500-2500 м/с.
Согласно современным представлениям детонационное горение можно представить следующим образом. В горючей смеси в тактах всасывания и сжатия развиваются предпламенные химические реакции окисления с образованием активных промежуточных продуктов. Глубина и скорость этих химических реакций возрастают с повышением температуры и давления, т.е. с повышением степени сжатия.
По мере горения горючей смеси температура и давление в камере сгорания быстро нарастают, что способствует дальнейшей интенсификации реакцией окисления в еще не сгоревшей части горючей смеси. На последние не сгоревшие части смеси высокие температура и давление действуют наиболее интенсивно. В них особенно быстро накапливаются активные промежуточные продукты окисления, которые приводят в дальнейшем к самовоспламенению и детонационному горению не сгоревших продуктов горючей смеси.
Из-за неизбежной неоднородности по составу и температуре самовоспламенение происходит в различных очагах не одновременно. В начале самовоспламенение и образование нового фронта пламени происходит в одном или нескольких местах не сгоревшей части горючей смеси. Одновременно с новым фронтом пламени возникает новая ударная волна. Распространяясь по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению, горючая смесь быстрее самовоспламеняется. При этом скорость распространения нового фронта пламени в оставшейся части смеси становится такой же, как и скорость распространения ударных волн, т.е. появляется детонационная волна горения, которая представляет собой распространение механической ударной волны и фронта пламени со скоростью 1500-2500 м/с.
Детонация в двигателе
Металлический стук в двигателе при работе с детонацией является результатом многократных периодических отражений ударных волн от стенок камеры сгорания. При этом на индикаторных диаграммах в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда затухающих пиков.
В результате большой скорости и взрывного характера детонационного горения часть горючего и промежуточных продуктов сгорания «разбрасывается» по объему камеры, перемешивается с конечными продуктами сгорания и не успевает полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла от сгоревших газов стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за более холодного газа с поверхности металла.
Все это приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения поверхности камеры сгорания и днища поршня. Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра, что приводит к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызывать повышенный износ шатунных подшипников. Поэтому при длительной работе двигателя , когда идет детонация, даже в тех случаях, когда не наблюдается аварийных разрушений, происходит уменьшение его ресурса работы в 1,5-3 раза.
