Детонация - друг или враг?

Прежде всего определимся, что такое степень сжатия - это отношение полного объема к объему камеры сгорания e = (Vc+Vh)/Vc. Т.е. то, на сколько поршень сжимает смесь, поднимаясь в ВМТ. Например, степень сжатия е 8,6:1 означает, что смесь сжимается в 8,6 раза. Не вдаваясь в подробности термодинамического цикла поршневых ДВС и уравнения состояния идеального газа, скажу, что проектируя двигатель, степень его сжатия выбирают такую, при которой выделяется максимальное количество энергии сгораемой смеси без возникновения детонации исходя из используемого топлива. Детонацией называется неконтролируемое сгорание с очень высокой скоростью.

Как она возникает? Прежде всего необходимо объяснить, как происходит процесс сгорания. После зажигания искрой свечи рабочей смеси в камере сгорания фронт пламени распространяется от электродов свечи до самых отдаленных точек цилиндра. Этот процесс происходит со скоростью примерно 30-40м/сек. - это называется нормальным сгоранием. Скорость этого процесса зависит от температуры и давления рабочей смеси, типа топлива, состава смеси. Большое влияние на процесс сгорания оказывают также движение смеси перед её зажиганием и температура стенок камеры сгорания и цилиндра. Часть смеси, сгорающей первой в камере сгорания вблизи свечи, расширяется, образуя как бы огневой диск или сферу, при повышенной температуре и сжимает остаток еще не сгоревшей смеси. По этой причине температура и давление несгоревшей смеси постоянно увеличивается, и сама эта смесь оттеняется в места, отдаленные от свечи. Если давление и температура в оставшейся несгоревшей смеси приблизят скорость распространения фронта пламени к скорости звука, то произойдет мгновенное воспламенение всей оставшейся массы, что вызовет резкий скачок температуры и давления. Своего рода микро взрыв. Такой тип сгорания называется детоннационным, проявляющимся в виде характерного постукивания. Скорости при детонации достигают 3-4 км/сек, т.е. превышают нормальное сгорание в 100 раз! Если это явление продолжается некоторое время, то это приводит к повреждениям поршня, головки цилиндра, прокладки. Это тоже самое, если

Ни один двигатель не способен выдержать долговременную откровенную детонацию. При детонации резко падает мощность двигателя, резко растут давление и температура. Создаются условия неконтролируемого сгорания и перетекания в прогрессирующий процесс. Перегреваются свечи и даже после выключения зажигания двигатель продолжает работать, это называется самопроизвольным воспламенением (калильным зажиганием). Определить детонацию не сложно, это характерные постукивания высокой частоты с явно выраженными резкими звуками, называемыми в народе стуком клапанов, "А-а, эт у тебя клапана стучат" уверенно кивая головой ставят диагноз большинство автомехаников. Хотя клапана тут не при чем. Во-первых, вы слышите детонацию через стенки блока цилиндров. Во-вторых, из-за резких ударных нагрузок на поршень, даже тепловые зазоры начинают "шуметь", соответственно ударные нагрузки приходятся и по клапанам. Т.к. слышнее лучше то, что ближе к уху, удары клапанного механизма воспринимаются как их неисправность.

Условием, устраняющим детонацию, является обеспечение минимальной удаленности всех точек поверхности камеры сгорания смеси от свечи зажигания. Кроме того, нужно учесть температуру стенок камеры сгорания. Объем смеси, сгорающий последним, должен располагаться в холодной части камеры сгорания. В первую очередь должна сгореть смесь, находящаяся в зоне с самой высокой температурой стенок, вблизи выпускного клапана. По этой причине стараются свечу расположить как можно ближе к выпускному клапану.

Поскольку сгорание вблизи ВМТ протекает весьма быстро, рабочая смесь в зоне свечи сгорит первой и будет долго находится в соприкосновении со стенками камеры сгорания. Тепловые потери в стенку малы в том случае, когда местная температура стенок достаточно высока (например, тарелка выпускного клапана). Зона вокруг впускного клапана имеет самую низкую температуру и сюда должен оттеняться остаток несгоревшей смеси. Положение свечи зажигания обычно обусловлено общей концепцией двигателя. Тем не менее свеча должна располагаться как можно ближе к выпускному клапану, быть легкодоступной и хорошо охлаждаться.