Нормальное и детонационное сгорание рабочей смеси

Химический состав и количество используемого топлива, его соотношение с воздухом, а также величина остаточных газов, тем­пература и давление в цилиндре двигателя, конструкция камеры сгорания и ряд других факторов существенно влияют на скорость сгорания рабочей смеси. Схема смесеобразования в карбюратор­ном двигателе показана на рис. 2.3.

Процесс нормального сгорания рабочей смеси проходит плавно с почти полным протеканием реакции окисления топлива и средней скоростью распространения пламени 10... 40 м/с. Когда скорость рас­пространения пламени резко возрастает (почти в 100 раз) и дости­гает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание.

Детонация топлива, вызывающая ненормальную работу двига­теля, является следствием накопления перекисей в рабочей смеси и их взрывным воспламенением. Детонация сопровождается ме­таллическими стуками, появлением в отработанных газах черного дыма, падением мощности и перегревом двигателя, а также имеет другие вредные последствия, вплоть до механического поврежде­ния отдельных его деталей.

Поэтому все факторы, способствующие образованию переки­сей, увеличивают детонацию топлива в двигателе.

Рис. 2.3. Схема смесеобразования в карбюраторном двигателе:

1 — карбюратор; 2 — впускной трубопровод; 3 — выпускной клапан; 4 — пары бензина; 5 — капли бензина; 6 — жидкая пленка бензина

Например, при увеличении частоты вращения коленчатого вала детонация уменьшается, так как при этом сокращается время, отводимое на сгорание рабочей смеси, увеличивается завихрение смеси в цилиндре двигателя и уменьшается время химической под­готовки части топлива, окисляющейся в последнюю очередь.

Большое значение имеет форма камеры сгорания, так как чем больше время, в течение которого пламя от свечи может дойти до наиболее отдаленных ее точек и чем хуже они охлаждаются, тем вероятнее образование перекисей и возникновение детонации.

При увеличении размера цилиндра возрастает длина пути, кото­рый проходит пламя и, следовательно, повышается вероятность образования перекисей.

При неправильном выборе марки свечи зажигания возможен недостаточный отвод тепла от нее, а раскаленная свеча может сама служить источником детонации.

Выпускной клапан, являющийся наиболее горячей деталью в головке цилиндра (его температура может достигать 750... 800 °С), оказывает существенное влияние на образование перекисей, а сле­довательно, и на детонацию.

Нагарообразование на стенках головки цилиндра и днище поршня сильно ухудшает их теплопроводность, вследствие чего несколько повышается температура газов в процессе сгорания. Отложившийся нагар также уменьшает объем камеры сгорания и увеличивает сте­пень сжатия. Все это способствует образованию перекисей в смеси и, следовательно, увеличивает детонацию.

При изменении момента зажигания изменяются температура и давление процесса сгорания смеси, а также температура днища пор­шня и головки цилиндра, поэтому увеличение угла опережения за­жигания, сдвигая точку максимального давления ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), способствует уменьшению задержки само­воспламенения последней части топлива и возрастанию детонации.

Углеводородный состав топлива решающим образом влияет на появление и интенсивность детонации. Так, топливо, состоящее из нормальных парафиновых углеводородов, легко окисляется, об­разуя перекиси, и детонирует при низкой степени сжатия, а аро­матические и изопарафиновые углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, так как образование перекисей при окислении этих топлив происходит медленно или вовсе не проис­ходит.

Степень сжатия — это основной фактор, определяющий возник­новение детонации. С увеличением степени сжатия смеси возрастают температура и давление в цилиндре двигателя, что способствует ин­тенсивному образованию кислых соединений.

На детонацию также оказывают влияние температура охлаж­дающей жидкости (при ее повышении она усиливается) и атмо­сферные условия. Например, повышение атмосферного давления уве­личивает детонацию, а повышение влажности воздуха уменьшает ее в значительной степени.

Детонация возникает в тех случаях, когда концентрация пере­кисей в порции топливовоздушной смеси, сгорающей на конеч­ном этапе, достигает критического значения (рис. 2.4).

Для подавления детонации при эксплуатации карбюраторных двигателей используют уменьшение угла опережения зажигания, прикрытие дросселя и увеличение скорости вращения коленчато­го вала.

Неуправляемое воспламенение топливовоздушной смеси от чрез­мерно нагретых деталей камеры сгорания и раскаленных частей, покрытых нагаром, называемое калильным зажиганием, устраня­ется или ослабляется правильным подбором для двигателей марок топлив и масел.