Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое детонация двигателя и как ее определить

Стук в двигателе

Сту́к в дви́гателе (англ. engine knock ) возникает при быстром (взрывном) сгорании топливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. На слух он воспринимается как металлический «звон» или стук. Это нежелательный режим работы двигателя, так как в цилиндре возникает повышенное давление и перегрев, и элементы конструкции цилиндра испытывают повышенные нагрузки, на которые они не рассчитаны, мощность двигателя снижается, а выбросы вредных веществ возрастают. При интенсивном воздействии эти нагрузки быстро приводят к повреждению цилиндра и неисправности двигателя.

Стук в двигателе иногда называют детонацией или детонационным сгоранием смеси, однако это название не отражает физику явления. Сгорание смеси в цилиндре двигателя, как при поджигании искрой, так и при преждевременном самовоспламенении смеси в горячих очагах, как правило, не сопровождается образованием детонационных волн. В соответствии с амплитудой волн давления, возникающих в цилиндре при быстром сгорании смеси, различают нормальный режим горения (без стука) и режим, в котором возникает стук. Последний режим, в свою очередь, подразделяется на обычный стук (англ. conventional knock) различной интенсивности и детонационный стук (англ. super-knock или deto-knock) согласно пиковым значениям давления [1] . Детонационный стук является особенно нежелательным, так как давление, возникающее в волне детонационного сгорания, может сразу разрушить цилиндр.

Возникновение стука связывается с эффектами аномального горения смеси в цилиндре: самовоспламенением смеси до её зажигания искрой или пристеночным воспламенением горячими элементами конструкции или посторонними частицами в цилиндре [2] . Вероятность возникновения стука повышается с увеличением степени сжатия и нагрузки на двигатель, а также с уменьшением октанового числа топлива. Для предотвращения стука применяются электронные системы управления зажиганием, а в топливо добавляют антидетонационные присадки, такие как ММА (монометиланилин) или МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир).

Содержание

  • 1 Причины
  • 2 Датчики стука
  • 3 Детонация и иные явления
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
    • 6.1 Обзоры

Причины [ править | править код ]

При сжатии поршнем топливовоздушная смесь значительно нагревается (адиабатическое сжатие), что и обеспечивает лёгкость её воспламенения электрическим разрядом на свече зажигания. При нормальном характере горения в цилиндре фронт воспламенения распространяется в заряде топливовоздушной смеси за счёт тепловой конвекции: свежие слои топливовоздушной смеси воспламеняются за счёт нагрева фронтом реакции, кроме того процесс горения инициируется свободными радикалами — продуктами реакции во фронте воспламенения. Это относительно медленный процесс, поэтому фронт спокойного горения стационарной смеси распространяется не быстрее 0,2—0,3 м/сек, то есть, с дозвуковой скоростью.

В работающем двигателе смесь не является стационарной, она очень быстро и турбулентно перемещается со скоростями, имеющими тот же порядок величины, что и скорости движения сопряжённых деталей (поршней, или их аналогов). Поэтому фронт горения фактически распространяется от свечи к периферии со скоростью порядка единиц-десятков метров в секунду (дозвуковая скорость). При этом, естественно, повышается температура и давление в камере сгорания, но повышаются равномерно по всему объёму.

При детонации начало распространения фронта горения также повышает температуру и давление в камере сгорания, но этот скачок вызывает воспламенение топливовоздушной смеси уже не теплопроводностью от фронта пламени, а от самого скачка температуры и давления (ударной волны), которая двигается со сверхзвуковой скоростью (относительно скорости звука в воздухе, в цилиндре воспламенение происходит со скоростью звука в сжатом и нагретом газе камеры сгорания), поэтому повышение давления не успевает равномерно распространиться по всему объёму, а концентрируется в зоне фронта ударной волны, где достигает очень больших величин, поддерживающих эту волну далее. Скорость фронта ударной волны составляет порядка сотен и тысяч метров в секунду. Явление сходно со взрывом, близким к бризантному. Эта ударная волна, натолкнувшись на стенки, создаёт очень большие локальные нагрузки в металле, характерный металлический звук, и при длительном действии может вызвать тяжелые повреждения в двигателе.

