3. Нарушения сгорания.

Детонационное сгорание в цилиндре дви­гателя представляет собой сгорание последних частей заряда в результате его объемного самовоспламенения. Оно сопровождает­ся возникновением ударных волн, скорость которых может в де­сятки раз превышать скорость распространения фронта турбулен­тного пламени и достигать 1500 м/с.

В процессе сгорания часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, в результате увеличения давления от сгорания нагревается до температуры, превышаю­щей температуру самовоспламенения. В ней могут возникать очаги воспламенения. При достаточном времени в камере сгорания воз­можно образование и распространение ударных волн, которые также способствуют самовоспламенению рабочей смеси.

На индикаторных диаграммах детонация проявляется в виде пиковых колебаний давления (рис. 4.2, а, б). Внешним признаком детонационного сгорания является звонкий металлический стук, возникающий вследствие отражения ударных волн от стенок ка­меры сгорания. С увеличением детонации стуки становятся гром­че, мощность двигателя падает, а в отработавших газах наблюда­ется черный дым. При детонации растут тепловые и механические нагрузки на детали КШМ, а в результате продолжительной дето­нации оплавляются кромки поршней, обгорают прокладки головок цилиндров и электроды све­чи, разрушаются подшипники коленчатого вала.

Рис. 4.2. Виды индикаторных диаг­рамм при нарушениях процесса сго­рания в двигателе с искровым зажи­ганием: а — слабая детонация; б — сильная де­тонация; в — преждевременное воспла­менение

Мероприятия по подавлению детонации:

• использование топлив с окта­новым числом, соответствующим требованиям завода-изготовите­ля. У легких фракций бензина октановое число меньше, чем у средних и тяжелых. При быст­ром открытии дроссельной зас­лонки тяжелые фракции бензи­на поступают в цилиндр с не­которым опозданием, поэтому в начале разгона из-за времен­ного снижения октанового чис­ла топлива возможно появление детонации;

• уменьшение угла опережения зажигания для снижения макси­мального давления и скорости нарастания давления цикла;

• увеличение частоты вращения приводит к интенсификации про­цесса сгорания за счет повышения скорости распространения фронта пламени. При этом также растет концентрация отработав­ших газов в рабочей смеси, что снижает вероятность возникнове­ния детонации;

• уменьшение нагрузки двигателя прикрытием дроссельной зас­лонки приводит к снижению давления и температуры процесса сгорания и увеличению доли отработавших газов в рабочей смеси;

• конструктивные мероприятия по снижению вероятности появ­ления детонации сводятся к усилению турбулизации заряда, улуч­шению охлаждения последних порций заряда, уменьшению пути, проходимого фронтом пламени от свечи до наиболее удаленных частей камеры сгорания, уменьшению диаметра цилиндра, сни­жению степени сжатия.

Преждевременное воспламенение возникает во время процесса сжатия (до момента появления искры) от накаленных (выше 700...800 °С) зон центрального электрода свечи, головки выпуск­ного клапана, тлеющих частиц нагара. При этом возрастают тем­пература и давление цикла, происходит перегрев двигателя и уменьшение его мощности (рис. 4.2, в). Длительная работа в таком режиме может привести к прогоранию поршня. Для устранения преждевременного воспламенения необходимо быстро закрыть дроссельную заслонку. В эксплуатации следует использовать свечи с требуемым высоким калильным числом.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании возни­кает в двигателе с ε > 8,5, когда в конце сжатия при невысокой частоте вращения (n = 300...400 мин^-1) температура рабочей сме­си достаточна для ее самовоспламенения. Для остановки двигате­ля в этом случае необходимо одновременно с выключением за­жигания прекращать подачу топлива.