Как определить детонацию дизельного двигателя

Детонация в дизельном двигателе

Причина детонации

В дизельном двигателе воздух сжимается в цилиндре так сильно, что его температура превышает температуру воспламенения дизельного топлива. Незадолго до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое мгновенно воспламеняется. Если количество впрыскиваемого топлива избыточно велико, в цилиндре возникают сильные ударные волны, вызывающие детонацию.

Способы предотвращения детонации

Громкий звук детонации в большинстве случаев можно услышать при работе холодного дизеля на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. В этом виновата большая задержка воспламенения, которая, как известно, уменьшается при увеличении давления и температуры. Детонация во время холостого хода не опасна для двигателя и исчезает при повышении нагрузки.

В двигателях с непосредственным впрыском дизельного топлива в воздух в камере сгорания детонацию можно устранить, уменьшив количество топлива, впрыскиваемого во время задержки воспламенения. Основное количество впрыскивается сразу после начала сгорания. Недостатком является невозможность полностью устранить выброс сажи, которая возникает, если у топлива перед воспламенением недостаточно времени для испарения и смешивания с воздухом. Когда температура и давление высоки и нет достаточного количества воздуха для сгорания, возникает реакция крекинга (расщепления молекул), которая приводит к образованию сажи. Сажа сгорает не полностью и попадает в отработавшие газы.

Детонационное сгорание топлива можно также устранить с помощью разделения камеры сгорания. Дизельное топливо впрыскивается в изолированную полость (предварительную камеру) в головке блока цилиндров.

Рис. Разделенная камера сгорания дизельного двигателя

Из-за недостатка воздуха там может гореть не всякое топливо. Вследствие предварительного сгорания в предварительной камере повышаются температура и давление. Топливо, которое не сгорело, через сужение попадает с большой скоростью в основную камеру сгорания, где и догорает до конца. Вследствие растяжения по времени процесса сгорания детонационный шум подавляется даже при использовании топлива с большой задержкой воспламенения. Правда, при этом наблюдается повышенный удельный расход топлива.

Наряду со способами смесеобразования, когда топливо впрыскивается в воздух, существует метод подачи топлива, разработанный в компании «MAN», при котором дизельное топливо впрыскивается так, что тонкой пленкой оседает на поверхности камеры сгорания. При использовании данного метода детонация не возникает, так как топливо сгорает в том объеме, в котором оно испаряется со стенки и смешивается с воздухом. Двигатели, работающие по данному принципу смесеобразования, называются многотопливными двигателями внутреннего сгорания, так в них можно использовать все виды топлива, от смазочного масла и дизельного топлива до бензина.

Производители горючего также прилагают старания, чтобы устранить детонацию. Дизельное топливо после нефтеперегонки имеет диапазон кипения 160-90 °С. Оно содержит много насыщенных углеводородов, которые легко воспламеняются. Плотность дизельного топлива составляет р — 0,83 г/ см3, а его удельная теплота сгорания Нu

42000 кДж/кг. При добавлении присадок для ускорения сгорания воспламеняемость дизельного топлива еще больше увеличивается. Действие присадок заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно при попадании в горячий воздух, а при повышении температуры задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается. Для этого достаточно добавить в дизельное топливо присадки для ускорения воспламенения в количестве 0,1-1 объемного процента.

Определение воспламеняемости дизельного топлива

Воспламеняемость дизельного топлива выражается с помощью цетанового числа (CZ). Оно означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и определенная сравнительная смесь из цетана и a-метилнафталина. Легковоспламеняемым реагентом смеси является цетан. Он имеет цетановое число 100, в то время как л-метилнафталин — цетановое число 0. Таким образом, например, цетановое число CZ = 55 означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и сравнительная смесь из 55% (объемных долей) цетана и 45% (объемных долей) a-метилнафталина. Воспламеняемость повышается при росте цетанового числа.

Определение цетанового числа выполняется так же, как и определение октанового числа бензина с помощью эталонного двигателя, специально предназначенного для этих замеров. Используются двигатель для оценки детонационной стойкости бензинов по методу компании «BASF» и стандартный двигатель для оценки детонационной стойкости топливных материалов — одноцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели с устройством для регулирования конечного давления сжатия. В то время, как в двигателе компании «BASF» конечное давление сжатия регулируется с помощью ограничения впускаемого воздуха, в стандартном двигателе регулировка выполняется путем изменения степени сжатия.

Ниже измерение цетанового числа 1952/54 описывается на примере испытательного двигателя, разработанного компанией «BASF» — четырехтактного дизельного двигателя с вихревой камерой сгорания и системой испарительного охлаждения. Он работаете частотой вращения коленчатого вала приблизительно 1000 мин а тормозной генератор создает момент сопротивления. Сначала в двигатель подается исследуемое дизельное топливо. Впрыскиваемое количество должно быть отрегулировано согласно расходу 8 ± 0,3 см3/мин, а момент впрыскивания — на 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке. Во впускном коллекторе двигателя установлена дроссельная заслонка, а перед ней — измерительный диффузор. подключенный к вакуумметру. Дроссельная заслонка закрывается, уменьшая тем самым давление сжатия, пока задержка воспламенения дизельного топлива не будет равна 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке, а горение не начнется точно в верхней мертвой точке поршня. Величина разрежения отображается на дисплее вакуумметра. Воспламеняемость дизельного топлива высока, когда разрежение имеет низкое значение. Тогда через диффузор проходит лишь небольшое количество воздуха, и конечное давление сжатия — низкое.

Читайте также:  Вытекло масло из двигателя на ходу причины

По окончании измерения дизельного топлива впрыскиваются две сравнительные смеси при тех же условиях. Цетановое число сравнительных смесей должно различаться всего на четыре единицы. Кроме того, цетановое число дизельного топлива должно находиться в диапазоне между цетановыми числами двух сравнительных смесей. На основании зафиксированных показаний вакуумметра цетановое число дизельного топлива рассчитывается посредством линейной интерполяции и округляется до целого числа.

Цетановые числа современного дизельного топлива составляют 50-55 единиц.

Источник

Детонация двигателя — причины и последствия

Калькулятор расчета нормы расхода масла в двигателе

Расчет расхода масла двигателем. Онлайн калькулятор нормы угара масла на 100л и 1000 км

Детонация двигателя может привести к значительному износу таких деталей двигателя, как прокладка ГБЦ, элементов цилиндропоршневой группы, поршней, цилиндров и прочих деталей. Все это значительно уменьшает ресурс силового агрегата вплоть до полного выхода его из строя. При возникновении этого вредного явления необходимо как можно быстрее диагностировать причину, по которой возникла детонация и избавиться от нее. Как это сделать и на что обратить внимание — читайте далее.

Что такое детонация

Детонация — это нарушение процесса сжигания топливной смеси в камере сгорания, когда горение происходит не плавно, а взрывообразно. При этом скорость распространения взрывной волны увеличивается со стандартных 30…45 м/с до сверхзвуковых 2000 м/с (превышение скорости звука взрывной волной в том числе является причиной возникновения хлопка). При этом топливовоздушная смесь взрывается не от искры, идущей от свечи, а самопроизвольно, от высокого давления в камере сгорания.

Естественно, что мощная взрывная волна очень вредит стенкам цилиндров, которые перегреваются, поршням, прокладке ГБЦ. Последняя страдает больше всего и в процессе детонации взрыв и высокое давление ее банально сжигают (на сленге называется «выдувает»).

Детонация свойственна двигателям, работающим на бензине (карбюраторным и инжекторным), в том числе, оснащенных газобаллонным оборудованием (ГБО), то есть, работающих на метане или пропане. Однако чаще всего она возникает именно у карбюраторных машин. Дизельные моторы работают по иной схеме, и там другие причины возникновения этого явления.

