Что такое детонация?

Источник — drive2.ru

С таким понятием как «стук пальцев» знаком, наверное, каждый отечественный автомобилист, независимо от того, профессионал он или любитель. Однако мало кто знает, что в действительности за этим скрывается не стук поршневых пальцев, а такое явление как детонация. Объяснить почему так произошло можно следующим образом. В старые времена в двигателях стучали действительно поршневые пальцы. Под действием больших температур и знакопеременных нагрузок из-за низкой прочности и твердости деталей появлялись зазоры в посадочных местах поршневого пальца, которые и являлись источниками стука. Сейчас же благодаря использованию качественных сталей и более высокоточным методам обработки деталей этот недостаток удалось устранить. Только вот название («имя») его осталось прежним, скрывая такое явление как детонация.

     Признаки детонации
Детонацию очень легко определить на слух — она, как правило, проявляется в виде звонкого металлического стука. Кроме того, ее сопровождают и заметное снижение мощности, перегрев и неустойчивая работа двигателя, кратковременное появление черного дыма из выхлопной трубы, снижение температуры отработавших газов.

     Что такое детонация?

Детонация — это самовоспламенение горючей смеси в камере сгорания, которое имеет характер взрывной волны. Наиболее часто она появляется при резком повышении нагрузки, например, при резком ускорении или же при движении на подъем. В этой ситуации водитель, как правило, со всей силой жмет на педаль газа, чем обеспечивается подача богатой смеси в цилиндры двигателя. Попав в цилиндры и заполнив все его объемы, на богатую горючую смесь начинают воздействовать высокие температура и давление. Высокое давление в камере сгорания создается по двум причинам: во-первых, при такте сжатия поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, т.е. повышает давление, во-вторых, после воспламенения основной части горючей смеси волна пламени, распространяясь по всей камере сгорания, создает фронт высокого давления, который также способствует повышению давления.

Под воздействием высоких давления и температуры в местах скопления несгоревшей горючей смеси образуются активные соединения (перекиси, альдегиды, спирты и т.д.). Достигнув критической величины, между этими соединениями начинают возникать цепные окислительные реакции, которые в итоге приводят к самовоспламенению смеси, имеющей к тому же взрывной характер. В месте взрыва происходит значительное повышение температуры и образование взрывной волны, фронт пламени которой распространяется со скоростью 1000 — 2300 м/с. Для сравнения, скорость распространения фронта пламени при нормальном сгорании горючей смеси — 20-30 м/с. Двигаясь с такой огромной скоростью взрывная волна ударяется о стенки цилиндров и камеры сгорания, при этом образуя все новые очаги самовоспламенения. В результате таких процессов в цилиндрах появляется большое количество взрывных волн, которые являются источником возникновения колебательных процессов в цилиндрах, вызывающих вибрации двигателя.

Что касается звонкого металлического стука, называемого в народе «стуком пальцев», а в теории двигателей — детонацией, то он появляется именно в результате многократно повторяющихся ударов взрывных волн о стенки цилиндров.

     Последствия детонации

Бытует мнение, что увеличение давления за счет роста скорости распространения фронта пламени должно положительно отразиться на повышении мощности двигателя. На самом же. деле все происходит наоборот. Взрывные волны «живут» очень мало — меньше 0,0001 с, и на столько же времени происходит повышение давления на поршень, поэтому повлиять на повышение мощности за столь короткий промежуток времени они просто не успевают. А вот чтобы принести огромный вред этого времени, к сожалению, достаточно.

Ударяясь с огромной скоростью о стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, которая предохраняет детали цилиндро-поршневой группы от сухого трения и коррозионного износа под воздействием активных элементов продуктов сгорания. Давление фронта взрывной волны достигает величины более 70 кгс/см2, что может привести к механическим повреждениям деталей двигателя. При наличии ударных волн резко возрастает отдача тепла от сгоревших газов к стенкам цилиндров, что вызывает перегрев двигателя. А перегрев, в свою очередь, становится причиной разрушения некоторых деталей двигателя: прокладки между головкой и блоком, обгорания кромок поршней, свечей зажигания. В сумме все эти негативные влияния приводят к значительному уменьшению моторесурса двигателя.

Кроме механических повреждений, детонация несет в себе и ухудшение эксплуатационных показателей работы двигателя, о которых мы уже упоминали, — снижается мощность двигателя, повышается расход топлива.

     Факторы, влияющие на появление детонации

Появлению детонации способствуют много факторов, и все они имеют одну общую черту — уменьшают задержку самовоспламенения несгоревшей части горючей смеси, удаленной от свечи зажигания или, проще говоря, в камере сгорания создаются благоприятные условия для более быстрого протекания окислительных реакций горючей смеси. Итак, появлению детонации способствуют следующие факторы:

  1. Состав горючей смеси. Так, богатая смесь, имеющая соотношение воздух — топливо, равное 9,0, при попадании в камеру сгорания под действием высокого давления и температуры формирует в ее отдаленных уголках очаги возникновения окислительных реакций, которые являются (источниками самовоспламенения — детонационного сгорания топлива.
  2. Угол опережения зажигания. Его увеличение приводит к сдвигу пика максимума давления в процессе сгорания горючей смеси ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), из-за чего происходит увеличение давления в камере сгорания. А увеличение давления, как мы уже знаем, входит в число основных виновников «рождения» детонации.
  3. Октановое число топлива. Чем ниже октановое число топлива, тем больше вероятность детонационного сгорания горючей смеси. Объясняется это ростом химической активности топлива к окислению при снижении его октанового числа. Именно поэтому мы наиболее часто и слышим «стук пальцев» при использовании 92-го бензина в двигателях, которым рекомендуется бензин с октановым числом 95 и более.
  4. Степень сжатия. Для начала напомним: степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Увеличение степени сжатия приводит к повышению давления и температуры в камере сгорания и, естественно, к созданию благоприятных условий для детонационного сгорания топлива. По этой причине для всех двигателей с высокой степенью сжатия должен использоваться бензин с большим октановым числом.
  5. Конструкционные недостатки. К ним можно отнести:
  • более плохие условия охлаждения несгоревшей, удаленной от свечи зажигания части горючей смеси;
  • замедленный процесс догорания смеси из-за неудачной конструкции камеры сгорания;
  • плохой отвод тепла от центра поршня к стенкам цилиндра, например, из-за выпуклой конструкции днища поршня, где теплу требуется пройти больший путь, чем при плоской конструкции днища;
  • большой диаметр цилиндров с одной стороны ухудшает отвод тепла, с другой — камера сгорания получает большее количество удаленных от свечи зажигания зон, чем увеличивается вероятность появления очагов детонационного сгорания горючей смеси.

     Заключение

Краткий итог своими словами: при штатной работе бензинового двигателя воспламенение смеси происходит в строго определенный момент времени с помощью свечи зажигания. Этот момент определяется блоком управления двигателем. Детонация же — это спонтанное неуправляемое воспламенение смеси, своего рода микровзрыв, который приводит к нарушению нормальной работы двигателя и, впоследствии, к серьезным неисправностям.

Если для вашего двигателя допустимо использование и 92-го и 95-го бензина, то после прошивки необходимо использовать только 95-й во избежание появления детонации. Если же в паспорте указано «топливо с октановым числом не ниже 95», то, даже на заводской прошивке, использование 92-го бензина приведет к раннему выходу двигателя из строя…