Детонация в двигателе

Детонация в двигателе: откуда она берется и чем грозит

На карбюраторных автомобилях детонация была нередкой гостьей. Более того, ее появление порой было даже желанно! Ниже расскажу, как ее использовали для достижения оптимальной регулировки двигателя.

Пальчики стучат?

Давайте определимся, что же такое детонация и что ее вызывает.

Почему моторы умирают раньше срока: страшные сказки

Все, кто хоть когда-то слышал о гражданской обороне и о защите от ядерного взрыва, помнят, что одно из воздействий такого взрыва — ударная волна. Кстати, с ударной волной мы сталкиваемся и при пролете сверхзвукового самолета. Короче, это волна, распространяющаяся в некой среде (в нашем случае — в воздухе) со скоростью звука. Встречаясь с любым препятствием — будь то стена или наши барабанные перепонки — она создает ощутимый удар. Напомним, что скорость звука в воздухе обычно принимается равной 330 м/с.

Теперь отправимся на экскурсию в цилиндр двигателя — в тот момент, когда происходит воспламенение рабочей смеси. Если сгорание идет обычным порядком, то скорость распространения фронта пламени и, соответственно, нарастания давления невелика (обычно до 50 м/с). Но бывает, что создаются условия для сгорания с более высокими скоростями. Нарастание давления происходит со скоростью звука в данной среде. А это уже значительно бóльшие величины, чем на открытом воздухе, потому что температура в цилиндре заметно выше. Не буду грузить формулами, но поверьте, что скорость звука растет пропорционально температуре.

Так вот, если фронт пламени распространяется со скоростью звука, то ударная волна, имеющая значительную энергию, как раз и заставляет детали двигателя издавать те звуки, которые мы называем детонационными стуками. Вообще, самое короткое и правильное определение детонации — это «сгорание во фронте ударной волны». Звук издают при этом, конечно, не поршневые пальцы. Для этого нужны настолько большие зазоры, что если бы они были, пальцы и на нормальных, рабочих режимах очень быстро разбило. Характерный звук издают стенки камеры сгорания, соприкасающиеся с резкой волной давления. Можно ли этого избежать? Можно.

Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать. Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать.

Опережаем зажигание

Как раньше регулировали угол опережения зажигания? Для этого изменяли начальный угол установки прерывателя — распределителя. Не вдаваясь в конструкцию этого довольно сложного и капризного узла с центробежным и вакуумным регулятором, заметим, что начальная его установка очень влияла на мощностные и экономические характеристики двигателя.

Так вот, следовало установить зажигание настолько ранним, насколько это возможно, но не доводя дело до сильной детонации. Поэтому и проверяли регулировку обычно на ходу: полностью прогретый двигатель, скорость 40 км/ч, четвертая передача, педаль газа в пол. При этом должно было раздаться всего несколько детонационных стуков, напоминавших звонкие удары гаечным ключом по верхней части двигателя. По мере разгона детонация должна была исчезнуть. Практически любой бензиновый двигатель «любит» ездить с возможно более ранним зажиганием, и только детонация, ездить с которой недопустимо, ограничивает его в этом.

На наступление режима детонационного сгорания влияло много факторов. Ускоряли его появление даже незначительный перегрев мотора, а также изменение температуры окружающего воздуха и, конечно, качество бензина. Ведь привычные нам термины — восьмидесятый, девяносто второй, девяносто пятый — это и есть октановые числа топлива! И детонационная стойкость девяносто пятого и девяносто восьмого бензинов выше, чем у устаревшего восьмидесятого.

В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива. В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива. Датчик детонации на двигателе Lada 4×4 Датчик детонации на двигателе Lada 4×4

Так шли дела до появления впрысковых двигателей с «умной» системой управления, имеющей несколько контуров обратной связи.

Распространенное заблуждение

В свое время, еще в девяностых годах прошлого века, я изучал все тонкости впрысковых моторов на примере французского двухлитрового двигателя F3R, устанавливаемого на автомобиль Святогор производства АЗЛК.

