Компрессия детонация и преждевременное воспламенение

Прогары и отложения на головке поршня (дизельный двигатель)

Описание повреждения

На головке поршня имеется прогар поршня за кольцами. Юбка поршня не имеет задиров, лишь со стороны повреждения на юбку поршня попал материал поршня.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Оценка повреждения

Прогары в головке поршня двигателей с принудительным воспламенением смеси являются последствием калильного воспламенения на поршнях с преимущественно ровным днищем и большими сжимными поверхностями. Калильное зажигание вызывается накаленными деталями в камере сгорания,если их температура превышает температуру самовоспламенения газовой смеси.

Это в основном свеча зажигания, выпускной клапан и другие остатки, прилипающие к стенкам камеры сгорания. В зоне сжимных поверхностей головка поршня очень сильно нагревается калильным зажиганием. Температура повышается до такой степени, что материал поршня становится мягким. Из-за динамических сил и проникающих в место повреждения газов сжигания материал снимается до маслосъемного кольца.

Возможные причины повреждения

• свечи с недостаточным калильным числом

• слишком бедная смесь и в результате этого повышенные температуры сжигания.

• Поврежденные, негерметичные клапаны или слишком маленький клапанный зазор. Поэтому клапаны неправильно закрываются. От протекающих газов сжигания клапаны сильно нагреваются и накаливаются.

В первую очередь это касается выпускных клапанов, потому что впускные клапаны охлаждаются свежими газами.

• Накаленные остатки сжигания на днищах поршней, головке цилиндров, клапанов и свеч зажигания.

• неподходящее топливо со слишком низким октановым числом. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрыть октановую потребность двигателя во всех режимах работы.

дизельное топливо в бензине и в результате этого понижение октанового числа топлива, большое количество масла в камере сжигания из-за высокого расхода масла на поршневых кольцах или на направляющей клапана.

высокая температура двигателя или всасываемого воздуха изза недостаточной вентиляции моторного отсека, общий перегрев.

Зона днища и жарового пояса полностью разрушена (рис. 1). Жаровой пояс прогорел до упрочняющей вставки. Расплавленный материал поршня продвинулся по юбке поршня и вызвал там также повреждения и задиры. Упрочняющая вставка первого компрессионного кольца сохранилась частично только еще на левой стороне поршня Остсток упрочняющей вставки отсоединилась во время работы от поршня и вызвал в камере сгорания другие разрушения.

в направлении впрыска одной или несколькими струями форсунок на днище поршня и на краю жарового пояса появились эрозионные прогары. Юбка поршня и зона поршневых колец не имеют задиров.

Оценка повреждения

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

Повреждения такого рода возникают особенно в дизельных двигателях непосредственного впрыска. Предкамерных дизельных двигателей это касается только в том случае, если одна из предкамер повреждена и в результате этого предкамерный двигатель превращается в двигатель непосредственного впрыска. Если форсунка соответствующего цилиндра не поддерживает давление впрыска после

окончания процесса впрыска и давление падает, вибрации в топливопроводе высокого давления могут еще раз поднять иглу форсунки, так что после окончания процесса впрыска снова впрыскивается топливо в камеру сгорания(механические форсунки). Если кислород в камере сгорания исчерпан, то отдельные капли топлива протекают через всю камеру сгорания и попадают на днище перемещающегося вниз поршня ближе к краю.

Они быстро догорают там при нехватке кислорода, причем образуется довольно много тепла. При этом материал в этих местах смягчается. Динамические силы и эрозия быстро протекающих газов сжигания вырывают отдельные частицы из поверхности (рис. 2) или снимают головку полностью что приводит к повреждениям, показанным на рис. 1.

• негерметичные форсунки или тяжело перемещающиеся или заклинившиеся иглы форсунок.

• поломанные или ослабившиеся пружины форсунок.

• дефектные клапаны понижения давления в топливном насосе высокого давления

• количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска не отрегулировано по инструкции изготовителя двигателя.