Детонационное сгорание возникает, если в силу каких-то причин чрезмерно повышается скорость движения фронта горения, который начинает самоускоряться, быстро доходя до сверхзвуковых скоростей. Такими причинами могут быть чрезмерный нагрев топливовоздушной смеси (в силу различных причин), а также свойства топлива (как изначальные, так и формируемые в ходе рабочего цикла), понижающие его температуру воспламенения (например, из-за накопления органических пероксидов в ещё несгоревшей части топливной смеси). Детонационное сгорание возникает, когда для воспламенения достаточно только фронта сжатия, идущего от воспламенённого участка (можно называть скачком давления, распространяющегося от точки инициации смеси).
Практически, факторами, приводящими к детонации, являются: слишком ранний момент зажигания (давление и температура избыточны); перегрев двигателя, недостаточная детонационная стойкость моторного топлива; снижение детонационной стойкости топливовоздушной смеси при значительном попадании моторного масла в камеру сгорания; избыточные отложения нагара, который может увеличить степень сжатия.
Стойкость топлив к детонации повышают антидетонаторы (например, метил-трет-бутиловый эфир — который разрешён к применению, или тетраэтилсвинец, который запрещён для автомобилей, и другие добавки).

Датчики стука [ править | править код ]

Для обнаружения стука в двигателе внутреннего сгорания, на блоке цилиндров размещаются специальные датчики детонации [en] * (англ. knock sensor ). Часто роль датчика детонации исполняет пьезоэлемент, который, фактически, представляет собой акустический микрофон. Сильные колебания, возникающие при детонации, передаются через стенку блока цилиндров на датчик, и, чем сильнее вибрация, тем больше амплитуда генерируемого электрического сигнала. Сигнал с датчика обрабатывается электронным блоком управления двигателя [en] (ЭБУ) на двигателях с инжекторной системой подачи топлива. В случае обнаружения детонации, ЭБУ уменьшает угол опережения зажигания (УОЗ) до более безопасного значения.

Читать еще:  Все о дизельных двигателях и какой производитель лучше

Электронный блок управления выбирает оптимальный УОЗ исходя из октанового числа топлива, нагрузки на двигатель и наблюдаемых условий возникновения детонации, что позволяет добиться наиболее полного сжигания топливо-воздушной смеси в цилиндрах и увеличения мощности.

Детонация и иные явления [ править | править код ]

Детонацию не следует путать с другим отчасти похожим процессом, который носит название калильного зажигания. В отличие от детонации, возникающей на переходных режимах работы двигателя при разгоне, калильное зажигание возникает при постоянной работе двигателя в режиме, близком к полной мощности. Симптомы его отчасти схожи — стуки в двигателе, внезапные провалы тяги под нагрузкой. Однако природа его иная и состоит в спонтанном самовоспламенении топлива без участия искры при контакте с раскалёнными до температуры в 850…900° С тепловым конусом изолятора свечи зажигания, другими её частями, тарелкой выпускного клапана, локальным дефектом обработки или скоплением нагара на стенке камеры сгорания. Детонационного сгорания при этом не происходит, а происходит лишь смещение момента воспламенения рабочей смеси, примерно как при неправильно выставленном опережении зажигания, а также нарушение предусмотренного конструкторами характера распространения фронта пламени в камере сгорания (из-за того, что её поджиг производится в другой точке). В пределе это может привести к повреждению двигателя — оплавлению свечи, перегреву поршня, прогару выпускных клапанов, но в целом калильное зажигание не столь разрушительно, как детонация. Калильное зажигание устраняется установкой более «холодных» свечей зажигания (с высоким калильным числом, коротким тепловым конусом и хорошим теплоотводом).

Не следует путать детонацию и с иногда встречающимся на карбюраторных моторах явлением самопроизвольной работы двигателя с неустойчивыми оборотами после выключения зажигания (самовоспламенение топлива, «дизелинг»). Сущность его в самовоспламенении подаваемой в цилиндр топливовоздушной смеси, происходящем при вращении коленчатого вала с низкой частотой, продолжающемся после выключения зажигания по инерции. При такой низкой частоте вращения коленвала и, соответственно, скорости движения поршня парам бензина в цилиндре порой хватает времени для того, чтобы самовоспламениться в конце такта сжатия. Их вспышка толкает поршень, который в свою очередь проворачивает коленчатый вал ещё на несколько оборотов. После замедления его вращения возможно повторение процесса, в результате чего возникает иллюзия, что мотор продолжает работать, хотя на самом деле зажигание выключено и частота обращения коленчатого вала намного ниже, чем при холостом ходе, да к тому же не постоянна, поскольку вспышки в цилиндрах (или даже одном единственном цилиндре) происходят нерегулярно. Особенно вероятно возникновение данного явления на новом или недавно отремонтированном двигателе с хорошей компрессией либо на моторе, у которого степень сжатия по причинам технологического характера немного отличается от паспортной в большую сторону (находится в верхней границе технологического допуска). Ничего общего с детонацией или калильным зажиганием это явление не имеет и, в отличие от них, практически безвредно для двигателя, хотя и доставляет беспокойство водителю. Наиболее радикальный способ борьбы с ним — отключение подачи топлива после выключения зажигания за счёт клапана в топливной магистрали.

