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.