Меню
обход блокировки яндекс
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Основные нарушения нормального сгорания

В двигателях с искровым зажиганием

Детонация. Внешне детонация проявляется в возникновении при работе двигателя на больших нагрузках звонких металлических стуков, являющихся результатом многократных периодических отражений от стенок камеры сгорания образующихся в газах ударных волн. При этом в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда постепенно затухающих острых пиков, наблюдаемых на индикаторных диаграммах (рис. 60). Частота этих вибраций давления равна основной частоте слышимых стуков. Она зависит от скоростей распространения ударных волн я проходимого пути между последовательными отражениями от стенок, определяемого размерами цилиндра (в основном его диаметром).

При слабой детонации стуки возникают не в каждом рабочем цикле, амплитуда вибраций давления невелика, составляет всего несколько процентов рг, и средние скорости распространения ударных волн в продуктах сгорания колеблются в пределах 1000 1200 м/с. При диаметре цилиндра 100 мм частота вибраций равна примерно 5000 Гц. При интенсивной детонации сильные стуки с несколько большей частотой возникают в каждом цикле, при этом мощность двигателя падает и появляется черный дым в отработавших газах.

Рис. 59. Схема устройства карбюраторного двигателя с форкамерно-факельным зажиганием

Длительная работа двигателя с детонацией совершенно недопустима, так как при наличии ударных волн резко возрастает теплоотдача от сгоревших газов в стенки, что может приводить к перегреву двигателя и к разрушению отдельных деталей в камерах сгорания (обгоранию кромок поршней, прокладок между цилиндрами и головкой блока, электродов свечей). Вибрационный характер нагрузки на поршень при наличии детонации может вызывать разрушение антифрикционного слоя в шатунных подшипниках. Усиливается также износ верхней части гильз цилиндров, так как ударные волны разрушают масляную пленку, покрывающую поверхность металла, в результате чего возникает сухое трение и одновременно усиливается коррозионный износ под воздействием содержащихся в продуктах сгорания активных веществ, в частности окислов азота.

ее температура достигает 900 К.

Возникновению детонации способствуют все факторы, увеличивающие скорость развития предпламенной реакции в последней части заряда, а именно:

а) высокая реакционная способность топлива, тем большая, чем ниже октановое число;

б) повышение степени сжатия, вызывающее увеличение давления и температуры последней части заряда. Примерная среднестатистическая зависимость между допускаемыми значениями s, при которых появляется слышимая детонация, и октановыми числами бензина доказана на рис. 61;

(см. рис. 91);

, соответствующий наиболее высоким давлениям и температурам сгорания, так же как и наибольшим скоростям развития предпламенных реакций в нагретой сжатием смеси;

д) плохие условия охлаждения последних частей заряда и неудачная конструкция камеры сгорания, способствующая замедленному их догоранию.

Возникновению детонации препятствуют факторы, ускоряющие сгорание последней части заряда во фронте пламени или каким-либо другим путем затрудняющие возникновение в ней взрывного самовоспламенения. К таким факторам относятся: а) усиленная турбулизация рабочего заряда; б) уменьшение пути, проходимого фронтом пламени от свечи до наиболее удаленных точек камеры сгорания; в) наличие в зоне последней части заряда вытеснителей, способствующих лучшему ее охлаждению и затрудняющих возникновение достаточпо больших очагов взрывного самовоспламенения, способных вызвать образование ударных волн.

Влияние на детонацию частоты вращения коленчатого вала зависит от свойств используемых бензинов. В случае парафиновых и нафтеновых углеводородов, характеризующихся двух-стадийным воспламенением и обладающих иизкой температурной чувствительностью, склонность двигателя к детонации монотонно снижается с увеличением частоты вращения. Но в случае современных высокооктановых автомобильных бензинов, отличающихся большим содержанием ароматических углеводородов и соответственно обладающих высокой температурпой чувствительностью, склонность двигателей к детонации практически не зависит от частоты вращения (рис. 62).

Склонность двигателей к детонации при одинаковой частоте вращения и тех же общих длительностях сгорания значительно слабее при меньших размерах цилиндров. Это объясняется меньшими объемами остающихся порций несгоревшей смеси, в которых не так вероятно возникновение самовоспламенения взрывного типа.

Преждевременное воспламенение. Сильно нагретые детали в камере сгорания двигателя (центральные электроды и изоляторы свечей, тарелки выпускных клапанов), если их температура превышает некоторые пределы (700800 °С), могут вызвать преждевременное

воспламенение рабочего заряда или так называемое калильное зажигание до момента подачи искры. Источником преждевременного воспламенения могут также служить крупные раскаленные (тлеющие) частицы нагара.

От накаленных поверхностей распространяется фронт пламени, вполне аналогичный фронту пламени от искры свечи, но момент воспламенения оказывается при этом неуправляемым. Если калильное зажигание возникает достаточно рано в такте сжатия, то мощность двигателя уменьшается вследствие дополнительной затраты работы на сжатие уже сгоревших газов и увеличения теплоотдачи. Индикаторные диаграммы при этом имеют вид, показанный на рис. 63.

, так как уже успевшие сгореть газы дополнительно сжимаются поршнем, и время контакта горячих газов со стенками сильно увеличивается. Это приводит к быстрому самоусилению калильного зажигания, т. е. оно возникает все раньше и раньше в такте сжатия, в результате чего могут прогореть (расплавиться) поршни. Опасность преждевременного воспламенения усугубляется тем, что внешне оно обычно проявляется лишь в виде глухих стуков, которые не всегда удается обнаружить на фоле общего шума при работе на больших нагрузках двигателя. А так как калиль-

ное зажигание обычно возникает лишь в каком-либо одном из цилиндров, то и общее снижение мощности многоцилиндрового двигателя незначительно.

Чаще всего источниками преждевременного воспламенения являются сильно перегретые центральные электроды и юбочки изоляторов свечей. Поэтому свечи необходимо подбирать в строгом соответствии с особенностями двигателя. Они должны обладать достаточно высоким калильным числом, характеризующим стойкость свечи против перегрева, и в то же время не должны быть чрезмерно холодными температура центральных электродов свечей при работе двигателя на холостом ходу не должна быть ниже 400 °С во избежание их осмоления и закоксовывания.

и особенно значения dp/dtp, которые могут достигать 1,0 МПа/°, тогда как при нормальном сгорании они составляют 0,2 МПа/°.

Подобное нарушение сгорания в бензиновых двигателях, получившее в зарубежной литературе название рамбл (грохот, рокот), характерно для автомобилей с двигателями большого рабочего объема и соответственно с большим запасом мощности, которые в условиях городской езды значительную часть времени работают при очень малых нагрузках.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании. Подобное воспламенение нередко встречается в современных автомобильных двигателях и выражается в том, что они продолжают иногда в течение довольно длительного времени работать на холостом ходу после

выключения зажигания. Это явление иногда ошибочно объясняют калильным воспламенением, хотя оно не имеет с ним ничего общего.

ч- 400 об/мин).

Радикальный способ устранения этого явления заключается в том, чтобы одновременно с выключением зажигания автоматически прекращалась подача топлива через систему холостого хода.

Реклама