0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое детонация в дизельном двигателе

Что такое детонация двигателя

В обычных условиях сгорание топливно-воздушной смеси происходит в двигателе в спокойном режиме – пламя распространяется со скоростью около 20-50 м/с, давление в цилиндре нарастает равномерно, без выраженных скачков. Однако, когда автомобиль работает в условиях повышенной нагрузки, например, при подъеме в гору, при резком нажатии на педаль акселератора, горение в цилиндрах может приобретать совершенно другой характер. В двигатель подается большее количество горючей смеси, давление многократно возрастает, и топливо, смешанное с воздухом, воспламеняется самопроизвольно. Такой процесс похож своими физическими характеристиками на миниатюрный взрыв и называется детонацией.

Что такое детонация

Нормальное сгорание топливо-воздушной смеси.

Под воздействием критически высокого давления и экстремальных температур, которые возникают при увеличении объема попадающей в цилиндры топливно-воздушной смеси, из несгоревших ее остатков образуются такие вещества, как спирты, альдегиды и т.д. При продолжающемся давлении такие соединения достигают своих критических состояний и вступают в окислительные реакции, приводящие к самовозгоранию смеси, сопровождающемуся подобием взрыва и высвобождением большого объема энергии. В зоне образования такого взрыва температура достигает предельных значений, а образующаяся взрывная волна распространяется со скоростью достигающей 2300 м/с. Этот разрушительный процесс и называют детонацией.

Ударяясь о стенки цилиндров, волна вызывает характерные металлические звуки — детонационные стуки которые бывалые автомобилисты определяют как «звенящие пальцы». Однако это определение неправильное – стучат не поршневые пальцы, а именно внутренние поверхности цилиндров.

В нормальных условиях воспламенение рабочей смеси происходит, когда поршень находится в в своей верхней точке – то есть когда давление в цилиндре максимально. Детонация же возникает тогда, когда поршень еще проходит такт сжатия. В результате давление резко повышается и давит на поверхность поршня, оказывая тем самым противодействие его движению вверх. Это приводит к повышенным нагрузкам на всю поршневую группу и, как следствие, ее преждевременному выходу из строя.

Причины возникновения детонации в двигателе

Сгорание топливо-воздушной смеси с детонацией.

Детонация двигателя может появляться вследствие действия различных факторов, которые объединяет общий признак – стремительное окисление и сокращение времени задержки самовозгорания той части ТВС, которая не сгорела в нормальных условиях. К основным факторам возникновения детонации в цилиндрах относятся следующие:

  • Соотношение бензина и воздуха в горючей смеси. При работе на смеси с недостатком бензина или избытком воздуха в цилиндрах под воздействием температуры и давления образуются очаги интенсивного окисления, которые и приводят к самовоспламенению топлива.
  • Большая величина угла опережения зажигания. Данная характеристика показывает, в какой момент сжатия ТВС подается искра, и чем позже это происходит, тем более высокое давление успевает создаться в цилиндрах. А именно это и приводит к детонации.
  • Неправильный выбор свечей. Каждый тип свечей зажигания обладает индивидуальными тепловыми характеристиками, которые должны соответствовать модели двигателя, установленного на автомобиль.
  • Октановое число используемого цилиндра. Чем меньше октановое число, тем выше вероятность взрывного самовоспламенения топливно-воздушной смеси. Это обусловлено тем, что при снижении данной характеристики возрастает химическая, прежде всего окислительная, активность топлива. Поэтому очень важно соблюдать рекомендации автопроизводителя и выбирать рекомендованную им марку бензина.
  • Степень сжатия. Данная характеристика понимается как отношение объема камеры сгорания к общему объему цилиндра. Чем выше степень сжатия, тем выше значения образуемого давления и температуры. А эти условия, как уже отмечено выше, являются основными провокаторами детонации. Чтобы нивелировать высокую степень сжатия, следует использовать высокооктановое топливо.
  • Особенности и дефекты двигателя. Детонацию могут провоцировать:
    • недостаточное охлаждение несгоревшей часто горючей смеси, остающейся в цилиндрах;
    • неэффективная конструкция камеры сгорания, приводящая к задержкам догорания топлива;
    • проблематичное отведение тепла от головки поршня к телу цилиндра, вызванное неправильной формой поверхности поршня;
    • цилиндры чрезмерно большого диаметра – это приводит к ухудшению отвода тепла, увеличению числа участков, удаленных от свечи, где и формируются детонационные очаги.