• в предкамерных двигателях: дефект предкамеры, но только в сочетании с одной из вышеназванных причин.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

• задержка зажигания из-за недостаточного сжатия в результате слишком большого зазора, неправильных фаз газораспределения или негерметичных клапанов

• слишком большая задержка из-за несклонного к воспламенению дизельного топлива (слишком низкое цетановое число)

рис. 2

Жаровой пояс имеет эрозионные сносы аналогично рис. 1, которые часто продолжаются на поверхности днища поршня (рис. 2). При этом необязательно появляются задиры или другие повреждения поршня.

Оценка повреждения

Эрозионный снос материала на жаровом поясе и на днище поршня всегда является последствием детонационного сжигания средней интенсивности в течение длительного времени. При этом создаются волны давления, распространяющиеся в цилиндре также между жаровым поясом и стенкой цилиндра до первого компрессионного кольца.

В точке поворота волны давления из-за кинетической энергии из поверхности поршня вырываются мельчайшие частицы. В течение времени снос материала увеличивается, особенно тогда, когда детонационное воспламенение переходит также в калильное. В зоне повреждения материал часто снимается за кольцами до канавки маслосъемного кольца.

• использование топлива с недостаточной детонационной стойкостью. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрыть октановую потребность двигателя во всех режимах работы.

• бензин загрязнен дизельным топливом. Случайная неправильная заправка или попеременное использование баков или канистр для обоих типов топлива может привести к таким загрязнениям. Уже минимальное количество примесей дизельного топлива достаточно для сильного понижения октанового числа бензина.

• большое количество масла в камере сгорания, напр., из-за изношенных поршневых колец, направляющих клапанов и турбонагнетателя, работающего на ОГ, или тому подобное приводят к понижению детонационной стойкости топлива.

• слишком высокая степень сжатия, вызванная остатками сгорания на днищах поршня и головке цилиндра или чрезмерным шлифованием поверхности блока и головки цилиндра в ходе капитального ремонта двигателя или с целью тюнинга.

• слишком большое опережение зажигания слишком бедная смесь и в результате этого повышенные температуры сжигания, слишком высокая температура всасываемого воздуха из-за недостаточной вентиляции моторного отсека или обратного напора ОГ. Но и несвоевременное переключение заслонки всасываемого воздуха на летний режим или дефект автоматической системы переключения заслонки приводят к существенному повышению температуры всасываемого воздуха (особенно в старых карбюраторных двигателях).

Поршни и их повреждения
Поршень
Задиры из-за недостаточного зазора
Задиры из-за работы всухую
Задиры из-за перегрева
Нарушения режима сгорания
Поломки поршня и поршневых колец
Поломки поршневого пальца
Повреждения на стопорах пальцев
Задиры в бобышках поршневых пальцев
Стук поршня
Цилиндры и гильзы цилиндров
Чрезмерный расход масла
О новых алюминиевых поршнях

Преимущества высокой степени сжатия

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения смеси воздуха и паров топлива. При воспламенении смесь расширяется и толкает поршень, который вращает коленвал. При большей степени сжатия интенсивность давления на поршень увеличивается, и зак один такт двигатель совершает больше полезной работы.

При этом подразумевается, что количество бензина в топливо-воздушной смеси остается неизменным, и за счет большего количества воздуха оно сгорает с более высоким КПД.

На современном этапе конструирования легковых автомобилей применение двигателей с низкой степенью сжатия практически прекратилось. Несмотря на то, что в них допустимо использовать низкооктановый и недорогой бензин А-80, их популярность равна нулю.

Дело в том, что современные потребители стремятся приобретать автомобили с большим количеством «лошадей под капотом», а с двигателей, рассчитанных на низкооктановый бензин (например, двигателя УАЗ 469, (который, правда, с измененной степенью сжатия и рядом модернизаций устанавливается в УАЗ Hunter), снять большую мощность невозможно по конструктивным причинам.

Можно ли изменить степень сжатия?

Увеличить степень сжатия можно, уменьшив объем камеры сгорания, но при модернизации уже имеющегося двигателя инженерам приходится постоянно искать компромисс между эффективностью и безопасностью. Дело в том, что, увеличение степени сжатия ведет к понижению детонационного порога.