См. также [ править | править код ]

  • Октановое число
  • Детонационная стойкость топлив
  • Разнос двигателя

Примечания [ править | править код ]

  1. ↑Reitz e.a., Knocking combustion in spark-ignition engines, 2017, p. 87.
  2. ↑Heywood, Internal combustion engine fundamentals, 1988, p. 450.

Литература [ править | править код ]

Heywood J. B. Internal combustion engine fundamentals. — McGraw-Hill, 1988. — 930 p. — ISBN 978-0070286375.

Детонация двигателя

Воспламенение топливно-воздушной смеси под воздействием искрового зажигания – является движущей силой нормальной работы двигателя. Фронт пламени плавно и интенсивно распространяется по камере сгорания, неся в себе энергию, приводящую в движение поршень в цилиндре. Детонация двигателя представляет собой аномальное явление, когда по какой-либо причине происходит резкий локальный взрыв, опережающий по времени нахождение поршня в верхней мертвой точке. Этот процесс характеризуется ощутимой вибрацией и металлическим стуком.

Причины возникновения детонации

На возникновение детонации может повлияеть соотношение в составе топливно-воздушной смеси. Возрастающие нагрузки или движение в гору провоцируют увеличение подачи топлива, и, следовательно, обогащение топливно-воздушной смеси. Она попадает в цилиндры, в зону высокой температуры и давления. Когда эти показатели достигают критической величины, между локальными зонами не сгоревшей смеси возникает химическая реакция с самопроизвольным воспламенением взрывного характера.

Помимо этого, детонация может быть вызвана:

  • ранним зажиганием;
  • масляным нагаром на стенках цилиндров (см. Замена масла);
  • использованием несоответствующего топлива для данного автомобиля, например, низкооктановый бензин на форсированном двигателе (вообще понижение октанового числа прямо пропорционально вероятности детонации двигателя);
  • перегревом двигателя из-за неисправности в системе охлаждения;
  • продолжительной работой двигателя на малых оборотах коленчатого вала (в первую очередь — автомобили отечественного производства);
  • конструктивными особенностями камеры сгорания и цилиндро-поршневой группы.
Читать еще:  Ваз 2114 датчик температуры двигателя для панели приборов

Еще одна из наиболее частых причин – некорректный режим эксплуатации автомобиля водителем: вождение на слишком высокой передаче для данных оборотов двигателя и нагрузки. Это происходит, когда водитель игнорирует переключение на пониженную передачу при вхождении в поворот на сбавленной скорости, при подъёме в гору на повышенной передаче или при случайном переключении рычага коробки передач в неправильное положение.

Последствия детонации

В детонационном процессе резко падает мощность двигателя, увеличивается расход топлива, нарушается масляный слой, детали кривошипно-шатунного механизма вынуждены работать в режиме сухого трения при перегреве двигателя из-за резко возросшей температуры. Если детонация длится более нескольких секунд , это ведет к механическим разрушениям: вырывание металла поверхности цилиндра, задиры, поломка поршневых колец, кромок поршня и клапанов, нарушение герметичности прокладки между блоком и головкой цилиндра.

Очевидно, что детонацию двигателя непременно следует избегать, следя за его техническим состоянием и режимами работы!

Детонация двигателя: причины появления и способы устранения

Что такое детонация двигателя внутреннего сгорания

Детонация двигателя явление не из приятных. Причины детонации мы разберем в конце статьи, а сначала давайте разберемся в том, что такое детонация, и что при ней происходит с двигателем.

Нормальное сгорание топлива в цилиндре, это химическое взаимодействие, протекающее в смеси паров бензина с воздухом. Для того чтобы процесс начался, мало просто перемешать горючее с воздухом в нужной пропорции, этому веществу необходимо еще дать необходимую энергию.

В дизельных двигателях для этого создается очень высокое давление на горючую смесь и температура в конце такта сжатия способствует воспламенению топлива. В бензиновых моторах смесь необходимо поджечь искрой, которая создается при помощи автомобильной свечи. Сформировавшееся пламя распространяется от электродов автомобильной свечи к стенкам всей камеры сгорания.

Пока фронт пламени идет от свечи зажигания к дальним зонам камеры сгорания, может произойти ее самовоспламенение до прихода огня. Несомненно, из-за этого возникает слабая ударная волна, которая встречает на своем пути подготовленное к воспламенению топливо.

От сжатия горючая смесь тут же воспламеняется. Проще говоря, эта волна и есть детонация, скорость ее распространения в цилиндре двигателя достигает порядка 1000 м/с. Это в несколько раз быстрее обыкновенного фронта огня. При этом вы можете слышать металлический звук.

Это явление проявляется, как правило, при средних и больших оборотах мотора. Слабая и кратковременная нагрузка не оказывает серьезного вредного воздействия. Кроме того, чем ближе обстоятельства сгорания в моторе к детонации, тем выше его КПД.

В дизельных двигателях уровень сжатия намного выше, от чего топливо нагревается до пятисот градусов, и самовоспламеняется без помощи искры. В бензиновых моторах уровень сжатия намного меньше, соответственно, и температура в цилиндрах ниже. Кроме того, способность самовозгораться у бензина ниже, чем у дизельного горючего.

Последствия детонации двигателя

Сильная детонация губительно действует на детали камеры сгорания. По сути, детонация — это взрыв, и несложно догадаться, что вследствие этого происходит механическое разрушение деталей двигателя.

При длительной и сильной детонации может быть испорчен и поршень, и шатун, другие элементы КШМ. Так же негативному воздействию подвергаются клапаны и другие элементы ГРМ. И конечно же цилиндры подвергаются сильнейшему негативному воздействию.

Детонация двигателя при выключении

После того как выключили зажигание, мотор автомобиля может временами продолжать работать, то есть «дергается». Частота вращательных движений коленчатого вала то увеличивается, то уменьшается. И происходящее в камере сгорания напоминает процесс самовозгорания топлива в дизельном двигателе. Это явление называется «дизелинг». Не нужно его путать с детонацией, это другое явление и ничего общего с детонацией не имеет.

Дизелинг появляется при некорректной регулировке холостого хода. В случае если система загрязнена и смесь обогащают принудительным способом, путем закручивания винта количества. Свыше меры приоткрывают заслонку первой камеры, при этом получается, что всегда работает главная дозирующая система. Это так же может служить причиной детонации на холостых оборотах.

Причины возникновения детонации в двигателе

Причиной детонации в современных двигателях, включая ВАЗ, чаще всего является низкое качество топлива и количество примесей в нем. Прежде чем ехать в сервис попробуйте сменить заправку. Если детонация не исчезнет, то необходимо проверить работу топливной системы с помощью компьютерной диагностики. Так же необходимо обратиться в сервис в том случае, если детонация сильная.

Помимо низкого качества топлива причиной детонации может стать:

  • низкое октановое число используемого топлива
  • грязный топливный фильтр
  • плохо работающие форсунки
  • неполадки в работе топливного насоса
  • неисправный кислородный датчик
  • использование неподходящих свечей зажигания
  • неисправность системы охлаждения двигателя
  • неисправность блока управления работой двигателя
Читать еще:  Выявить и устранить неисправность препятствующую пуску двигателя камаз

То есть причин много, но большинство из них можно определить только лишь с помощью специального диагностического оборудования.

Что делать, если двигатель детонирует?

Детонация, как правило, возникает при определенных режимах работы двигателя, характеризующихся высокими оборотами двигателя и повышенной нагрузкой.

Это может быть резкий старт с места, движение в гору, движение с полной загрузкой и т.д.

Для борьбы с детонацией в современных двигателях используется специальный датчик, который так и называется датчик детонации. Он отслеживает параметры работы двигателя, и в случае появления детонации изменяет режим работы двигателя за счет изменения состава топливной смеси и параметров угла опережения зажигания.

Однако, если во время движения вы заметили, что двигатель детонирует, то первым делом необходимо изменить стиль вождения. Как можно плавнее нажимая на педаль газа старайтесь так же плавно трогаться, снизьте скорость движения, преодолевайте подъемы на пониженной (по сравнению с обычным режимом) передаче.

При первой же возможности залейте в бак гарантировано хороший бензин, купленный на официальной заправке того же Лукойла или BP. Если детонация не прекратится, то езжайте в сервис на диагностику.

Детонация двигателя при включении. Причины и устранение проблемы

Многие водители уже знают, что такое детонация двигателя при выключении, причины этого явления могут быть самыми разными. Но все же дадим определение этому понятию. Детонация – это своеобразная ударная волна, образованная самовоспламенившимся топливом еще до момента критических условий для естественного возгорания горючей смеси, то есть до прихода искры от свечи зажигания или до достижения нужного давления (в дизелях).

Детонация двигателя – устанавливаем причины

Одной из причин ее демонстрации является слишком раннее зажигание, что можно определить по характерному звонкому стуку в двигателе. Возникает он в результате преждевременного воспламенения горючей смеси. При правильной установке угла опережения зажигания смесь воспламеняется немного, не доходя до верхней мертвой точки (2-3 градуса). То есть начало вспышки происходит тогда, когда поршень еще не закончил восходящее движение, а завершается в момент начала возврата в нижнюю мертвую точку. Если же воспламенение происходит слишком рано, то возникает обратный удар, что и вызывает неприятный звук детонации двигателя. Еще одна причина детонации – это применение топлива с более низким октановым числом, чем предусмотрено правилами эксплуатации данного автомобиля. К чему это приводит? В результате использования низкооктанового топлива в камере сгорания происходит образования нагара (сажи), а это приводит к критическим последствиям. Многие водители сталкивались с тем, что после выключения зажигания двигатель не останавливается, а продолжает работать рывками, издавая неприятный звон. В такие моменты раскаленный нагар фактически играет роль свечи зажигания. Воспламенение топливной смеси происходит хаотично.

В некоторых случаях в результате сильной детонации кривошипно-шатунный механизм двигателя начинает вращаться в обратную сторону, что может привести к его поломке.


Звук детонации двигателя – стоит ли обращать внимание на дефект?

К чему приводит сильная детонация двигателя, признаки которой изложены выше?

  • Во-первых, существенно падает мощность мотора и происходит интенсивный износ деталей кривошипно-шатунного механизма.
  • Во-вторых, в результате этих негативных процессов двигатель сильно перегревается, что приводит к разрушению поршней и поверхности цилиндров.
  • В-третьих, если не устранить причину детонации, может прогореть прокладка под головкой цилиндров.

Иногда для увеличения крутящего момента повышают угол опережения зажигания, что является одной из самых распространенных причин возникновения детонации. Существенно увеличивается риск ее появления, если осуществлялось самостоятельное и неоправданное изменение заводских регулировок для соотношения в горючей смеси топлива и воздуха (обедненная смесь).

Как устранить детонацию двигателя – полезные советы

Естественно, мы должны посоветовать, как устранить детонацию двигателя, приступим.

  1. Детонация не возникает на пустом месте. Если до заправки двигатель работал, как часы, а после нее стал детонировать, то причина может быть в топливе, которое необходимо слить и заправить автомобиль качественным бензином (соляркой).
  2. При продолжительной эксплуатации автомобиля без существенных нагрузок возможно образование нагара в цилиндрах, что вызывает увеличение степени сжатия и снижение эффективности отвода тепла. Существует простой способ решения этой проблемы. Рекомендуется раз в несколько дней давать двигателю максимальную нагрузку, то есть разогнать автомобиль до максимальной скорости буквально на пару минут. Только не стоит этого делать в условиях плотного потока городского транспорта.
  3. Иногда детонация дизельного двигателя сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это говорит о том, что в цилиндрах произошло разрушение поршней, и через выхлопную трубу вылетают частицы алюминия. В этом случае простыми регулировками уже ничего не исправить. Потребуется замена поршневой группы.
  4. Небольшая детонация при запуске двигателя может возникать в результате нарушения работы свеч зажигания. На дизельном моторе это происходит, если запала игла форсунки. В первом случае ничего не стоит просто заменить неисправные свечи, а вот во втором – не обойтись без посещения СТО.


Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector