1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стук в двигателе

Стук в двигателе

Сту́к в дви́гателе (англ.  engine knock ) возникает при быстром (взрывном) сгорании топливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. На слух он воспринимается как металлический «звон» или стук. Это нежелательный режим работы двигателя, так как в цилиндре возникает повышенное давление и перегрев, и элементы конструкции цилиндра испытывают повышенные нагрузки, на которые они не рассчитаны, мощность двигателя снижается, а выбросы вредных веществ возрастают. При интенсивном воздействии эти нагрузки быстро приводят к повреждению цилиндра и неисправности двигателя.

Стук в двигателе иногда называют детонацией или детонационным сгоранием смеси, однако это название не отражает физику явления. Сгорание смеси в цилиндре двигателя, как при поджигании искрой, так и при преждевременном самовоспламенении смеси в горячих очагах, как правило, не сопровождается образованием детонационных волн. В соответствии с амплитудой волн давления, возникающих в цилиндре при быстром сгорании смеси, различают нормальный режим горения (без стука) и режим, в котором возникает стук. Последний режим, в свою очередь, подразделяется на обычный стук (англ. conventional knock) различной интенсивности и детонационный стук (англ. super-knock или deto-knock) согласно пиковым значениям давления [1] . Детонационный стук является особенно нежелательным, так как давление, возникающее в волне детонационного сгорания, может сразу разрушить цилиндр.

Возникновение стука связывается с эффектами аномального горения смеси в цилиндре: самовоспламенением смеси до её зажигания искрой или пристеночным воспламенением горячими элементами конструкции или посторонними частицами в цилиндре [2] . Вероятность возникновения стука повышается с увеличением степени сжатия и нагрузки на двигатель, а также с уменьшением октанового числа топлива. Для предотвращения стука применяются электронные системы управления зажиганием, а в топливо добавляют антидетонационные присадки, такие как ММА (монометиланилин) или МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир), в прошлом в этих целях широко использовали тетраэтилсвинец.

Содержание

Причины [ править | править код ]

При сжатии поршнем топливовоздушная смесь значительно нагревается (адиабатическое сжатие), что и обеспечивает лёгкость её воспламенения электрическим разрядом на свече зажигания. При нормальном характере горения в цилиндре фронт воспламенения распространяется в заряде топливовоздушной смеси за счёт тепловой конвекции: свежие слои топливовоздушной смеси воспламеняются за счёт нагрева фронтом реакции, кроме того процесс горения инициируется свободными радикалами — продуктами реакции во фронте воспламенения. Это относительно медленный процесс, поэтому фронт спокойного горения стационарной смеси распространяется не быстрее 0,2—0,3 м/сек, то есть, с дозвуковой скоростью.

В работающем двигателе смесь не является стационарной, она очень быстро и турбулентно перемещается со скоростями, имеющими тот же порядок величины, что и скорости движения сопряжённых деталей (поршней, или их аналогов). Поэтому фронт горения фактически распространяется от свечи к периферии со скоростью порядка единиц-десятков метров в секунду (дозвуковая скорость). При этом, естественно, повышается температура и давление в камере сгорания, но повышаются равномерно по всему объёму.

При детонации начало распространения фронта горения также повышает температуру и давление в камере сгорания, но этот скачок вызывает воспламенение топливовоздушной смеси уже не теплопроводностью от фронта пламени, а от самого скачка температуры и давления (ударной волны), которая двигается со сверхзвуковой скоростью (относительно скорости звука в воздухе, в цилиндре воспламенение происходит со скоростью звука в сжатом и нагретом газе камеры сгорания), поэтому повышение давления не успевает равномерно распространиться по всему объёму, а концентрируется в зоне фронта ударной волны, где достигает очень больших величин, поддерживающих эту волну далее. Скорость фронта ударной волны составляет порядка сотен и тысяч метров в секунду. Явление сходно со взрывом, близким к бризантному. Эта ударная волна, натолкнувшись на стенки, создаёт очень большие локальные нагрузки в металле, характерный металлический звук, и при длительном действии может вызвать тяжелые повреждения в двигателе.