Читать далее:  Датчик детонации двигателя описание устройство и принцип работы

Если увеличить степень сжатия слишком сильно, можно столкнуться с тем, что имеющимися средствами предотвратить возникновение детонации не получится. Иными словами, порой разработать (или поставить от другого, более мощного автомобиля) новый двигатель легче, чем модернизировать старый.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

Один из вариантов изменения степени сжатия, доступный частным тюнерам – фрезеровка головки блока цилиндров. После «укорачивания» ГБЦ объем камеры сгорания уменьшается.

Степень сжатия в этом случае увеличится. Есть и обратная сторона такой манипуляции (кстати, официально ее называют форсированием) уменьшится общий объем горючей смеси, сгорающей в цилиндре за один цикл.

Трещины в днище и в углублениях днища (дизельный двигатель)

Головка поршня имеет трещину от напряжения, которая распространяется односторонне от днища поршня до отверстия для поршневого пальца (рис. 1 и рис. 2). Горячие газы сжигания, протекавшие через трещину, прожгли канал в материал поршня, проходящий от углубления до литейной канавки под маслосъемным кольцом наружу.

Оценка повреждения

Из-за высокой термической нагрузки материал поршней в предкамерном двигателе сильно нагревается в местах попадания предкамерных струй и в двигателе непосредственного впрыска на краю углубления. В нагретых местах материал сильнее расширяется, чем в других местах. Поскольку перегретые места окружены холодным материалом, материал подвергается постоянной выходящей за пределы эластичности деформации в горячем месте перегрузки.

При остывании происходит точно наоборот. В местах, в которых материал сначала подвергался обжатию и затем вытеснению, вдруг возникает нехватка материала. В результате этого в этой зоне появляются соответствующие напряжения при растяжении, которые вызывают трещины от напряжения (рис. 3 и рис. 4).

• дефектные или неправильные форсунки, нарушения в работе топливного насоса высокого давления, повреждения на предкамере.

• высокая температура изза дефектов в системе охлаждения.

• дефекты на моторном тормозе или чрезмерное его использование. Впоследствии возникает перегрев.

• недостаточное охлаждение поршней с охлаждающим каналом, напр., из-за забитых или изогнутых форсунок охлаждающего масла.

• в двигателях с часто меняющейся нагрузкой, напр., в городских автобусах, землеройных машинах и т. д., названные факторы могут быть особенно критичными.

• использование поршней неправильной спецификации, напр., монтаж поршней без охлаждающего канала, хотя нужно было использовать поршень с охлаждающим каналом, монтаж поршней других изготовителей, не усиленных волокнистыми вставками на краю углубления.

• монтаж поршней с неправильной для двигателя формой углубления, см. к этому также пункт «3.4.7 Задиры в головке поршня в результате использования неправильных поршней».

Поломки перемычек между канавками колец

рис. 2 Кольцевое поперечное ребро

https://www.youtube.com/watch?v=cSTILOVDAILYstream

На одной стороне поршня поломана перемычка между канавками для первого и второго компрессионных колец (рис. 1). Трещина начинается на верхней кромке перемычки на дне канавки и проходит под углом в материал поршня. Вблизи нижней кромки трещина снова идет к наружной стороне и выходит наружу на нижней кромке перемычки или немного ниже на дне канавки.

Оценка повреждения

Это означает, что октановое число топлива не покрывает потребность двигателя во всех режимах работы и нагрузки, (см. также пункт «3.4.0 Общие сведения о повреждениях из-за нарушений режима зажигания в двигателях с принудительным воспламенением смеси»). Трещины перемычек между канавками из-за детонационного зажигания возникают большей частью на нагруженной стороне. В дизельном двигателе детонационное зажигание может быть вызвано только задержкой зажигания.

В неработающем или работающем двигателе жидкость (вода, охлаждающее средство, масло или топливо) попадают револьно в камеру сгорания. Поскольку жидкости не поддаются сжатию, в такте сжатия появляется огромная нагрузка на поршень и кривошипно-шатунный механизм. Неизбежным следствием являются трещины на перемычках между канавками, трещины на ступицах или повреждения на шатунах или коленчатом валу Рис.