Причины возникновения детонации двигателя

Как показывает практика, чаще всего детонация возникает на старых карбюраторных двигателях, хотя в некоторых случаях этот процесс может возникнуть и на современных инжекторных моторах, оборудованных электронным блоком управления. К причинам, по которым может возникнуть детонация, относится:

  • Чрезмерно обедненная топливовоздушная смесь. Ее состав может воспламениться еще до того, как в камеру сгорания попадет искра. При этом высокие температуры провоцируют возникновение окислительных процессов, которые и являются причиной взрыва, то есть, детонирования.
  • Ранее зажигание. При увеличенном угле зажигания процессы воспламенения топливовоздушной смеси начинаются еще до попадания поршня в так называемую верхнюю мертвую точку.
  • Использование неподходящего топлива. Если в бак автомобиля был залит бензин с более низким октановым числом, чем это предписывает производитель, то велика вероятность возникновения процесса детонации. Объясняется это тем, что низкооктановый бензин более химически активен и быстрее вступает в химические реакции. Аналогичная ситуация будет, если вместо качественного бензина в бак будет залит какой-нибудь суррогат наподобие конденсата.
  • Высокая степень сжатия в цилиндрах. Другими словами, закоксованность или иное загрязнение в цилиндрах двигателя, которое постепенно накапливается на поршнях. И чем больше нагара имеется в двигателе — тем выше вероятность возникновения детонации в нем.
  • Неисправная система охлаждения двигателя. Дело в том, что если двигатель будет перегреваться, то давление в камере сгорания может расти, а это, в свою очередь, может стать причиной детонации топлива в соответствующих условиях.

Датчик детонации похож на микрофон

Это общие причины, характерные как для карбюраторных, так и для инжекторных моторов. Однако у инжекторного двигателя может быть еще одна причина — выход из строя датчика детонации. Он подает соответствую информацию на ЭБУ о возникновении этого явления и блок управления автоматически меняет угол зажигания с тем, чтобы избавиться от него. При выходе датчика из строя ЭБУ этого делать не будет. При этом на приборной панели активизируется лампочка Check Engine, а сканер выдаст ошибку детонации двигателя (диагностические коды P0325, P0326, P0327, P0328).

Читайте также:  Как правильно вымыть двигатель автомобиля самостоятельно

В настоящее время существует много разных вариантов перепрошивки ЭБУ с целью снизить расход топлива. Однако их использование — это не лучшее решение, поскольку нередки случаи, когда такая перепрошивка приводила к печальным последствиям, в частности, некорректной работе датчика детонации, то есть, блок управления двигателем попросту отключал его. Соответственно, если детонация таки случается, то датчик об этом не сообщает и электроника ничего не предпринимает для ее устранения. Также в редких случаях возможно повреждение проводки от датчика до ЭБУ. В этом случае сигнал также не доходит до блока управления и происходит аналогичная ситуация. Однако все эти ошибки легко диагностируются с помощью сканера ошибок.

Также существует ряд объективных факторов, влияющих на появление детонации в отдельных двигателях. В частности:

  • Степень сжатия двигателя. Ее значение обусловлено особенностями конструкции ДВС, поэтому если мотор имеет высокую степень сжатия, то теоретически он более предрасположен к появлению детонации.
  • Форма камеры сгорания и днища поршня. Это также конструктивная особенность мотора, и некоторые современные небольшие по объему, но мощные двигателя также склонны к детонированию (однако их электроника контролирует этот процесс и детонирование в них — это редкость).
  • Форсированные двигатели. Обычно у них высокая температура горения топлива и высокое давление, соответственно, они также предрасположены к детонации.
  • Турбированные моторы. Аналогично предыдущему пункту.

Что касается детонации на дизельных двигателях, то тут причиной ее возникновения может быть угол опережения впрыска топлива, низкое качество солярки, проблемы с системой охлаждения двигателя.

Также причиной возникновения детонации могут быть и условия эксплуатации машины. В частности, двигатель более подвержен этому явлению при условии, что машина едет на высокой передаче, однако с малой скоростью и оборотами мотора. При этом имеет место высокая степень сжатия, которая может спровоцировать появление детонации.

Еще некоторые автовладельцы стремятся уменьшить расход топлива, и для этого перепрошивают ЭБУ своих машин. Однако после этого возможно возникновение ситуации, когда бедная топливовоздушная смесь снижает динамику автомобиля, при этом увеличивается нагрузка на его мотор, и при повышенных нагрузках возникает риск возникновения детонирования топлива.

Какие причины путают с детонацией

Существует такое понятие под названием «калильное зажигание». Многие неопытные автолюбители путают его с детонацией, поскольку при калильном зажигании ДВС продолжает работать даже тогда, когда зажигание выключено. На самом деле при этом топливовоздушная смесь воспламеняется от нагретых элементов двигателя и к детонации это не имеет никакого отношения.

Еще одно явление, которое ошибочно считают причиной детонации двигателя при выключенном зажигании, называется дизелинг. Такое поведение характеризуется непродолжительной работой мотора после выключения зажигания при повышенной степени сжатия или использования несоответствующего по детонационной стойкости топлива. А это приводит к самопроизвольному воспламенению топливовоздушной смеси. То есть, воспламенение происходит как в дизелях, под высоким давлением.

Признаки возникновения детонации

Существует ряд признаков, по которым косвенно можно определить, что в двигателе конкретного автомобиля происходит детонация. Сразу стоит оговориться, что некоторые из них могут указывать на другие поломки в машине, однако все же имеет смысл и проверить наличие детонирования в моторе. Итак, к признакам относится:

  • Появление металлического звука из двигателя при его работе. Особенно это актуально, когда мотор работает под нагрузкой и/или на высоких оборотах. Звук очень похож на тот, который происходит, когда ударяются друг о друга две железные конструкции. Звук этот как раз и вызван взрывной волной.
  • Падение мощности двигателя. Обычно при этом двигатель работает не стабильно, может глохнуть при работе на холостых оборотах (актуально для карбюраторных машин), долго набирает обороты, у машины падают ее динамические характеристики (не разгоняется, особенно, если машина груженная).

Тут же имеет смысл привести признаки выхода из строя датчика детонации. Как и в предыдущем списке, признаки могут указывать и на другие поломки, но у инжекторных машин лучше проверить ошибку при помощи электронного сканера (проще всего прибором ELM 327 или его аналогом). Итак, признаки выхода из строя датчика детонации:

  • нестабильная работа двигателя на холостых оборотах;
  • падение мощности мотора и в целом динамических характеристик машины (слабо разгоняется, не тянет);
  • повышенный расход топлива;
  • затрудненный пуск двигателя, при низких температурах это особенно заметно.

В целом же, признаки идентичны тем, которые возникают при позднем зажигании.

Последствия детонирования

Как указывалось выше, последствия детонации в двигателе автомобиля очень серьезные, и ни в коем случае нельзя затягивать выполнение ремонтных работ, ведь чем дольше ездить с этим явлением — тем большим разрушениям поддается двигатель и его отдельные элементы. Так, к последствиям детонирования относится:

  • Сгорание прокладки ГБЦ. Материал, из которого она выполнена (даже самые современные), не рассчитан на работу в условиях повышенной температуры и повышенного давления, возникающих в процессе детонирования. Поэтому она очень быстро выйдет из строя. А пробитая прокладка ГБЦ повлечет за собой другие неприятности.
  • Ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы. Это касается всех его элементов. И если двигатель уже не новый или на нем давно не проводили капитальный ремонт, то это может очень плохо кончиться, вплоть до его полного выхода из строя.
  • Пробой головки блока цилиндров. Это случай один из самых сложных и опасных, но если долго ездить с детонацией, то его реализация вполне возможна.
  • Прогорание поршня/поршней. В частности, его дна, нижней части. При этом зачастую его ремонт невозможен и его нужно будет только менять полностью.
  • Разрушение перемычек между кольцами. Под воздействием высоких температуры и давления они могут разрушиться одними из самых первых среди других деталей двигателя.
  • Изгиб шатуна. Тут аналогично, в условиях взрыва его корпус может поменять свою форму.
  • Подгорание тарелок клапанов. Это процесс происходит очень быстро и имеет неприятные последствия.
Читайте также:  Двигатель 6 цилиндров и 4 цилиндра что лучше

Как убрать детонацию и методы профилактики

Выбор метода устранения детонации зависит от причины, которая вызвала этот процесс. В некоторых случаях чтобы от нее избавится приходится выполнить два и более действий. В общем случае методами борьбы с детонированием являются:

  • Использование топлива с параметрами, рекомендованными автопроизводителем. В частности, это касается октанового числа (нельзя занижать его). Необходимо заправляться на проверенных заправках и не заливать в бак всякий суррогат. К слову, даже некоторые высокооктановые бензины имеют в своем составе газ (пропан или другой), который недобросовестные производители закачивают в него. Это повышает его октановое число, однако ненадолго, поэтому старайтесь лить качественное топливо в бак своего автомобиля.
  • Установить более позднее зажигание. По статистике именно проблемы с зажиганием чаще всего являются причиной возникновения детонации.
  • Выполнить раскоксовку, почистить двигатель, то есть, сделать объем камеры сгорания нормальным, без нагара и грязи. Это вполне можно сделать самостоятельно в гаражных условиях, с использованием специальных средств для раскоксовки.
  • Выполнить ревизию системы охлаждения двигателя. В частности, проверить состояние радиатора, патрубков, воздушного фильтра (при необходимости заменить его). Также не забудьте проверить уровень антифриза и его состояние (если он давно не менялся, то лучше поменяйте).
  • У дизелей нужно правильно выставить угол опережения впрыска топлива.
  • Правильно эксплуатировать машину, не ездить на высоких передачах с малой скоростью, не перепрошивать ЭБУ с целью экономии топлива.

В качестве профилактических мер можно посоветовать следить за состоянием двигателя, периодически чистить его, вовремя менять масло, выполнять раскоксовку, не допускать перегрева. Аналогично поддерживать в исправном состоянии охлаждающую систему и ее элементы, вовремя меняйте фильтр и антифриз. Еще одна хитрость заключается в том, что периодически нужно давать двигателю поработать на повышенных оборотах (но без фанатизма!), делать это нужно на нейтральной передаче. При этом из двигателя под воздействием высокой температуры и нагрузки вылетают различные элементы грязи и мусора, то есть, он очищается.

Детонация обычно происходит на горячем двигателе. Кроме того, она более вероятна на моторах, которые эксплуатируются при минимальных нагрузках. Это связано с тем, что у них на поршнях и стенках цилиндров имеется много нагара со всеми вытекающими последствиями. И обычно двигатель детонирует на низких оборотах. Поэтому старайтесь эксплуатировать мотор на средних оборотах и со средними же нагрузками.

Отдельно стоит упомянуть про датчик детонации. Принцип его работы основан на использовании пьезоэлемента, который переводит механическое воздействие на него в электрический ток. Поэтому проверить его работу достаточно просто.

Первый метод — с помощью мультиметра, работающего в режиме измерения электрического сопротивления. Для этого необходимо отсоединить фишку от датчика, и вместо нее подключить щупы мультиметра. На экране прибора будет видно значение его сопротивления (в данном случае само значение не важно). Далее с помощью гаечного ключа или другого тяжелого предмета ударить по болту крепления ДД (однако соблюдайте при этом осторожность, не переусердствуйте!). Если датчик исправен, то он воспримет удар как детонацию и изменит свое сопротивление, о чем можно будет судить по показаниям прибора. Через пару секунд значение сопротивления должно вернуться в исходное положение. Если этого не произошло — датчик неисправен.

Второй метод проверки более простой. Для этого нужно запустить двигатель и установить его обороты где-то на уровне 2000 об/мин. Открыть капот и с помощью того же ключа или небольшого молотка ударить по креплению датчика. Исправный датчик должен воспринять это как детонацию и сообщить об этом ЭБУ. Блок управления после этого даст команду на снижение оборотов двигателя, что можно будет явно услышать на слух. Аналогично, если этого не произошло — датчик неисправен. Этот узел ремонту не подлежит, и его нужно только менять целиком, благо, стоит он недорого. Обратите внимание, что при установке нового датчика на его посадочное место необходимо обеспечить хороший контакт между непосредственно датчиком и его системой. В противном случае он будет некорректно работать.

Источник

Adblock
detector