Детонация моторных топлив

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Детона́ция мото́рных то́плив — процесс чрезмерно быстрого (взрывного) сгорания топливной смеси в цилиндре ДВС. Вызывает звонкий металлический «стук», вибрацию, а также перегрев двигателя и может вызвать его повреждение.

Причины[править | править вики-текст]

При сжатии поршнем топливовоздушная смесь значительно нагревается (адиабатическое сжатие), что и обеспечивает легкость ее воспламенения электрическим разрядом на свече зажигания. При нормальной работе свежие слои топливовоздушной смеси нагреваются фронтом реакции, плюс процесс горения инициируется свободными радикалами фронта воспламенения. Это относительно медленный процесс, поэтому фронт спокойного горения стационарной смеси распространяется не быстрее 0,2—0,3 м/сек. В работающем двигателе смесь не является стационарной, она очень быстро и турбулентно перемещается со скоростями, имеющими тот же порядок величины, что и скорости движения сопряженных деталей (поршней, или их аналогов). Поэтому, фронт горения фактически распространяется от свечи к периферии со скоростью порядка единиц-десятков метров в секунду (дозвуковая скорость). При этом, естественно, повышается температура и давление в камере сгорания, но повышаются равномерно по всему объему. При детонации начало распространения фронта горения также повышает температуру и давление в камере сгорания, но этот скачок вызывает воспламенение топливовоздушной смеси уже не теплопроводностью от фронта пламени, но от самого скачка температуры и давления (ударной волны), которая двигается со сверхзвуковой скоростью (относительно скорости звука в воздухе, в цилиндре воспламенение происходит со скоростью звука в сжатом и нагретом газе камеры сгорания), поэтому повышение давления не успевает равномерно распространиться по всему объему, а концентрируется в зоне фронта ударной волны, где достигает очень больших величин, поддерживающих эту волну далее. Скорость фронта ударной волны составляет порядка сотен и тысяч метров в секунду. Явление сходно со взрывом, близким к бризантному. Эта ударная волна, натолкнувшись на стенки создает очень большие локальные нагрузки в металле, характерный металлический звук, и при длительном действии может вызвать тяжелые повреждения в двигателе.
Детонационное сгорание возникает, если в силу каких-то причин чрезмерно повышается скорость движения фронта горения, который начинает самоускоряться, быстро доходя до сверхзвуковых скоростей. Такими причинами могут быть чрезмерный нагрев топливовоздушной смеси (в силу различных причин), а также свойства топлива (как изначальные, так и формируемые в ходе рабочего цикла), понижающие его температуру воспламенения (например, из-за накопления органических пероксидов в еще несгоревшей части топливной смеси). Детонационное сгорание возникает, когда для воспламенения достаточно только фронта сжатия, идущего от воспламененного участка (можно называть скачком давления, распространяющегося от точки инициации смеси).
Практически, факторами, приводящими к детонации являются: слишком ранний момент зажигания (давление и температура избыточны); перегрев двигателя, недостаточная детонационная стойкость моторного топлива; снижение детонационной стойкости топливовоздушной смеси при значительном попадании моторного масла в камеру сгорания; избыточные отложения нагара, который может увеличить степень сжатия.
Стойкость топлив к детонации повышают антидетонаторы (например, метил-трет-бутиловый эфир - который разрешен к применеию, или тетраэтилсвинец, который запрещен для автомобилей, и другие добавки).

См. также[править | править вики-текст]