Читайте так же:
Что нужно делать после замены колодок?

Детонационное сгорание возникает, если в силу каких-то причин чрезмерно повышается скорость движения фронта горения, который начинает самоускоряться, быстро доходя до сверхзвуковых скоростей. Такими причинами могут быть чрезмерный нагрев топливовоздушной смеси (в силу различных причин), а также свойства топлива (как изначальные, так и формируемые в ходе рабочего цикла), понижающие его температуру воспламенения (например, из-за накопления органических пероксидов в ещё несгоревшей части топливной смеси). Детонационное сгорание возникает, когда для воспламенения достаточно только фронта сжатия, идущего от воспламенённого участка (можно называть скачком давления, распространяющегося от точки инициации смеси).
Практически, факторами, приводящими к детонации, являются: слишком ранний момент зажигания (давление и температура избыточны); перегрев двигателя, недостаточная детонационная стойкость моторного топлива; снижение детонационной стойкости топливовоздушной смеси при значительном попадании моторного масла в камеру сгорания; избыточные отложения нагара, который может увеличить степень сжатия.
Стойкость топлив к детонации повышают антидетонаторы (например, метил-трет-бутиловый эфир — который разрешён к применению, или тетраэтилсвинец, который запрещён для автомобилей, и другие добавки).

Датчики стука [ править | править код ]

Для обнаружения стука в двигателе внутреннего сгорания, на блоке цилиндров размещаются специальные датчики детонации [en] * (англ.  knock sensor ). Часто роль датчика детонации исполняет пьезоэлемент, который, фактически, представляет собой акустический микрофон. Сильные колебания, возникающие при детонации, передаются через стенку блока цилиндров на датчик, и, чем сильнее вибрация, тем больше амплитуда генерируемого электрического сигнала. Сигнал с датчика обрабатывается электронным блоком управления двигателя [en] (ЭБУ) на двигателях с инжекторной системой подачи топлива. В случае обнаружения детонации, ЭБУ уменьшает угол опережения зажигания (УОЗ) до более безопасного значения.

Электронный блок управления выбирает оптимальный УОЗ исходя из октанового числа топлива, нагрузки на двигатель и наблюдаемых условий возникновения детонации, что позволяет добиться наиболее полного сжигания топливо-воздушной смеси в цилиндрах и увеличения мощности.

Детонация и иные явления [ править | править код ]

Детонацию не следует путать с другим отчасти похожим процессом, который носит название калильного зажигания. В отличие от детонации, возникающей на переходных режимах работы двигателя при разгоне, калильное зажигание возникает при постоянной работе двигателя в режиме, близком к полной мощности. Симптомы его отчасти схожи — стуки в двигателе, внезапные провалы тяги под нагрузкой. Однако природа его иная и состоит в спонтанном самовоспламенении топлива без участия искры при контакте с раскалёнными до температуры в 850…900° С тепловым конусом изолятора свечи зажигания, другими её частями, тарелкой выпускного клапана, локальным дефектом обработки или скоплением нагара на стенке камеры сгорания. Детонационного сгорания при этом не происходит, а происходит лишь смещение момента воспламенения рабочей смеси, примерно как при неправильно выставленном опережении зажигания, а также нарушение предусмотренного конструкторами характера распространения фронта пламени в камере сгорания (из-за того, что её поджиг производится в другой точке). В пределе это может привести к повреждению двигателя — оплавлению свечи, перегреву поршня, прогару выпускных клапанов, но в целом калильное зажигание не столь разрушительно, как детонация. Калильное зажигание устраняется установкой более «холодных» свечей зажигания (с высоким калильным числом, коротким тепловым конусом и хорошим теплоотводом).

Читайте так же:
Как подключить Go Pro к Mac?