3 показывает процесс поломки, который появляется при детонационном сгорании и при гидравлических ударах. Поверхности лома при этом расширены вниз, потому что усилие, вызвавшее поломку, воздействует сверху на перемычку между канавками. Неправильный монтаж: При монтаже поршень был не введен, а вбит, потому что поршневые кольца неправильно сжаты или были использованы неподходящие инструменты.

Детонационное сгорание в двигателях с принудительным воспламенением смеси

• использование топлива с недостаточной детонационной стойкостью. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрывать октановую потребность двигателя во всех режимах работы.

• дизельное топливо в бензине и в результате этого понижение октанового числа топлива.

https://www.youtube.com/watch?v=userSmeshnoPoznovatelnoplaylists

• масло в камере сгорания изза высокого расхода масла на поршневых кольцах или на направляющей клапана понижает детонационную стойкость топлива.

• слишком высокая степень сжатия, вызванная остатками сжигания на днищах поршня и головке цилиндра или чрезмерным шлифованием поверхности блока и головки цилиндра в ходе капитального ремонта двигателя или с целью тюнинга.

• слишком большое опережение зажигания

• слишком высокая температура всасываемого воздуха из-за недостаточной вентиляции моторного отсека или обратного напора ОГ Но и несвоевременное переключение заслонки всасываемого воздуха на летний режим или дефект автоматической системы переключения заслонки приводят к существенному повышению температуры всасываемого воздуха(особенно в старых карбюраторных двигателях).

Детонационное сгорание в дизельных двигателях

• некачественные или негерметичные распылители форсунки

• слишком низкое давление впрыска форсунок.

• слишком низкое давление сжатия из-за неправильных уплотнений головки цилиндра, слишком маленькие выступы поршней, негерметичные клапаны или поломанные или изношенные поршневые кольца

• дефектные уплотнения головки цилиндров.

рис. 3

рис. 4

• повреждения предкамеры.

• ненадлежащее или чрезмерное применение вспомогательных средств помощи (аэрозоли для помощи при пуске) при пуске в холодном состоянии.

при гидравлических ударах

• непреднамеренное всасывание воды при переезде через воды, лужи или низкие воды или из-за попадания большого количества воды от брызг проезжающих впереди или мимо автомобилей.

• заполнение цилиндра водой при неработающем двигателе из-за негерметичности уплотнения головки цилиндра или трещин в конструктивных элементах.

• заполнение цилиндра водой при неработающем двигателе из-за негерметичности уплотнения головки цилиндра или трещин в конструктивных элементах. Остаточное давление в системе впрыскивания сбрасывается через негерметичную форсунку в цилиндр. В этом и в предыдущем случае при пуске возникают описанные повреждения.

Преждевременное воспламенение и детонация

Смесь, поступающая в камеру сгорания, должна не взрываться, а гореть, причем, равномерно, и на протяжении всего отрезка времени, пока поршень движется вниз.

При этом условии энергия расходуется максимально эффективно, а детали поршневой группы изнашиваются равномерно и не перегреваются. Сложность заключается в том, что скорость горения смеси обычно гораздо быстрее скорости движения поршня.

В связи с этим и возникает основная проблема, встающая на пути тех, кто задался целью увеличить степень сжатия. При увеличении давления смесь самопроизвольно возгорается.

Это явление называется преждевременным воспламенением. Более того, возгорание смеси происходит, когда поршень еще только завершает фазу сжатия. В этом случае энергия сгорающего топлива создает дополнительное сопротивление и растрачивается на выполнение бесполезного действия.

Вторая проблема: выделение чрезмерного количества энергии. Проще говоря – взрыв. Явление это в теории двигателестроения называется детонацей и имеет крайне негативные последствия.

Таким образом, увеличение степени сжатия может сыграть с владельцем двигателя злую шутку. Чтобы избежать неприятных последствий, стоит ознакомиться с таким понятием, как октановое число.