Зачем нужен датчик детонации

Как выглядит датчик детонации.

В конструкции многих двигателей на блоке цилиндров имеется такой модуль, как датчик детонации. Его основная задача заключается в отслеживании процесса сгорания ТВС в цилиндре и автоматическом изменении параметров зажигания и качества горючей смеси. Принцип действия датчика основан на акселерометрии – он трансформирует энергию колебаний блока цилиндров в электрические импульсы, которые в виде сигналов посылаются в блок управления мотором. Здесь сигналы расшифровываются, и электроника вносит коррективы в величину угла опережения зажигания и соотношение бензина и воздуха в рабочей смеси.

Конструкционно датчик детонации представляет собой пьезоэлектрический элемент, размещенный в защитном корпусе. При возникновении детонации на краях данного элемента образуется напряжение. И чем выше амплитуда и частота механических колебаний блока цилиндров, тем больше становится величина данного напряжения.

Однако возможности роста напряжения принудительно ограничены на уровне определенного критического значения. При его превышении в блок управления двигателем отправляется соответствующая команда, которая уменьшает угол опережения зажигания и/или изменяет соотношение бензина и воздуха в ТВС. При отключении датчика от двигателя, но сохранении связи с блоком управления, электронная система начинает работать в режиме «все в порядке», не реагируя на возникающую детонацию. Поэтому исправность указанного датчика имеет большое значение для сохранения работоспособности двигателя и предотвращения его преждевременного износа.

Последствия детонации

Происходящая в цилиндрах детонация оказывает на механическую начинку автомобиля широкий спектр негативных воздействий. Наиболее существенными из них являются следующие:

  • Повышенные нагрузки на весь кривошипно-шатунный механизм приводят к его скорому выходу из строя. Здесь страдают и коленвал, и шатунные и коренные вкладыши. Также повреждения получает и поверхность поршней. Воздействие может быть настолько сильным, что поршни покрываются множеством выщерблин и сколов, их кромки скругляются, а перемычки между маслосъемными кольцами разрушаются.
  • Температура двигателя существенно повышается, нарушается процесс его охлаждения, что приводит к деформации цилиндров и поршней, а в отдельных случаях даже к прогоранию ГБЦ.
  • Масляная пленка на стенках цилиндров при контакте с взрывной волной разрушается, что дополнительно ускоряет износ элементов двигателя.
  • Также детонация в двигателе приводит к уменьшению его мощности и возрастанию расхода топлива.
Читать еще:  Что значит катушечный двигатель

Для того, чтобы защитить свой двигатель от таких последствий, следует внимательно относиться к его состоянию. Самая простая и важная мера – использование качественного топлива с оптимальным октановым числом. Кроме того, нужно следить за состоянием свечей – при покрытии электрода нагаром, уменьшении зазора зажигание становится менее эффективным, что приводит к детонациям. Важным нюансом также является исправность охлаждающей системы – в ней должно быть достаточно антифриза, в радиаторе не должно быть течей, а вентилятор должен эффективно отводить горячий воздух.

Читайте также: Что такое степень сжатия двигателя и какой она должна быть.

Детонация и дизельный мотор

Опции темы
  • Подписаться на эту тему…
  • Поиск по теме

    Детонация и дизельный мотор

    Возник такой вопрос — возможно ли в дизельном моторе такое явление, как детонация, и если возможно, то в каком случае?

    Гм. Если я не ошибаюсь, работа дизеля как раз и основана почти на принципе детонации.

    Гм. Если я не ошибаюсь, работа дизеля как раз и основана почти на принципе детонации.

    С принципом действия дизельного мотора знаком. Прошу прощения, по ссылке не нашёл ничего про детонацию.
    : (

    в терминах бензинового двигателя — невозможна; однако неверная установка угла впрыска может повлечь за собой поведение двигателя похожее на детонацию, в зависимости от того в какую сторону неверно 🙂

    А нет ли ссылок, где можно почитать конкретно на данную тему?

    на русском не видел (плохо искал. )

    Детонация — это взрыв вместо расширения газов. Происходит вследствии возгорания газов раньше времени (ВМТ минус угол опережения):
    1. Стенки камеры или др. детали раскалены и сжатые газы взрываются раньше искры.
    2. Искра — раньше времени.
    Для дизеля не характерно не то, ни др.

    Что значит «похожего на детонацию»?
    Просто неверная установка угла впрыска снизит мощность двига, т.к. смесь неправильно готовиться, следствие — плохо сгорать.
    Еще может не заводиться.

    вместо детонации у дизеля «жесткая работа»причины:холодный двигатель,ранний угол впрыска,воздух в топливе.Все другие стуки как правило аварийные

    ага, плохо.
    первая дюжина из гугла сразу дает:

    «дизели не знают детонации. Дорогого стоит; дело в том, что в камере сгорания сжимается не готовая топливовоздушная смесь, а воздух. То есть, взрывное горение (детонация) невозможно просто ввиду отсутствия соответствующей среды. «

    в общих чертах понимаю так — топливо попадает в цилиндры и начинает гореть не будучи равномерно перемешанным с воздухом. Равномерное перемешивание в определенных пропорциях — условие для взрывного горения.
    http://www.autocorpus.ru/index.php?id=402
    http://www.auto.gorodovoy.spb.ru/help/?pageid=1&id=1461

    На самом деле , что то похожее есть.
    У бензина есть ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО, а у солярки ЦЕТАНОВОЕ
    современные турбодизели с так называемой неразделенной камерой сгорания гораздо более чувствительны к составу «солярки»: например, нижний порог цетанового числа (это показатель, характеризующий способность топлива к самовоспламенению) для нынешних дизелей повышен с 45 до 51. И в инструкции к например дизельному Grand Cherokee 3.0 CRD черным по белому написано — «запрещены любые добавки к топливу».
    Вероятно это снижает это самое цетановое число.

    мотор работает слишком жестко, практически слышны удары на холостых; внешне похоже на детонацию в бензиновом двигателе

    Последний раз редактировалось Lau; 10.11.2006 в 15:41 .

    Да да! Мне очень было бы интетсно прочитать именно про сам процесс — что, как, почему нет детонации или наоборот — почему может быть.
    Такие обозревательные статейки конечно же я читал в большом количестве, но там ничего не объясняется.

    ну блин, Знайка! Если не хоца общих фраз, а хоца все по серьезному, то набирай запрос в гугле, он выдаст список СПЕЦ литературы, типа учебные пособия для студентов моторных специальностей, либо химия-физика горения и взрыва. Там все написано. Прочтешь, через пару месяцев расскажешь 🙂

    ps: как я понимаю, это отдельный спецкурс вуза.

    ну блин, Знайка! Если не хоца общих фраз, а хоца все по серьезному, то набирай запрос в гугле, он выдаст список СПЕЦ литературы, типа учебные пособия для студентов моторных специальностей, либо химия-физика горения и взрыва. Там все написано. Прочтешь, через пару месяцев расскажешь 🙂

    ps: как я понимаю, это отдельный спецкурс вуза.

    Согласен, только читать эти книжки ему нифига не понравиться, нелитературные они и редко кого захватывают.

