Архив WinRAR_1 / 2 - Двигатели / 32 - нарушение сгорания в карбюраторе. Детонация

Нарушения процесса сгорания в карбюраторных двигателях

Детонация.

По мере распространения фронта пламени от искры несгоревшая смесь будет нагреваться и сжиматься вследствие роста давления при сгорании. В этой части свежей смеси могут создаться условия для инициирования химических реакций, т.е. возникновения очага самовоспламенения. Самовоспламенение этой части заряда называется детонацией. Химически подготовленная последняя часть заряда самовоспламеняется с огромной скоростью, в результате чего образуется ударная волна.

Детонация - результат резкого изменения скорости сгорания в связи с чрезмерным образованием перекисей в последней части рабочей смеси.

В возникшей ударной волне давление и плотность смеси, изменяются скачкообразно. Волна имеющая, высокую температуру, движется по КС и поджигает остальную смесь. Скорость ударной волны выше скорости звука: U_ПЛ = 1500-2500 м/с (при нормальном сгорании U_ПЛ = 15-20 м/с.)

В результате взаимодействия ударной волны со стенками внутрицилиндрового пространства и отражения ее от этих стенок с частотой 5000-7000Гц возникает звонкий металлический стук такой же частоты. Отдача тепла при соприкосновении ударной волны со стенками получается чрезмерной, что приводит к выгоранию металла.

Внешние признаки детонации.

1. Кривая давления на индикаторной диаграмме в конце процесса сгорания имеет пилообразный вид.

2. Характерный металлический звук.

3. Перегрев двигателя, в результате резко снижает его экономичность.

4. Падение мощности двигателя.

5. Черный дым на выхлопе. В ударной волне при высокой температуры идут реакции диссоциации с образованием свободного углерода С (сажи). Отработавшие газы имеют цвет черного дыма.

СО₂С+О₂.

Факторы, влияющие на возникновение детонации.

1. Химический состав топлива:

а) групповой состав топлива - парафины, олефины, ароматические углеводороды; парафины детонируют больше, чем олефины, олефины больше, чем нафтены и т.д. б) молекулярная масса. Топлива с большей молекулярной массой детонируют сильнее.

в) структура молекул. Углеводороды, имеющее нормальное строение

детонирует сильно, а углеводороды с разветвленной структурой детонируют слабо.

В целом физико-химические свойства топлива оцениваются октановым числом, указывающим на стойкость топлива против детонации. Чем больше октановое число, тем больше стойкость топлива против детонации.

Октановое число (ОЧ) показывает процентное содержание изооктана С₈Н₁₈ в эталонной смеси с Н - гептаном С₇Н₁₆, которая детонирует так же, как и испытуемое топливо при стандартных условиях испытания на специальном двигателе.

Для определения ОЧ автомобильных бензинов приняты два метода: моторный и исследовательский. В США принят один исследовательский метод определения ОЧ топлива. Исследовательский метод определения ОЧ топлива учитывает работу двигателя в условиях городского цикла.

Октановое число по моторному методу определяют следующим образом. Запускают специальный двигатель на испытуемом топливе. При работающем двигателе постепенно повышают степень сжатия до момента возникновения детонации. Затем не изменяя степени сжатия, двигатель переводит на работу со смесью, состоящей из изооктана и Н-гептана. Из них подбирают смесь, при которой двигатель начинает детонировать. Процентное содержание изооктана в этой смеси - октановое число испытуемого топлива.

Изооктан детонирует при  = 7,7 и выше. Его октановое число принято за 100. H - гептан детонирует при  = 2,8 и выше. Его октановое число = 0.

В таблице приведены для различных топлив октановые числа, которые определены по двум методам. Видно, что диизобутелен и бензол, а также автомобильные бензины АИ-93 и АИ-98, в зависимости от метода испытания имеют разные октановые числа, т.е. являются чувствительными к режиму работы двигателя. Изооктан является нечувствительным к детонации, поэтому его приняли в качестве эталонного топлива.

Наименование показателя	Изо-октан	Дии-зобу-тилен	Бен-зол	А-66	А-72	А-76	АИ-93	АИ-98
Октановое число по моторному методу	100	89	90	66	72	76	85	89
Октановое число по исследовательскому методу	100	105	100	Не нормируется			93	98
Содержание ТЭС, г/кг топлива, не более	--	--	--	0,66	Нет	0,41	0,82	0,82

2. Степень сжатия. Ее увеличение повышает даление, температуру и способствует детонации.