Следы ударов на головке поршня (дизельный двигатель)

На головке поршня (рис. 1) видны сильные следы удара. В этой зоне масляный нагар почти полностью удален вследствие металлического контакта поршня с головкой блока цилиндров. Изза ударов отложения масляного нагара вдавлены в днище поршня, что оставило свои следы. Поршневые кольца имеют очень сильный износ. Особенно на маслосъемном кольце невооруженным глазом видны сильные следы износа.

https://www.youtube.com/watch?v=userVideoDlyaVseh100videos

Поршень на рис. 2 имеет на передней кромке днища отпечаток вихревой камеры, а на правой стороне днища сильный отпечаток клапана. Рядом с вихревой камерой во время эксплуатации клапан входил в контакт с днищем поршня и в течение времени проникал все глубже в днище поршня. На юбке поршня видны первые признаки начинающихся задиров от работы всухую (рис. 4).

Оценка повреждения

Читать далее:  Как удалить воду из бензобака - обзор способов

Поршни ударяли в работе о головку цилиндра или о вихревую камеру и один из клапанов. Поломки в результате этого воздействия больших усилий еще не появились. Износ на поршневых кольцах, а также на юбке поршня, однако, указывает на то, что в результате этих ударов возникло нарушение режима сгорания из-за переполнения топливом.

Удары поршня вызывают более или менее сильные сотрясения на головке цилиндра. В результате этих сотрясений в форсунке также возникают вибрации. Поэтому форсунка в закрытом состоянии не может поддерживать давление и впрыскивает топливо неконтролированно. Увеличенный объем впрыска топлива в цилиндр приводит к переполнению топливом.

Следствием этого является повреждение масляной пленки что влечет за собой сначала полусухое трение и тем самым износ в зоне поршневых колец. В связи с этим повышается также расход масла. Лишь если масляная пленка настолько сильно повреждена, что смазка становится недостаточной, то образовываются характерные задиры от попадания топлива (см.

также пункт «3.2.3 Задиры от работы без смазки из-за переполнения топливом»). Юбка поршня в начальной стадии меньше страдает, потому что она кривошипношатунным механизмом все вновь и вновь снабжается свежим маслом, имеющим еще смазочные свойства. Лишь после перемешивания абразивных частиц из зоны хода поршня со смазочным маслом и после того, как смазочное масло все больше теряет смазочную способность из-за разбавления масла износ распространяется по всем сопряженным деталям скольжения двигателя.

• неправильный размер выступа поршня. Размер выступа поршня не проверен или не поправлен в рамках капитального ремонта двигателя.

• не соосно просверленная втулка нижней головки шатуна в ходе замены втулки нижней головки шатуна

• эксцентричное шлифование коленчатого вала

• эксцентричная доработка базового отверстия подшипника (при доработке крышек подшипников коленчатого вала)

• монтаж уплотнений головки блока цилиндров недостаточной толщины

• отложения масляного нагара на головке поршня и в результате этого уменьшение или полное исчезновение зазора.

• неправильные фазы газораспределения из-за неправильной регулировки, удлинения цепи, соскакивания зубчатых ремней.

• неправильная доработка торцевых поверхностей головки блока цилиндров и возникающее из-за этого смещение фаз газораспределения, (изменяется расстояние между ведущим и ведомым колесом, что в определенных конструкциях невозможно поправить в рамках регулировки ремня или цепи)

• при замене колец седла клапана не обратили внимание

на правильное положение седел клапана. Если поверхность седла клапана при обработке размещается в головке блока цилиндров недостаточно глубоко, клапаны могут выходить за кромку головки блока цилиндров.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

• превышение максимально допустимого числа оборотов. Из-за повышенных динамических сил клапаны несвоевременно закрываются и сталкиваются с поршнем.

• слишком большой зазор в опорах шатунов или изношенный подшипник шатуна, особенно при очень высокой частоте вращения при движении в спусках.

— При использовании топлива с большим октановым числом возможно прогорание выпускных клапанов. Происходит это потому, что бензин с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Соответственно, при его использовании, на фазе выпуска вместо отработанных газов через выпускные клапана вылетает горящая смесь.

— При использовании топлива с высоким октановым числом на свечах возможно образование нагара. Причины все те же: скорость горения может не совпадать с циклами хода поршня.