    ну блин, Знайка! Если не хоца общих фраз, а хоца все по серьезному, то набирай запрос в гугле, он выдаст список СПЕЦ литературы, типа учебные пособия для студентов моторных специальностей, либо химия-физика горения и взрыва. Там все написано. Прочтешь, через пару месяцев расскажешь 🙂

    Читать еще:  Что такое азимутальный двигатель

    ps: как я понимаю, это отдельный спецкурс вуза.

    В смысле детонация — отдельный спецкурс? Всё так серьёзно?

    Если бы я хотел написать курсовую с расчётом дизельного мотора с нуля, я бы пошёл в библиотеку или в книжный магазин. Мне же достаточно ответа на субжевый вопрос с некоторыми пояснениями. Я понимаю что подобный вопрос на форуме вполне может остаться без ответа по понятным причинам, но ВДРУГ кто-то уже проводил исследования на данную тему!

    Детонация двигателя при включении. Причины и устранение проблемы

    Многие водители уже знают, что такое детонация двигателя при выключении, причины этого явления могут быть самыми разными. Но все же дадим определение этому понятию. Детонация – это своеобразная ударная волна, образованная самовоспламенившимся топливом еще до момента критических условий для естественного возгорания горючей смеси, то есть до прихода искры от свечи зажигания или до достижения нужного давления (в дизелях).

    Детонация двигателя – устанавливаем причины

    Одной из причин ее демонстрации является слишком раннее зажигание, что можно определить по характерному звонкому стуку в двигателе. Возникает он в результате преждевременного воспламенения горючей смеси. При правильной установке угла опережения зажигания смесь воспламеняется немного, не доходя до верхней мертвой точки (2-3 градуса). То есть начало вспышки происходит тогда, когда поршень еще не закончил восходящее движение, а завершается в момент начала возврата в нижнюю мертвую точку. Если же воспламенение происходит слишком рано, то возникает обратный удар, что и вызывает неприятный звук детонации двигателя. Еще одна причина детонации – это применение топлива с более низким октановым числом, чем предусмотрено правилами эксплуатации данного автомобиля. К чему это приводит? В результате использования низкооктанового топлива в камере сгорания происходит образования нагара (сажи), а это приводит к критическим последствиям. Многие водители сталкивались с тем, что после выключения зажигания двигатель не останавливается, а продолжает работать рывками, издавая неприятный звон. В такие моменты раскаленный нагар фактически играет роль свечи зажигания. Воспламенение топливной смеси происходит хаотично.

    В некоторых случаях в результате сильной детонации кривошипно-шатунный механизм двигателя начинает вращаться в обратную сторону, что может привести к его поломке.


    Звук детонации двигателя – стоит ли обращать внимание на дефект?

    К чему приводит сильная детонация двигателя, признаки которой изложены выше?

    • Во-первых, существенно падает мощность мотора и происходит интенсивный износ деталей кривошипно-шатунного механизма.
    • Во-вторых, в результате этих негативных процессов двигатель сильно перегревается, что приводит к разрушению поршней и поверхности цилиндров.
    • В-третьих, если не устранить причину детонации, может прогореть прокладка под головкой цилиндров.

    Иногда для увеличения крутящего момента повышают угол опережения зажигания, что является одной из самых распространенных причин возникновения детонации. Существенно увеличивается риск ее появления, если осуществлялось самостоятельное и неоправданное изменение заводских регулировок для соотношения в горючей смеси топлива и воздуха (обедненная смесь).

    Как устранить детонацию двигателя – полезные советы

    Естественно, мы должны посоветовать, как устранить детонацию двигателя, приступим.

