Процесс сгорания

Нормальное горение происходит в объёме фронта пламени, распространяющегося по камере сгорания. Именно такое горение является источником тепла, идущего на расширение газов. При расширении газов происходит их дальнейшее сжатие (рост давления) и повышение температуры. На днище поршня действует большая сила, и поршень двигается вниз. Однако не всё тепло преобразуется в механическую энергию. Когда горячие продукты сгорания приходят в соприкосновение с головкой цилиндров, тепло переносится в рубашку системы охлаждения, поглощается и рассеивается. Поршень также поглощает тепло и передаёт его поршневым кольцам. Кольца отдают это тепло в стенки блока цилиндров и, далее - в рубашку блока. Кроме того, тепло от поршня отводит и масляный туман, всегда присутствующий в картере (без учёта масляных форсунок).

На процесс теплопереноса большое влияние оказывает турбулентность. Неподвижный воздух может активно отдавать тепло только на периферии объёма, поэтому важно организовывать его циркуляцию. Если рабочая смесь становится недостаточно подвижной, то температура в средней части такого объёма может вырасти настолько, что произойдёт самопроизвольное сгорание.

Существуют два вида ненормального сгорания: Калильное и детонация («стук»).

Рис. 2. Виды ненормального сгорания:

Калильное зажигание происходит во время хода сжатия до разряда на электродах свечи и потому называется ещё ранним зажиганием (не нужно путать с ранней установкой зажигания). Причиной калильного зажигания являет сильно нагретый участок поверхности камеры сгорания, где начинает воспламенение, распространяющееся с высокой скоростью. Это приводит к резкому повышению давления и температуры до ненормально высоких значений. На преобразование таких давлений и температур в механическую энергию не хватает времени, и они реализуются через разрушение деталей двигателя. Причиной калильного зажигания может быть использование свечей зажигания с большим калильным числом, нагар на стенках камеры сгорания, перегретые тарелки выпускных клапанов и неисправность системы охлаждения. Наибольший вред калильное зажигание приносит при

большой нагрузке и высокой скорости. Среди повреждений, которые получает двигатель, можно назвать оплавление свечных электродов, оплавление днища поршня/прихват или задир поршня, деформация тарелок клапанов. Детонация («стук») возникает при встрече двух фронтов горения: одного, инициированного разрядом на свече и второго, возникшего в результате самовоспламенения или калильного зажигания. Самовоспламенение, образую-щее нежелательный фронт горения, происходит при возникновении в каком-либо объёме рабочей смеси достаточных для этого давления и температуры. Детонация проявляет себя характерным стуком и возникает обычно при большой нагрузке в зоне низких и средних оборотов. Наиболее частыми причинами возникновения детонации являются низкое окта-новое число топлива, наличие нагара в камере сгорания, высокая степень сжатия и горячие стенки цилиндра. Детонация вызывает резкое повышение давления и температуры, что может привести к повреждению свечных электродов, поршней, поршневых колец, клапанов и клапанных сёдел. Детонация не имеет таких разрушительных последствий, как калильное зажигание, хотя продолжительная детонация может поднять температуру в цилиндре и вызвать самопроизвольное зажигание. Большинство современных двигателей оснащено системой подавления детонации, управляемой РСМ. Датчики, установленные на блоке цилиндров, обнаруживают вибрацию, вызванную детонацией. При обнаружении детонации РСМ уменьшает угол опережения зажигания и выводит двигатель из опасного режима.