Как проявляется детонация в двигателе: Детонация в двигателе. Причины и пути решения — Полезные статьи

Детонация в двигателе. Причины и пути решения — Полезные статьи

 

Беспричинное воспламенение и быстро сгорание топлива в цилиндре, называется детонацией двигателя. Это явление еще можно описать как взрывное горение. Причина, из-за которой происходит детонация топлива – это физика горения топливной смеси. В то время, когда нагрузка увеличивается, либо машина движется в гору, повышается и подача топлива, в результате этого получается обогащенная смесь, которая попадает в цилиндр, где высокая температура и давление.

Сгорание смеси происходит неоднородно, что приводит к образованию зоны не сгоревшей смеси, в которой происходят химические реакции. Когда давление и температура достигают критического значения, происходит самовоспламенение.

 

 

На проявление и характер детонации двигателя влияют следующие факторы:

• угол сжигания
• количество топлива
• структура топливной смеси
• конструкционные недостатки двигателя
• соотношение объема цилиндра и камеры сгорания

Состав смеси влияет на образование источников детонации, если он будет обогащенным, то это обязательно приведет к появлению в камере сгорания зон, где будут проходить окислительные процессы несгоревшего топлива. Увеличение угла зажигания приводит к перемещению давления в верхнюю мертвую точку, оно начинает расти, что приводит к детонации.

Октановое число бензина говорит о стойкости к взрывному горению, чем ниже число, тем активнее будут проходить окисления и повышается вероятность детонации. Кроме этого, причиной появления детонации двигателя могут стать дефекты конструкции, например камера сгорания имеет неправильную форму, либо цилиндр слишком большой.

Металлический стук, который появляется из-за взрывных ударов о внутренние стенки цилиндра, говорит о детонации двигателя

. Нарушается масляный слой, что приводит к работе кривошипно-шатунного механизма всухую, двигатель начинает перегреваться и портятся детали. Соответственно падает мощность двигателя, а расход топлива наоборот увеличивается.

Чтобы побороть детонацию двигателя, применяется ускорение сгорания смеси и в тоже время, замедление всех реакций окисления. Добиться такого эффекта можно с помощью увеличения оборотов коленчатого вала, это поможет сократить время на процесс окисления несгоревших участков топливной смеси. Соответственно вероятность самовозгорания уменьшится.

Увеличение степени турбулентности в камере сгорания – еще один способ борьбы с детонацией в двигателе. Это достигается при максимальном завихрении потока смеси, что сокращает количество времени на прохождение пламени от источника к периферии. Добиться такого результата можно при использовании поршня со специальной формой верхней части.

Данные способы позволяют избавится от детонации в двигателе, что положительно отразится на моторесурсе. Наш автосервис в Твери предлагает услуги по диагностике и ремонту двигателя Вашего автомобиля.

Детонация двигателя: причины появления и способы устранения

Что такое детонация двигателя внутреннего сгорания

Детонация двигателя явление не из приятных. Причины детонации мы разберем в конце статьи, а сначала давайте разберемся в том, что такое детонация, и что при ней происходит с двигателем.

Нормальное сгорание топлива в цилиндре, это химическое взаимодействие, протекающее в смеси паров бензина с воздухом. Для того чтобы процесс начался, мало просто перемешать горючее с воздухом в нужной пропорции, этому веществу необходимо еще дать необходимую энергию.

В дизельных двигателях для этого создается очень высокое давление на горючую смесь и температура в конце такта сжатия способствует воспламенению топлива. В бензиновых моторах смесь необходимо поджечь искрой, которая создается при помощи автомобильной свечи. Сформировавшееся пламя распространяется от электродов автомобильной свечи к стенкам всей камеры сгорания.

Пока фронт пламени идет от свечи зажигания к дальним зонам камеры сгорания, может произойти ее самовоспламенение до прихода огня. Несомненно, из-за этого возникает слабая ударная волна, которая встречает на своем пути подготовленное к воспламенению топливо.

От сжатия горючая смесь тут же воспламеняется. Проще говоря, эта волна и есть детонация, скорость ее распространения в цилиндре двигателя достигает порядка 1000 м/с. Это в несколько раз быстрее обыкновенного фронта огня. При этом вы можете слышать металлический звук.

Это явление проявляется, как правило, при средних и больших оборотах мотора. Слабая и кратковременная нагрузка не оказывает серьезного вредного воздействия. Кроме того, чем ближе обстоятельства сгорания в моторе к детонации, тем выше его КПД.

В дизельных двигателях уровень сжатия намного выше, от чего топливо нагревается до пятисот градусов, и самовоспламеняется без помощи искры. В бензиновых моторах уровень сжатия намного меньше, соответственно, и температура в цилиндрах ниже. Кроме того, способность самовозгораться у бензина ниже, чем у дизельного горючего.

Последствия детонации двигателя

Сильная детонация губительно действует на детали камеры сгорания. По сути, детонация — это взрыв, и несложно догадаться, что вследствие этого происходит механическое разрушение деталей двигателя.

При длительной и сильной детонации может быть испорчен и поршень, и шатун, другие элементы КШМ. Так же негативному воздействию подвергаются клапаны и другие элементы ГРМ. И конечно же цилиндры подвергаются сильнейшему негативному воздействию.

Детонация двигателя при выключении

После того как выключили зажигание, мотор автомобиля может временами продолжать работать, то есть «дергается». Частота вращательных движений коленчатого вала то увеличивается, то уменьшается. И происходящее в камере сгорания напоминает процесс самовозгорания топлива в дизельном двигателе. Это явление называется «дизелинг». Не нужно его путать с детонацией, это другое явление и ничего общего с детонацией не имеет.

Дизелинг появляется при некорректной регулировке холостого хода. В случае если система загрязнена и смесь обогащают принудительным способом, путем закручивания винта количества. Свыше меры приоткрывают заслонку первой камеры, при этом получается, что всегда работает главная дозирующая система. Это так же может служить причиной детонации на холостых оборотах.

Причины возникновения детонации в двигателе

Причиной детонации в современных двигателях, включая ВАЗ, чаще всего является низкое качество топлива и количество примесей в нем. Прежде чем ехать в сервис попробуйте сменить заправку. Если детонация не исчезнет, то необходимо проверить работу топливной системы с помощью компьютерной диагностики. Так же необходимо обратиться в сервис в том случае, если детонация сильная.

Помимо низкого качества топлива причиной детонации может стать:

• низкое октановое число используемого топлива
• грязный топливный фильтр
• плохо работающие форсунки
• неполадки в работе топливного насоса
• неисправный кислородный датчик
• использование неподходящих свечей зажигания
• неисправность системы охлаждения двигателя
• неисправность блока управления работой двигателя

То есть причин много, но большинство из них можно определить только лишь с помощью специального диагностического оборудования.

Что делать, если двигатель детонирует?

Детонация, как правило, возникает при определенных режимах работы двигателя, характеризующихся высокими оборотами двигателя и повышенной нагрузкой.

Это может быть резкий старт с места, движение в гору, движение с полной загрузкой и т.д.

Для борьбы с детонацией в современных двигателях используется специальный датчик, который так и называется датчик детонации. Он отслеживает параметры работы двигателя, и в случае появления детонации изменяет режим работы двигателя за счет изменения состава топливной смеси и параметров угла опережения зажигания.

Однако, если во время движения вы заметили, что двигатель детонирует, то первым делом необходимо изменить стиль вождения. Как можно плавнее нажимая на педаль газа старайтесь так же плавно трогаться, снизьте скорость движения, преодолевайте подъемы на пониженной (по сравнению с обычным режимом) передаче.

При первой же возможности залейте в бак гарантировано хороший бензин, купленный на официальной заправке того же Лукойла или BP. Если детонация не прекратится, то езжайте в сервис на диагностику.

почему происходит и как устранить

Начнем с того, что ряд неисправностей двигателя опытные автомеханики и сами водители могут определить по звуку работы ДВС. Как правило, появление «звона» при резком нажатии на газ на повышенных передачах или «бубнящий» звук после выключения зажигания не сильно пугает начинающих автолюбителей, однако зачастую это звук детонации двигателя.

При этом в ряде случаев такие звуки поголовно списывают на стук поршневых пальцев. Однако важно понимать, что зачастую дело не в пальцах, а в детонации, которая в скором времени может обернуться серьезными неприятностями и дорогостоящим ремонтом мотора.

Нужно учесть, что поршневые пальцы обычно стучат на сильно изношенных моторах, в которых уже давно имеются проблемы с поршнями, кольцами и т.д. При этом звонкие постукивания в относительно «свежем» силовом агрегате с нормальной ЦПГ никак не являются звуками ударов металла по металлу.

В этом случае металлический звон появляется в результате нарушения процесса сгорания топлива в цилиндрах. Далее мы поговорим о том, по каким причинам возникает детонация двигателя на холостых оборотах,  при резком нажатии на педаль газа в движении и т.д. Также мы рассмотрим, что  делать водителю для сохранения моторесурса и самого ДВС в исправном состоянии.

Содержание статьи

Детонация двигателя: основные признаки

Итак, детонация представляет собой неконтролируемый хаотичный процесс сгорания топлива, который больше похож на взрывы в цилиндре. Причем эти условные взрывы происходят несвоевременно (например, на такте сжатия, когда поршень еще движется вверх). В результате ударная волна и высокое давление становятся причиной сильнейших нагрузок на элементы ЦПГ и КШМ, буквально разрушая мотор.

Детонацию определяют не только по звуку, но и по ряду других признаков. Прежде всего, двигатель теряет мощность при нажатии на газ, также мотор может немного дымить в момент резкого нажатия на педаль акселератора серовато-черным дымом. Обычно сильная детонация сопровождается перегревом двигателя, на холостых и под нагрузкой работа ДВС может быть крайне неустойчивой, скачут обороты и т.д.

Почему возникает детонация в цилиндрах двигателя

Специалисты выделяют несколько главных причин, по которым топливо детонирует в двигателе.

• Прежде всего, стоит сразу выделить использование низкооктанового бензина в агрегатах с высокой степенью сжатия. Если просто, октановое число бензина (
  АИ-92, 95 или 98) фактически указывает на его детонационную стойкость, а не на качество, как многие ошибочно полагают.

Использование топлива с неподходящим октановым числом для конкретного двигателя закономерно приводит к тому, что топливно-воздушный заряд детонирует при сильном сжатии. Еще добавим, что простые двигатели, которые не имеют ЭСУД и датчика детонации, подвержены большему риску.

• Закоксовка двигателя. Важно понимать, что современные моторы не только на иномарках, но и на отечественных авто сильно отличаются от аналогов времен СССР. В двух словах, если моторы на модели «Москвич» 2141 имели степень сжатия около 7 единиц и нормально работали на любом топливе, то сегодня агрегаты имеют от 9 до 11 и более единиц.

При этом уменьшение физического объема камеры сгорания в результате образования слоя нагара приведет к тому, что топливный заряд в цилиндре будет сжиматься сильнее, при этом появляется детонация. Если к этому добавить и низкое качество топлива на отечественных АЗС, тогда риски еще более возрастают.

• Нарушение процесса смесеобразования. В этом случае может начать детонировать слишком «богатая» смесь, в которой много топлива по отношению к количеству воздуха.

Отметим, что такая детонация может быть кратковременной и часто остается незамеченной для водителя, однако об отсутствии вреда для двигателя при этом говорить никак нельзя.