— При использовании топлива с низким октановым числом блок управления двигателем (или октан-корректор распределителя) не сможет установить угол опережения зажигания, исключающий детонацию.

Последствия использования топлива с несоответствующим октановым числом

Бензин, который используется для работы ДВС, отличается стойкостью к детонации и самовоспламенению. Для обозначения уровня этой стойкости вводится понятие «октановое число».

Детонация возникает только в камере сгорания бензинового двигателя. Сжигание дизельного топлива требует большей степени сжатия, и воспламеняется оно «само собой» разогреваясь под воздействием давления и соприкасаясь с раскаленными металлическими деталями.

Казалось бы, все условия для возникновения созданы, но благодаря некоторым особенностям дизельного двигателя он полностью защищен от этого вредного явления.

Все очень просто: при высоком значении степени сжатия необходимо использовать топливо с большим октановым числом.

рис. 1

На головке поршня видны локальные явные риски заедания, распределенные по всему периметру. Эти риски заедания особенно сильно образовались на жаровом поясе. Они начинаются на днище поршня и кончаются на 2-ом компрессионном кольце.

Оценка повреждения

Исходя из вида повреждения, можно сказать, что причина связана с нарушениями режима сжигания. Дефект, однако не в системе впрыска, как можно было бы предполагать, а в использовании неправильного поршня.

В рамках законодательства по сокращению вредных выбросов в отработанном газе двигатели конструируются в соответствии с предписанными нормами по ОГ. Часто поршни различных норм по сокращению ОГ оптически почти не различаются. В данном случае в пределах одной и той же серии двигателей для различных норм выбросов отработанных газов используются поршни с разными диаметрами углубления.

Поршень нормы по ОГ Евро 1 с диаметром углубления 77 мм в ходе ремонта двигателя был заменен поршнем нормы по ОГ Евро 2 с диаметром углубления в 75 мм. Это привело к повышенному нагреву края углубления, потому что струя форсунки попала в результате меньшего диаметра углубления не в само углубление, а на его край.

Если не используются предписанные для соответствующего двигателя и соответствующей нормы по ОГ поршни, в работе могут возникнуть серьезные нарушения режима сжигания с непредвидимыми последствиями Если не учесть повреждения, как в данном случае, то несоблюдение требований по ОГ было бы не такой большой проблемой. Более низкая мощность, повышенный расход топлива и последующий монтаж правильных поршней, однако, вызывают значительные дополнительные затраты.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

• использование поршней с неправильной формой, глубиной и диаметром углубления

• использование поршней других размеров (степень сжатия)

• использование поршней неправильной конструкции Не разрешается, напр., использовать поршень без охлаждающего канала, если изготовителем двигателя для соответствующего назначения (напр., достижение определенной мощности) предусмотрен охлаждающий канал.

• монтаж правильных поршней, но использование неподходящих для назначения конструктивных элементов (форсунок, уплотнений головок цилиндров, топливных насосов высокого давления или прочих элементов, оказывающих влияние на рабочую смесь или процесс сжигания).

Дыра в днище поршня (двигатель с принудительным воспламенением)

В днище поршня видна дыра. Днище поршня покрыто выплавленным материалом. Образующееся большое тепло и истертый материал повреждают также юбку, в которой наблюдаются задиры.

Оценка повреждения

Повреждения такого рода вызваны калильным воспламенением. При этом превышается температура самовоспламенения газовой смеси калящими деталями в камере сгорания. Это в основном свеча зажигания, выпускной клапан и другие, находящиеся в камере сгорания, остатки горения. При этом смесь воспламеняется еще до собственного воспламенения свечей зажигания.

Сжигание при этом начинается уже задолго до собственного момента зажигания, так что пламя в отличие от обычного сжигания намного дольше воздействует на днище поршня. Днище поршня нагревается из-за калильного воспламенения настолько сильно за короткое время, что материал смягчается в этом месте.

причиной такого быстрого местного нагревания днища поршня до мягкого состояния может быть только калильное воспламенение.

• Накаленные остатки сжигания на днищах поршней, головке цилиндров,клапанов и свеч зажигания.

