Почему детонирует двигатель

 

 

Детонация двигателя - это нарушение плавного сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах силового агрегата, в результате чего сгорание становится взрывным. Другими словами, топливо взрывается в камере сгорания с силой, что приводит к мгновенному высвобождению энергии и ударной волне.

В нормальных условиях фронт пламени в цилиндре движется со средней скоростью около 30 метров в секунду. Во время детонации это расстояние увеличивается до 2000 метров. Воспламенение смеси обычно должно происходить, когда поршень находится почти в TDC. Что касается угла опережения (зажигания), то он часто составляет 2 или 3 градуса. Заряд топлива также сгорает, когда поршень проходит точку TDC и начинает рабочий ход.  

При детонации двигателя топливно-воздушная смесь воспламеняется, когда поршень еще находится в такте сжатия. Энергия сгорания заряда оказывает высокое давление на поднимающийся поршень, а не толкает его вниз. Результатом такого взрыва топливной смеси является значительное увеличение разрушающих ударных нагрузок на головку цилиндра и ребра, повышение температуры, снижение мощности двигателя и увеличение расхода топлива.

Основные причины детонации

 

 

 

 

Среди различных причин детонации эксперты считают неправильное опережение зажигания в бензиновых двигателях (угол опережения впрыска топлива в дизельных двигателях), ошибки в процессе образования смеси, снижение эффективности системы охлаждения, а также ряд других возможных причин.

Детонация двигателя условно подразделяется на приемлемую и критическую детонацию. Допустимую детонацию следует понимать как кратковременное явление (иногда едва заметное). Критическая детонация может возникать постоянно, только при увеличении нагрузки на двигатель, на холостом ходу, а также во время работы двигателя на различных режимах.

Основные причины детонации следующие

• нарушение условий эксплуатации двигателя;
• особенность конструкции силового агрегата;
• Использование бензина с октановым числом, отличным от рекомендуемого;

Эксплуатация двигателя

 

 

 

 

В полностью исправном двигателе детонацию можно услышать, когда двигатель работает под нагрузкой. Смесь в цилиндрах обычно взрывается на затяжном подъеме, при движении со скоростью, не соответствующей выбранной передаче.

Другими словами, детонация двигателя хорошо заметна, когда водитель пытается подняться на холм на низкой скорости без понижения передачи и нажимает на педаль газа. Обороты коленчатого вала в этот момент низкие, двигатель "не тянет", то есть не набирает мощность и не разгоняет автомобиль. В дополнение к общему звуку двигателя в этом случае присутствует металлический детонационный стук, похожий на стук поршневых пальцев. Этот звук является результатом удара взрывной волны о стенки камеры сгорания с высокой частотой.

Следует также отметить, что склонность к детонации топливно-воздушной смеси напрямую зависит от исправности системы зажигания и системы охлаждения. Смесь может детонировать в цилиндрах при возникновении следующих факторов:

• раннее зажигание;
• сильное закоксовывание двигателя, что приводит к увеличению степени сжатия;
• перегрев двигателя;
• чрезмерное накопление сажи в камере сгорания;

Зажигание часто устанавливается слишком рано, чтобы улучшить реакцию двигателя на нажатие педали акселератора, особенно на низких оборотах двигателя. Раннее зажигание заставляет смесь воспламеняться до того, как поршень достигнет точки TDC. Поскольку поршень все еще находится в верхней мертвой точке, раннее воспламенение смеси вызывает противодействие его движению. Дополнительным недостатком этого типа зажигания является перегрев.

Накопление сажи в камере сгорания уменьшает объем самой камеры сгорания и увеличивает степень сжатия. Вторым важнейшим фактором, влияющим на детонацию, является значительное повышение температуры в камере сгорания при наличии отложений. В некоторых случаях примеси могут буквально тлеть, вызывая неконтролируемое воспламенение смеси в цилиндрах. Оказывается, что детонация при определенных условиях провоцирует появление калильного зажигания, которое также является аномальным самопроизвольным воспламенением смеси.

 

 

Также рекомендуем прочитать статью о том, что такое калильное зажигание. В этой статье вы узнаете о причинах этой неисправности, а также о последствиях неисправной свечи накаливания для двигателя и его срока службы.

Кроме того, следует учитывать тот факт, что детонация двигателя может возникнуть в результате установки свечей зажигания с неподходящим для данного типа двигателя коэффициентом накаливания. Отдельно на детонацию могут влиять различные модификации топливной системы, а также "чиповка" ЭБУ и другие манипуляции, влияющие на формирование смеси с целью экономии топлива. Называемая тюнерами "экономичной прошивкой", она означает, что в блок управления двигателем вносится ряд изменений, влияющих на топливные карты. Это приводит к бедной смеси в различных режимах работы ДВС, снижая динамические характеристики автомобиля.

Когда ЭБУ двигателя работает с заводскими настройками, смесь рассчитана на "мягкое" зажигание, чтобы температура внутри камеры сгорания оставалась в заданных пределах. Когда двигатель сильно нагружен, после установки прошивки часто возникает детонация при слишком "бедной" смеси. Бедная смесь приводит к перегреву компонентов. Такой перегрев во время последующего впрыска может привести к самопроизвольному воспламенению топливного заряда.

Октановое число бензина

 

 

 

 

Одной из наиболее распространенных причин детонации двигателя является использование бензина с более низким октановым числом, который не рекомендуется для данного типа двигателя. Следует добавить, что для дизельного двигателя этот параметр не так важен, поскольку основной характеристикой дизеля является цетановое число.