3. Тип системы охлаждения. Двигатели с воздушным охлаждением имеют более высокую температуру в камере сгорания и более склонны к детонации.

4. Частота вращения вала двигателя. С ее ростом возрастает скорость распространения пламени, в результате чего в несгоревшей смеси не успевают возникнуть очаги самовоспламенения (последняя часть смеси поджигается фронтом пламени, движущимся от свечи) поэтому склонность двигателя к детонации заметно снижается.

5. Диаметр цилиндра. При его увеличении удлиняется путь, проходимый пламенем, и за время процесса сгорания, инициированного искрой, в последних порциях смеси успевают пройти реакции окисления, приводящие к цепному взрыву - детонации. Следовательно, увеличение диаметра цилиндра способствует возникновению детонации.

Возникновению детонации способствуют и другие факторы, повышающие тепловое состояние двигателя, например, увеличение угла опережения зажигания и др.

Методы устранения детонации

1. Повышение антидетонационной стойкости бензина путем:

а) добавки в бензин высокооктанового компонента, например, бензола;

б) добавки в малых количествах антидетонаторов, снижающих воспламеняемость топлив - присадки ТЭС и ЦТМ.

Присадка ТЭС - тетраэтилсвинец Pb(C₂H₅)₄, который в количестве 54% входит в состав этиловой жидкости, состоящей из ТЭС, выносителя и краски. Добавление ТЭС в автомобильные бензины резко повышает их октановое число. Тетраэтилсвинец очень ядовит. Кроме того, краска для бензина вызывает злокачественные заболевания у человека. В Киеве и Крымской зоне отдыха бензины с антидетонаторами не применяют.

ЦТМ - циклопентадиенилтрикарбонилмарганец MnC₅H₅(CO)₃. Токсичность ЦТМ в 300 раз меньше ТЭС. Недостатку ЦТМ является то, что при работе двигателя с этой присадкой нагар на свече становится электропроводным, получаются пропуски зажигания и собравшаяся на выхлопе несгоревшая смесь взрывается.

Преждевременное воспламенение.

Источником преждевременного воспламенения (калильного зажигания) могут быть сильно нагретые острые кромки клапанов, электроды свечи, а также тлеющие частицы нагара до момента проскакивания искры между электродами свечи зажигания. Развитие калильного зажигания происходит и при зажигании от искры. Основное его отличие в том, что при калильном зажигании имеет место неуправляемое воспламенение. Его признаки:

1. Индикаторные диаграммы в координатах p-V имеют петлю. Петля на диаграмме получается при воспламенении смеси накаленными поверхностями со значительным углом опережения зажигания.

2. Глухие стуки. На фоне общего шума двигателя при его работе на больших нагрузках эти стуки обнаружить практически невозможно. Калильное зажигание является наиболее опасным видом нарушения сгорания. В течение нескольких минут его после появления обычно прогорают поршни. Как правило, калильное зажигание возникает в одном из цилиндров.

3. Резко повышается температура в цилиндре двигателя.

Для устранения калильного зажигания острые кромки клапанов притупляют, устанавливают свечи с большим калильным числом.

Последующее калильное воспламенение.

Источником последующего калильного воспламенения являются раскаленные (тлеющие) частицы нагара. При работе двигателя на режимах малых нагрузок в камере сгорания (в основном на днище поршня) образуется нагар. В случае, когда двигатель переходит на режим больших нагрузок этот нагар трескается, отслаивается от поверхности и попадает в объем КС в виде раскаленных частиц размером 0,3-0,5мм. Эти частицы вызывают воспламенения рабочей смеси. При последующем калильном воспламенении на индикаторной диаграмме появляются острые пики и резко возрастают P_z и dp/d. Работа двигателя сопровождается характерным для этого вида нарушения сгорания рокотом.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании.

Такое воспламенение наблюдается в двигателях с   9. При переходе двигателя от режима максимальной мощности к режиму холостого хода после выключения зажигания он продолжает работать еще некоторое время. Это связано с тем, что при холостом ходе в нормально прогретом двигателе рабочая смесь воспламеняется от сжатия.