• неподходящее топливо со слишком низким октановым числом.Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрыть октановую потребность двигателя во всех режимах работы.

• большое количество масла в камере сжигания из-за высокого расхода масла на поршневых кольцах или на направляющей клапана.

• высокая температура двигателя или всасываемого воздуха изза недостаточной вентиляции моторного отсека.

• общий перегрев.

Альтернативный способ изменения степени сжатия

В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя.

Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.

Читать далее:  Датчик детонации ВАЗ 2114: где находится, замена

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

В результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси.

В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.

В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности

Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя.

Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.

Похожие записи автомобильной тематики:

  • Принцип работы дизельного двигателя
  • Порядок работы цилиндров двигателя разных авто
  • Как работает двигатель Стирлинга
  • Принцип работы инжекторного двигателя — описание системы
  • Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля
  • Принцип работы гибридного двигателя
  • Работа двухтактного двигателя: устройство и принцип действия
  • Карбюраторный двигатель: принцип работы, устройство и регулировка
  • Устройство и эксплуатация генератора Ауди А6 С5
  • Как самому определить неисправность ШРУС

На практике существуют три вида мероприятий по предотвращению детонации.

  1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя, когда она возникает во время движения автомобиля и необходимы срочные меры для предотвращения сильных повреждений двигателя.
  2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя, когда используется комплекс мер для противодействия появлению детонации.
  3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя.

Во время движения автомобиля детонация может возникнуть при разгоне или движении с большой скоростью. В обоих случаях двигатель сильно перегружается.

Детонация при разгоне возникает при ускорении транспортного средства с низких оборотов коленчатого вала путем резкого нажатия на педаль «газа». При этом резко увеличивается подача рабочей смеси в цилиндры, избыток смеси не успевает сгорать вовремя и догорание смеси вызывает детонационные процессы. В таком случае помогает переключение на следующую передачу (при наличии механической коробки передач), когда при той же мощности двигателя повышается частота вращения коленчатого вала, а крутящий момент уменьшается. Наполнение и вентиляция цилиндров двигателя происходят более равномерно, не остается сгорающих избытков рабочей смеси и детонация исчезает.

Детонация при движении с большой скоростью возникает с выходом двигателя на излишне высокую частоту вращения коленчатого вала. Ее можно легко не заметить, и так как не принимаются никакие меры, это нередко приводит к прогоранию поршня. В этом случае достаточноснизить скорость, то есть уменьшить подачу рабочей смеси в цилиндры.

Кроме того, можно снизить склонность двигателя к детонации, настроив угол опережения зажигание на «поздний». При «позднем» зажигании давление в цилиндрах остается низким, а топливо не так часто самовоспламеняется. Обратной стороной такого решения является снижение мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя.

Выбор степени сжатия

Степень сжатия следует выбирать настолько высокую, насколько это возможно для работы двигателя без детонации на имеющемся в продаже бензине.

Обычный бензин позволяет выбрать степень сжатия E до 9.

Бензин высшего качества позволяет выбрать степень сжатия E от 8,5 до 11. При расчетах необходимо учитывать, что высокое значение степени сжатия увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.

Положение свечи зажигания

Склонность двигателя к детонации снизится, если пламя будет распространяться от горячих частиц смеси к холодным. Самым горячим местом в камере сгорания является выпускной клапан. Рядом с ним должна устанавливаться свеча зажигания.

Форма камеры сгорания

Форма камеры сгорания также влияет на возникновение детонации. Единая камера сгорания менее предрасположена к детонации, чем разделенная.

Частицы рабочей смеси, которые поздно охватываются пламенем, должны сохранять низкую температуру с помощью хорошо охлажденных стенок камеры сгорания для предотвращения преждевременного воспламенения. Вихревое движение топливовоздушной смеси в камере сгорания поддерживает равномерный состав смеси и распределение температур.

Пламя распространяется по камере сгорания быстрее, что не вызывает взрывных реакции при сгорании. Вихревое движение смеси обеспечивается геометрией впускного канала, а также соответствующей формой камеры сгорания и поршня, что закладывается на стадии проектирования двигателя. Во впускных каналах сложной геометрии увеличивается аэродинамическое сопротивление движению потока рабочей смеси, поэтому наполнение цилиндров и, соответственно, литровая мощность двигателя снижаются.

