Детонация двигателя

Признаки появления детонации движка

В результате ударных нагрузок, возникающих при взрывах, появляются характерные звуки в виде звонкого стука, изменяется состав и цвет выхлопных газов, детали двигателя получают серьезные дефекты. Кроме ярких шумовых эффектов, имеются внешние признаки появления детонации:

• кратковременный выход черного дыма из выхлопной трубы;
• уменьшение температуры отработавших газов;
• кратковременная потеря мощности двигателя;
• потеря управления работой двигателя вследствие ее неустойчивости;
• критический перегрев элементов движка.

Элементы, входящие в состав силового агрегата, изготовлены с расчетом на работу при определенных значениях температуры и давления. Ударные нагрузки, возникающие при детонации, превышают все допустимые значения.

Детонационный эффект является наиболее опасным для транспортного средства. Он может возникнуть при неравномерном распределении воздуха и топлива внутри цилиндров, что приводит к внезапным неконтролируемым взрывам.

Для своевременного выявления данного дефекта нужно регулярно контролировать появление посторонних звуков и постукиваний, исходящих со стороны силового агрегата транспортного средства. Именно источники этих звонких сигналов нужно выявить и немедленно убрать причину их возникновения.

Детонация является потенциальной опасностью для движка, поэтому ее нужно постоянно держать под контролем. Она не должна присутствовать при нормальной работе двигателя. Даже небольшой шум в двигателе необходимо постоянно исследовать и убирать причины, вызвавшие его.

История исследований явления

Вероятно, впервые термин «детонация» был введён в научный обиход Лавуазье в «Трактате по элементарной химии» (фр. Traité élémentaire de chimie), опубликованном в Париже в 1789 году. Во второй половине XIX века были синтезированы вторичные взрывчатые вещества, в основе действия которых лежит явление детонации. Однако из-за большой скорости детонационной волны и разрушительного действия взрыва научное изучение детонации оказалось чрезвычайно затруднено и началось с публикаций исследований явления детонации газовых смесей в трубах в 1881 году французскими химиками Малляром и Ле Шателье и независимо от них Бертло и Вьелем. В 1890 году русский учёный В. А. Михельсон, опираясь на работы Гюгонио по ударным волнам, вывел уравнения для распространения детонационной волны и получил выражение для скорости детонации. Дальнейшее развитие теории было выполнено Чепменом в 1899 году и Жуге в 1905 году. В теории Чепмена—Жуге, названной гидродинамической теорией детонации, детонационная волна рассматривалась как поверхность разрыва, а условие для определения скорости детонации, названное их именами (), было введено как постулат.

В 1940-е годы Я. Б. Зельдович разработал теорию детонации, в которой учитывается конечное время протекания химической реакции вслед за нагревом вещества ударной волной. В этой модели условие Чепмена—Жуге получило ясный физический смысл как правило отбора скорости детонации, а сама модель была названа  — по именам Зельдовича, Неймана и Дёринга, так как независимо от него к схожим результатам пришли фон Нейман в США и Дёринг в Германии.

Модели Чепмена—Жуге и ZND позволили существенно продвинуться в понимании явления детонации, однако они по необходимости были одномерными и упрощёнными. С ростом возможностей экспериментального исследования детонации в 1926 году английскими исследователями Кэмпбеллом и Вудхедом был открыт эффект спирального продвижения фронта детонации по газовой смеси. Это явление получило название «спиновой детонации» и впоследствии было обнаружено и в конденсированных системах.

В 1959 году сотрудники ИХФ АН СССР Ю. Н. Денисов и Я. К. Трошин открыли явление ячеистой структуры и пульсирующих режимов распространения детонационной волны.

Последствия на фото

Ниже приведена подборка фотографий, показывающая последствия самопроизвольного возгорания в бензиновых и дизельных двигателях. Чаще всего прогорает днище поршня и клапанов.

Детонация двигателя способна сжечь свечи зажигания Самопроизвольное воспламенение выжигает внусные и выпускные клапана Детонация убивает двигатель внутреннего сгорания В первую очередь детонация действует на поршневую группу

Детонация опасна для всех типов двигателя. Плохое топливо – вот главный виновник её появления. При первых признаках постарайтесь побыстрее устранить причины, вызывающие неконтролируемое воспламенение горючей смеси. Игнорирование проблемы приведёт к дорогому ремонту силового агрегата.

Вопрос-ответ

Возможно, прочитав сотни форумов и перелопатив гору специальной литературы, читатель так и не найдёт ответ на свой вопрос. Но прежде чем везти авто на диагностику, можно ознакомиться с наиболее распространёнными вопросами, касающимися работы двигателей. Ответы здесь приводятся тоже:

В: Может ли детонация быть связана с появлением нагара?

О: В моторах с водяным охлаждением нагар образуется в любом случае. Толщина слоя всё время меняется, но контроллер нужен затем, чтобы подстраиваться под любые изменяющиеся условия. Что верно и для карбюраторных двигателей, если ими управляет блок ЭБУ.

В: Как влияет калильное число свечей на появление калильного зажигания?

О: Если установите «слишком холодную» свечу – получите нагар на электроде и на корпусе. Установка «горячих» свечей – случай более сложный. Если калильное число будет меньше рекомендованного, то не обязательно перегрев корпуса свечи приведёт к калильному зажиганию. Однако розжиг смеси раскалённой керамикой – процесс вероятный

На практике следует обращать внимание и на правильность выполнения монтажа (см. рис.).

В: Раньше возникала детонация на горячем двигателе

После смены заправки всё прошло. Наверное, неисправен контроллер?

О: Скорее неисправен датчик детонации, его проводка и т.д. Повысьте обороты до 3500 об/мин – лампа Check должна включиться сразу.

Иллюстрация ко второму вопросу приводится ниже:

Может быть, читатели дополнят список, оставляя грамотные комментарии и отзывы.

Почему мотор не глохнет после его остановки

Хотя калильное зажигание не является детонацией топлива, появление КЗ часто становится последствием детонации двигателя и результатом перегрева силового агрегата. Двигатель продолжает работать после выключения зажигания по двум основным причинам:

• одной из них является так называемый дизелинг;
• другой выступает КЗ (калильное зажигание);

Отметим, что многие автолюбители ошибочно путают понятия калильного зажигание, дизелинга и детонации. В случае продолжения работы мотора после выключения зажигания причиной может оказаться как КЗ, так и дизелинг. Указанное явление несколько отличается по своей природе от калильного зажигания, хотя имеет схожие симптомы.

Неисправности систем для прекращения подачи топлива

Для нейтрализации эффекта, когда двигатель не глохнет после выключения зажигания, на карбюраторные автомобили устанавливаются специальные устройства. Такими решениями являются электромагнитные клапаны в системе холостого хода, которые отключают подачу бензина.

Дальнейшее развитие системы привело к появлению на авто с карбюратором экономайзеров принудительного холостого хода. Решение создано для экономии топлива, которая достигается путем отключения подачи топливно-воздушной смеси в тот момент, когда происходит торможение двигателем. Указанный клапан также выполняет отключение подачи смеси после выключения зажигания, что препятствует дальнейшей работе силового агрегата в результате самостоятельного воспламенения горючего. В том случае, если подобная система установлена на автомобиле и двигатель работает после выключения зажигания, потребуется диагностика экономайзера. Клапан ЭПХХ может подклинивать, наблюдается разрыв мембраны и т.д.

Такая настройка предполагает уменьшение объема подаваемой смеси, в результате чего температура и давление в цилиндрах понизятся. При учете использование соответствующей марки бензина самовоспламенение смеси исключается.

Самопроизвольное возгорание топлива и нагар

Одним из последствий детонации и продолжительной езды на топливе с низким октановым числом выступает усиленное нагарообразование в камере сгорания. Обильный слой нагара может вызвать эффект калильного зажигания. Двигатель в подобных условиях продолжает работать даже после выключения зажигания.

Это происходит по причине того, что воспламенение топливной смеси происходит не в результате образования искры, а от контакта с горячими электродами свечи зажигания. Также возможен эффект самопроизвольного воспламенения в результате тления нагара или контакта с раскаленной головкой выпускного клапана.

Для удаления нагара без серьезного вмешательства активно применяются различные присадки в топливо, которые добавляются прямо в горючее. Дополнительно можно «почистить» двигатель, двигаясь 5-10 минут на повышенной передаче и максимальных оборотах. Отметим, что указанные решения действенны только при условии легких форм закоксовки. При более серьезных загрязнениях камеры сгорания необходимо воспользоваться способом раскоксовки двигателя при помощи активных реагентов или осуществить разборку ДВС для механической очистки.

Калильное зажигание и свечи

Зачастую КЗ возникает в результате избыточного нагрева изолятора или электрода свечи зажигания. Температура указанных элементов напрямую зависит от размера поверхности юбки изолятора свечи. Большая поверхность будет означать, что такие свечи являются «горячими».

Высокофорсированные агрегаты (атмосферные, малообъемные с большой мощностью или оснащенные турбонаддувом), а также моторы с высокой рабочей температурой требуют установки так называемых «холодных» свечей зажигания. Добавим, что для исключения появления калильного зажигания и нормальной работы ДВС в обязательном порядке нужно устанавливать свечи, калильное число которых рекомендуется производителем для установки на конкретный тип двигателя.

Другие причины появления КЗ

Вмешательство в конструкцию (тюнинг двигателя) или проведение ремонтных работ может являться причиной, которая влияет на калильное зажигание. Наиболее часто КЗ возникает в результате изменения степени сжатия в большую сторону. Увеличение степени сжатия может произойти после проведения капитального ремонта двигателя. Расточка цилиндров, фрезеровка прилегающей плоскости головки блока цилиндров и другие манипуляции могут привести к фактическому увеличению степени сжатия, КЗ на работающем моторе и дизелингу после его остановки.

Способы устранения

Способ 1

Изначально необходимо обратить внимание на применяемое горючее. Многие владельцы автомобилей игнорируют предписания производителя, и в целях экономии заливают более дешевое топливо

Не стоит повторять данную ошибку, ведь почти всегда цена горючего прямо пропорциональна его качеству, то есть чем оно дороже, тем выше его качественные характеристики. Экономия в данном случае не оправдана: приобретя недорогое топливо и сохранив несколько десятков рублей, придется отдать несколько тысяч за ремонт силового оборудования. Также необходимо помнить, что октановое число заливаемого бензина должно быть аналогичным октановому числу, рекомендованному производителем. Если делать все по правилам, можно будет забыть о детонации.

Способ 2. Следует отрегулировать угол зажигания. Досрочное зажигание нередко становится причиной перегрева элементов, что чревато детонацией. Если угол зажигания не соответствует норме, силовое оборудование может детонировать даже при выключенном моторе.

Способ 3. Необходимо произвести проверку свечей зажигания. Если свечи неисправны, их стоит заменить в максимально короткий срок.

Способ 4. Если эксплуатация машины в основном осуществляется с небольшой нагрузкой, то в камерах сгорания накапливается нагар. Это одна из наиболее распространенных причин, из-за которых возникает детонация при глушении двигателя

Чтобы предотвратить проблему, очень важно время от времени давать существенную нагрузку на силовое оборудование, к примеру, двигаться с повышенными оборотами при высокой передаче

Способ 5. Когда при детонации из выхлопной трубы автомобиля идет дым зеленого или черного цвета, происходит выброс алюминия. Это говорит о том, что поршневая система машины находится на стадии разрушения или уже пришла в негодность. Единственное решение – полная замена поршневой системы.

Способ 6. Если с зажиганием все в порядке, и оно происходит своевременно, если хозяин автомобиля заливает только высококлассное топливо с подходящим октановым числом, если свечи зажигания находятся в исправном состоянии, а детонация двигателя на холостых оборотах продолжает проявляться, причиной является перегрев. Именно поэтому одним из наиболее распространенных методов устранения неполадок считается снижение «жара» в камере сгорания. Чаще всего применяется интеркулер, однако можно использовать обычную воду. Охладитель собирает горячий воздух и направляет его сквозь воздушные охладители. Такая манипуляция способствует уменьшению температуры.

Также причина перегрева может крыться в термосе. Произведя проверку и определив неисправность данного элемента, следует в обязательном порядке обратиться в сервис – самостоятельно исправить ситуацию не удастся.

В завершение стоит сказать, что детонация несет опасность для силового оборудования любого типа. Некачественное горючее – основная (но не единственная) причина ее возникновения. При проявлении первых признаков детонации следует максимально быстро определить и ликвидировать причины, которые вызвали самопроизвольное возгорание топлива. Игнорирование данного явления чревато дорогими ремонтными работами.