Датчик детонации на двигателе F3R Датчик детонации на двигателе F3RБензин для дедушкиной машины Двигатель был снабжен системой распределенного впрыска топлива с обратной связью по кислородному датчику (лямбда-зонду). Но это была не единственная обратная связь системы управления. Ведь там стоял датчик детонации, который, используя пьезоэффект, «чувствовал» колебания двигателя при детонации, заставляя «мозги» двигателя переходить на более поздние углы зажигания. Занимаясь исследованиями, я понимал, что отключив датчик детонации, мы заставим тем самым достаточно умную систему перейти на максимально поздние углы опережения зажигания. И детонации не дождешься даже на низкооктановом бензине. Так что, вопреки расхожему мнению, обрыв датчика детонации или его проводки не вызывает детонацию. В принципе, впрысковой двигатель детонировать не должен никогда.

Понимая все это, мы вывернули датчик из двигателя, но оставили подсоединенным к блоку управления. То есть система думала, что все исправно, но детонации не ощущала! И вот тут испытуемый зазвенел, как медный колокол.

Вред детонации

Взрывы, конечно, научились использовать в мирных целях, но в случае с детонацией этот фокус не проходит. Не приспособлен двигатель к взрывообразному горению — он любит относительно медленное и плавное протекание процесса. Детонация ускоряет износ деталей кривошипно-шатунного механизма (разбивает, в том числе, и те самые поршневые пальцы, откуда и пошла легенда о стуке пальцев.). Кроме того, повреждается поверхность поршня, причем эрозия идет не только из-за повышенной температуры — ударные волны буквально выкрашивают поверхность поршня и обрушивают перемычки между поршневыми кольцами.

Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время. Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время.Перегрев двигателя: причины и методы борьбы Это еще не всё. Детонация приводит к перегреву всего двигателя, что опять же повреждает рабочие поверхности цилиндров и поршней и может привести к прогару прокладки под головкой блока цилиндров.

Условия для детонации

Детонацию можно услышать обычно:

  • на сильно нагретом двигателе (на холодном моторе детонации не дождетесь);
  • на автомобиле, заправленном низкооктановым бензином;
  • на режимах большой нагрузки и очень низких оборотов.

Вероятность детонации выше у того двигателя, который длительное время эксплуатировался с минимальными нагрузками и потому страдал от интенсивного нагара в цилиндрах. Реально современные впрысковые двигатели, которые не подвергались тюнингу и имеют исправную систему управления, «отзваниваются» лишь на самых низких оборотах. При условии, что автомобиль оснащен ручной коробкой передач: автомат на такие режимы выйти не позволит.

Часто слышу, как при маневрировании во дворе Форд Фокус 2, работающий в такси (топливо сами понимаете какое), отзванивается в жару. А бывший у нас на испытаниях кроссовер Lada XRAY c двигателем 1.8 производства АВТОВАЗа при потеплении и заливке топлива на «левой» заправке начал сильно детонировать.

На двигателе Лады Иксрей сразу проявляется детонация, если залить бак не на брендовой АЗС. На двигателе Лады Иксрей сразу проявляется детонация, если залить бак не на брендовой АЗС.

Вот вроде бы и всё. Похоже, это явление почти отжило свой век. Найти сегодня откровенно плохой бензин все сложнее, да и машин с механикой с каждым годом продается все меньше, чем с автоматом. А приходилось ли вам сталкиваться с детонацией и с ее последствиями?

Фото: из архива автора и «За рулем.РФ»

Современные автомобили оснащаются четырехтактными бензиновыми и дизельными моторами, которые были разработаны еще в конце 19-го столетия, несмотря на значительный прогресс в автомобилестроении, они с того времени не претерпели принципиальных изменений. Основным недостатком силовых установок считается низкий коэффициент полезного действия, и, конечно же, немало неприятностей доставляет детонация двигателя. Детонационный процесс представляет собой самопроизвольное воспламенение воздушно-топливной смеси, напоминающее по своему характеру сильный взрыв, к тому же это явление происходит раньше момента, нужного при рабочем цикле. В результате протекания параллельных процессов повышается давление в цилиндре, внутри камеры сгорания происходит перегрев, появляется металлический стук.

Детонация двигателя причиняет силовому агрегату серьезный вред, из-за нее выходят из строя различные детали: происходит оплавление алюминия, появляются прогары, задиры на юбках поршней, разрушаются поршневые кольца, камеры сгорания. Отчего возникает детонация, как с ней бороться и предотвратить преждевременный выход из строя двигатели внутреннего сгорания – основная тема нашей статьи, и в ней мы постараемся ответить на эти вопросы.

Причины возникновения детонационного процесса

Детонация может возникать как на горячем, так и на холодном двигателе, проявляться на большой нагрузке, при резком ускорении, реже на холостых оборотах, но достаточно часто после выключения зажигания. Взрывное сгорание топлива в цилиндрах происходит по различным причинам, которые сразу все сложно и перечислить, но стоит рассмотреть основные из них, и это:

  • некачественное или несоответствующее октановому числу топливо, например, автомобиль заправлен девяносто вторым бензином вместо Аи-95;
  • образование нагара, за счет него уменьшается объем камер сгорания, увеличивается степень сжатия, в результате снижается теплопроводность, происходит перегрев;
  • неправильно подобранные по калильному числу свечи зажигания, также детонирование происходит, если свечи закоксованы, не дают нормальное искрообразование, в целом требуют замены;
  • слишком ранний угол зажигания, из-за чего повышается давление в цилиндрах, соответственно, и температура;
  • неправильно отрегулированные клапана (зажаты);
  • обедненная топливовоздушная смесь, процесс происходит по причине того, что бедный состав сгорает медленно, и догорание уже происходит не от свечи зажигания, а в хаотичном порядке;
  • перегрев мотора на холостом ходу;
  • некорректная перепрошивка блока управления ДВС.

Также детонировать мотор может в силу особенностей конструкции (характерные для конкретной модели ДВС неисправности), в результате неграмотно проведенного ремонта. Допустим, во время выполнения ремонтных работ мастер решил отфрезеровать поверхность головки блока, тем самым уменьшив камеры сгорания, в итоге октановое число бензина перестало соответствовать новой, уже увеличенной степени сжатия.

Значение датчика детонации в электронной системе двигателя

На карбюраторных ДВС практически не было никакой электроники, поэтому с детонационными процессами бороться было сложно, а корректировка угла зажигания производилась вручную. Датчики детонации стали применяться с появлением инжекторов, позднее ДД появились и на дизелях, оснащенных электронным управлением. Принцип работы этого устройства заключается в том, что оно, контролируя уровень взрывного воспламенения, передает соответствующий сигнал на электронный блок управления, и ЭБУ, согласно полученным данным, корректирует автоматически угол зажигания, делая его гораздо позднее.

Даже если происходит сильная детонация, гибкая корректировка позволяет максимально смягчить детонационный стук, свести его практически на «нет». Правда, при этом теряется и динамика, машина при разгоне начинает «тупить», но глобального разрушения поршневой группы, цилиндров и камер сгорания не происходит. ДД практически всегда размещается на блоке цилиндров ДВС, в точке самого высокого нагрева, представляет собой пьезоэлектрический элемент, улавливающий все шумы и стуки, преобразуя механическую энергию в электрический сигнал.

Детонирование при разгоне

Теперь нужно рассмотреть, как определить детонацию на двигателе, признаки ее проявления. При возникновении этого процесса происходит хаотичный звонкий металлический стук, отсюда и возникло распространенное среди автомобилистов выражение «стучат пальцы» (имеются в виду поршневые пальцы, другой устойчивый оборот – «звон клапанов»). При разгоне машины стук может быть отчетливо заметен при резком нажимании на педаль газа, и чем больше нагрузка, тем отчетливее прослушивается детонирование мотора. Причин, почему появляется цокот в движке при увеличении нагрузки, в целом на практике не так и много, и основные из них:

  • заправка автомобиля низкооктановым бензином или низкокачественным топливом;
  • отложение в камерах сгорания большого количества нагара (нередко в результате повышенного расхода масла на днищах поршней образуется кокс);
  • перегрев, здесь много разных факторов, влияющих на повышенную температуру ДВС;
  • некорректная система ЭБУ, в основном связанная со сбоями в программе, ошибками при перепрошивке.

Также звук детонации появляется, если выходит из строя ДД, в этом случае уже не происходит корректировка зажигания при резком ускорении. Настройка электронного блока может быть неверной, допустим, перепрошивка выполнялась в холодное время года без учета температурных перепадов погоды, поэтому в жару возможность появления детонации на прогретом двигателе вполне вероятна.