    1. Детонация не возникает на пустом месте. Если до заправки двигатель работал, как часы, а после нее стал детонировать, то причина может быть в топливе, которое необходимо слить и заправить автомобиль качественным бензином (соляркой).
    2. При продолжительной эксплуатации автомобиля без существенных нагрузок возможно образование нагара в цилиндрах, что вызывает увеличение степени сжатия и снижение эффективности отвода тепла. Существует простой способ решения этой проблемы. Рекомендуется раз в несколько дней давать двигателю максимальную нагрузку, то есть разогнать автомобиль до максимальной скорости буквально на пару минут. Только не стоит этого делать в условиях плотного потока городского транспорта.
    3. Иногда детонация дизельного двигателя сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это говорит о том, что в цилиндрах произошло разрушение поршней, и через выхлопную трубу вылетают частицы алюминия. В этом случае простыми регулировками уже ничего не исправить. Потребуется замена поршневой группы.
    4. Небольшая детонация при запуске двигателя может возникать в результате нарушения работы свеч зажигания. На дизельном моторе это происходит, если запала игла форсунки. В первом случае ничего не стоит просто заменить неисправные свечи, а вот во втором – не обойтись без посещения СТО.


    Датчик детонации

    Датчик детонации служит для контроля степени детонации и жёсткости сгорания при работе двигателя внутреннего сгорания. Датчик устанавливается на блоке цилиндров двигателя и предназначен для преобразования механических вибраций двигателя в электрический синусоидальный сигнал, амплитуда которого пропорциональна мощности вибраций.
    Информация датчика позволяет блоку управления откорректировать угол опережения зажигания На бензиновых двигателях или величину пред впрыска На дизельных двигателях до устранения детонационных стуков в двигателе.
    Датчик представляет пьезоэлектрический акселерометр с пьезоэлектрической пластиной, который под действием механических вибраций вырабатывает ЭДС (напряжение) переменного тока.
    Чем больше амплитуда и частота колебаний, тем выше напряжение. Амплитуда выходного сигнала датчика максимальна на частоте детонационных стуков в двигателе в диапазоне 5. 6 кГц.

    Когда напряжение на выходе датчика превышает заданный уровень, соответствующий определенной степени детонации, электронный блок управления корректирует характеристику работы зажигания или впрыска. Таким образом, достигается оптимальная характеристика работы системы для конкретных условий эксплуатации.

    Читать еще:  Что такое раскоксовыватель двигателя

    При неисправности датчика детонации (отсутствии сигнала) на панели приборов загорается соответствующая сигнальная лампа, двигатель при этом продолжает работать.

    КОРРЕКТИРОВКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВПРЫСКА
    Датчик детонации используется для корректировки расхода при предварительном впрыске для каждой форсунки при
    помощи замкнутого контура. Данный метод является самонастраивающимся и обеспечивает корректировку возможных отклонений форсунок с течением времени.
    Принцип использования Датчик детонации основан на определении шумов при горении. Датчик установлен на блоке таким образом, чтобы получать наилучший сигнал от всех цилиндров. Чтобы получать одинаковый ответный сигнал от цилиндров, расположенных рядом с Датчиком детонации и на отдалении от него, входные сигналы обрабатываются для определения переменной, характеризующей интенсивность горения. Данная переменная представляет собой соотношение между интенсивностью фонового шума и шума от горения. Использование соотношения на основе фонового шума двигателя позволяет преодолеть разницу интенсивности шума в разных местах, связанную с центральным расположением акселерометра.
    • Первая зона измерения служит для установления уровня фонового шума сигнала акселерометра для
    каждого цилиндра. Данная зона поэтому должна соответствовать моменту времени, когда горение
    отсутствует.
    • Вторая зона измерения служит для измерения интенсивности шума от предварительного горения. Ее расположение должно быть таким, чтобы измерялись только шумы, создаваемые при предварительном впрыске. Поэтому она устанавливается непосредственно перед основным впрыском.

    Расчет минимального импульса

    Производится расчет минимального импульса, начиная с которого может происходить горение. Импульсы ниже минимального импульса не вызывают горения, так как при этом время срабатывания обмотки слишком мало для поднятия иглы форсунки. Для определения этого минимального импульса система постепенно увеличивает импульс предварительного впрыска (в приращениях по несколько мс), от 0 мс до значения, которое вызывает горение при предварительном впрыске. После определения данного значения импульса, оно вычитается из физического значения индивидуального кода коррекции форсунки и записывается в ЭБУ. При данной процедуре корректировки, в зависимости от версии, может быть получено от 2 до 6 значений корректировки для каждой форсунки, которые применяются в зависимости от давления топливной рампы. Данные значения корректировки затем прибавляются к запрашиваемым значениям импульсов, чтобы компенсировать отклонение системы.

    Принцип корректировки предварительного впрыска, соответственно, заключается в определении минимального импульса. Она выполняется периодически в определенных условиях работы двигателя. По окончании корректировки, новое минимальное значение импульса заменяет значение, полученное при предыдущей корректировке. Первое значение минимального импульса задается корректировочным кодом форсунки. Последующие значения задаются системой, которая определяет новый минимальный импульс и применяет его, определяя разницу между измеренным и номинальным импульсом. Каждая корректировка может впоследствии обновляться при помощи замкнутого контура минимального импульса в зависимости от изменения характеристик форсунки. Такое обновленное значение записывается в энергонезависимую память. Вместе с тем, акселерометр не позволяет измерять количество впрыскиваемого топлива. Он позволяет только точно измерять значение длительности импульса, начиная с которого форсунка осуществляет впрыск.

    Примечание:
    Стандарт с 2 акселерометрами для версий Евро 5. На двигателе с 4 цилиндрами,
    каждый акселерометр будет отслеживать только 2 цилиндра; цель заключается в как можно более точном
    определении уровня шума при горении и предотвращении помех из других мест, для максимально точных
    корректировок.

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ УТЕЧЕК В ЦИЛИНДРЕ
    Датчик детонации также используется для определения форсунок, заблокировавшихся в открытом положении. Принцип их выявления основан на отслеживании сигнала акселерометра. В случае утечки из форсунки, накопленное топливо самовоспламеняется, если в цилиндре создаются необходимые для воспламенения условия по температуре и давлению (высокие обороты, высокая нагрузка и незначительная утечка). Данное горение начинается приблизительно за 20 градусов до верхней мертвой точки, т.е. задолго до горения, вызываемого основным впрыском. В связи с этим, уровень сигнала акселерометра значительно увеличивается в зоне измерения шума. Именно это увеличение позволяет выявлять утечки. Пороговое значение, после которого фиксируется неисправность, определяется как процент от максимального значения уровня сигнала акселерометра. В связи с серьезностью последствий неисправности, система ее выявления должна быть исключительно надежной. При этом увеличение уровня сигнала акселерометра может быть следствием нескольких причин:
    • Слишком большой величины предварительного впрыска.
    • Попаданием горения основного впрыска в зону измерения шума (из-за слишком большого опережения или
    расширения зоны измерения шума).
    • Утечки топлива из форсунки вследствие недостаточной герметичности.
    В случае, если уровень сигнала Датчикf детонации становится слишком большим, система в первую очередь
    ограничивает расход при предварительном впрыске и задерживает основной впрыск. Если, несмотря на данные
    действия, уровень сигнала остается повышенным, это означает, что имеется реальная утечка; ЭБУ фиксирует
    ошибку, и происходит остановка двигателя.

    ВЫЯВЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТИ Датчик детонации
    Данная процедура позволяет выявлять неисправность датчика, либо проводки, соединяющей датчик с ЭБУ. Она основана на определении наличия горения. На оборотах холостого хода, зона измерения шума сдвигается на горение, вызываемое основным впрыском. Если уровень сигнала увеличивается, это означает, что акселерометр работает исправно; в противном случае, фиксируется ошибка работы датчика. В случае определения указанной ошибки, ЭБУ отключает предварительный впрыск и сбрасывает давление в аккумуляторе.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector