Детонация представляет собой процесс самопроизвольного воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, которое обладает взрывными признаками, иными словами – это взрывное горение. Зачастую автолюбители путают детонацию с другим негативным явлением – калильным зажиганием. Оно представляет собой процесс воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре от нагретых поверхностей деталей (например, электрод свечи) или от накаленного нагара.

Причины возникновения детонации

Этот процесс возникает в силу физики горения топливовоздушной смеси. При увеличении нагрузки или во время движения вгору возрастает подача топлива, и смесь становится обогащенной. Она попадает в цилиндры, где действуют большая температура и давление. Вследствие неоднородности сгорания, появляются локальные зоны несгоревшей смеси, в которых возникают химические соединения (альдегиды, перекиси). Когда давление и температура достигают некоторого критического значения, между ними происходит реакция, ведущая к произвольному самовоспламенению взрывного типа.

Важными факторами, определяющими появление и характер детонации, можно назвать следующие:

  • Структура топливовоздушной смеси. Например, обогащенный состав в камере сгорания практически гарантирует зоны окислительных процессов несгоревших продуктов – потенциальных источников детонации.
  • Угол зажигания. Рост угла зажигания перемещает максимум давления во время горения к верхней мертвой точке. Это, в свою очередь, ведет к росту давления, что способствует возникновению детонации.
  • Качество используемого топлива. Октановое число бензина напрямую определяет его стойкость к взрывному горению. Чем ниже эта величина, тем выше активность химического окисления, тем больше вероятность детонации.
  • Соотношение внутреннего объема цилиндра к камере сгорания. Эта величина называется степенью сжатия. Чем больше её значение, тем больше давление и температура в камере. По этой причине современные двигатели с высокой степенью должны работать исключительно на высокоэтилированном бензине.
  • Недостатки в конструкции двигателя. Например: неправильная форма камеры сгорания, из-за чего горение происходит замедленно; недостаточный проход тепла от центра к периферии поршня вследствие неудачной формы его плоской части; чересчур большой диаметр цилиндра увеличивает количество зон несгорания смеси.

Последствия детонации

Узнать детонацию легко на слух по характерным металлическим стукам. Возникают они из-за взрывных ударов о внутренние стенки цилиндра. При этом происходит нарушение масляного слоя, и детали кривошипно-шатунного механизма начинают работать всухую. Происходит резкое увеличение температуры и перегрев двигателя. Это, в свою очередь, ведет к механическому разрушению деталей, например, прокладок между блоком и головкой цилиндра или разрушение кромок поршня.

В результате этого происходит увеличение расхода топлива, падает мощность двигателя, увеличивается износ деталей, и в конечном итоге, значительно сокращается ресурс двигателя.

Конструктивные меры предотвращения детонации

Одной из главных задач при конструировании двигателя, устойчивого к детонации, является сокращение расстояния, которое проходит фронт пламени. Реализовать это можно уменьшением диаметра цилиндра. Также, возможным вариантом может быть и установка двух свечей на цилиндр.

Удачное решение в борьбе против детонации – двуполостная камера сгорания. Она состоит из малой и большой полостей. В малой формируется богатая смесь, в большой – бедная. Искра подается в малую полость, откуда фронт пламени сквозь специальные проемы попадает в большую. Таким образом, происходит воспламенение бедной смеси, тем самым, исключается возникновение детонации.

Ещё одним эффективным способом предотвращения этого процесса является установка в цилиндрах специальных датчиков детонации. По их данным система управления двигателем выбирает самый оптимальный режим работы, в том, числе угол зажигания.

Очень перспективным решением считается производство двигателей, которые могут работать на сверхобеднённых смесях, с соотношением воздух/бензин 40/1.

Методы борьбы с детонацией

Основным способом противостояния детонации является ускорение горения не сгоревших зон во фронте пламени. Или, с другой стороны, замедление процесса химических реакций окисления в этих же зонах – источниках произвольного возгорания.

Достигнуть этого можно увеличением количества оборотов коленчатого вала двигателя. Тем самым, время окисления на не сгоревших участках топливовоздушной смеси значительно сокращается, тем самым, уменьшается вероятность самовозгорания.

Другим методом борьбы можно считать повышение степени турбулентности смеси непосредственно в камере. Максимальное завихрение потока смеси сокращает время прохождения фронта пламени от источника зажигания до периферии. Достигается это, с одной стороны, проектированием поршня со специальной формой верхней части, которая после удара об неё задает смеси вращательный импульс. С другой стороны – повышение давления, под которым подается смесь в камеру. Тем самым увеличивается скорость потока, а значит, повышается импульс после отражения от поршня.

Таким образом, указанные конструктивные способы и методы борьбы с детонацией в современных бензиновых двигателях значительно уменьшают вероятность её появления. Что положительно сказывается на моторесурсе в целом.

Самые крутые обои на рабочий стол