Детонация мотора при выключении

Часто водители и собственники машин путают появление детонации на холодном двигателе с вибрацией или неустойчивой работой ДВС, все-таки взрывное воспламенение топливовоздушной смеси в основном происходит из-за чрезмерного давления в цилиндрах при повышенной температуре, а с подтраиванием мотора это не всегда связано. Причиной неустойчивой работы движка, особенно на холостом ходу, может быть:

  • оборванные подушки двигателя или КПП;
  • неисправность датчиков расхода воздуха или регулятора холостого хода;
  • неотрегулированные (зажатые) клапана;
  • обедненная смесь;
  • пропуск искры на свечах зажигания;
  • пробивающие высоковольтные провода;
  • неисправный модуль зажигания.

Еще достаточно распространенное явление – детонирование мотора после выключения зажигания, проявляется это следующим образом:

  • воспламенения топлива искрой не происходит, но коленчатый вал продолжает вращаться рывками с разной частотой;
  • продолжительность такого цикла может быть от 2-3 до 20-30 секунд;
  • коленвал может почти совсем остановиться, но затем не исключено повторение хаотичного вращения.

Самодетонация происходит из-за очень сильного перегрева двигателя, она наиболее характерна для карбюраторных ДВС, еще подобное явление имеет название «дизелинг». На инжекторах процесс такого рода возникает значительно реже, преимущественно по причине отказа ДД, в жаркую погоду, при запуске двигателя на холодную детонация не проистекает, слишком мала температура внутри цилиндров. Еще причины дизелинга – повышенное нагарообразование в цилиндрах, установка свечей с низким калильным числом на высокофорсированный мотор. Поэтому для устранения такого дефекта в некоторых ситуациях достаточно просто поменять свечи, подборку деталей рекомендуется выполнять в соответствии с рекомендациями изготовителей, для этого разработаны специальные таблицы подбора.

Детонация газовых и дизельных двигателей

Есть убеждение, что процесса детонирования у моторов, работающих на пропан-бутане или метане, не бывает, но это совершенно ошибочное мнение. Достаточно часто на машинах, где используется в качестве топлива газ, возникает дизелинг, преимущественно явление происходит из-за следующих факторов:

  • не отрегулирован газовый редуктор (бедная смесь);
  • стоит позднее зажигание;
  • образовался кокс в камерах сгорания;
  • установлены свечи с низким калильным числом.

Чаще всего детонация здесь проявляется при глушении двигателя на газу, причем, на бензине нередко она вовсе отсутствует. Если на бензиновом топливе детонирования нет, а на газу есть, скорее всего, нужно разбираться с настройкой ГБО, также в значительной степени влияет на работу газового ДВС свечи, потому что для воспламенения газового топлива требуется более мощная искра.

Детонация дизельного двигателя в привычном понимании отсутствует: в дизелях топливовоздушная смесь не воспламеняется от искры, энергия преобразуется в движение, а не в тепло, значит, и температура внутри цилиндров меньше. Но дизельный ДВС может «жестко» работать из-за неверно выставленного угла впрыска топлива, плохого сгорания солярки, объединенной смеси, такая работа похожа на детонирование. На современных авто датчик детонации устанавливается на дизелях с электронным топливным насосом высокого давления, он корректирует угол впрыска, и при отказе ДД или обрыве в проводах мотор начинает работать со стуком, увеличиваются обороты.

Как устранить детонацию на бензиновом моторе

Чтобы не возникала детонация на бензиновом ДВС, следует придерживаться следующих правил:

  • заливать в топливный бак бензин, рекомендованный заводом изготовителем, заправляться на проверенных заправках;
  • не допускать перегрева двигателя, следить за температурой в охлаждающей системе по датчику на панели приборов;
  • при увеличенном расходе масла производить ремонт поршневой группы, если расход относительно небольшой, как вариант можно попробовать произвести раскоксовку двигателя;
  • устанавливать свечи с соответствующим калильным числом.

Если на приборном щитке загорается лампа диагностики Check Engine, и при этом движок детонирует, необходимо провести компьютерную диагностику. Наиболее частые ошибки, связанные с неисправностью ДД или его цепи:

  • Р0327 – слабый сигнал;
  • Р0328 – высокий уровень сигнала;
  • Р0325 и Р0326 – повреждение электроцепи ДД.

Как устранить «стук пальцев» в жаркую погоду, вопрос волнует многих водителей, особенно, если при обычной температуре окружающей среды детонирования не возникает. Пожалуй, самое разумное решение в этом случае – заправка автомобиля топливом с более высоким октановым числом, ведь если заливать в бак вместо Аи-92 бензин Аи-95, хуже от этого точно не будет, зато детонационные стуки пропадут. Многое зависит от качества топлива, поэтому лучше заправляться на АЗС с хорошей репутацией.

Способы проверки исправности датчика детонации

Диагностику датчика можно произвести различными способами, в том числе, не имея специального диагностического сканера, наиболее простой вариант – снять деталь с двигателя, выполнить ее визуальный осмотр. На ДД не должно быть видимых следов прогара, трещин, сколов, окислившихся контактов, также обрыва подходящих проводов. Достаточно часто здесь встречается плохое соединение в штекере, поэтому на это следует обратить больше внимания. Датчики детонации бывают нескольких видов, наиболее распространенный из них – широкополосный, это деталь в виде толстой шайбы с отводом под контакты, и такой же тип, но с проводами в изоляции, в некоторых случаях ДД можно проверить на месте, без снятия элемента с ДВС.

Первый вариант проверки датчика:

  • снимаем керамический элемент с движка;
  • к контактам 1 и 2 подсоединяем мультиметр, выставляем на приборе предел 200 мВ;
  • ударяем по датчику, или сдавливаем его, через 1-3 секунды мультиметр должен менять показания, если прибор не реагирует, проверяемая деталь, возможно, неисправна;

Однако у этого способа есть недостаток, так как не все датчики «прозваниваются» с помощью постукивания на вольтметре, в некоторых случаях (зависит от конкретной модели авто) уловить импульс можно только с помощью осциллографа. Еще минус – не до каждого элемента на машине легко добраться, чтобы произвести демонтаж детали, приходится много затрачивать времени, производить разборку.

Другой метод достаточно простой и эффективный, тем более что снимать ДД и замерять параметры не нужно:

  • запускаем мотор, выставляем дроссельной заслонкой 1500-2000 об/мин (можно это делать с помощником, другой вариант – проложить какой-либо предмет между дросселем и регулировочным винтом);
  • берем в руки гаечный ключ, во время работы ДВС стучим им по датчику детонации;
  • если ДД работает исправно, при постукивании будет происходить заметное снижение оборотов.

При установке датчика нужно хорошо очистить его металлическую плоскость, также поверхность блока цилиндров для обеспечения надежного контакта, крепить лучше не болтом, а сажать на шпильку. Не помешает все металлические части обработать WD-40 или другим подобным составом, усилие затяжки гайки – 15-20 Н·м, перетягивать нельзя, иначе не исключена возможность срыва резьбы.

Еще способы проверки ДД – замеры сопротивления или емкости на контактах, для иномарок нормальным сопротивлением считается 500-600 кОм, емкость должна находиться в пределах 800-1500 pF. Сопротивление так же, как и напряжение, меняется при постукивании, при исправном датчике оно увеличивается до 800-1300 кОм.

Отчего возникает детонация топлива в двигателе?

Явление детонации присуще, в своём большинстве, бензиновым двигателям, но не лишены этой беды и дизели. При работе поршневой группы степень сжатия воздуха в дизелях составляет от 14:1 до 25:1. В процессе сжатия воздух разогревается, и, когда происходит впрыск топлива, последнее воспламеняется.

Сгорая, оно увеличивает давление и температуру в камере. Но происходит всё это в объёме камеры сгорания неодинаково. Чтобы сгорание было равномерным, нужно чтобы воздух был одинаково перемешан с топливом во всех точках объёма, то есть смесь должна быть в виде мелкодисперсного тумана с равномерной концентрацией обоих компонентов.

Чтобы добиться этого, производители дизелей длительными экспериментами ищут оптимальное положение впрыскивающего инжектора, применяют индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания и другие устройства. Целью этих поисков является увеличение интенсивности завихрения смеси для улучшения поджига и качества сгорания.

При впрыске топлива в разогретый до температуры его воспламенения воздух горение начинается вблизи сопла инжектора. Сфера огня затем распространяется по объёму, сжимая и увеличивая температуру оставшейся смеси. В этот момент и возникает детонационное сгорание топлива в дальних углах камеры.

В них топливо не поджигается фронтом распространения огня, а детонирует — взрывается в один момент с резким увеличением давления и температуры. Возникает сильная ударная волна, которая бьет по поршню, стенкам цилиндра и клапанам.

Скорость нормального распространения пламени в камере сгорания составляет 20-40 м/сек. Скорость распространения огня при детонации топлива — в сто раз больше (2-4 км/сек).

В целом детонация представляет большую угрозу для двигателя. Взрывное сгорание топлива при длительном воздействии повреждает в той или иной степени и цилиндропоршневую группу, и кривошипно-шатунный механизм, и ведёт к неминуемому дорогостоящему ремонту.

Детонация дизельного топлива может быть двух видов:

  1. малозаметной или допустимой;
  2. критической, возникающей при высоких нагрузках или на холостом ходу.

Причинами детонации топлива у дизельных двигателей могут быть:

  • низкое качество топлива;
  • неправильная установка момента впрыска топлива;
  • подтекание форсунок;
  • неправильный выбор толщины прокладки под головку блока цилиндров;
  • конструктивные особенности.

Низкое качество топлива проявляется в процессе детонации в том, что скорость горения его ниже норматива. Поэтому дальние уголки камеры, пока до них не дошло пламя, перегреваются, что приводит к их взрывному воспламенению. Одним из способов борьбы с детонацией является введение в топливо присадок, увеличивающих скорость горения (которая всегда остаётся намного ниже детонационной скорости).

Способы предотвращения детонации

Громкий звук детонации в большинстве случаев можно услышать при работе холодного дизеля на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. В этом виновата большая задержка воспламенения, которая, как известно, уменьшается при увеличении давления и температуры. Детонация во время холостого хода не опасна для двигателя и исчезает при повышении нагрузки.

В двигателях с непосредственным впрыском дизельного топлива в воздух в камере сгорания детонацию можно устранить, уменьшив количество топлива, впрыскиваемого во время задержки воспламенения. Основное количество впрыскивается сразу после начала сгорания. Недостатком является невозможность полностью устранить выброс сажи, которая возникает, если у топлива перед воспламенением недостаточно времени для испарения и смешивания с воздухом. Когда температура и давление высоки и нет достаточного количества воздуха для сгорания, возникает реакция крекинга (расщепления молекул), которая приводит к образованию сажи. Сажа сгорает не полностью и попадает в отработавшие газы.

Детонационное сгорание топлива можно также устранить с помощью разделения камеры сгорания. Дизельное топливо впрыскивается в изолированную полость (предварительную камеру) в головке блока цилиндров.

Рис. Разделенная камера сгорания дизельного двигателя

Из-за недостатка воздуха там может гореть не всякое топливо. Вследствие предварительного сгорания в предварительной камере повышаются температура и давление. Топливо, которое не сгорело, через сужение попадает с большой скоростью в основную камеру сгорания, где и догорает до конца. Вследствие растяжения по времени процесса сгорания детонационный шум подавляется даже при использовании топлива с большой задержкой воспламенения. Правда, при этом наблюдается повышенный удельный расход топлива.

Наряду со способами смесеобразования, когда топливо впрыскивается в воздух, существует метод подачи топлива, разработанный в компании «MAN», при котором дизельное топливо впрыскивается так, что тонкой пленкой оседает на поверхности камеры сгорания. При использовании данного метода детонация не возникает, так как топливо сгорает в том объеме, в котором оно испаряется со стенки и смешивается с воздухом. Двигатели, работающие по данному принципу смесеобразования, называются многотопливными двигателями внутреннего сгорания, так в них можно использовать все виды топлива, от смазочного масла и дизельного топлива до бензина.

Производители горючего также прилагают старания, чтобы устранить детонацию. Дизельное топливо после нефтеперегонки имеет диапазон кипения 160-90 °С. Оно содержит много насыщенных углеводородов, которые легко воспламеняются. Плотность дизельного топлива составляет р — 0,83 г/ см3, а его удельная теплота сгорания Нu ~ 42000 кДж/кг. При добавлении присадок для ускорения сгорания воспламеняемость дизельного топлива еще больше увеличивается. Действие присадок заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно при попадании в горячий воздух, а при повышении температуры задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается. Для этого достаточно добавить в дизельное топливо присадки для ускорения воспламенения в количестве 0,1-1 объемного процента.

Определение воспламеняемости дизельного топлива

Воспламеняемость дизельного топлива выражается с помощью цетанового числа (CZ). Оно означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и определенная сравнительная смесь из цетана и a-метилнафталина. Легковоспламеняемым реагентом смеси является цетан. Он имеет цетановое число 100, в то время как л-метилнафталин — цетановое число 0. Таким образом, например, цетановое число CZ = 55 означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и сравнительная смесь из 55% (объемных долей) цетана и 45% (объемных долей) a-метилнафталина. Воспламеняемость повышается при росте цетанового числа.

Определение цетанового числа выполняется так же, как и определение октанового числа бензина с помощью эталонного двигателя, специально предназначенного для этих замеров. Используются двигатель для оценки детонационной стойкости бензинов по методу компании «BASF» и стандартный двигатель для оценки детонационной стойкости топливных материалов — одноцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели с устройством для регулирования конечного давления сжатия. В то время, как в двигателе компании «BASF» конечное давление сжатия регулируется с помощью ограничения впускаемого воздуха, в стандартном двигателе регулировка выполняется путем изменения степени сжатия.

Ниже измерение цетанового числа 1952/54 описывается на примере испытательного двигателя, разработанного компанией «BASF» — четырехтактного дизельного двигателя с вихревой камерой сгорания и системой испарительного охлаждения. Он работаете частотой вращения коленчатого вала приблизительно 1000 мин а тормозной генератор создает момент сопротивления. Сначала в двигатель подается исследуемое дизельное топливо. Впрыскиваемое количество должно быть отрегулировано согласно расходу 8 ± 0,3 см3/мин, а момент впрыскивания — на 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке. Во впускном коллекторе двигателя установлена дроссельная заслонка, а перед ней — измерительный диффузор. подключенный к вакуумметру. Дроссельная заслонка закрывается, уменьшая тем самым давление сжатия, пока задержка воспламенения дизельного топлива не будет равна 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке, а горение не начнется точно в верхней мертвой точке поршня. Величина разрежения отображается на дисплее вакуумметра. Воспламеняемость дизельного топлива высока, когда разрежение имеет низкое значение. Тогда через диффузор проходит лишь небольшое количество воздуха, и конечное давление сжатия — низкое.

По окончании измерения дизельного топлива впрыскиваются две сравнительные смеси при тех же условиях. Цетановое число сравнительных смесей должно различаться всего на четыре единицы. Кроме того, цетановое число дизельного топлива должно находиться в диапазоне между цетановыми числами двух сравнительных смесей. На основании зафиксированных показаний вакуумметра цетановое число дизельного топлива рассчитывается посредством линейной интерполяции и округляется до целого числа.

Цетановые числа современного дизельного топлива составляют 50-55 единиц.

Lapines ›
Blog ›
Причины детонации двигателя при выключении зажигания и запуске.(18+)

• Такое явление, как детонация двигателя, знакомо практически каждому автовладельцу. Чаще всего она возникает при движении в гору на высокой передаче с небольшой скоростью. К звуку работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) примешивается жесткий металлический стук, который многие принимают за стук поршневых пальцев.

— Что такое детонация?

• Детонация – это процесс взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В то время как нормальная скорость распространения фронта пламени составляет около 30 м/с, при детонации огонь распространяется в десятки раз быстрее – до 2000 м/с.

• В нормальных условиях смесь начинает воспламеняться, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки, угол опережения зажигания составляет обычно 2-3 градуса. Завершается вспышка после того, как поршень минует ВМТ. В случае детонации смесь воспламеняется еще в середине такта сжатия. Поршень испытывает сильное противодействие, в итоге пропадает мощность двигателя и значительно повышается расход топлива.

• Данное явление никогда не идет на пользу мотору, однако детонацию можно разделить на допустимую и недопустимую. В первом случае ее даже не всегда удается заметить. Обычно она возникает на низких оборотах и продолжается недолго. Чаще всего подобное происходит в двигателях небольшого объема с относительно большой мощностью и крутящим моментом (например, 107 л.с. и 135 Нм при объеме 1,4 л). Недопустимая детонация, как правило, возникает в форсированных ДВС при повышенных нагрузках на высоких оборотах. Всего после нескольких секунд работы в таких условиях, мотор может получить критические повреждения.

• Существует еще одно явление, которое автовладельцы нередко путают с детонацией – дизелинг. Мотор после выключения зажигания продолжает работать рывками, то с повышением, то с понижением оборотов, звук работы двигателя при этом металлический, схожий со звуком детонации. Это явление иного рода и причины его появления иные: при глушении мотора, бензин в цилиндрах самовоспламеняется из-за высокой степени сжатия, как в дизельном ДВС, отсюда и название. Не следует путать дизелинг с калильным зажиганием – там при глушении рабочая смесь воспламеняется от нагретых электродов свечей и нагара.

— Чем опасна детонация?

• Весь кривошипно-шатунный механизм и головка блока цилиндров испытывают разрушающие нагрузки, способные при длительном воздействии привести к поломке ДВС. Кроме того, температура в цилиндрах также поднимается до недопустимых значений (до +3700 градусов), что грозит прогаром прокладки ГБЦ, а также коррозией днища поршня и зеркала цилиндров.

• рокладка головки блока – это первая деталь, которая придет в негодность из-за детонации. Она способна перенести лишь кратковременную работу в режиме запредельных термических и механических нагрузок. Худшее, чем грозит детонация – замена блока цилиндров, коленчатого вала, поршневой группы и головки блока.

— Причины возникновения детонации:

• Причины, в силу которых возникает данное явление, можно разделить на три группы:

• октановое число бензина;
• конструктивные особенности ДВС;
• условия эксплуатации автомобиля.

— Влияние октанового числа:

• В отличие от дизельного двигателя, в котором воспламенение рабочей смеси происходит благодаря высокой степени сжатия, в бензиновом для этой цели применяется система зажигания. Смесь бензина и воздуха поджигается искрой, возникающей между электродами свечей.

• Степень сжатия у бензиновых моторов намного меньше, это связано с тем, что бензин не столь устойчив к детонации, как дизельное топливо. Основной характеристикой бензина является октановое число, отражающее его детонационную стойкость. Чем оно выше, тем сильнее можно сжать топливно-воздушную смесь.

• Если автомобиль, силовой агрегат которого рассчитан на применение топлива с октановым числом не ниже 95, заправить бензином марки АИ-92, то с высокой долей вероятности можно утверждать, что при высоких нагрузках рабочая смесь в цилиндрах будет детонировать.

• Однако проблема может появиться и в случае, если марка топлива соответствует рекомендациям производителя. Все дело в качестве бензина. Недобросовестные продавцы нередко самостоятельно повышают октановое число, путем добавления в горючее сжиженного пропана или метана. Эти газы очень быстро испаряются, после чего в баке остается низкооктановый бензин.

• Вследствие детонации низкооктанового топлива, в камере сгорания усиленно образуется нагар, который, в свою очередь, может вызвать такое явление, как калильное зажигание. В этом случае двигатель продолжает работать даже после выключения зажигания. Причины его возникновения в том, что воспламеняется топливно-воздушная смесь не от искры, а от раскаленных электродов свечи или нагара.

— Влияние конструктивных особенностей:

• Причины возникновения детонации могут крыться в конструктивных особенностях двигателя.
К их числу можно отнести:

• степень сжатия;
• форму камеры сгорания;
• форму днища поршня;
• наличие наддува;
• расположение свечей зажигания.

• Так, чем выше степень сжатия, тем ДВС более склонен к детонации. То же можно сказать и о системах наддува («надутым» моторам требуется высокооктановый бензин).

— Влияние условий эксплуатации:

• Не последнюю роль играют и условия, в которых эксплуатируется машина. Детонация может возникать при движении на повышенной передаче с низкой скоростью. Так, если попытаться въехать в гору на четвертой передаче со скоростью 30 км/ч, из-под капота незамедлительно раздастся характерный металлический стук.

• Свое влияние оказывает правильность работы системы зажигания (рабочая смесь в цилиндрах детонирует при раннем зажигании), исправность системы охлаждения двигателя, наличие нагара на поршнях и в камерах сгорания. Подвергают себя опасности автовладельцы, стремящиеся любыми способами уменьшить аппетит машины. С этой целью электронный блок управления «перепрошивается» для приготовления более бедной смеси, чем нужно. В результате ухудшается динамика авто, а при повышенных нагрузках возникает детонация.