• Угол опережения зажигания (УОЗ). Простыми словами, угол зажигания определяет, в какой момент будет подана искра в камеру сгорания. Если учесть, что в норме топливо не взрывается, а горит, тогда становится понятно, что процесс сгорания также занимает некоторое время.

При этом важно сделать так, чтобы максимум давления газов на поршень, которые образуются в результате сгорания порции топлива, приходился именно на момент рабочего хода поршня. Только так можно эффективно передать через поршень энергию расширяющихся газов на коленвал.

Для этого искру можно подать немного раньше того момента, пока поршень дойдет до верхней мертвой точки (ВМТ). За это время топливо успеет воспламениться, а расширение газов и рост давления на поршень как раз произойдет в тот момент, когда поршень уже достигнет ВМТ и затем пойдет вниз.

При этом нужно понимать, что неправильная регулировка УОЗ (сдвиг момента воспламенения ближе к ВМТ), когда смесь воспламеняется практически тогда, когда поршень уже поднялся верхнюю мертвую точку, часто становится причиной появления детонации. Опять же, традиционно добавим к этому еще и низкое качество топлива.

• Конструктивные особенности камеры сгорания. Бывает так, что некоторые двигатели изначально склонны к детонации. В ряде случаев причиной является само устройство камеры сгорания, реализация ее охлаждения и т.д.

Еще виновником могут оказаться и поршни, у которых отмечен неудовлетворительный тепловой баланс (например, днище поршня утолщено ближе к центру, что заметно ухудшает качество отведения избытков тепла). Так или иначе, но риск возникновения детонации на подобных моторах намного выше.

• Перегрев двигателя. Если обратить внимание на предыдущий пункт, становится понятно, что повышение температуры в камере сгорания является причиной детонации. Вполне очевидно, что снижение эффективности работы системы охлаждения может привести к тому, что двигатель перегревается.

В подобных условиях вполне вероятно возникновение детонации, при этом сама детонация также дополнительно приводит к локальным и общим перегревам. По этой причине детонация мотора в результате неисправной системы охлаждения особо опасна, так как силовой агрегат может быть не только сильно поврежден, но и в дальнейшем не подлежать восстановлению.

Как устранить детонацию двигателя

Итак, рассмотрев основные причины детонации мотора и разобравшись с тем, что это такое, можно перейти к тому, как избавиться от этого явления. Начнем со старых ДВС. В самом начале следует исключить перегрев мотора, а также заправку некачественным или неподходящим топливом, проверить свечи зажигания.

Далее, если на двигателе не установлен датчик детонации, тогда проявление ее признаков указывает на необходимость регулировки УОЗ. Для этого нужно уменьшить угол опережения зажигания, покрутив трамблер. Главное, добиться того, чтобы двигатель стабильно работал в режиме холостого хода.

Решение является временным, так как долго с уменьшенным углом зажигания ездить нельзя (прогорят выпускные клапана в результате роста температуры отработавших газов), но добраться до сервиса своим ходом вполне реально.

Однако во время езды нужно постоянно следить за тем, чтобы в двигателе не было характерного «звона». Еще на старый ДВС можно установить так называемый электронный октан-корректор, чтобы избежать манипуляций с трамблером. Еще добавим, как показывает практика, многие владельцы карбюраторных авто предпочитают установить электронное зажигание.

Что касается более современных двигателей, на инжекторных агрегатах штатно реализованы решения, позволяющие избежать или свести к минимуму риск детонации. Речь идет о датчике детонации двигателя (ДД), который фиксирует ее возникновение. Затем соответствующий сигнал поступает на ЭБУ.

Затем блок управления самостоятельно корректирует угол опережения зажигания с учетом тех данных, которые были получены от ДД. При этом возможность такой корректировки составляет, в среднем, сдвиг угла на 2 – 5 градусов. Если же избавиться от детонации таким способом не удается, ЭБУ фиксирует ошибку и прописывает к себе в память, на панели приборов может загореться «чек»,  двигатель переходит в аварийный режим и т. д.

То же самое происходит и тогда, когда сам датчик детонации вышел из строя или топливо оказалось слишком неподходящим, то есть контроллер попросту не способен убрать детонацию путем запрограммированного сдвига угла опережения зажигания.

Становится понятно, что в этом случае водителю на начальном этапе нужно начать с проверки датчика детонации, а также считать ошибки из памяти ЭБУ. Сделать это можно в рамках компьютерной диагностики двигателя. Также проверку можно выполнить и самостоятельно (при наличии специального диагностического адаптера-сканера в разъем OBD и смартфона/планшета или ноутбука с предварительно установленным программным обеспечением).

Читайте также

Детонация дизельного двигателя, причины и последствия

Одна из проблем, с которыми иногда сталкиваются автовладельцы – это детонация двигателя, которая может произойти и на холостом ходу, и в других режимах работы силовой установки. Неполадка не только становится причиной серьезных поломок, но и нередко приводит к разрушению деталей мотора. Каковы причины детонации, какие двигатели больше всего подвержены столь опасному явлению, как уменьшить риск детонирования – все это и многое другое станет темой нашего сегодняшнего разговора.

Понятие детонации, как она происходит

Случается, что возгорание топливовоздушной смеси происходит до того, как свеча накаливания, находящаяся непосредственно в цилиндре, обеспечивает правильное воспламенение при низкой температуре воздуха. Это явление, которое сопровождается сильным горением солярки, и называют детонацией дизельного двигателя. 

Детонация дизеля, внешние проявления и причины

Читайте также: Турбонаддув грузовых дизельных автомобилей

Говоря о детонации дизельного двигателя и ее причинах, важно отметить следующее. Моментальное сгорание топлива вызвано тем, что весь объем топливной смеси воспламеняется одномоментно, а не постепенно. К тому же процесс запускается раньше, еще до расчетного угла оборота коленвала, когда поршень не достиг так называемой ВМТ. 

Загорание смеси топлива и воздуха фактически и является мини-взрывом, давление от которого воздействует на стенки цилиндра, а также на днище поршня, поднимающегося навстречу газам. Вследствие удара возникают звуковые волны, и становится слышен неприятный звон.

Помимо возникновения посторонних звуков во время работы силовой установки явным признаком детонации двигателя при разгоне является изменение цвета и состава выхлопных газов. К другим внешним признакам детонации необходимо отнести следующее:

• снижение температуры выхлопных газов;
• черный дым из выхлопной системы;
• неустойчивая работа движка и как результат – потеря управления им;
• кратковременное падение мощности;
• критическое повышение температуры деталей мотора.

Причины возникновения мини-взрыва зависят от многих факторов, в частности, от того, в какой именно момент этот взрыв произошел. Так, к детонации при запуске двигателя обычно приводит обеднение топливной смеси из-за засоренности форсунок. Чтобы обнаружить засор, выполняют проверку всех фильтров в топливной системе. Обычно после прогрева нормальная работа восстанавливается, детонация прекращается.

К детонации дизельного двигателя при разгоне приводит:

• вышедший из строя датчик заслонки;
• топливо низкого качества;
• уже упомянутая нами выше засоренность форсунок или их неисправность. 

Эксперты утверждают, что после возобновления работы датчика заслонки силовая установка работает нормально при любых условиях, в том числе и на повышенных оборотах. В таком случае определить наличие или отсутствие детонации можно только при выключенной передаче под большой нагрузкой. 

Мини-взрыв проявляется исключительно во время движения транспортного средства, детонация двигателя при выключении зажигания невозможна. Если водителя настораживают посторонние звуки или иные признаки неисправности, причины следует искать в другом, поэтому рекомендуется немедленно обратиться на СТО.  

Датчик детонации

Читайте также: Гидроудар двигателя — как происходит и как его избежать

Не так давно в продаже появилось устройство, именуемое датчиком детонации дизельного двигателя. Речь идет о специальной детали, которая мониторит уровень детонации во время работы ДВС. 

Устанавливают устройство обычно в блоке цилиндров.

Делают это для того, чтобы получить максимальную мощность силового агрегата и без ущерба для него добиться оптимальных показателей топливной экономичности. Датчик необходим для своевременной подачи на электронный блок управления сигнала о возникновении детонации, превысившей допустимый порог.

Как устранить детонацию в дизеле

Прежде чем устранять детонацию, важно определить причину ее возникновения. В подавляющем большинстве случаев это неправильный угол зажигания и обедненная топливно-воздушная смесь, вызванная некачественной соляркой. 

Для устранения детонации обычно делают следующее:

• Эксплуатация мотора на более высоких оборотах, когда время сгорания топлива в сочетании с максимальным давлением заметно сокращается.  
• Применение интеркулера, чтобы воздух перед попаданием в цилиндры охладился.
• Использование качественной солярки.
• Торможение силовой установки для опережения момента зажигания.

Последствия детонации

Закажите спецтехнику на нашем сайте: Аренда спецтехники в России

Во время детонации температура в камере сгорания поднимается до 3,5 тыс. градусов. Стремительно возрастает и давление, нагрузка на мотор становится критической. Особенно плачевно все это может закончиться для современных моторов, сделанных из сплава алюминия. Последствия детонации двигателей могут быть следующими:

• перегрев и поломка деталей мотора;
• потеря мощности;
• разрушение перегородок в кольцах поршней;
• выгорание прокладки, расположенной под блоком цилиндров.

В сложных случаях высок риск проворачивания КШМ, что ведет к вращению коленвала в противоположном направлении. В конечном итоге это ведет к разрушению узлов силовой установки и необходимости сложного ремонта. 

Заключение

Детонация двигателя – явление крайне неприятное, способное повлечь за собой плачевные последствия. Именно поэтому при появлении малейших признаков возникновения в дизельном моторе мини-взрывов необходимо обратиться в сервисный центр для обнаружения причины неисправности и своевременного ее устранения.

Детонация дизельного двигателя

Поиск запроса «детонация дизельного двигателя» по информационным материалам и форуму

Детонация в цилиндрах: причины, последствия, как бороться

Многие автомобилисты не понаслышке знают о достаточно неприятной неполадке, которая может привести к серьезным поломкам – это детонация двигателя. Данная проблема возникает как на холостом ходу, так и при других режимах работы – она может привести к разрушению элементов мотора, поэтому требует срочного устранения. Сегодня мы расскажем, какие причины могут вызвать детонацию в цилиндрах, каковы ее последствия, а также как с ней можно бороться – обо всем по порядку.

---

Причины появления детонации внутри цилиндров

Само по себе явление основано на раннем воспламенении топливовоздушной смеси, когда оно опережает появление искры от свечей – этот процесс сопровождается ударным горением топлива, что и является детонацией.

Детонация сродни мелким взрывам внутри двигателя – ничего хорошего в них нет!

Столкнуться с данной неполадкой можно на любом двигателе вне зависимости от его типа или возраста автомобиля, однако более новые модели оснащают датчиком детонации – он позволяет компьютеру на борту регулировать работу двигателя, чтобы избежать подобного явления в дальнейшем. Наиболее распространенные причины возникновения детонации в цилиндрах следующие:

1. низкокачественное горючее, либо топливо с неверно подобранным октановым числом,
2. неправильно выставленное упреждение зажигания,
3. слишком бедная топливная смесь,
4. стенки цилиндра покрыты углеродистыми отложениями,
5. некачественные свечи зажигания,
6. неисправности в системе охлаждения, ведущие к перегреву мотора.

Перед тем как рассмотреть способы борьбы с детонацией, стоит подробнее остановиться на разборе каждой из причин, перечисленных выше.

