Основні випадки ненормального згоряння у двигунах з іскровим запалюванням
1.Детонаційне згоряння. Детонаційним згорянням, або детонацією, називається вибухоподібне згоряння робочої суміші. У випадку детонації спочатку процес згоряння проходить нормально. Робоча суміш запалюється від іскри, і фронт полум’я поширюється по камері згоряння. Але у віддалених від свічки ділянках камери згоряння через підвищення температури і тиску інтенсивно утворюються активні перекисні сполуки. Це може бути, наприклад, у випадку використання низькооктанового бензину. У разі накопичення цих сполук більше деякого критичного значення суміш самозаймається, причому згоряння носить вибухоподібний характер з утворенням ударної хвилі тиску, що переміщається із швидкістю 1000...2200 м/с (нормальна швидкість згоряння до 50 м/с). Відбиваючись від стінок камери згоряння, ударна хвиля утворює нові хвилі. При цьому розвивається дисоціація газів з утворенням оксиду вуглецю, атомарного вуглецю і водню. Продукти дисоціації та незгоріла частина пального догорають в процесі розширення, тому лінія розширення на індикаторній діаграмі має вигляд пилки (рис.3.8, а).
Багаторазово повторювані хвилі тиску руйнують масляну плівку на стінках циліндра, можуть викликати руйнування антифрикційного шару в шатунних підшипниках. Тому робота двигуна з детонацією є недопустимою.
а) б)
Рис. 4. Індикаторні діаграми двигунів:
а – при детонаційному згорянні; б – при передчасному запалюванні
Зовнішні ознаки детонації: дзвінкий металевий стукіт, падіння потужності, перегрів і нестійка робота двигуна, поява чорного диму.
Фактори, що впливають на появу детонації
Конструктивні фактори
Ступінь стиску. Межею підвищення ступеня стиску є небезпека виникнення детонації.
Розмір циліндра. Із збільшенням діаметра циліндра збільшується шлях фронту полум’я, що сприяє виникненню детонації.
Форма камери згоряння. Для зменшення ймовірності виникнення детонації потрібно, щоб шлях фронту полум’я в усіх напрямках був приблизно однаковий.
Експлуатаційні фактори
Сорт вживаного палива. Треба уникати роботи двигуна на бензині, який не рекомендований інструкцією щодо експлуатації.
Склад робочої суміші. Найбільшу схильність до детонації має робоча суміш з коефіцієнтом надлишку повітря α = 0,85...0.95, при якому забезпечуються найбільша температура і тиск в циліндрі.
Кут випередження запалювання. Виникненню детонації сприяє ранній кут випередження запалювання, тому що в цьому випадку частка теплоти виділяється в кінці стиску.
Високі значення ступеня стиску, які покращують паливну економічність сучасних двигунів та застосування бензину з октановим числом, нижчим від рекомендованого, збільшують схильність двигунів до детонації. Тому все більшого поширення набувають системи захисту двигунів від детонації. Датчик детонації, розміщений у відповідному місці блока циліндрів, реагує на виникаючі при детонації високочастотні коливання блока і трансформує їх у електросигнали, які надходять в електронний блок керування системою запалювання двигуна. При цьому виконавчий механізм зміщує момент запалювання в сторону запізнення протягом певного числа тактів.
Навантаження двигуна. З підвищенням навантаження схильність до детонації зростає.
Частота обертання колінвала. Ймовірність появи детонації із збільшенням частоти обертання знижується, внаслідок посилення турбулізації свіжого заряду.
Тепловий стан двигуна. З підвищенням температури деталей камери згоряння двигуна зростає схильність до детонації.
Стан навколишнього середовища. Чим вища температура повітря, тим більша схильність до детонації. Підвищення вологості, навпаки, знижує схильність до детонації, тому що на випарування вологи в циліндрах витрачається частка теплоти і температура в них знижується.
2. Передчасне запалювання. При передчасному запалюванні робоча суміш запалюється від нагрітих ділянок камери згоряння до появи електричного розряду між електродами свічки. Таке запалювання називають жаровим. Джерелами жарового запалювання можуть бути нагріті до температури вище 1000 0К центральні електроди та ізолятори свічок, випускні клапани, великі розжарені частини нагару. Жарове запалювання відбувається у процесі стиску, тиск різко підвищується і може досягти максимального значення до завершення такту стиску. Додаткова робота затрачується на стиск газів, що вже згоріли, і на індикаторній діаграмі з’являється петля.
Жарове запалювання проявляється в падінні потужності, перегріві двигуна, у вигляді глухих стуків. Треба суворо дотримуватись відповідності жарового числа свічок особливостям двигуна. В маркуванні свічки А20ДВ, 20 – жарове число, чим воно більше, тим свічка ”холодніша”, тобто може працювати в більш високому тепловому режимі. Якщо число завелике, то свічка не буде самоочищуватись.
3. Займання від стиску у разі виключеного запалювання. Часом двигун може працювати на холостому ходу при виключеному запалюванні. За достатньо високого стиску (>8) під час прокручування колінчастого вала добре прогрітого двигуна з прикритою дросельною заслінкою температура горючої суміші наприкінці процесу стиску досягає значень, достатніх для того, щоб встигло пройти самозапалювання суміші при низькій частоті обертання (n = 300...400 хв-1).