Охлаждение

Посредством хорошего охлаждения двигателя снижается температура рабочей смеси и она остается менее склонной к самовоспламенению. Жидкостное охлаждение двигателя имеет больше преимуществ, чем воздушное.

При использовании алюминиевых сплавов вместо чугуна температура головки блока цилиндров остается низкой вследствие в три раза большей теплопроводности.

Электронная система предотвращения детонации

Детонация исчезает, если установить угол опережения зажигания в «позднее» положение. Для этого используется электронная система предотвращения детонации в сочетании с электронной системой зажигания. Датчик детонации, установленный на двигателе (датчик ускорения), улавливает детонационные вибрации, например, блока цилиндров двигателя.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Если детонация не улавливается, электронная система зажигания управляет работой двигателя в обычном режиме. При этом, правда, возможно приближение работы двигателя к зоне возможного возникновения детонации. В противоположность этому в двигателе без электронной системы предотвращения детонации режимы работы удерживаются на относительно большой дистанции от зоны возможного возникновения детонации.

Следует, однако, учитывать, что работа двигателя вблизи этой зоны означает большую литровую мощность двигателя и меньший удельный расход топлива. В двигателях с электронной системой предотвращения детонации также может увеличиться степень сжатия; кроме того, они не чувствительны к топливу с незначительным октановым числом.

3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.

Горючее получают путем перегонки нефти, которая представляет собой множественные соединения углеводородов, имеющих различную детонационную стойкость. Дистиллят нефти подвергается химическим процессам для обогащения антидетонационными углеводородами.

При перегонке нефти получается бензин с диапазоном кипения 40-215 °С. Его удельная теплота сгорания составляет Нп ~ 43 000 кДж/кг. Бензин разделяют на обычный бензин (плотность р — 0,74 г/см3), бензин высшего качества (р ~ 0,76 г/см3) и бензин наивысшего качества. Детонационная стойкость разных сортов бензина различается вследствие различного состава. Октановые числа бензина по исследовательскому методу (ROZ) по меньшей мере, должны быть равны следующим величинам:

  • обычный бензин ROZмин= 91
  • бензин высшего качества ROZмин = 95
  • бензин наивысшего качества ROZмин = 98

Раньше для увеличения детонационной стойкости в бензин добавляли соединения свинца. Так как свинец и его соединения ядовиты и несут угрозу для окружающей среды, свинцевание бензина было запрещено на законодательном уровне. Исключением является этилированный бензин высшего качества с октановым числом ROZмин = 98 (максимальное содержание свинца 0,15 г/л).

Так как все современные двигатели оснащены каталитическими нейтрализаторами для очистки отработавших газов, они не должны работать на этилированном бензине. Свинец и его соединения покрыли бы поверхность нейтрализатора и вступили с ней в химическую реакцию. Вследствие этого очистка отработавших газов стала бы невозможной.

Те соединения свинца, которые раньше добавлялись в бензин для повышения детонационной стойкости, называются антидетонаторами.

В качестве антидетонаторов использовались тетраметилсвинец (Рb(СН3)4) и тетраэтилсвинец (Рb(С2Н5)4). Оба соединения свинца очень ядовиты. Их действие заключается в том, что они вследствие высокой температуры распадаются до воспламенения смеси в камере сгорания, и возникающий свинцовый порошок предотвращает преждевременное самовоспламенение смеси.

https://www.youtube.com/watch?v=https:cafpsoJnlYw

Чтобы во время сгорания не образовывался оксид свинца, который способен ускорить износ цилиндра, в бензин добавляют соединения брома и хлора. При высокой температуре в камере сгорания двигателя свинец образовывает бромид свинца или хлорид свинца. Эти два очень ядовитых соединения свинца становятся газообразными при температуре около 800 °С и выводятся из двигателя вместе с отработавшими газами. Они считаются вредными примесями в отработавших газах и приводят к загрязнению воздуха.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector