Отдел продаж
8 (499) 755-89-57
Лодки, запчасти
8 (499) 755-89-57

Что такое детонация


Детонация в двигателе: откуда она берется и чем грозит

28 июня 2017 года

На карбюраторных автомобилях детонация была нередкой гостьей. Более того, ее появление порой было даже желанно! Ниже расскажу, как ее использовали для достижения оптимальной регулировки двигателя.

Пальчики стучат?

Давайте определимся, что же такое детонация и что ее вызывает.

Все, кто хоть когда-то слышал о гражданской обороне и о защите от ядерного взрыва, помнят, что одно из воздействий такого взрыва — ударная волна. Кстати, с ударной волной мы сталкиваемся и при пролете сверхзвукового самолета. Короче, это волна, распространяющаяся в некой среде (в нашем случае — в воздухе) со скоростью звука. Встречаясь с любым препятствием — будь то стена или наши барабанные перепонки — она создает ощутимый удар. Напомним, что скорость звука в воздухе обычно принимается равной 330 м/с.

Теперь отправимся на экскурсию в цилиндр двигателя — в тот момент, когда происходит воспламенение рабочей смеси. Если сгорание идет обычным порядком, то скорость распространения фронта пламени и, соответственно, нарастания давления невелика (обычно до 50 м/с). Но бывает, что создаются условия для сгорания с более высокими скоростями. Нарастание давления происходит со скоростью звука в данной среде. А это уже значительно бóльшие величины, чем на открытом воздухе, потому что температура в цилиндре заметно выше. Не буду грузить формулами, но поверьте, что скорость звука растет пропорционально температуре.

Так вот, если фронт пламени распространяется со скоростью звука, то ударная волна, имеющая значительную энергию, как раз и заставляет детали двигателя издавать те звуки, которые мы называем детонационными стуками. Вообще, самое короткое и правильное определение детонации — это «сгорание во фронте ударной волны». Звук издают при этом, конечно, не поршневые пальцы. Для этого нужны настолько большие зазоры, что если бы они были, пальцы и на нормальных, рабочих режимах очень быстро разбило. Характерный звук издают стенки камеры сгорания, соприкасающиеся с резкой волной давления. Можно ли этого избежать? Можно.

Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать.Поворотом прерывателя распределителя зажигания можно было и добиться сильнейшей детонации, и полностью ее ликвидировать.

Опережаем зажигание

Как раньше регулировали угол опережения зажигания? Для этого изменяли начальный угол установки прерывателя — распределителя. Не вдаваясь в конструкцию этого довольно сложного и капризного узла с центробежным и вакуумным регулятором, заметим, что начальная его установка очень влияла на мощностные и экономические характеристики двигателя.

Так вот, следовало установить зажигание настолько ранним, насколько это возможно, но не доводя дело до сильной детонации. Поэтому и проверяли регулировку обычно на ходу: полностью прогретый двигатель, скорость 40 км/ч, четвертая передача, педаль газа в пол. При этом должно было раздаться всего несколько детонационных стуков, напоминавших звонкие удары гаечным ключом по верхней части двигателя. По мере разгона детонация должна была исчезнуть. Практически любой бензиновый двигатель «любит» ездить с возможно более ранним зажиганием, и только детонация, ездить с которой недопустимо, ограничивает его в этом.

На наступление режима детонационного сгорания влияло много факторов. Ускоряли его появление даже незначительный перегрев мотора, а также изменение температуры окружающего воздуха и, конечно, качество бензина. Ведь привычные нам термины — восьмидесятый, девяносто второй, девяносто пятый — это и есть октановые числа топлива! И детонационная стойкость девяносто пятого и девяносто восьмого бензинов выше, чем у устаревшего восьмидесятого.

В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива.В свое время в продаже появились даже электронные октан-корректоры, которые, конечно, могли только обеспечивать некоторое (регулируемое вручную) запаздывание момента зажигания по отношению к штатному. Особенно полезны были на автомобилях с газобаллонным оборудованием, ибо позволяли иметь оптимальное опережение зажигания на обоих типах топлива. Датчик детонации на двигателе Lada 4x4Датчик детонации на двигателе Lada 4x4

Так шли дела до появления впрысковых двигателей с «умной» системой управления, имеющей несколько контуров обратной связи.

Распространенное заблуждение

В свое время, еще в девяностых годах прошлого века, я изучал все тонкости впрысковых моторов на примере французского двухлитрового двигателя F3R, устанавливаемого на автомобиль Святогор производства АЗЛК.

Датчик детонации на двигателе F3RДатчик детонации на двигателе F3R Двигатель был снабжен системой распределенного впрыска топлива с обратной связью по кислородному датчику (лямбда-зонду). Но это была не единственная обратная связь системы управления. Ведь там стоял датчик детонации, который, используя пьезоэффект, «чувствовал» колебания двигателя при детонации, заставляя «мозги» двигателя переходить на более поздние углы зажигания. Занимаясь исследованиями, я понимал, что отключив датчик детонации, мы заставим тем самым достаточно умную систему перейти на максимально поздние углы опережения зажигания. И детонации не дождешься даже на низкооктановом бензине. Так что, вопреки расхожему мнению, обрыв датчика детонации или его проводки не вызывает детонацию. В принципе, впрысковой двигатель детонировать не должен никогда.

Понимая все это, мы вывернули датчик из двигателя, но оставили подсоединенным к блоку управления. То есть система думала, что все исправно, но детонации не ощущала! И вот тут испытуемый зазвенел, как медный колокол.