---

Неподходящее топливо

При попадании в двигатель горючего, октановое число которого ниже рекомендованного, шанс столкнуться с детонацией внутри цилиндров возрастает до ста процентов. Все дело в том, что автопроизводители рассчитывают степени сжатия лишь для конкретного вида топлива. Исправить ситуацию с некачественным горючим можно при помощи специального Октан-корректора от LAVR.

---

Неверные настройки зажигания

Некоторые автолюбители в погоне за крутящим моментом меняют заводские настройки системы зажигания, выставляя слишком большой угол опережения – искра от свечи проскакивает раньше, чем поршень доходит до верхней мертвой точки. Таким образом, воспламенение случается раньше, чем топливо успеет перемешаться с воздухом.

---

Свечи зажигания

Свечи могут быть неисправными, либо вовсе не подходить по параметрам – тогда искра появляется не так, как задумывалось производителем при конструировании двигателя.

---

Бедная топливная смесь

Как говорится, лучше всего придерживаться золотой середины – слишком бедная смесь не воспламеняется от искры, а слишком обогащенная будет воспламеняться раньше положенного срока.

---

Нагар внутри цилиндров

Одна из очень частых причин появления детонации связана с образованием отложений внутри камеры сгорания. Раскаленный нагар воспламеняет топливную смесь раньше времени, так как он увеличивает степень сжатия. В таком случае идеальным средством для очистки двигателя будет раскоксовка и промывка от LAVR – лучше всего подойдет готовый набор из раскоксовки ML202 и 5-минутной промывки. Препараты эффективно и безопасно очищают элементы камеры сгорания, выравнивают компрессию в цилиндрах, а также исключают риск детонации.

---

Проблемы с системой охлаждения

При разгоне мотор перегревается, камера сгорания раскаляется, а пары бензина начинают непроизвольно воспламеняться – это приводит к появлению детонации.

---

Детонация внутри цилиндров – последствия

После того, как мы разобрались с причинами возникновения данной неполадки, стоит рассмотреть и ее последствия. Ни для кого не секрет, что детонация сродни мелким взрывам внутри двигателя – ничего хорошего в них нет, так как обычно это сопровождается температурой до 3500 градусов совместно с превышающим в несколько раз норму давлением. Таким образом, ни один двигатель не сможет выдерживать это явление на постоянной основе – особенно сильно страдают легкие агрегаты из сплавов алюминия. Главные последствия детонации можно выделить коротким списком:

1. перегрев элементов двигателя,
2. пробой прокладки ГБЦ, а точнее ее прогар,
3. уменьшение мощности мотора,
4. разрушение перегородки между поршневыми кольцами.

Если «повезет», можно получить провернутый кривошипно-шатунный механизм – тогда коленвал будет двигаться в обратном направлении, что полностью разрушает некоторые узлы двигателя.

---

Как бороться с детонацией

Когда мы описывали причины данной неисправности выше, мы порекомендовали пару средств, если проблема связана с неправильным октановым числом топлива, либо с нагаром внутри цилиндров. Теперь мы дадим чуть более расширенные рекомендации.

1. Качество топлива. Выбирайте только проверенные заправочные станции, горючее на которых соответствует рекомендациям производителя вашего автомобиля. Всегда возите с собой присадки, улучшающие качество топлива, например, Октан-корректор или Усилитель моторного топлива.
2. Зажигание. Не регулируйте угол зажигания, так как даже мастера в автосервисе ошибаются. Лучше не менять настройки производителя, если нет уверенности, что ничего не случится.
3. Свечи. Внимательно проверяйте свечи зажигания на соответствие рекомендованным параметрам, при необходимости меняйте их на нужные.
4. Нагар. Для профилактики образования отложений регулярно нагружайте двигатель, а также пользуйтесь специальными очистителями и промывками от LAVR. При слишком сильных загрязнениях проводите раскоксовку, воспользовавшись пенным средством COMPLEX, либо жидкостью  ML203 NOVATOR.
5. Перегрев. Проверьте температуру охлаждающей жидкости, если ее недостаточно – долейте. Если антифриз чувствует себя хорошо, осмотрите термостат или вентилятор. Воспользуйтесь промывкой системы охлаждения. Она очистит систему, а также защитит ее от коррозии. Промывка эффективно справляется с перегревами двигателя и рекомендована для профилактического применения. 

причины, как устранить, последствия, видео

Неконтролируемое воспламенение топливно-воздушной смеси способно привести к разрушению деталей цилиндропоршневой группы. В статье рассмотрим, что такое детонация двигателя, причины, которые ее провоцируют, и последствия.

Горение топливно-воздушной смеси

Невозможно понять, почему происходит детонация, без представления о нормальном воспламенении топливно-воздушной смеси (далее ТПВС):

• за несколько градусов до ВМТ свеча подает искру, воспламеняя ТПВС;
• фронт пламени начинает расходиться от электрода, где был первоначальный очаг, к стенкам камеры сгорания;
• если угол опережения зажигания (далее УОЗ) был подобран верно, то примерно к 10º после ВМТ в камере сгорания образуется максимальное давление горения. В этот момент поршень занимает позицию, при которой воздействие энергии на плечо сформирует максимальную вращательную силу кривошипа.

Несмотря на то что поджигание смеси происходит до ВМТ, следовательно, на поршень действует замедляющая его энергия, положительная сторона гораздо более значительна. Ведь самый важный момент – приложить усилие к поршню в момент, когда рычаг позволит получить максимальный крутящий момент. Именно плавное возгорание смеси позволяет достигнуть такого эффекта.

Определение

Детонация двигателя – самопроизвольное воспламенение ТПВС, характеризующееся высокой скоростью распространения фронта пламени. Как вы можете теперь увидеть, «детон» имеет противоположную нормальному горению природу.

Основная характеристика детонационного воспламенения – скорость распространения волны (в этом случае очень удачно сравнение со взрывной волной). После подачи искры средняя скорость розростания горения 20-30 м/с. Скорость взрывной волны в момент, когда топливо детонирует, достигает 2000 тыс. м/с.

Разумеется, ничем хорошим для двигателя это не кончиться. Ударная волна «сносит» очаг воспламенения, спровоцированный свечей зажигания, ударяясь о стенки камеры сгорания. Взрывная волна создает резонирующее воздействие, которое проявляет себя звонким звуком во время работы двигателя. Именно по этому звуку можно понять, что в одном либо сразу нескольких цилиндрах происходит детонирование.

Природа возникновения

С тем, что такое детонация двигателя, мы разобрались. Но что служит предпосылкой для ее возникновения?

Детонирует в камере сгорание не только топливо, но и масло, которые при неполном сгорании топливно-воздушной смеси остаются в камере сгорания. Вернемся к процессу горения. Во время начала воспламенения топливно-воздушной смеси от искры, пропорционально распространению фронта пламени, происходит повышение давления в камере сгорания. Также неминуемо повышается температура. В этот момент на периферии, то есть в полости камеры сгорания, куда еще не дошла волна горения смеси, начинаются предпламенные реакции. Иными словами, молекулы бензина начинают распадаться под действием температуры и давления. Распавшиеся частицы топлива очень легко поджечь. Поэтому, если в каком-то месте камеры сгорания температура слишком высока, это провоцирует самопроизвольное воспламенение частиц топлива.

Теперь нам ясны причины детонации двигателя. Но почему скорость ударной волны в процессе детонации намного больше той, что мы имеем после подачи искры? В гражданском двигателе давление в надпоршневом пространстве в момент достижения поршнем ВМТ – порядка 12 атм. Распространяющийся от искры фронт пламени, приводит к увеличению давления оставшейся полости. Поэтому давление, к примеру, около верхней стенки цилиндра может достигать 50-60 Атм. Именно поэтому скорость самовоспламеняющихся частиц гораздо больше тех, которые поджигаются искрой.

Причины

Факторы, провоцирующие появление детонации:

• несоответствие октанового числа топлива;
• несоответствие степени сжатия. Если вследствие проведения ремонтных работ, была увеличена степень сжатия, то заправка прежней маркой бензина может привести к детонации. Допустить такую оплошность очень легко, если шлифовать ГБЦ либо сам блок, а затем установить прежнюю по толщине прокладку ГБЦ. Если вы не хотите «умертвить» мотор, к вопросу степени сжатия стоит подходить очень серьезно. Учтите, что детонация двигателя может проявляться в жаркую погоду либо в определенном диапазоне оборотов;
• УОЗ. Слишком ранний угол может привести к «паразитному» давлению в некоторых местах камеры сгорания, что приведет к самопроизвольным взрывам;
• неправильное соотношение топлива и воздуха. Детонация мотора может возникнуть как в случае обедненной смеси, так и при переобогащении;
• нагар в камере сгорания. Образование отложений способствует закреплению частиц, которые после такта выпуска не покидают камеру сгорания. Сохраняя высокую температуру, они способствуют появлению в цилиндре детонации. Большое количество нагара приводит к заполнению полезного объема камеры сгорания, что может привести к появлению детонации.

Методы борьбы

Учитывая приведенные выше причины детонации, вам нужно следить за состоянием систем питания и зажигания. А также помнить о правилах выбора бензина.

Важнейшие составляющие топлива: изооктан и гептан. Изооктан, на противовес гептану, чрезвычайно устойчив к детонации. Именно соотношение изооктана к гептану и называют октановым числом бензина. Для большинства водителей выбор топлива стоит между АИ 92 либо АИ 95. Так вот 95 либо 92 и есть тем самым соотношением (к примеру, 92% изооктана и 8% гептана). Заправлять автомобиль нужно лишь той маркой бензина, которая рекомендована заводом-изготовителем. На рынке вы можете найти «Октан-корректор» либо «Октан-Бустер». Предназначение этих средств – повысить детонационную устойчивость топлива.

Среди прочих рекомендаций – периодически крутить двигатель до высоких оборотов. Постоянная езда «внатяг» либо работа двигателя  в диапазоне до 2 тыс. км приводит к ускоренному образованию нагара.

Последствия

К основным поломкам можно отнести:

• прогорание либо частичное оплавление поршня, вследствие аномально большой температуры. Также может произойти поломка перегородок между кольцами. Устранить неисправность поможет дорогостоящая капиталка;
• ускоренный износ ЦПГ. Детонация разрушает масляную пленку на стенках цилиндра, что приводит к сухому трению поршней;
• прогорание выпускных клапанов;
• перегрев двигателя;
• повышение температуры турбины, что может привести к ее поломке;
• высокая температура стенок цилиндра и поршня требует от колец проводить через себя большее количество тепла. Слишком высокая температура пагубно влияет на эластичность колец;
• оплавление электрода. Ситуация редкая и случается лишь в крайне запущенном состоянии.

Любителям экономить

Если вы заправляете современный автомобиль 92 бензином, в надежде сэкономить, то вас приятно удивит информация о системе зажигания инжекторного двигателя. Регистрируя возникновение детонации, ЭБУ «отодвигает» УОЗ. Такие меры помогают устранить детонацию, но приводят к потере динамических характеристик автомобиля. Соответственно, повышается расход, что сводит на нет все попытки экономии.

Тюнерам

Также будьте аккуратны с расчетами при форсировании мотора. В особенности детонации подвержены неправильно построенные турбированные моторы. Но не обходит стороной эта проблема и атмосферные ДВС. На отечественных просторах есть любители устанавливать 16-клапанные ГБЦ в моторы с поршневой от 8-клапанных двигателей. Многие даже не подозревают, что 16-клапанные Вазовские моторы имеют масляное охлаждение поршней. Поэтому установка одной лишь ГБЦ чревата увеличением температуры в цилиндре.

Езда внатяг

Движение внатяг – езда под нагрузкой на повышенной передаче. Случается такое, когда водитель резко добавляет газ, будучи на повышенной передаче, когда обороты двигателя не превышают 2500 тыс. Спровоцировать такую ситуацию может затяжной подъем, при котором водитель не сбрасывает скорость, а сильнее нажимает на педаль.

Езда внатяг, особенно на турбированном ДВС с малым объемом, создает благоприятные условия для возникновения детонации. Именно поэтому от такого способа вождения лучше отказаться.

Датчик детонации

Именно этот сенсор регистрирует посторонние резонансные частоты в цилиндре. Ориентируясь на показания датчика детонации, ЭБУ принимает решение о корректировании УОЗ. Если двигатель в исправном состоянии, а в баке правильный вид топлива, то поломка датчика не приведет к появлению детонации. Просто теперь ЭБУ не сможет адекватно реагировать на появление столь негативного явления.

ДЕТОНАЦИЯ

На некоторых режимах работы автомобиля, обычно связанных с большой нагрузкой, при использовании бензина, качество которого не полностью отвечает требованиям двигателя, может возникнуть особый вид сгорания рабочей смеси, так называемое детонационное сгорание. Такое сгорание сопровождается появлением характерного звонкого металлического стука, повышением дымности выхлопа и увеличением температуры в цилиндрах двигателя.
Все внешние признаки и проявления детонации хорошо известны, однако, причины возникновения и механизм этого явления до сего времени выяснены не полностью. Существует несколько теорий, объясняющих сущность детонационного сгорания, но наиболее общепризнанной из них в настоящее время является так называемая перекисная теория.
В основе этой теории лежат труды выдающегося русского ученого акад. А.Н. Баха, который установил, что при окислении углеводородов первичными продуктами являются перекисные соединения типа гидроперекиси R—О—О—Н или диалкилперекиси R—О—О—R. Перекиси относятся к разряду весьма нестойких соединений, обладающих большой избыточной энергией. При определенных температурах и давлении перекисные соединения могут самопроизвольно разлагаться с выделением большого количества тепла и образованием новых активных частиц.                      
Процесс окисления углеводородов бензина кислородом воздуха начинается с момента производства бензина на заводе и продолжается вплоть до сгорания бензина в двигателе. Скорость окисления зависит от температуры. При повышении температуры бензина на 10° С скорость его окисления возрастает в 2, 2—2, 4 раза.
При хранении и транспортировке бензина температура его обычно невысока, поэтому окисление углеводородов и образование перекисных соединений происходит весьма медленно. Перекисные соединения в таких условиях не накапливаются, а подвергаются дальнейшему окислению с образованием смолистых веществ.
Энергичное окисление углеводородов бензина начинается в камере сгорания в конце такта сжатия рабочей смеси. При движении поршня к в.м.т. непрерывно повышается температура и давление в рабочей смеси и возрастает не только скорость окисления углеводородов, но в процесс окисления вовлекается все большее и большее количество различных соединений. Процессы окисления приобретают особенно большую скорость после воспламенения смеси и образования фронта пламени. По мере сгорания рабочей смеси температура и давление в камере сгорания быстро нарастают, что способствует дальнейшей интенсификации процессов окисления в несгоревшей части рабочей смеси. На последние порции несгоревшего топлива, находящиеся перед фронтом пламени, высокие температура и давление действуют наиболее длительно. Вследствие этого в них особенно интенсивно накапливаются перекисные соединения, поэтому наиболее благоприятные условия для перехода нормального сгорания в детонационное создаются при сгорании именно последних порций рабочей смеси.
Описанные выше процессы окисления углеводородов с образованием перекисных соединений протекают в двигателе всегда, независимо от того, какое сгорание имеет место: нормальное или детонационное.
Если в двигателе используется такой бензин, в составе которого преобладают углеводороды, не образующие при окислении большого количества перекисных соединений, то концентрация перекисей в последних порциях смеси не достигает критических значений, и сгорание заканчивается нормально, без возникновения детонации.
Если при окислении бензина в последних порциях смеси накапливается много перекисных соединений, то свыше некоторого критического значения происходит их взрывной распад с образованием так называемого «холодного пламени». Продуктами сгорания в этом пламени являются главным образом альдегиды и СО, так что и энергия, выделяемая в «холодном пламени», составляет лишь малую часть от полной теплоты сгорания топлива (5—10%) с соответственно незначительным повышением температуры. Свечение холодного пламени обязано оптическому возбуждению молекул формальдегида непосредственно при их образовании, т. е. возникает за счет энергии химической реакции (хемилюминесценция).
Распространение холодного пламени по рабочей смеси, в отличие от -нормальных горячих пламен, осуществляется исключительно диффузией в свежую смесь активных частиц, радикалов, образующихся при распаде перекисей. Результатом холоднопламенной стадии является замена исходного, относительно инертного углеводорода химически активной смесью органических перекисей, альдегидов и свободных радикалов. Эта активная смесь подвергается дальнейшему окислению и после некоторого периода индукциипроисходит новый взрывной распад перекисных соединений, аналогичный прежнему, но с вовлечением большей массы исходной смеси и с участием большего количества перекисных соединений.
При этом возникает особый тип пламени, промежуточный между холодным и горячим, названный А. С. Соколиком [ ] «вторичным холодным пламенем». Реакция идет в нем так же, как в холодном пламени, не до конечных продуктов СО2 и Н2О, а до СО, но степень разогрева в этом пламени уже велика и соответствует выделению примерно половины полной энергии сгорания, поэтому «вторичное холодное пламя» распространяется с большей скоростью не только за счет диффузии активных центров, но и за счет теплопередачи. После прохождения «вторичного холодного пламени» остается на гретая до высокой температуры смесь СО и неиспользованного кислорода. При достаточно высокой концентрации активных центров происходит цепочечно-тепловой взрыв этой смеси, рождающий настоящее горячее пламя, т. е. происходит самовоспламенение [1].
Вначале самовоспламенение и образование нового фронта горячего пламени происходит в одном или нескольких местах несгоревшей части рабочей смеси. Одновременно с новым фронтом горячего пламени возникает новый фронт ударной волны. Ударные волны, распространяясь по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению, стимулируют самовоспламенение остальной несгоревшей части рабочей смеси. При этом скорость распространения фронта горячего пламени в оставшейся части смеси становится такой же, как и скорость распространения ударных волн, т. е. появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость до 2000—2500 м/сек.
Таким образом, сущность явления детонации состоит в весьма быстром завершении процесса сгорания в результате многостадийного самовоспламенения части рабочей смеси перед фронтом пламени, сопровождающегося возникновением ударных волн, которые, в свою очередь, стимулируют сгорание всей оставшейся рабочей смеси со сверхзвуковой скоростью.
Изложенные выше представления о цепном механизме детонационного сгорания основаны на трудах акад. Н. Н. Семенова и подтверждаются многочисленными экспериментальными данными.
Рисунок 1 иллюстрирует исследования, перемещения фронта пламени при нормальном и детонационном сгорании смеси в специальном двигателе, оборудованном аппаратурой для скоростной фотосъемки. Очаг детонационного сгорания отмечен в наиболее удаленном от свечи зажигания месте. Весь процесс детонационного сгорания завершился при повороте коленчатого вала на 6—7° после в. м. т., тогда как нормальное сгорание в этих условиях протекало значительно дольше и заканчивалось при повороте коленчатого вала более чем на 14° после в. м. т. (Рисунок 1).
В пользу многостадийного воспламенения несгоревшей порции рабочей смеси говорит тот факт, что в спектре испускания пла-

Рисунок 1 . Распространение фронта пламени в цилиндре двигателя. Сплошными ли-
ниями обозначены мгновенное положение фронта пламени через каждые 2° поворота
коленчатого вала:
А — при угле опережения зажигания 20° до ВМТ и нормальном сгорании; Б — при угле опе-
режения зажигания 19, 2° до ВМТ и сгорании с детонацией; Х— искра; Д — место возникно-
вения детонации.

мени в детонационной зоне исчезают характерные для углеводородных пламен полосы С—С и С—Н. Это обстоятельство свидетельствует о том, что горячее пламя возникает в данном случае не в исходной углеводородо-воздушной смеси, а в продуктах ее превращения, содержащих главным образом СО. При помощи спектров поглощенияв смеси перед детонационным воспламенением обнаружены органические перекиси и альдегиды и, наконец, специфические для холодных пламен возбужденные молекулы формальдегида [1].
Установлено, что введение в камеру сгорания небольших количеств диэтилперекиси (С2H5ООС2H5) или этилгидроперекиси (С2Н5ООН) вызывает очень сильную детонацию. Резкую детонацию вызывало введение гидроперекиси ацетила (СНзСООН). В последней порции рабочей смеси в двигателе перед началом детонации были обнаружены органические перекиси, аналогичные гидроперекиси ацетила, в таких количествах, которые по опытам с чистой перекисью необходимы для вызова детонации [ ].
Внешние признаки детонационного сгорания мы уже отмечали: характерный стук, дымный выхлоп и перегрев двигателя. Металлический стук является результатом многократных периодических отражений ударных волн от стенок камер сгорания. При этом на индикаторных диаграммах в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда постепенно затухающих острых пиков (рис. Рисунок 2). Частота вибраций давления примерно такая же, как и основная частота слышимых стуков — порядка нескольких тысяч гц. В связи с этим при детонации мы слышим звонкий металлический стук высоких тонов.

Рисунок 2 . Типичные индикаторные диаграммы двигателя с искровым зажиганием при работе
с детонацией.

 

Само по себе повышение давления, возникающее во фронте ударных волн, с точки зрения механической прочности деталей двигателя, не представляет особой опасности, так как эти пики давления действуют в виде крайне коротких импульсов, длящихся менее одной десятитысячной доли секунды.
Однако ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически    «сдирать» масляную пленку с поверхности   гильзы, что приводит к увеличению износа цилиндров и поршневых колец. Кроме того, вибрационный характер нагрузки на поршень при наличии детонации может вызывать разрушение антифрикционного слоя в шатунных подшипниках [ ].
В результате большой скорости и взрывного характера сгорания при детонации часть топлива и промежуточных продуктов сгорания «разбрасывается» по объему камеры, перемешивается с конечными продуктами сгорания и не успевает полностью сгореть. Следствием неполноты сгорания смеси при детонации является увеличение дымности выхлопа.
Главная опасность детонации заключается в повышенной отдаче тепла от сгоревших газов в стенки камеры сгорания и днище поршня из-за более высоких температур в детонационной волне и увеличения коэффициента теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа [3].
Увеличенная теплоотдача в стенки приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения поверхности камеры сгорания и днища поршня, первоначально выражающиеся в появлении на поверхности металла небольших щербин. Часто в первую очередь происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно расположение таких разрушений во вполне определенных для дан ного двигателя местах, зависящих от конфигурации камеры сгорания, что связано с зонами преимущественного возникновения детонации и условиями отражения ударных волн от стенок [3].
Следует отметить, что еще до появления каких-либо видимых разрушений работа двигателя с детонацией ведет к повышенному износу деталей [ ]. Так, в Таблица 1 приведены результаты исследования [ ] влияния детонации на износ цилиндров. Опыты проводились на шестицилиндровом двигателе таким образом, что три цилиндра работали с детонацией, а три других — без детонации.
Через 200 ч испытаний проводился второй этап, во время которого три цилиндра, ранее работавшие без детонации, переводились на детонационный режим, и наоборот. Исследования показали, что при работе двигателя с детонацией, в тех случаях, когда не наблюдается аварийных разрушений, происходит снижение его долговечности в 1, 5—3 раза.

Таблица 1 . Влияние детонации на износ (в мк) цилиндров [30]

Условия испытаний	Средний макси- мальный износ	Средний износ в верхнем поясе	Средний износ по всем поясам
Работа с детонацией
в течение 100 ч
I этап	11, 0	5, 0	2, 7
II этап	13, 3	5, 3	2, 5
в течение 200 ч
I этап	19, 4	9, 7	4. 6
II этап	21, 1	10, 9	4, 8
Работа без детонации
в течение 100 ч	4, 6	2, 4	1, 8
I этап	4, 1	1, 1	1, 3
II этап
в течение 200 ч	8, 1	4, 1	3, 1
I этап	5, 5	2, 0	2, 9
II этап

 

Распределение износов по высоте цилиндра видно из данных, приведенных на Рисунок 3. Они свидетельствуют о том, что длительная работа двигателя с детонацией совершенно недопустима.
Основные положения перекисной теории детонации позволяют объяснить влияние различных факторов на возникновение детонационного сгорания в двигателе и помогают наметить пути борьбы с этим явлением.
Согласно перекисной теории детонации повышение температур и давления в цилиндрах двигателя должно способствовать ускорению образования перекисных соединений и быстрейшему достижению критических концентраций, приводящих к детонации. Увеличение продолжительности пребывания последних порций топлива в камере сгорания также должно вести к образованию критических концентраций перекисных соединений и возникновению детонации.
Эти положения хорошо объясняют влияние на возникновение детонационного сгорания таких показателей, как степень сжатия двигателя, форма камеры сгорания, диаметр цилиндра, материал поршней и головки блока цилиндров, наличие отложений нагара, угол опережения зажигания, число оборотов коленчатого вала, температура и влажность окружающего воздуха, состав смеси, температура охлаждающей жидкости и т. д. [ , , , , ].

Рисунок 3 . Радиальный износ цилиндра при работе двигателя [16].

Детонация в двигателе с цилиндром увеличенного диаметра при всех прочих равных условиях возникает быстрее, поскольку в таком двигателе ухудшаются условия отвода тепла. Форма  камеры  сгорания должна быть такой, чтобы в ней не было мест, значительно удаленных от источника зажигания, и обеспечивался наилучший отвод тепла от той части рабочей смеси, которая догорает в последнюю очередь.
Алюминиевые   поршни и головка блока цилиндров лучше отводят тепло, чем чугунные, поэтому условия для возникновения детонации в двигателях с алюминиевыми поршнями и головкой блока цилиндров менее благоприятны. Отложения нагара в камере сгорания затрудняют отвод тепла и тем самым способствуют возникновению детонации. При увеличении числа оборотов коленчатого вала сокращается время пребывания топлива в камере до сгорания за счет повышения скорости распространения фронта пламени, что приводит к снижению конечных концентраций перекисных соединений и затрудняет  возникновение детонации.
Детонация в двигателе ослабевает или совсем исчезает при уменьшении угла опережения зажигания вследствие того, что при этом снижаются температура и давление газов в цилиндре двигателя и остается меньше времени на образование перекисных соединений. Наиболее эффективное средство предотвращения детонации в двигателе — это применение топлива, имеющего достаточную химическую стойкость в условиях камеры сгорания, т. е. обладающего необходимыми антидетонационными свойствами.

Список литературы:

Соколик А.С., Сгорание в транспортных поршневых двигателях. Изд. АН СССР, 1951, стр. 37. Льюис Б., Химические основы работы двигателя, Издатинлит, 1948, стр. 152. Воинов А. Н., Процессы сгорания в быстроходных поршневых двигателях, Изд. «Машиностроение», 1965. Berry R., Auto Forics, 66,  № 7, 48(1966). Аpонов Д.М., Маст В.С., Автомобильный транспорт, № 12, 19 (1956). Коenig G. F., Me Lean I. R., SAE J., 69, № 3, 77, (1961). Ваpшавский И.Л., Труды Института двигателей АН СССР, вып. 6, Изд. АН СССР, 1962, стр. 94. Stern А.С., J. Air Pollution Control Assoc., 13, № 2, 91 (1963). Маpкова И.В., Полухин Е. С., Автом. пром., № 9 (1964). Гуреев А.А., Аронов Д.М., Автом. пром., № 5 (1965).

Детонация против преждевременного зажигания

Есть много способов испортить отличный двигатель, но сегодня я просто хочу поговорить о двух из самых жестоких. Детонация и предварительное зажигание, которые часто меняются местами и / или используются для описания одного и того же, на самом деле являются совершенно разными вещами, которые приводят к одинаковым результатам. Оба они называются ненормальным сгоранием, и они очень вредны для вашего двигателя. Чтобы лучше объяснить как детонацию, так и предварительное зажигание, мне нужно также объяснить нормальное горение.

Нормальное сгорание:

Нормальное горение — это горение топливовоздушной смеси в камере сгорания. Нормальное сгорание начинается с того, что фронт пламени возникает у свечи зажигания и равномерно и равномерно распространяется наружу по камере сгорания. Это очень похоже на надувание воздушного шара. Когда вы дуетесь, воздушный шар очень контролируемо и равномерно расширяется от источника воздуха. В идеальном мире сгорание сжигает весь воздух и топливо в цилиндре, не оставляя никого позади (это происходит со стехиометрической смесью лямбда-1).Тепло от сгорания передается от фронта пламени к поршню, от поршня к стенке цилиндра и оттуда в систему охлаждающей жидкости. Распространенное заблуждение о горении состоит в том, что речь идет о взрыве. Это просто неправда … В идеале, когда свеча зажигания зажигает смесь, пламя заполняет цилиндр очень быстро, но очень контролируемым образом.

Детонация:

Определение: Самовозгорание конечного газа или остаточной воздушно-топливной смеси в камере.

Детонация всегда возникает после того, как свеча зажигания начала нормальное сгорание. Обычное горение расширяется, но газы на краю фронта пламени сжимаются и начинают спонтанно воспламеняться. Вероятно, это вызвано чрезмерным нагревом и давлением. Однако самое важное, что нужно помнить о детонации, это то, что она возникает после того, как фронт пламени был инициирован свечой зажигания.

Существует множество факторов, которые вместе создают идеальный сценарий возникновения детонации.Хотя конструкция двигателя и октановое число топлива играют важную роль, наиболее распространенным причинным фактором является слишком большой опережение зажигания. Чрезмерно опережающий угол опережения зажигания приводит к слишком быстрому зажиганию, что приводит к слишком быстрому увеличению давления. Это очень высокий / очень резкий скачок давления, который часто приводит к повреждению двигателя.

Как вы можете видеть на изображении, график вверху имеет плавный профиль давления и может считаться нормальным сгоранием. Однако на нижнем графике показано нормальное повышение давления до тех пор, пока детонация не произойдет даже после искры.Затем вы видите большой скачок давления из-за ненормального сгорания. Этот скачок давления заставляет структуру двигателя резонировать, как будто это камертон. Этот резонанс улавливается датчиком детонации и передается в ЭБУ.

Датчики детонации

— большой повод для беспокойства у многих энтузиастов. Возможность видеть то, что они видят, с помощью устройства мониторинга, такого как Cobb Tuning AccessPort, дает людям возможность всегда видеть, что происходит с их движком. Это окно позволяет вам видеть то, что вы обычно никогда не замечаете или о чем не заботитесь.Меня очень часто спрашивают о продолжающейся детонации, которая происходит при частичном открытии дроссельной заслонки. К счастью, детонация не всегда разрушительна. Низкие уровни детонации возникают постоянно и даже могут поддерживаться в течение длительных периодов времени без нанесения ущерба. Частичный стук дроссельной заслонки является нормальным явлением для различных автомобилей и, хотя иногда он может быть вызван реальной детонацией, в большинстве случаев это просто шум, поскольку двигатель резонирует при определенных оборотах в минуту. Это также будет проявляться в точках переключения передач, когда двигатель значительно перемещается между переключениями передач на WOT, и это не должно вызывать беспокойства.Однако детонация становится серьезным поводом для беспокойства, когда вы начинаете работать с более высокими нагрузками. Если вы видите значительный стук в широко открытой дроссельной заслонке (WOT), вам следует обратиться к своему тюнеру.

Повреждение: Есть несколько основных неисправностей, вызванных детонацией. Меньшей из точек неисправности является точечная коррозия или истирание днища поршня. Вы также увидите эту точечную коррозию на выпускных клапанах, так как это более горячая сторона цилиндра, при этом воздушно-топливная смесь охлаждает сторону впуска.Ямка выглядит так, как будто в поршень попала птица, выстрелившая из дробовика.

Еще одна точка повреждения от детонации — это приземление кольца. Часто под резкими скачками давления вы получаете раздавленные или сломанные кольцевые площадки. В менее тяжелых случаях вы все равно увидите разорванные кольца. Это часто случается с литыми поршнями, поскольку они никогда не были предназначены для того, чтобы выдерживать такое давление в цилиндре, особенно такие внезапные и резкие изменения давления.

Вместе с детонацией приходит тепло.Скачки давления разрушают пограничный слой газа, который гасит фронт пламени и защищает относительно холодный поршень от относительно горячего сгорания. По мере того как этот пограничный слой разрушается и все больше и больше тепла поглощается поршнем, вы увидите деформацию поршня и задиры на стенках цилиндра, что неизбежно приведет к необходимости ремонта двигателя. Из-за этого вы также увидите более высокие температуры охлаждающей жидкости, поскольку системе охлаждающей жидкости приходится выполнять больше работы с избыточным теплом.

Индикаторы: Слышны более высокие уровни детонации, они будут звучать так, как будто четвертаки стучат по стеклу. Вы не можете услышать его в большинстве новых автомобилей из-за изолированной кабины, поэтому, когда вы его слышите, скорее всего, это более высокий уровень стука. Если у вас есть устройство настройки, которое отслеживает замедление детонации, такое как Cobb Tuning Accesport, вы видите только реакцию двигателя на воспринимаемый шум. Однако стоит обратить внимание на то, что двигатель по какой-то причине пытается спастись за счет уменьшения опережения зажигания.

Предварительное зажигание:

Определение: Предварительное зажигание — это воспламенение топливно-воздушной смеси перед зажиганием свечи зажигания.

Событие преждевременного воспламенения выглядит примерно так…

Топливо-воздушная смесь поступает в камеру сгорания, когда поршень находится на такте впуска вниз. Затем поршень возвращается вверх для такта сжатия. Чем более сжатая смесь, тем труднее ее зажечь, поэтому, когда поршень находится на нижней стороне такта сжатия, смесь фактически легче воспламеняется, чем когда она приближается к верхней мертвой точке (ВМТ).Горячее пятно в цилиндре, такое как раскаленный наконечник свечи зажигания, может воспламенить эту смесь с низким уровнем сжатия очень рано, до того, как загорится свеча зажигания. Теперь движение поршня вверх борется с расширяющейся силой сгорания. Это добавляет огромное количество тепла и нагрузки к двигателю, и по этой причине предварительное зажигание отвечает за гораздо более высокое давление в цилиндре, чем детонация. Давление от предварительного зажигания не такое быстрое, как при детонации. Напротив, давление очень высокое и длится гораздо дольше.

Повреждение: Повреждение от предварительного воспламенения намного более серьезное и мгновенное, чем от детонации. Как правило, при предварительном зажигании вы увидите расплавленные отверстия в поршнях, расплавленные свечи зажигания, а отказ двигателя происходит практически сразу.

Из-за большей продолжительности нагрева и давления, вызванных предварительным зажиганием, вы заметите намного больше расплавленных деталей, тогда как при детонации вы получите больше деталей, которые просто разнесутся на части.

Индикаторы: На самом деле нет никаких предупреждающих знаков с предварительным зажиганием.Лучшее, что вы можете сделать, чтобы предотвратить это, — убедиться, что двигатель настроен, а также минимизировать возможные горячие точки. От OEM-производителей автомобили поставляются с соответствующими диапазонами нагрева свечей зажигания и всем необходимым для минимизации / исключения преждевременного зажигания. Поэтому убедитесь, что у вас есть правильные свечи зажигания и правильные зазоры, важно при замене свечей и добавлении большего наддува и, следовательно, более высоких температур цилиндров в вашу камеру сгорания.

Детонационная волна — обзор

Поток в ударной трубе

Детонационные волны часто исследуются с помощью ударной трубы (Lee, 1967).Можно провести точный газовый анализ, аналогичный обсуждению ударной трубы в работе Липмана и Рошко (1957), но с мгновенным добавлением тепла после скачка. Когда это делается для набегающего потока (Ashford, 1994), обнаруживается, что волна детонации может потребовать или не потребовать волны Тейлора (Yu et al ., 1992). В любом случае требуется глобальное решение, которое охватывает потоки из области 1 в область 4, см. Рис. 3.1.20 (a), как это делается в нереактивном случае.

РИСУНОК 3.1.20. Течение в ударной трубе с детонационной волной с: (а) без волны Тейлора; и (б) с волной Тейлора.

Подвод тепла происходит между состояниями 2 и 3. На рис. 3.1.20 (a), M ₃ <1, волна детонации перегружена и волна Тейлора отсутствует. На рисунке 3.1.20 (b) показан случай CJ с M ₃ = 1 и волной Тейлора.

Таким образом, условие CJ не всегда выполняется. Однако когда это произойдет, мы получим

(3.1.35) p3 = 12 (P2 + 1)

, где P _i = p _i / p ₁ .Кроме того, T ₂ / T ₁ и T ₃ / T ₁ являются постоянными. Другими словами, когда изменяется только начальное соотношение давлений P ₄ , поток регулируется путем изменения силы волны Тейлора с фиксированной силой волны детонации.

Возникнет волна Тейлора или нет, зависит от выбора газа высокого давления, степени давления P ₄ и начального состава газа низкого давления.Может быть определено критическое значение P _4CJ , где

P4> P4CJ, избыточная детонация P4

С T ₁ = T ₄ = 300 K и H ₂ / O ₂ в качестве газа низкого давления, на рис. 3.1.21 показана зависимость P _4CJ от эквивалентного отношения топлива / окислителя ϕ (ϕ = 0 для чистого O ₂ ) для трех разных газов высокого давления. Предположим, что газ высокого давления — это He.Когда значение P ₄ находится выше кривой He, детонация становится избыточной. Когда P ₄ равно P _4CJ , M ₃ = 1 и волна Тейлора имеет нулевую силу. Наконец, когда P ₄ ниже кривой, мы имеем условие CJ с волной Тейлора. При He и коэффициенте давлений P ₄ , равном примерно 100, коэффициент эквивалентности должен превышать 0,2, чтобы получить волну Тейлора.

РИСУНОК 3.1.21. Критическое начальное соотношение p ₄ / p ₁ соотношение эквивалентности для трех газов на стороне высокого давления (Ashford, 1994).

Экспериментально наблюдать волну Тейлора в потоке в ударной трубе непросто. Вначале из-за процесса разрыва диафрагмы относительно компактная волна Тейлора может быть не различима. В более поздние времена, когда детонация приближается к торцевой стенке, градиенты внутри распространенной волны Тейлора относительно слабы, и отраженная волна разрежения могла догнать часть волны.

Ударная труба может использоваться вместе с аэродинамической трубой для создания высокоэнтальпийного воздушного потока в рабочей части аэродинамической трубы. Устройство называется ударным туннелем. Одна конкретная конфигурация устройства (есть много других возможностей) использует детонационную волну для создания высокотемпературного газа под высоким давлением в камере высокого давления ударной трубы (Lu и др. , 1998). Смесь водорода / кислорода относительно низкого давления первоначально содержится в приводной секции ударной трубы, тогда как ведомая секция содержит воздух в качестве испытательного газа.Среди нескольких возможностей можно использовать искровое зажигание для детонации газа либо на закрытом конце трубки, либо на конце диафрагмы. В любом случае начальное поведение соответствует детонационной волне в детонационной трубе. Следовательно, за волной детонации следует волна Тейлора.

Прикрепленный пограничный слой образуется, начиная с основания скачка уплотнения, когда падающий скачок уплотнения проходит вниз по трубе. После отражения скачка от торцевой стенки происходит взаимодействие между отраженным скачком и пограничным слоем, находящимся теперь выше по потоку.Для нереактивного туннельного скачка уплотнения отраженный скачок уплотнения вызывает разделение пограничного слоя (Davies and Wilson, 1969). Создается ударная волна λ – с тройной точкой и потоком скольжения. Это нестационарный поток, в котором тройная точка перемещается по направлению к центральной линии трубы. Это явление накладывает серьезные ограничения на время выполнения операции в ударном туннеле (Davies and Wilson, 1969).

В течение некоторого времени псевдостационарные и нестационарные процессы отражения ударных волн изучались (оптически) путем размещения аппарели или клина возле торцевой стенки секции низкого давления ударной трубы (Ben-Dor, 1992).Падающий скачок уплотнения взаимодействует с клином, образуя различные паттерны, такие как единый паттерн отражения Маха. Тот же тип эксперимента можно провести с детонирующей газовой смесью на стороне низкого давления трубы. Было бы интересно сравнить процесс отражения, когда падающая детонация перегружена, с тем, когда за ней следует волна Тейлора. Этот тип эксперимента также будет полезен для интерпретации явлений поперечных волн, как обсуждается в подразделе, посвященном неплоским детонационным волнам.

Детонация | lycoming.com

Что такое детонация?

Детонация — это резкое сгорание или взрыв топливного заряда внутри цилиндра. Во время нормального сгорания свечи зажигания воспламеняют топливный заряд, и топливо имеет постоянное и равномерное горение, поскольку поршень проходит рабочий такт, и химическая энергия эффективно преобразуется в механическую. Проще говоря, когда происходит детонация, топливный заряд быстро воспламеняется в результате неконтролируемого взрыва, вызывая ударную силу на поршень, а не постоянный толчок.Легкая детонация может не показывать никаких признаков в салоне самолета. Детонация от умеренной до сильной может быть замечена по неровности двигателя, вибрации или потере мощности и, в конечном итоге, к повреждению двигателя. Пилоту всегда следует следить за неожиданно высокими температурами головки цилиндров (CHT) или выхлопными газами (EGT), которые могут быть признаком того, что происходит детонация.

Что вызывает детонацию и как ее предотвратить?

Процесс сгорания внутри поршневого двигателя довольно динамичный, и есть много вещей, которые могут способствовать детонации.В этой статье мы коснемся нескольких наиболее распространенных причин, а не краткого списка.

Во-первых, давайте предположим, что самолет и двигатель заправлены топливом правильно и что октановое число топлива соответствует или превышает октановую потребность двигателя. Инструкция по обслуживанию Lycoming 1070 содержит исчерпывающий перечень одобренных видов топлива для наших двигателей, а также другую важную информацию.

Учитывая, что топливо является правильным выбором для двигателя, для пилота причиной номер один детонации является чрезмерная обедненная смесь при высоких настройках мощности.Пилот должен всегда придерживаться указаний в утвержденном руководстве по эксплуатации для правильного наклона и настройки мощности. Чтобы ознакомиться с рекомендациями Lycoming, обратитесь к текущим редакциям соответствующего руководства оператора Lycoming и инструкции по обслуживанию 1094. Если пилот считает, что двигатель может взорваться, он или она может предпринять следующие действия.

• Увеличьте моторную смесь.
• Уменьшите мощность до более низкого значения.
• Уменьшите или прекратите набор высоты и увеличьте скорость движения для лучшего охлаждения.

Для механика причиной номер один детонации будет любая проблема, которая может привести к неожиданной работе баллона на обедненной смеси. Чаще всего это вызвано частичным засорением форсунки впрыска топлива или утечкой всасываемого воздуха. Каждый раз, когда топливные форсунки снимаются, их следует прочистить и проверить поток. Во время осмотра механик должен искать признаки утечки на входе; обычно отмечается синим пятном топлива на впускных трубах. Перед дальнейшим полетом следует исправить любые аномалии.

Мы также видели случаи, когда треснувшие или иным образом поврежденные свечи зажигания создавали «горячую точку» в двигателе и происходила детонация. Вот почему никогда не стоит использовать вилку, которая упала на твердый пол или была повреждена иным образом.

Двигатели

Lycoming соответствуют требованиям FAA по запасу детонации или превосходят их. Следовательно, если двигатель обслуживается и эксплуатируется в соответствии с нашими опубликованными инструкциями, двигатель никогда не должен взрываться.

Как мой механик или мастерская по ремонту двигателей узнает о детонации?

Детонация оказывает негативное воздействие на двигатель.Легкая детонация может вызвать преждевременный износ подшипников и втулок. Сильная или продолжительная детонация может вызвать повреждение головки цилиндров и поршней. В некоторых крайних случаях шатун может быть погнут или сломан, головка цилиндра может треснуть или выйти из строя, или могут сломаться площадки поршневого кольца.

Каждый раз, когда цилиндр снимается, ваш механик должен воспользоваться возможностью, чтобы проверить цилиндр и поршни на наличие признаков неисправности. Вот некоторые вещи, которые можно проверить.

• Хотя это может выглядеть не лучшим образом, накопление свинца или отложения сгорания являются нормальным явлением для двигателей Lycoming. Отсутствие этих депозитов — тоже не обязательно хорошо. Необходимо проверить головку блока цилиндров и поршень на предмет «пескоструйной обработки». Отсутствие отложений или чистая головка и поверхность поршня могут указывать на детонацию. При использовании неэтилированного топлива отложения должны быть…
• Повреждения от детонации обычно проявляются на краях поршней и на головке цилиндров между портами свечей зажигания и клапанами.

Если у вас возникнут дополнительные вопросы об уходе и техническом обслуживании вашего двигателя Lycoming, свяжитесь с нашей группой технической поддержки по адресу: [email protected] или по телефону + 1-800-258-3279.

Двигатель с наклонной волной может разблокировать самолет со скоростью 17 Маха

Исследователи UCF говорят, что они впервые зафиксировали длительную взрывную детонацию, зафиксировав ее на месте, и преобразовали ее огромную мощность в тягу в новом двигателе с наклонной волной, который может привести в движение скорость самолета до 17 раз превышает скорость звука, что потенциально превосходит ГПВРД в качестве метода гиперзвуковой тяги.

Дефлаграция — высокотемпературное сжигание топлива с кислородом — это относительно медленный, безопасный и контролируемый способ высвобождения химической энергии и превращения ее в движение, поэтому эта приятная, мирная форма сгорания лежит в основе многих наших транспортных технологий. Но если вы хотите высвободить максимально возможную энергию из единицы топлива, вы получите гораздо лучшую отдачу от … ну, взрыв.

Детонация быстрая, хаотичная и часто разрушительная. Для этого не обязательно нужен кислород, всего лишь один взрывчатый материал и какой-то энергетический толчок, достаточно большой, чтобы разорвать химические связи, удерживающие вместе и без того нестабильную молекулу.Он создает экзотермические ударные волны, которые ускоряются наружу со сверхзвуковой скоростью, высвобождая огромное количество энергии.

Люди пытались использовать грубую силу детонации — самую мощную форму горения — более 60 лет, но надеть узду на бомбу оказалось чрезвычайно сложно. Импульсные детонационные двигатели создают серию повторяющихся взрывов аналогично импульсной струе, и они уже были испытаны на самолетах — в частности, в проекте Scaled Composites Long-EZ «Borealis», созданном Исследовательской лабораторией ВВС США и Innovative Scientific. Solutions Incorporated еще в 2008 году.

Вращающиеся детонационные двигатели, в которых ударные волны от одной детонации настраиваются для запуска дальнейших взрывов в кольцевом канале, считалось невозможным до тех пор, пока исследователи из Университета Центральной Флориды (UCF) не продвинулись вперед и не продемонстрировали опытный образец в прошлом году в длительной эксплуатации. В связи с проведением испытаний при запуске ракеты примерно к 2025 году вращающиеся детонационные двигатели должны быть более эффективными, чем импульсные детонационные двигатели, просто потому, что не нужно очищать камеру сгорания между взрывами.

Теперь другая команда из UCF, включая некоторых из тех же исследователей, которые построили вращающийся детонационный двигатель в прошлом году, говорит, что ей удалось впервые в мире продемонстрировать неуловимый третий тип детонационного двигателя, который мог бы победить их всех, теоретически открыв на пути к самолету, летящему со скоростью до 13 000 миль в час (21 000 км / ч), что в 17 раз превышает скорость звука.

Стоячая волна, или двигатель с косой волной детонации (OWDE), нацелен на создание непрерывной детонации, которая стабильна и фиксируется в пространстве, создавая безжалостно эффективную и управляемую силовую установку, генерирующую значительно большую мощность и использующую меньше топлива, чем позволяют современные технологии.

Команда UCF утверждает, что успешно стабилизировала детонационную волну в условиях гиперзвукового потока, удерживая ее на месте, а не заставляя ее двигаться вверх по потоку (где это может вызвать взрыв источника топлива) или вниз по потоку (где он потеряет свое взрывное преимущество и выдыхаются в горение).

Принципиальная схема экспериментального прототипа HyperReact

University of Central Florida

Для этого команда построила экспериментальный прототип, который она назвала High-Enthalpy Hypersonic Reacting Facility, или сокращенно HyperReact.HyperReact длиной менее метра (3,3 фута) можно условно охарактеризовать как полую трубку, разделенную на три секции, каждая из которых имеет четко очерченную внутреннюю часть.

Первая секция представляет собой смесительную камеру диаметром 350 мм (13,8 дюйма) — канал квадратного сечения со сторонами 45 мм (1,8 дюйма). Здесь предварительная горелка зажигает струю водородного топлива, предварительно смешанного с воздухом. Еще четыре воздушных канала вокруг жиклера предварительной горелки ускоряют поток до соответствующих скоростей.

Вторая секция представляет собой сужающееся-расходящееся (CD) сопло с осесимметричным квадратным поперечным сечением на всем протяжении вниз.Главный топливный инжектор добавляет 99,99% сверхчистого водородного топлива к горячему, быстрому воздуху под высоким давлением, спускающемуся по трубе непосредственно перед тем, как он входит в сопло CD, которое быстро сужается до 9 мм в высоту (0,35 мм). in) горла, прежде чем снова вернуться к квадрату 45 мм. Эта форма предназначена для ускорения смеси до 5,0 Маха перед переходом к последней «испытательной секции», где происходит детонация.

Испытательная секция принимает эту гиперзвуковую воздушно-топливную смесь и запускает ее по пандусу с углом 30 градусов на нижней стороне квадратной трубы.Настраивая скорость потока и смесь воздух / топливо, команда смогла найти параметры, которые управляли взаимодействиями волн давления в камере, чтобы произвести немыслимое: стабильный, непрерывный взрыв, который оставался почти неподвижным, слегка колеблясь по циклической схеме, в течение передняя губа аппарели.

Наложенные теневые изображения хемилюминесценции показывают условия в испытательной камере при нереагирующем воздушном потоке со скоростью 5 Маха, а затем с добавлением топлива для создания наклонной детонационной волны

Университет Центральной Флориды

По сравнению с условиями, измеренными при выключенной основной топливной форсунке, пиковое давление составляло 2.За аппарелью в 7 раз выше, а давление на выходе из сопла в 10,5 раз выше. Скорость потока была рассчитана как 99,7% от теоретической скорости волны детонации для свободно распространяющегося нормального взрыва в данной смеси.

«Это первый опыт экспериментальной стабилизации детонации», — говорит Карим Ахмед, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники UCF и один из авторов новой исследовательской работы. «Мы наконец-то можем удерживать детонацию в космосе в наклонной форме детонации.Это почти как замораживание интенсивного взрыва в физическом пространстве ».

Там, где детонация обычно длится всего несколько микро- или миллисекунд, команде UCF удалось выдержать этот эксперимент экспериментально, пока топливо не было отключено примерно через три секунды. Этого достаточно, чтобы доказать, что устройство работает, сказал Ахмед LiveScience, и если бы команда продолжала продолжать подачу топлива, это бы разрушило кварцевые окна по бокам испытательной секции, которые были там, чтобы позволить оптическое изображение испытаний.Замена испытательной секции чем-то полностью с металлическими стенками позволит продлить детонацию.

По словам Ахмеда, дизайн прототипа достаточно близок к тому, как мог бы выглядеть полномасштабный серийный OWDE. Теперь задача состоит в том, чтобы научиться динамически изменять топливную смесь, скорость потока и угол наклона, чтобы детонация оставалась стабильной, надежной и управляемой в широком диапазоне рабочих условий и управляющих входов.

Вверху: структура детонации для трех фаз во время пробного запуска.Внизу: статическое давление в испытательной камере резко возрастает и поддерживается в течение всего потока топлива

Университет Центральной Флориды

В течение некоторого времени о OWDE говорили теоретически как о потенциально более совершенной форме гиперзвуковой тяги по сравнению с ГПВРД. ГПРД имеют тенденцию терять эффективность по мере увеличения скорости, потенциально превышая около 14 Махов. Экспериментальные результаты, опубликованные UCF, указывают на самолет «Sodramjet» (вертикальный прямоточный воздушно-реактивный двигатель с косой детонацией), способный летать от 6 до 17 Махов.

Что все это значит? Что ж, гиперзвуковое воздушное путешествие со скоростью до 17 Махов не только откроет дверь для потенциальных полетов продолжительностью менее 30 минут между Нью-Йорком и Лос-Анджелесом. Это также позволит космическим самолетам эффективно взлетать прямо на орбиту, не привязываясь к ракетным ускорителям. И, конечно, это может иметь серьезные последствия для национальной безопасности и глобального ядерного баланса сил.

Как указал наш собственный Дэвид Сонди в этом потрясающем объяснении гиперзвуковых полетов от 2017 года, на данный момент в мире нет радара или системы противоракетной защиты, которые могли бы справиться с гиперзвуковой ракетой.Более того, вам даже не понадобится боеголовка, чтобы вызвать разрушения, сравнимые с ядерной бомбой. «Вся эта скорость и вся эта инерция превращает любую исследовательскую платформу, разведывательную установку или пассажирский самолет в потенциальное кинетическое оружие», — пишет Сонди. «Им не нужна фугасная взрывчатка, чтобы уничтожить цель. Все, что им нужно сделать, это поразить ее. Другими словами, любой гиперзвуковой автомобиль является внутренним оружием с учетом соответствующих модификаций».

Действительно, исследование финансировалось не только Национальным научным фондом и Консорциумом космических грантов НАСА Флориды, но и Управлением научных исследований ВВС США.Таким образом, эти двигатели для взрыва в баллонах явно представляют военный интерес.

Бумага находится в открытом доступе по номеру PNAS .

Источник: Университет Центральной Флориды

Типы низкочастотных нестабильностей во вращающихся детонационных камерах сгорания

Явление сверхзвукового горения детонации приводит к увеличению давления в газах [1] на 13–55 поперек волны из-за ударной волны, связанной с фронт горения. Теоретически этот детонирующий режим горения обеспечивает желаемый прирост давления (или, более конкретно, прирост давления торможения, согласно Техническому комитету AIAA по усилению горения) по всему компоненту.В то время как импульсные детонационные камеры сгорания (PDC) были широко исследуемым типом систем сжигания с увеличением давления (PGC), большинство недавних исследований было перенесено на вращающиеся детонационные камеры сгорания (RDC). Более высокая удельная мощность [2], отсутствие необходимости регулировать периодическое зажигание и впрыск топлива / окислителя, в отличие от PDC, и более стабильный профиль потока на выходе [3] позволяют обойти важные проблемы, с которыми сталкиваются PDC. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый на сегодняшний день в различных аспектах RDC, все еще необходимы существенные исследования для выяснения физики и применения RDC в качестве реального устройства для выработки энергии.До недавнего времени вероятное повышение эффективности, обеспечиваемое RDC за счет детонационного горения [4], оставалось плодом численных или аналитических решений, при этом исследования утверждали: заметное увеличение общего импульса по сравнению с импульсными детонационными камерами сгорания [3], увеличение до до 9% по топливной эффективности [5], увеличение до 15% общего давления в камере сгорания из-за детонации [6], увеличение теплового КПД на 5% [7], увеличение теплового КПД на 1,6 % [8], и, наконец, повышение КПД электростанции до 14% по сравнению с обычными турбинами класса J [9].

Было изучено множество факторов, таких как тип реагентов, геометрия камеры сгорания, тяга, расход окислителя и топлива, а также скорость вращающейся волны детонации в этих условиях. Следующим очевидным шагом является выявление и понимание различных нестабильностей в RDC. Область нестабильностей горения в RDC является чрезвычайно молодой по сравнению с монументальной работой, проделанной по устранению нестабильностей в камерах сгорания газовых турбин и ракетных двигателях. Хотя частота нестабильностей чаще всего является функцией геометрии камеры сгорания, исторически говоря, было выгодно группировать нестабильности таким образом, поскольку лежащий в основе механизм, как правило, применим для данного диапазона частот.Традиционно низкочастотные нестабильности, имеющие диапазон частот 1–500 Гц, называются LFI, в то время как нестабильности между 500–1000 Гц называются нестабильностями промежуточной частоты (IFI, или «гудение» в ракетных двигателях), а нестабильности более 1000 Гц — высокочастотные нестабильности (HFI) [10]. В наших предыдущих публикациях представлены заметные параллели между HFI в ракетных двигателях и вращающейся детонацией и продольными импульсными детонациями (LPD) в RDC [11, 12]. Однако в настоящее время существует немного исследований, в которых рассматривались бы нестабильности RDC в сколько-нибудь значительной степени [13, 14, 15, 16, 17].Авторы рассмотрели четыре наиболее часто встречающихся нестабильности в RDC, частью которых являются LFI, и впоследствии предположили их механизм в [13]. Мы используем это сокращение (LFI), чтобы продолжить терминологию, используемую в газотурбинных камерах сгорания и ракетных двигателях.

LFI в RDC кажется почти повсеместным. Краткий анализ кривых зависимости давления от времени, опубликованных различными установками RDC по всему миру, дает конкретные доказательства всеобъемлющего существования этой нестабильности [13, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 ].Однако в большинстве исследований не предпринимались попытки рассмотреть ни существование, ни механизм, лежащий в основе LFI. Принимая во внимание разрушающее действие LFI в ракетных двигателях, сверхзвуковых воздухозаборниках и гиперзвуковых транспортных средствах из-за их тенденции взаимодействовать с собственной резонансной частотой конструкции [28, 29] и питающими источниками [10, 30], необходимо признать и относиться к LFI по мере продвижения исследований RDC. Настоящее исследование представляет собой обзор трех типов LFI, наблюдаемых в RDC, из наших предыдущих публикаций [11, 14, 22, 31].Здесь подчеркивается, что, хотя первые два типа наблюдаются пока только в кольцевых RDC, тогда как третий вид был замечен только в полых RDC, приводные механизмы не ограничивают их появление конкретным геометрическим вариантом камеры сгорания, и следует рассматривать как возможность использования любой геометрии камеры сгорания при приемлемых условиях.

Оставить двигатель работающим при откачке газа

Миф о газе: Оставить двигатель работающим при откачке газа

_{5 ноября 2020}

При заправке вы когда-нибудь думали о том, чтобы снова запустить двигатель, чтобы точно увидеть, что показывает указатель уровня топлива? Было ли невероятно холодно, когда у вас закончился бензин, и вы хотите, чтобы обогреватель был включен, пока вы ждете полного бака? Прежде чем вы даже подумаете о том, чтобы оставить двигатель работающим во время закачки газа, продолжайте читать.Это не миф, что это действие могло привести к пожару или, что еще хуже, к взрыву.

Прочтите знаки

Когда вы приедете на заправку, обязательно прочтите знаки, которые предусмотрены для вашей безопасности. Несколько предупреждений включают выключение двигателя во время заправки, запрещение курения и способы заземления от статического электричества. Это не только для галочки, и к ним следует внимательно относиться.

Больше, чем предупреждение

Это просто предупреждение, правда? Не совсем так, чтобы это могла быть ситуация жизни или смерти.Чтобы двигатель работал, он должен постоянно воспламенять взрывоопасную смесь воздуха и бензина через свечи зажигания. Подумайте, что потенциально может произойти, если топливо выльется из бензобака вашего автомобиля. Достаточно одной искры статического электричества, чтобы зажечь бензин.

Как генерируется статическое электричество

Откуда конкретно взялась эта искра? Скорее всего, от кончиков пальцев. Каждый раз, когда вы садитесь в автомобиль и выходите из него, на вас накапливается немного статического электричества.Это особенно актуально в зимние месяцы, когда вы носите больше слоев одежды. Материал вашей одежды трется о ткань автокресла, в результате чего возникает заряд. Искра возникнет, когда вы коснетесь металла бензонасоса или около бака.

Заземлите себя перед заправкой

К счастью, есть способ снять статический заряд с вашего тела — сначала заземлиться. Это так же просто, как прикоснуться к металлу в любом другом месте, прежде чем достать бензонасос.Если вы носите перчатки, вам придется их снять, чтобы это подействовало. Как только заряд разрядится, не садитесь обратно в машину, иначе вам придется начинать все сначала, чтобы снять помпу.

Оставить электронные устройства

Заправка бензина — не самая интересная задача, но не берите с собой мобильный телефон или другие электронные устройства, чтобы чем-то занять себя. Они также могут вызвать разряд, который приведет к воспламенению паров горючего газа. Это новое текстовое сообщение может подождать минуту ради вашей безопасности.

Доверие к экспресс-маркету и HSO

Теперь, когда вы знаете, как безопасно заправляться, посетите местный экспресс-магазин в следующий раз, когда у вас закончится бензин. Все наши вывески понятны, если вы забудете любой из шагов, описанных выше. Если у вас ферма или бизнес, мы тоже поможем вам! HSO осуществляет оптовые поставки нефтепродуктов быстро и качественно. Позвоните нам по телефону 1-800-467-5044 или посетите сайт www.hsoil.com для получения дополнительной информации.

Navy — 21.A STTR — Улучшение динамики детонационной волны во вращающихся детонационных камерах сгорания (RDC)

N21A-T011 НАЗВАНИЕ: Улучшение динамики детонационной волны во вращающихся детонационных камерах сгорания (RDC)

RT&L FOCUS AREA (S): Гиперсоника; Общие боевые требования

ОБЛАСТЬ (И) ТЕХНОЛОГИИ: Воздушные платформы; Оружие

ЦЕЛЬ: Разработать вращающуюся детонационную камеру сгорания (RDC) с технологией пассивного акустического контроля, такой как облицовка канала аугментора, способная подавлять нежелательные вторичные волны, которые вычитают энергию из основной прецессирующей детонационной волны, что приводит к повышению эффективности сгорания.

ОПИСАНИЕ: В настоящее время в военных газовых турбинах используются усилители тяги с дозвуковой дефлаграцией (не детонацией) для подогрева основного потока перед расширением через сопло двигателя. Это требует использования методов стабилизации пламени обтекаемого тела, которые достигаются за счет введения механических структур в поток активной зоны вблизи выхода из турбины. Эти методы стабилизации пламени закрепляют пламя возле выхода из турбины и создают среду для горения при постоянном давлении или горения с «потерей давления».Эти особенности вызывают значительное нарушение потока и ненужную общую потерю давления, когда аугментор не работает.

Наряду с проблемами производительности обычных усилителей тяги существует распространенная проблема нестабильности горения, которая проявляется в форме поперечных и продольных волн внутри канала усилителя тяги. Неустойчивость горения вызывается флуктуациями тепловыделения, которые возбуждают естественные акустические моды в резонирующих камерах. Эти колебания вызывают сильные колебания давления, которые снижают эффективность сгорания устройства и в конечном итоге могут повредить оборудование двигателя [ссылка 4].Одна представляющая интерес акустическая мода — это поперечная (или радиальная канальная) мода, обычно возникающая в диапазоне 1-10 кГц. В некоторых случаях колебания давления в поперечном режиме могут превышать 9% от базового давления, что эквивалентно амплитудам давления 0,6-0,8 бар (от пика до пика) в камере сгорания на 7 бар.

RDC также будет демонстрировать признаки мод поперечной волны неустойчивости, но с меньшей величиной. Чтобы ослабить режимы нестабильности горения, создаваемые RDC, на внутренние стенки канала RDC будет нанесена технология пассивного подавления, такая как акустические поглощающие покрытия.Эти поглощающие покрытия могут состоять из пористых высокотемпературных композитов, спроектированных для поглощения заданного частотного диапазона.

Решая основную проблему обычных аугментеров, аугментор на основе RDC не требует механической конструкции для стабилизации пламени и исключает потерю этих характеристик и долговечности. При замене типичной геометрии стабилизации пламени на усилитель на основе RDC механическая сложность значительно снижается, и сгорание с «усилением давления» может быть использовано за счет использования ударно-связанных сверхзвуковых волн горения, захваченных в непрерывном режиме вращения вокруг кольцевого пространства [ Ссылки 1-3].Во время сгорания с увеличением давления происходит эффективное повышение давления в RDC, что позволяет достичь большей эффективности тепловой энергии по сравнению с камерами сгорания с постоянным давлением при использовании того же количества топлива.

За счет использования детонационных волн достигаются более высокие скорости массового расхода реагентов из-за скоростей распространения волн, которые обычно на три порядка больше, чем горения той же самой смеси реагентов. Это указывает на общее повышение плотности мощности сгорания.Преимущество повышенной удельной мощности можно оценить по уменьшению размера двигателя и массы. Типичные усилители тяги на основе дефлаграции требуют чрезвычайно длинных каналов аугментора из-за пониженного уровня окислителя, который снижает скорость химической кинетики. Это, в свою очередь, приводит к низкому КПД сгорания и исключительно низкой удельной мощности сгорания.

За счет применения усилителей тяги на базе RDC двигатели морских самолетов продемонстрируют повышенную тепловую плотность мощности и повышенный тепловой КПД до 7% от стандартного цикла Брайтона, обеспечивая при этом более безопасный режим работы [5].

ФАЗА I: Разработайте метод пассивного акустического подавления, такой как акустически поглощающий облицовочный материал размером с купон, настроенный на интересующий частотный диапазон, и проверьте его характеристики с помощью соответствующей демонстрации, такой как проектирование и изготовление настоящего ультразвукового прибора под давлением. импедансная трубка. Следует учитывать как радиальные, так и осевые режимы, ложно запускаемые в среде RDC, а также различные базовые давления. Ожидается широкополосная характеристика акустических характеристик такого материала.Технологическое решение должно выжить в среде RDC, испытывающей давление от 1 до 20 атмосфер и температуру, превышающую 2000 ° K [ссылка 6]. Разработайте план этапа II.

ФАЗА II: Разработайте демонстрационный стенд RDC с техникой акустического подавления, такой как покрытие, доказывающее усиление динамики детонационной волны и снижение структурной нагрузки на канал аугментора. Испытания будут включать ряд соотношений топлива и окислителя и базового давления. Для оценки отклика RDC будет использоваться высокоскоростная диагностика.После успешного завершения стендовых испытаний разработанная технология RDC должна быть интегрирована в испытательную установку камеры сгорания для демонстрации работы в условиях уровня моря.

ФАЗА III ДВОЙНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: интеграция RDC в движок наземной демонстрации. Разработайте планы относительно летного оборудования. Технология RDC также может быть разработана для коммерческих газовых турбин для авиационной, морской и наземной энергетики.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

1. Быковский, Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф., Самсонов А.Н. «Коэффициент масштабирования в непрерывной спиновой детонации смесей синтез-газа и воздуха». IOP Conf. Серия: Физический журнал: конф. Серия 899 (2017) 042001. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/899/4/042001/pdf
2. Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывные спиновые детонации. Журнал движения и мощности, т. 22, нет. 6, pp. 1204-1216, 2006. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.17656?journalCode=jpp
3. Быковский, Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. Непрерывная спиновая детонация в кольцевых камерах сгорания. Combust Explos Shock Waves 41, 449459 (2005). https://doi.org/10.1007/s10573-005-0055-6
4. Льювен, Тим К. «Физика нестационарной камеры сгорания». Cambridge University Press, 2012. https://www.cambridge.org/core/books/unsteady-combustor-physics/77A89B0BB731551B6FB2BF7F632F9A8B
.
5. Соуза, Дж., Паниагуа, Г., и Колладо Мората, Э. «Термодинамический анализ газотурбинного двигателя с вращающейся детонационной камерой сгорания.»Applied Energy, том 195, 2017, стр. 247-256. Https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261917302684
6. Швер, Д.