Видео о причинах детонации двигателя:

А может ли при глушении двигатель автомашины детонировать: разбираемся в аспектах

Причислять неравномерную работу двигателя или любой другой стук к проявлению детонации ошибочно. Чтобы не ошибаться, лучшим вариантом будет узнать, как звучит детонационный режим на практике. Например, посмотреть тематические видеофайлы.

Дизелинг

Как уже отмечалось, нежелательное явление может появиться исключительно на функционирующем моторе. Как же тогда квалифицировать работу силовой установки при выключенном зажигании? Ответ механиков краток – дизелинг. Природа его иная: самовоспламенение бензина, идентичное рабочему процессу дизельного двигателя.

Наверставшие базу знаний по бензиновому ДВС новички сразу же возразят, приведя пару аргументов «против»: высокооктановое топливо обладает плохой способностью к самостоятельному воспламенению, да и степень сжатия в бензомоторе меньше. Все это верно, но при остановке агрегата создаются благоприятные условия для дизелинга.

Исправный двигатель может якобы детонировать при глушении при двух условиях:

1. Подача топлива в цилиндры.
2. Низкие обороты коленвала.

На деле процесс выглядит таким образом. Заглушили силовую установку, частота вращения коленчатого вала падает, топливо подается. Время, отведенное на воспламенение смеси, увеличивается.

При таких условиях искры от свечи для поджигания топлива не нужно – достаточно постепенного увеличения давления и температуры. Отработав рабочий такт, обороты коленвала увеличиваются, самовоспламенение не происходит. Далее частота снова падает и дизелинг возникает вновь. И так несколько циклов «дерганья».

Вред или польза

В отличие от стука при качании рулем, ничего опасного в том, что двигатель неустойчиво работает после обесточивания, нет. Наоборот, наличие данного эффекта косвенно подтверждает хорошую герметичность камеры сгорания, что свидетельствует об общей исправности ДВС. Данное явление может происходить только на карбюраторных моторах, потому как на инжекторных силовых установках подача топлива прекращается с выключением зажигания.

Отсюда вывод – отсутствие подергивания после остановки агрегата вовсе не является признаком плохого состояния. К слову, правильно настроенный и ухоженный карбюратор защищает двигатель от появления дизелинга. Реализовано это с помощью электромагнитного клапана системы ЭПХХ, который в исправном состоянии перекрывает подачу горючки в цилиндры при выключении ДВС.

А не калильное ли это зажигание?

Бывалые шоферы часто заменяют понятие дизелинг на калильное зажигание (КЗ), что в корне считается неверным. Элементарные различия раскрывает определение КЗ – это воспламенение топливно-воздушной смеси от нагретого источника, которым может быть:

• Перегретая поверхность свечи.
• Выпускной клапан.
• Нагар.

Как уже определились, двигатель проявляет признаки детонации при глушении от самовоспламенения ТВС при ее сжатии (свечка обесточена). Калильное зажигание подразумевает наличие отклонений именно при работающей свече зажигания: нагретые поверхности или слой нагара воспламеняют смесь раньше, чем необходимо.

Последствия КЗ опасны. Оно может вызвать:

• Оплавление свечей.
• Перегрев поршней.
• Оплавление клапанов.

Примечательно, что «калильные» моторы работают устойчиво во всем диапазоне рабочих оборотов. Устойчивость объясняется тем, что у нагретого источника температура продолжает возрастать и поддерживаться.

Что такое детонация ДВС?

Детонацией называют процесс, при котором горение смеси происходит на скорости около 2000 м/с, когда в нормальном режиме топливо в цилиндрах должно воспламеняться со скоростью 30 м/с. Детонация всегда сопровождается выделением тепла в очень больших количествах, что характеризуется огромной скоростью распространения ударной волны.

Процесс детонации опасен тем, что при большом выделении тепла нарушается масляный слой. Дело в том, что снятии масла с поверхности металла, происходит его повышенное расширение, что характеризуется его деформацией. Таким образом, можно легко повредить головку блока цилиндров.

Другая опасность детонации связана с повреждением прокладки ГБЦ, и появлением слоя окиси на поршневой группе, что также негативно сказывается на работе всего двигателя в целом. Проблема также не обходит стороной и клапана, которые могут, как покрыться нагаром, так и запросто раскрошиться.

Определить процесс детонации достаточно просто: в этот момент из двигателя можно услышать довольно громкий металлический стук, который появляется при повышенном давлении внутри цилиндров.