Вред детонации

Взрывы, конечно, научились использовать в мирных целях, но в случае с детонацией этот фокус не проходит. Не приспособлен двигатель к взрывообразному горению — он любит относительно медленное и плавное протекание процесса. Детонация ускоряет износ деталей кривошипно-шатунного механизма (разбивает, в том числе, и те самые поршневые пальцы, откуда и пошла легенда о стуке пальцев.). Кроме того, повреждается поверхность поршня, причем эрозия идет не только из-за повышенной температуры — ударные волны буквально выкрашивают поверхность поршня и обрушивают перемычки между поршневыми кольцами.

Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время.Так выглядит поршень, подвергавшийся детонации длительное время. Это еще не всё. Детонация приводит к перегреву всего двигателя, что опять же повреждает рабочие поверхности цилиндров и поршней и может привести к прогару прокладки под головкой блока цилиндров.

Условия для детонации

Детонацию можно услышать обычно:

  • на сильно нагретом двигателе (на холодном моторе детонации не дождетесь);
  • на автомобиле, заправленном низкооктановым бензином;
  • на режимах большой нагрузки и очень низких оборотов.

Вероятность детонации выше у того двигателя, который длительное время эксплуатировался с минимальными нагрузками и потому страдал от интенсивного нагара в цилиндрах. Реально современные впрысковые двигатели, которые не подвергались тюнингу и имеют исправную систему управления, «отзваниваются» лишь на самых низких оборотах. При условии, что автомобиль оснащен ручной коробкой передач: автомат на такие режимы выйти не позволит.

Часто слышу, как при маневрировании во дворе Форд Фокус 2, работающий в такси (топливо сами понимаете какое), отзванивается в жару. А бывший у нас на испытаниях кроссовер Lada XRAY c двигателем 1.8 производства АВТОВАЗа при потеплении и заливке топлива на «левой» заправке начал сильно детонировать.

На двигателе Лады Иксрей сразу проявляется детонация, если залить бак не на брендовой АЗС.На двигателе Лады Иксрей сразу проявляется детонация, если залить бак не на брендовой АЗС.

Вот вроде бы и всё. Похоже, это явление почти отжило свой век. Найти сегодня откровенно плохой бензин все сложнее, да и машин с механикой с каждым годом продается все меньше, чем с автоматом. А приходилось ли вам сталкиваться с детонацией и с ее последствиями?

Детонация в двигателе: откуда она берется и чем грозит

Фото: из архива автора и «За рулем.РФ»

Детонация в двигателе: откуда она берется и чем грозитОшибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Причины детонации двигателя — DRIVE2

🔧 Причины детонации двигателя при выключении зажигания и запуске.— Сохрани эту статью к себе на стену.

• Такое явление, как детонация двигателя, знакомо практически каждому автовладельцу. Чаще всего она возникает при движении в гору на высокой передаче с небольшой скоростью. К звуку работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) примешивается жесткий металлический стук, который многие принимают за стук поршневых пальцев.

— Что такое детонация?

• Детонация – это процесс взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В то время как нормальная скорость распространения фронта пламени составляет около 30 м/с, при детонации огонь распространяется в десятки раз быстрее – до 2000 м/с.

• В нормальных условиях смесь начинает воспламеняться, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки, угол опережения зажигания составляет обычно 2-3 градуса. Завершается вспышка после того, как поршень минует ВМТ. В случае детонации смесь воспламеняется еще в середине такта сжатия. Поршень испытывает сильное противодействие, в итоге пропадает мощность двигателя и значительно повышается расход топлива.

• Данное явление никогда не идет на пользу мотору, однако детонацию можно разделить на допустимую и недопустимую. В первом случае ее даже не всегда удается заметить. Обычно она возникает на низких оборотах и продолжается недолго. Чаще всего подобное происходит в двигателях небольшого объема с относительно большой мощностью и крутящим моментом (например, 107 л.с. и 135 Нм при объеме 1,4 л). Недопустимая детонация, как правило, возникает в форсированных ДВС при повышенных нагрузках на высоких оборотах. Всего после нескольких секунд работы в таких условиях, мотор может получить критические повреждения.

• Существует еще одно явление, которое автовладельцы нередко путают с детонацией – дизелинг. Мотор после выключения зажигания продолжает работать рывками, то с повышением, то с понижением оборотов, звук работы двигателя при этом металлический, схожий со звуком детонации. Это явление иного рода и причины его появления иные: при глушении мотора, бензин в цилиндрах самовоспламеняется из-за высокой степени сжатия, как в дизельном ДВС, отсюда и название. Не следует путать дизелинг с калильным зажиганием – там при глушении рабочая смесь воспламеняется от нагретых электродов свечей и нагара.

— Чем опасна детонация?

• Весь кривошипно-шатунный механизм и головка блока цилиндров испытывают разрушающие нагрузки, способные при длительном воздействии привести к поломке ДВС. Кроме того, температура в цилиндрах также поднимается до недопустимых значений (до +3700 градусов), что грозит прогаром прокладки ГБЦ, а также коррозией днища поршня и зеркала цилиндров.

• рокладка головки блока – это первая деталь, которая придет в негодность из-за детонации. Она способна перенести лишь кратковременную работу в режиме запредельных термических и механических нагрузок. Худшее, чем грозит детонация – замена блока цилиндров, коленчатого вала, поршневой группы и головки блока.

— Причины возникновения детонации:

• Причины, в силу которых возникает данное явление, можно разделить на три группы:

• октановое число бензина;• конструктивные особенности ДВС;

• условия эксплуатации автомобиля.

— Влияние октанового числа:

• В отличие от дизельного двигателя, в котором воспламенение рабочей смеси происходит благодаря высокой степени сжатия, в бензиновом для этой цели применяется система зажигания. Смесь бензина и воздуха поджигается искрой, возникающей между электродами свечей.

• Степень сжатия у бензиновых моторов намного меньше, это связано с тем, что бензин не столь устойчив к детонации, как дизельное топливо. Основной характеристикой бензина является октановое число, отражающее его детонационную стойкость. Чем оно выше, тем сильнее можно сжать топливно-воздушную смесь.

• Если автомобиль, силовой агрегат которого рассчитан на применение топлива с октановым числом не ниже 95, заправить бензином марки АИ-92, то с высокой долей вероятности можно утверждать, что при высоких нагрузках рабочая смесь в цилиндрах будет детонировать.

• Однако проблема может появиться и в случае, если марка топлива соответствует рекомендациям производителя. Все дело в качестве бензина. Недобросовестные продавцы нередко самостоятельно повышают октановое число, путем добавления в горючее сжиженного пропана или метана. Эти газы очень быстро испаряются, после чего в баке остается низкооктановый бензин.

• Вследствие детонации низкооктанового топлива, в камере сгорания усиленно образуется нагар, который, в свою очередь, может вызвать такое явление, как калильное зажигание. В этом случае двигатель продолжает работать даже после выключения зажигания. Причины его возникновения в том, что воспламеняется топливно-воздушная смесь не от искры, а от раскаленных электродов свечи или нагара.

— Влияние конструктивных особенностей:

• Причины возникновения детонации могут крыться в конструктивных особенностях двигателя.К их числу можно отнести:

• степень сжатия;• форму камеры сгорания;• форму днища поршня;• наличие наддува;

• расположение свечей зажигания.

• Так, чем выше степень сжатия, тем ДВС более склонен к детонации. То же можно сказать и о системах наддува («надутым» моторам требуется высокооктановый бензин).

— Влияние условий эксплуатации:

• Не последнюю роль играют и условия, в которых эксплуатируется машина. Детонация может возникать при движении на повышенной передаче с низкой скоростью. Так, если попытаться въехать в гору на четвертой передаче со скоростью 30 км/ч, из-под капота незамедлительно раздастся характерный металлический стук.

• Свое влияние оказывает правильность работы системы зажигания (рабочая смесь в цилиндрах детонирует при раннем зажигании), исправность системы охлаждения двигателя, наличие нагара на поршнях и в камерах сгорания. Подвергают себя опасности автовладельцы, стремящиеся любыми способами уменьшить аппетит машины. С этой целью электронный блок управления «перепрошивается» для приготовления более бедной смеси, чем нужно. В результате ухудшается динамика авто, а при повышенных нагрузках возникает детонация.

Детонация

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

Главная / Энциклопедия / Термин, определение и понятие

Детонация – это процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии (тепла) и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью.

Химическая реакция вводится интенсивной ударной волной, образующей передний фронт детонационной волны. Благодаря резкому повышению температуры и давления за фронтом химическое превращение протекает с постоянной скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе, и в очень тонком слое, непосредственно прилегающем к фронту волны. Энергия, освобождающаяся в зоне превращения, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне, т.е. обеспечивает самоподдерживающийся процесс. Благодаря высокой скорости детонации (в газовых смесях 1000-3500 м/с, в твердых и жидких взрывчатых веществах — до 9000 м/с) давление в газообразных взрывчатых смесях составляет десятки атмосфер, а в жидких и твердых телах достигает нескольких сотен тыс. атмосфер. При расширении сжатых продуктов детонации происходит взрыв. Этим объясняется огромное разрушающее действие подобных процессов.

В однородном веществе детонация распространяется с постоянной скоростью, которая среди возможных для данного вещества скоростей распространения детонационной волны является минимальной. В такой волне зона химической реакции перемещается относительно продуктов реакции со скоростью звука (но со сверхзвуковой скоростью относительно исходного вещества). Скорости детонации некоторых взрывчатых веществ представлены в табл.

Благодаря этому волны разрежения, возникающие при расширении газообразных продуктов химической реакции, не могут проникнуть в зону реакции и ослабить бегущую впереди ударную волну. Минимальная скорость распространения детонации принимается в качестве характеристики взрывчатого вещества. Энергия, выделяемая в зоне химической реакции, непрерывно поддерживает высокое давление в ударной волне.

Скорости детонации

Вещество

ν, м/сек

2Н2 + О2 (газовая смесь)

2820

СН4 + 2О2 (газовая смесь)

2320

CS2 + 3О2 (газовая смесь)

1800

Нитроглицерин, C3H5(ОNО2)3 (жидкость, плотность d=1,60 г/см3)

7750

Тринитротолуол (тротил, тол), C7H5(NО2)3Ch4 (твердое вещество, d=1,62 г/см3)

6950

Пентаэритриттетранитрат (ТЭН) C5H8(ОNО2)4 (твердое вещество, d=1,77 г/см3)

8500

Циклотриметилентринитроамин (гексоген), C3H6О6N6 (твердое вещество, d=1,80 г/см3)

8850

Виды детонации

При анализе чрезвычайных ситуаций, связанных с проявлением детонации, различают несколько видов процесса.

Физическая детонация — процесс, возникающий при смешении жидкостей с разными температурами, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой.

Детонационный взрыв — при котором воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходят в результате сжатия и нагрева ударной волной, когда ударная волна и зона химической реакции следуют неразрывно друг за другом с постоянной сверхзвуковой скоростью.

Дефлаграционный взрыв — при котором нагрев и воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате диффузии и теплопередачи, когда фронт волны сжатия и фронт пламени движутся с дозвуковой скоростью.

Возбуждение детонации является обычным способом осуществления взрывов. Детонация в заряде взрывчатого вещества создается интенсивным механическим или тепловым воздействием (удар, искровой разряд, взрыв металлической проволочки под действием электрического тока, и т.п.). Сила воздействия, необходимого для возбуждения детонации, зависит от химической природы взрывчатого вещества. К механическому воздействию чувствительны, например, так называемые инициирующие взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца и др.), которые входят в состав капсюлей-детонаторов, используемых для возбуждения детонации вторичных (менее чувствительных) взрывчатых веществ.

При определенных условиях во взрывчатом веществе может быть возбуждена детонация, скорость распространения которой превышает минимальную скорость, указанную в приведенной выше таблице. Так, взрыв заряда твердого взрывчатого вещества, помещенного в газообразную взрывчатую смесь, порождает в смеси ударную волну, интенсивность которой во много раз превосходит интенсивность волны, отвечающей режиму с минимальной скоростью. В результате в газовой смеси распространяется детонационная волна с повышенной скоростью. В этой волне зона химической реакции движется относительно продуктов реакции с дозвуковой скоростью. Поэтому по мере удаления такой волны от места ее возникновения ударная волна постепенно ослабевает (сказывается влияние волн разрежения) и скорость распространения детонации снижается до минимального значения. Детонационную волну с повышенной скоростью распространения можно также получить в неоднородном взрывчатом веществе при движении волны в направлении убывающей плотности. Еще одним примером распространения детонации со скоростью, превышающей минимальное значение, может служить сферическая детонационная волна, сходящаяся к центру. Скорость волны с приближением к центру возрастает. Устойчивый процесс детонации не всегда возможен. Например, волна детонации не может распространяться в цилиндрическом заряде взрывчатого вещества слишком малого диаметра (разлет вещества через боковую поверхность вызывает прекращение химической реакции прежде, чем вещество успеет заметно прореагировать). Минимальный диаметр заряда, в котором возможен незатухающий процесс детонации, пропорционален ширине зоны химической реакции. В газообразных взрывчатых смесях распространение детонации возможно лишь при условиях, когда концентрация горючего газа (или паров горючей жидкости) находится в определенных пределах. Эти пределы зависят от химической природы взрывчатой смеси, давления и температуры. Например, в смеси водорода с кислородом при комнатной температуре и атмосферном давлении волна детонации способна распространяться, если концентрация (по объему) водорода находится в пределах от 20 до 90 %. Исследование волны детонации в газах показывает, что при понижении начального давления химическая реакция приобретает характер пульсаций. Неравномерное протекание реакции вызывает искажения движущейся впереди ударной волны. Наконец, при достаточно низком давлении осуществляется режим так называемой спиновой детонации, при котором на фронте детонационной волны возникает излом, вращающийся по винтовой линии. Дальнейшее снижение давления приводит к затуханию детонации.

В двигателях внутреннего сгорания детонация — быстрый, приближающийся к взрыву процесс горения топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, сопровождающийся неустойчивой работой (металлический стук в цилиндре), износом и разрушением деталей. В результате детонации двигатель перегревается и его мощность падает. Детонация возникает, если топливо не соответствует конструкции или работе двигателя. Для каждого топлива существует определенная степень сжатия, при которой возникает детонация. Детонационную стойкость бензинов для бедных смесей характеризуют октановым числом, для богатых смесей — сортностью бензинов.

Детонационный взрыв и взрывное горение могут иметь разное назначение — причинять ущерб жизни и здоровью людей и животных, разрушать объекты инфраструктуры и повреждать окружающую среду, но и выполнять полезную работу по строительству тоннелей, каналов и дорог, по добыче полезных ископаемых и сносу строительных конструкций. Детонация является физической основой проведения специальных боевых операций. Одним из наиболее опасных проявлений детонации является использование ее разрушающего действия в большинстве террористических атак. Во многих случаях, например, при горении топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания или реактивного двигателя, при горении пороха в стволе артиллерийского орудия и другого, детонация недопустима. В связи с этим подбираются такие условия горения и химический состав используемых веществ, чтобы возникновение детонации с характерным для нее чрезвычайно резким повышением давления было исключено.

Детонация и калильное зажигание

Источник: Детонация конденсированных и газовых систем. — М., 1986; Теория детонации. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. — М., 1955.

Почему детонирует двигатель

Детонация двигателя представляет собой нарушение плавного процесса сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах силового агрегата, в результате чего такое сгорание приобретает взрывной ударный характер. Другими словами, топливо резко взрывается в рабочей камере, что приводит к моментальному выбросу энергии и образованию ударной волны.

В нормальных условиях фронт пламени в цилиндре распространяется со средней скоростью около 30 метров в секунду. Во время детонации данный показатель увеличивается до 2000 метров. Воспламенение смеси в норме должно происходить в тот момент, когда поршень практически находится в ВМТ. Что касается УОЗ (угол опережения зажигания), зачастую этот показатель составляет 2 или 3 градуса. Топливный заряд также догорает после того, как поршень пройдет ВМТ и начинается его рабочий ход.  

Если в двигателе происходит детонация, тогда топливно-воздушная смесь воспламеняется в момент, когда поршень еще находится на такте сжатия. Энергия от сгорания заряда в этом случае оказывает сильное давление на поднимающийся поршень, а не толкает его вниз. Последствиями такого взрыва топливной смеси является значительное увеличение ударных разрушительных нагрузок на ЦПГ и КШМ, рост температуры, снижение мощности двигателя и возрастание расхода топлива.

Основные причины детонации

Среди различных причин возникновения детонации специалисты отмечают неправильно выставленный угол опережения зажигания на бензиновых двигателях (угол опережения впрыска топлива на дизельных ДВС), сбои в процессе смесеобразования, снижение эффективности работы системы охлаждения, а также целый ряд других возможных причин.

Детонацию двигателя принято условно разделять на допустимую и критическую. Под допустимой детонацией следует понимать кратковременное (иногда малозаметное) явление. Критическая детонация может проявляться постоянно, только при увеличении нагрузок на мотор, на холостом ходу, а также во время работы ДВС в различных режимах.

В списке основных причин появления детонации отмечены:

  • нарушения условий эксплуатации мотора;
  • использование бензина с отличным от рекомендуемого октановым числом;
  • особенности конструкции силового агрегата;

Эксплуатация двигателя

Детонацию можно услышать на полностью исправном моторе во время эксплуатации агрегата под нагрузкой. Смесь в цилиндрах  обычно детонирует на затяжном подъеме при движении с такой скоростью, которая не соответствует выбранной передаче.

Другими словами, детонация двигателя отчетливо заметна в том случае, когда водитель пытается заехать на подъем с низкой скоростью без переключения на пониженную передачу и давит на газ. Обороты коленвала в этот момент низкие, двигатель «не тянет», то есть не набирает мощность и не разгоняет автомобиль. К общему звуку работы мотора в этом случае добавляется звонкий металлический детонационный стук, похожий на стук поршневых пальцев. Такой звук становится результатом ударов взрывной волны, которая с высокой частотой бьет по стенкам камеры сгорания.

Также необходимо отметить, что склонность к детонации топливно-воздушной смеси напрямую зависит от исправной работы систем зажигания и охлаждения. Смесь может детонировать в цилиндрах при наличии следующих факторов:

  • раннее зажигание;
  • перегрев двигателя;
  • обильный нагар в камере сгорания;
  • сильная закоксовка двигателя, в результате чего увеличилась степень сжатия;
Зажигание часто делают ранним для улучшенного отклика двигателя на нажатие педали газа, особенно на низких оборотах. Раннее зажигание заставляет смесь воспламеняться до наступления момента, когда поршень подходит к ВМТ. Так как поршень еще только осуществляет движение в верхнюю мертвую точку, раннее воспламенение смеси означает противодействие его движению. Дополнительным негативным явлением при таком зажигании выступает перегрев.

Скопление нагара в камере сгорания приводит к уменьшению объема самой камеры и повышению степени сжатия. Вторым по значимости фактором, влияющим на детонацию, является значительное повышение температуры в камере сгорания при наличии отложений. В отдельных случаях нагар может буквально тлеть, заставляя смесь в цилиндрах воспламеняться неконтролируемо. Получается, детонация при определенных условиях провоцирует появление калильного зажигания, которое также является аномальным самопроизвольным воспламенением смеси.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое калильное зажигание. Из этой статьи вы узнаете о причинах появления данной неисправности, а также о последствиях воздействия КЗ на мотор и его эксплуатацонный ресурс.

Дополнительно необходимо учесть тот факт, что детонация двигателя может возникнуть в результате установки свечей зажигания с неподходящим для данного типа двигателя калильным числом. Отдельно на детонацию может повлиять внесение различных изменений в топливную аппаратуру, а также «чиповка» ЭБУ и другие манипуляции, влияющие на смесеобразование в целях экономии топлива. Условно называемая тюнерами «экономичная прошивка» означает, что в блок управления двигателем вносится ряд корректив, затрагивающих топливные карты. Результатом становится обедненная смесь на разных режимах работы ДВС, снижаются динамические характеристики автомобиля.

Во время работы ЭБУ двигателя на заводских настройках смесь рассчитана на «мягкое» воспламенение, благодаря чему температура внутри камеры сгорания остается в заданных рамках. При серьезных нагрузках в двигателе после прошивки зачастую возникает детонация на слишком «бедной» смеси. Обедненная смесь приводит к перегреву деталей. Указанный перегрев при последующем впрыске топлива может вызвать самопроизвольное воспламенение топливного заряда.

Октановое число бензина

Одной из наиболее распространенных причин детонации двигателя является использование бензина с низким октановым числом, которое не рекомендовано для данного типа ДВС. Добавим, что указанный параметр не так важен для дизельного двигателя, так как основной характеристикой дизтоплива выступает цетановое число.

Дело в том, что солярка изначально более устойчива к детонации. В дизеле воспламенение происходит в результате сжатия и нагрева от такого сжатия топливной смеси. По этой причине дизельные двигатели конструктивно имеют более высокую степень сжатия.

Бензин имеет заметно меньшую стойкость к детонации сравнительно с дизтопливом. Октановое число является той характеристикой, которая отражает детонационную стойкость бензина. В бензиновом моторе степень сжатия ниже, топливно-воздушная смесь загорается от искры. Чем выше оказывается октановое число, тем большее сжатие смеси допускается без риска детонации. 

Получается, заправка 92-м бензином автомобиля, двигатель которого имеет высокую степень сжатия и допускается использование горючего с октановым числом только 95 и выше, приведет к появлению детонации во время работы мотора под нагрузкой.

Необходимо отдельно учитывать, что детонация может проявляться даже в случае заправки топливом с необходимым октановым числом. В этой ситуации дело может быть в низком качестве горючего, так как на АЗС часто используют различные способы для искусственного повышения октанового числа. Среди таковых особо отмечают добавку в бензин жидкого газа (пропан, метан). Указанные газы являются летучими, то есть испаряются через небольшой промежуток времени. В итоге топливный бак быстро оказывается заполненным бензином с низким октановым числом, хотя изначально заправляемое топливо соответствовало рекомендуемому для данного типа ДВС.

Особенности конструкции ДВС

Детонация может возникать в двигателе благодаря целому ряду конструктивных особенностей силового агрегата. В списке основных решений отдельно выделяются:

  • степень сжатия конкретного ДВС;
  • форма самой камеры сгорания и днища поршня;
  • особенности размещения свечей зажигания;
  • турбонаддув;

Высокофорсированные бензиновые атмо и турбодвигатели имеют более высокую степень сжатия сравнительно со штатными атмосферными аналогами, вследствие чего демонстрируют повышенную предрасположенность к детонации. Такие ДВС предполагают эксплуатацию исключительно на качественном бензине с высоким октановым числом.

Конструктивные решения для предотвращения детонации

Для борьбы с детонацией инженеры в разное время использовали определенные конструктивные решения. Такие решения направлены на максимально эффективное и быстрое сгорание заряда топлива во фронте пламени, полноту сгорания от искры, замедление окислительных процессов, в результате которых происходит неконтролируемое воспламенение.

Необходимо добавить, что в целях противодействия детонации могут быть увеличены обороты двигателя, в результате чего сокращается время на протекание окислительных реакций и снижается вероятность самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Еще одним инженерным решением выступает турбулизация. Потоки смеси в камере сгорания благодаря конструктивным особенностям получают определенное вращение, фронт пламени от искры распространяется быстрее. Также противостоять детонации помогает уменьшение того расстояния, которое проходит фронт пламени. Для сокращения пути цилиндр может быть выполнен с меньшим диаметром, а также возможна установка еще одной свечи зажигания.

Отдельно стоит отметить форкамерно-факельное зажигание, которое в свое время было призвано эффективно бороться с детонацией. Моторы с форкамерой конструктивно предусматривают наличие двух камер: предкамеру и основную камеру. Принцип работы состоит в том, что в малой камере создается обогащенная смесь, а в основной находится обедненная. После воспламенения смеси в предкамере фронт пламени воспламеняет смесь в основной камере, исключая возможность детонации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое форкамерный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции и принципах работы предкамерных моторов.

На современных моторах детонации активно противостоит электроника. Появление микропроцессорных блоков управления двигателем (ЭБУ) позволило в автоматическом режиме изменять угол опережения зажигания (УОЗ) на основании показаний от датчиков, а также динамично вносить коррективы в состав горючей смеси.

Детонация двигателя при выключении зажигания

Достаточно распространенным явлением во время эксплуатации бензиновых и дизельных ДВС является то, что детонация двигателя проявляется уже после выключения зажигания. Двигатель в этом случае дергается, так как коленвал успевает сделать еще несколько оборотов.

Такая детонация двигателя после выключения зажигания может быть вызвана двумя явлениями:

  • дизелинг;
  • калильное зажигание;

В первом случае, который характерен для бензиновых агрегатов, имеет место кратковременная или продолжительная работа мотора в результате повышения степени сжатия или использования несоответствующего по детонационной стойкости топлива, что приводит к самостоятельному воспламенению топливно-воздушной смеси. Во втором случае горючее в цилиндрах может самопроизвольно воспламеняться после выключения зажигания от контакта с раскаленными поверхностями или тлеющим слоем нагара в камере сгорания.

Детонация двигателя и возможные последствия

Как уже было сказано выше, от разрушительных нагрузок в результате постоянной детонации быстро выходит из строя кривошипно-шатунный механизм, ГБЦ, другие в большей или меньшей степени нагруженные элементы и узлы двигателя. Ударная волна от взрыва детонирующего топливного заряда с высокой скоростью ударяет по стенкам цилиндров, разрушает масляную защитную пленку на трущихся парах.

Также детонация вызывает нарушение процесса теплоотдачи от раскаленных газов, которые перегревают цилиндры. Возникающий локальный или общий перегрев двигателя уничтожает кромку поршня, которая попросту выкрашивается или плавится под воздействием запредельно высоких температур. Рост температуры вызывает прогар прокладки головки блока, разрушение стенок цилиндров, прогар клапанов ГРМ, быстро приходят в негодность свечи зажигания и т.д. Закономерным итогом становится то, что ударные и термические нагрузки, возникающие при детонации, значительно повышают общий износ двигателя и сокращают его моторесурс.

Что такое детонация двигателя

Одной из важнейших и опаснейших проблем автомобилистов является детонация двигателя. Понятие детонации появилось вместе с двигателем внутреннего сгорания. Сегодня существует множество способов предотвратить самопроизвольный процесс воспламенения горючей смеси но, тем не менее ни один производитель не может дать полную гарантию отсутствия подобной проблемы.

Описание понятия и механизма детонации

Детонация возникает, когда давление на топливно-воздушную смесь (ТВС) выше нормы. В результате большего воздействия на педаль акселератора, в цилиндре повышается давление, и поршень не может достичь верхней точки своего движения. ТВС воспламеняется значительно раньше, создавая эффект ударной волны.

Выделяемое тепло распределяется по камере сгорания и поршню, создавая перегрев. Несгоревшая топливная смесь вступает в реакцию с деталями двигателя и может осаживаться на стенках в виде альдегидов или спиртов, провоцируя коррозию. В дальнейшем эти химические соединения могут усугублять детонацию.

Волна от взрыва в условиях высокой температуры распространяется по пространству камеры со скоростью до 1000–3000 м/с. В нормальных условиях сгорания топливно-воздушной смеси скорость волны достигает 20–30 м/с.

Причины детонации двигателя

Существует несколько основных причин, которые способствуют детонации:

  1. Состав топливно-горючей смеси. Чрезмерно обогащенная ТВС при воспламенении может создавать на стенках и углах камеры окислительные соединения, которые ведут к дальнейшей детонации двигателя. Чаще всего это случается с ТВС, у которой соотношение воздух/топливо равняется 9,0.
  2. Угол опережения зажигания. Если было произведено вмешательство в систему работы зажигания, есть большая вероятность повышения ударной нагрузки на поршни. Давление, оказываемое на смесь, вызывает ее самопроизвольное воспламенение.
  3. Октановое число. Вероятность «заработать» детонацию ДВС возрастает, если использовать бензин с низким октановым числом. Таким образом, автомобили, которые ездят на 75 бензине, вместо рекомендованного 92, больше подвержены детонации.
  4. Уровень сжатия. Сжатие – соотношение между объемами камеры сгорания и поршня. Увеличение показателя повышает температуру в цилиндрах и приводит к детонации. Чтобы избежать подобной проблемы, для автомобилей с высоким сжатием лучше использовать бензин с высоким содержанием октана. Проблемы топливного фильтра или топливный насос работает с перебоями.
  5. Недостатки в работе кислородного датчика из-за чего ТВС смешивается в неправильных пропорциях.
  6. Проблемы с охлаждением.

Последствия детонации

Когда технология сгорания топлива нарушается, в цилиндрах постоянно повышается температура. В результате первыми под удар попадают свечи зажигания, а затем клапаны и поршневые кольца.

Во время детонации на двигателе выгорает масляная пленка, которая должна защищать детали от чрезмерного износа. При долгосрочном отсутствии смазывающего вещества элементы цилиндропоршневой группы подвергаются излишнему механическому воздействию, что чревато залеганием колец и задирам на стенках камеры сгорания.

Помимо температурной нагрузки возникает постоянное давление от ударной волны, которая настигает все активные элементы двигателя. В первую очередь это отражается на кривошипно-шатунном механизме.

Сильнее всего от детонации страдают вкладыши коленчатого вала и шатуна.

Детонация двигателя после выключения зажигания

Помимо того, что ДВС детонирует после работы свеч и других механизмов, детонация может происходить при выключении замка зажигания. Это процесс происходит в среднем за несколько секунд, однако в редких случаях может достигать 20–30 секунд.

Чаще всего двигатель детонирует после отключения зажигания при неправильно подобранном топливе. Разное октановое число бензина предназначается для разных уровней сжатия. В таком случае, если бензин не соответствует требованиям автомобиля, то качества ТВС может быть недостаточно для обеспечения нормального механизма сгорания.

При активном воспламенении выделяется излишек тепла и энергии, который направлен в сторону двигателя.

Другой причиной детонации при отключении зажигания считается излишне раннее зажигание. Некоторые механики устанавливают его из побуждений повысить чувствительность к движению дроссельной заслонки. Однако часто не учитывают факт, что при такой настройке воспламенение ТВС происходит раньше в момент движения поршня к верхней точке. Отсутствие продуманной системы охлаждения усложняет отвод тепла от двигателя и вызывает перегрев.

Третьей причиной подобной проблемы считается неправильно подобранные свечи, или же их перебойная работа.

Конструктивные способы устранения детонации двигателя

Чтобы правильно устранить детонацию ДВС необходимо четко очертить причины проблемы. Если сразу после заправки нового топлива двигатель начал вибрировать и шуметь, можно определенно сказать, что причина детонации кроется в неподходящем октановом числе.

Лучше не экспериментировать и не доливать подходящий бензин к тому, что есть. Правильнее будет слить прежний и заправить тот вид топлива, который подходит к двигателю автомобиля.

Если же детонацию спровоцировал нагар в камерах сгорания, можно дать несколько минут проехать автомобилю на высоких оборотах. В качестве профилактики специалисты рекомендуют раз в неделю давать двигателю максимальную нагрузку.

В случае детонации дизельного мотора, автомобилист может обнаружить грязный зеленый или черный выхлоп. В таком случае проводить «спасение» уже бессмысленно, поскольку поршни полностью разрушены.

Если причина скрыта в неправильной работе свечей зажигания, необходимо полностью поменять комплект. В целом, детонация из-за свечей происходит достаточно редко но, тем не менее не стоит пренебрегать их своевременной диагностикой.

Кроме всего, необходимо следить за системой охлаждения двигателя и вовремя регулировать угол опережения зажигания.

Использование датчика детонации двигателя

С целью уменьшения вероятности возникновения детонации, на современных автомобилях устанавливают специальные датчики. Они крепятся около блоков цилиндров силового узла, и преобразовывают механическую энергию.

Внутри каждого датчика размещается пьезоэлектрическая пластинка, которая передает колебания к электронному блоку. После достижения показателя, близкого к детонации, контроллер изменяет угол опережения зажигания.

Датчик постоянно передает сигналы и следит за составом топливной смеси. В результате правильной настройки, он также помогает достичь более экономного расхода топлива.

Чтобы правильно оценить работу двигателя своего автомобиля и предостеречь его от детонации лучше советоваться с профессиональными мотористами, или ознакомиться с некоторыми роликами в сети:

Несмотря на то что детонация – крайне губительное понятие для двигателя, ее легко контролировать. Если не пренебрегать своевременным техническим осмотром и не экспериментировать с топливом – проблемы не возникнет. Необходимо всегда обращать внимание на «лишние» шумы и посторонние звуки в автомобиле, поскольку они являются индикатором работы узлов транспортного средства.

Детонация двигателя

Детонация двигателя – несвоевременное или самостоятельное воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания, которое отличается взрывным характером протекания процесса горения топлива. Сопровождается образованием ударной волны, повышением температуры внутри камеры сгорания и ее усиленным коксованием. По своему разрушительному воздействию на составные элементы двигателя (ЦПГ и КШМ) детонация занимает первое место в списке аномальных процессов сгорания топлива, таких как калильное зажигание (КЗ) и дизелинг.

Главными причинами детонации двигателя принято считать:

  • использование бензина, который имеет недостаточную детонационную стойкость (октановое число);
  • сбои в системе зажигания, вызывающие несвоевременное воспламенение смеси во время такта сжатия;
  • увеличение степени сжатия двигателя в результате скопления нагара или вмешательств в конструкцию силового агрегата;
  • неисправности системы охлаждения двигателя, которые приводят к перегреву ДВС;
  • отклонения в процессе смесеобразования, результатом чего становится приготовление обогащенной смеси;
  • конструктивные особенности силового агрегата, которые предопределяют расположенность двигателя к детонации;

На такте сжатия поршень движется в ВМТ (верхняя мертвая точка). Нормальный процесс сгорания смеси топлива и воздуха происходит не моментально, а требует небольшого промежутка времени. Смесь в цилиндре специально поджигается раньше того момента, когда поршень достигнет ВМТ и начнет после этого опускаться вниз. Сгорание топливного заряда должно быть плавным и полноценным, что позволяет в итоге передать поршню максимум тепловой энергии строго в тот момент, когда он начинает опускаться вниз. Также плавность горения смеси позволяет минимизировать нагрузки, которые создают расширяющиеся в камере сгорания газы.

Во время такта сжатия поршень создает давление в цилиндре, сжимая горючую смесь. В случае возникновения детонации часть смеси воспламеняется уже на такте сжатия. После воспламенения мгновенно образуется волна пламени, которая расходится по всему объему камеры сгорания.  Результатом становится появление фронта высокого давления.

Совокупность давления поршня на такте сжатия, давления от сгорания части смеси и роста температуры приводит к тому, что в оставшемся топливном заряде наблюдается создание соединений в виде альдегидов, спиртов, перекисей и т.п. Указанные соединения вступают затем в цепную реакцию, результатом которой становится самостоятельное взрывное точечное воспламенение смеси.

В тех местах, где происходит взрыв, отмечен стремительный рост температуры, а также снова создается взрывная волна. Скорость распространения фронта пламени от такого детонирования топлива в цилиндре может превышать 2300 метров в секунду. При этом процесс нормального сгорания топливно-воздушной смеси предполагает распространение со скоростью всего 25-30 метров в секунду.

Удар взрывной волны, которая движется очень быстро, принимают на себя стенки камеры сгорания и цилиндров. Далее по аналогичному принципу происходят новые взрывы в местах самостоятельно воспламеняющихся частей заряда топливно-воздушной смеси.

Появление повторяющихся взрывных волн, воздействующих на стенки цилиндров, приводит к закономерному росту ударных нагрузок на конструктивные элементы ДВС. Детонация двигателя проявляется в виде звонкого металлического стука.

Детонация - это... Что такое Детонация?

Детона́ция (нормальная) — гидродинамический волновой процесс распространения по веществу зоны химической реакции со сверхзвуковой скоростью. Другое определение — сверхзвуковой комплекс, состоящий из ударной волны и экзотермической химической реакции за ней. Механизм превращения энергии на фронте детонационной волны существенно отличается от механизма дефлаграции — волны медленного горения, сопровождающейся дозвуковыми течениями.

Принципиальная возможность явления детонации следует из того, что при прохождении через любое вещество фронта ударной волны оно нагревается. Если ударная волна достаточно сильна, то это нагревание может поджечь горючую смесь, что и приводит к детонации. Возникающая при этом поверхность нормального разрыва называется детонационной волной. Изменение термодинамических параметров среды при прохождении через фронт детонационной волны описывается детонационной адиабатой.

Чаще всего в обычной жизни детонация встречается в автомобильных моторах. Двигатели внутреннего сгорания, реализующие цикл Отто, при детонации быстро разрушаются, так как рассчитаны на медленное горение горючей смеси. Быстрое детонационное сгорание резко повышает давление в камере сгорания, что приводит к быстрому выходу двигателя из строя. При сильной детонации — меньше чем за минуту. Топливо с более высоким октановым числом лучше противостоит детонации.

Явление детонации лежит в основе действия бризантных взрывчатых веществ, широко применяемых как в военном деле, так и в гражданской хозяйственной деятельности при производстве взрывных работ.

Ряд важных результатов в теории детонации принадлежит советскому физику-теоретику Якову Борисовичу Зельдовичу.

См. также

  • Взрыв
  • Скорость детонации
  • Температура взрыва
  • Давление детонации
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 27 августа 2011.


Смотрите также

Возврат к списку