Дело в том, что дизельное топливо по своей природе более устойчиво к детонации. В дизельном двигателе воспламенение происходит вследствие сжатия и теплового эффекта от этого сжатия топливной смеси. По этой причине дизельные двигатели проектируются с более высокой степенью сжатия.

Бензин явно менее устойчив к детонации, чем дизель. Октановое число - это характеристика, которая описывает устойчивость бензина к детонации. В бензиновом двигателе степень сжатия ниже, а топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры. Чем выше октановое число, тем большее сжатие смеси допускается без риска детонации.  

Оказывается, если заправлять автомобиль 92-м бензином, который имеет высокую степень сжатия, и допускать только топливо с октановым числом 95 или выше, то при работе двигателя под нагрузкой будет возникать детонация.

Следует отметить, что детонация может возникнуть даже при использовании топлива с требуемым октановым числом. В этом случае причиной может быть низкое качество топлива, так как на заправках часто используются различные методы искусственного повышения октанового числа. Один из них - добавление в бензин сжиженного нефтяного газа (пропан, метан). Эти газы летучи, то есть они испаряются через некоторое время. В результате топливный бак быстро заполняется бензином с низким октановым числом, хотя изначально топливо соответствовало рекомендованному для данного типа двигателя внутреннего сгорания.

Особенности конструкции ДВС

 

 

 

 

Детонация может возникнуть в двигателе из-за многих конструктивных особенностей силового агрегата. Список основных решений включает:

• степень сжатия данного двигателя внутреннего сгорания;
• турбонаддув;
• Форма самой камеры сгорания и головки поршня;
• конкретное расположение свечей зажигания;

Высокооборотные бензиновые двигатели имеют более высокую степень сжатия, чем их обычные атмосферные аналоги, что приводит к повышенной склонности к детонации. Такие двигатели можно заправлять только высокооктановым высококачественным бензином.

Конструктивные решения для предотвращения детонации

 

 

 

 

Для противодействия детонации инженеры в разное время использовали определенные конструктивные решения. Такие решения направлены на наиболее эффективное и быстрое сгорание топливной загрузки во фронте пламени, ее полное сгорание от искры и замедление окислительных процессов, приводящих к неконтролируемому горению.

Следует добавить, что обороты двигателя могут быть увеличены для противодействия детонации, что сокращает время реакции окисления и уменьшает вероятность самопроизвольного воспламенения топливно-воздушной смеси.

Турбулентность - еще одно инженерное решение. Поток смеси в камере сгорания получает специфическое вращение из-за конструктивных особенностей, фронт пламени распространяется быстрее из-за искры. Он также помогает противостоять детонации, уменьшая расстояние, проходимое фронтом пламени. Для сокращения расстояния можно изготовить цилиндр меньшего диаметра и установить дополнительную свечу зажигания.

Особого внимания заслуживает пламя зажигания перед камерой сгорания, которое когда-то должно было эффективно противодействовать детонации. Предкамерные двигатели конструктивно имеют две камеры - предкамеру и главную камеру. Основной принцип заключается в том, что меньшая камера содержит богатую смесь, а главная камера - бедную смесь. После воспламенения смеси в предварительной камере фронт пламени поджигает смесь в основной камере, исключая возможность детонации.

 

 

Также рекомендуем прочитать статью о том, что такое форкамерный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об устройстве и принципах работы форкамерных двигателей.

В современных двигателях детонация активно противодействуется электроникой. Появление микропроцессорных блоков управления двигателем (ECU) позволило автоматически изменять угол опережения зажигания (ATE) на основе показаний датчиков и динамически регулировать состав горючей смеси.

Детонация двигателя при выключении зажигания

 

 

 

 

Довольно распространенным явлением в работе бензиновых или дизельных двигателей является детонация двигателя при выключении зажигания. Затем двигатель дергается, потому что коленчатый вал еще успевает сделать несколько оборотов.

Детонация двигателя после выключения зажигания может быть вызвана двумя явлениями:

• Воспламенение дизельного топлива;
• Зажигание накаливания;

В первом случае, характерном для бензиновых агрегатов, происходит кратковременная или длительная работа двигателя из-за увеличения степени сжатия или использования топлива с недостаточной устойчивостью к детонации, что приводит к самовоспламенению топливовоздушной смеси. Во втором случае топливо в цилиндрах может самопроизвольно воспламениться после выключения зажигания из-за контакта с горячими поверхностями или раскаленным слоем сажи в камере сгорания.

Детонация двигателя и возможные последствия

 

 

 

 

Как упоминалось выше, кривошипно-шатунный механизм, головка блока цилиндров и другие основные или малонагруженные компоненты двигателя быстро разрушаются под действием разрушительных нагрузок, вызванных длительной детонацией. Ударная волна от взрыва детонирующего топливного заряда на высокой скорости ударяет в стенки цилиндра, разрушая защитный слой масла на парах трения.

Детонация также нарушает теплообмен от горячих газов, вызывая перегрев цилиндров. В результате локального или общего перегрева двигателя разрушается кромка поршня, которая просто разлетается или плавится под воздействием избыточного тепла. Повышение температуры пробивает прокладку головки блока цилиндров, разрушает стенки цилиндров, пробивает клапанный механизм, вызывает быстрый износ свечей зажигания и т.д. Логичным результатом является то, что ударные и тепловые нагрузки, возникающие в результате детонации, значительно увеличивают общий износ двигателя и сокращают срок его службы.