Не следует путать детонацию и с иногда встречающимся на карбюраторных моторах явлением самопроизвольной работы двигателя с неустойчивыми оборотами после выключения зажигания (самовоспламенение топлива, «дизелинг»). Сущность его в самовоспламенении подаваемой в цилиндр топливовоздушной смеси, происходящем при вращении коленчатого вала с низкой частотой, продолжающемся после выключения зажигания по инерции. При такой низкой частоте вращения коленвала и, соответственно, скорости движения поршня парам бензина в цилиндре порой хватает времени для того, чтобы самовоспламениться в конце такта сжатия. Их вспышка толкает поршень, который в свою очередь проворачивает коленчатый вал ещё на несколько оборотов. После замедления его вращения возможно повторение процесса, в результате чего возникает иллюзия, что мотор продолжает работать, хотя на самом деле зажигание выключено и частота обращения коленчатого вала намного ниже, чем при холостом ходе, да к тому же не постоянна, поскольку вспышки в цилиндрах (или даже одном единственном цилиндре) происходят нерегулярно. Особенно вероятно возникновение данного явления на новом или недавно отремонтированном двигателе с хорошей компрессией либо на моторе, у которого степень сжатия по причинам технологического характера немного отличается от паспортной в большую сторону (находится в верхней границе технологического допуска). Ничего общего с детонацией или калильным зажиганием это явление не имеет и, в отличие от них, практически безвредно для двигателя, хотя и доставляет беспокойство водителю. Наиболее радикальный способ борьбы с ним — отключение подачи топлива после выключения зажигания за счёт клапана в топливной магистрали.

Причины детонации двигателя

🔧 Причины детонации двигателя при выключении зажигания и запуске.
— Сохрани эту статью к себе на стену.

• Такое явление, как детонация двигателя, знакомо практически каждому автовладельцу. Чаще всего она возникает при движении в гору на высокой передаче с небольшой скоростью. К звуку работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) примешивается жесткий металлический стук, который многие принимают за стук поршневых пальцев.

— Что такое детонация?

• Детонация – это процесс взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В то время как нормальная скорость распространения фронта пламени составляет около 30 м/с, при детонации огонь распространяется в десятки раз быстрее – до 2000 м/с.

• В нормальных условиях смесь начинает воспламеняться, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки, угол опережения зажигания составляет обычно 2-3 градуса. Завершается вспышка после того, как поршень минует ВМТ. В случае детонации смесь воспламеняется еще в середине такта сжатия. Поршень испытывает сильное противодействие, в итоге пропадает мощность двигателя и значительно повышается расход топлива.

• Данное явление никогда не идет на пользу мотору, однако детонацию можно разделить на допустимую и недопустимую. В первом случае ее даже не всегда удается заметить. Обычно она возникает на низких оборотах и продолжается недолго. Чаще всего подобное происходит в двигателях небольшого объема с относительно большой мощностью и крутящим моментом (например, 107 л.с. и 135 Нм при объеме 1,4 л). Недопустимая детонация, как правило, возникает в форсированных ДВС при повышенных нагрузках на высоких оборотах. Всего после нескольких секунд работы в таких условиях, мотор может получить критические повреждения.

• Существует еще одно явление, которое автовладельцы нередко путают с детонацией – дизелинг. Мотор после выключения зажигания продолжает работать рывками, то с повышением, то с понижением оборотов, звук работы двигателя при этом металлический, схожий со звуком детонации. Это явление иного рода и причины его появления иные: при глушении мотора, бензин в цилиндрах самовоспламеняется из-за высокой степени сжатия, как в дизельном ДВС, отсюда и название. Не следует путать дизелинг с калильным зажиганием – там при глушении рабочая смесь воспламеняется от нагретых электродов свечей и нагара.

Читайте так же:
Что означает если в машине горит восклицательный знак?

— Чем опасна детонация?

• Весь кривошипно-шатунный механизм и головка блока цилиндров испытывают разрушающие нагрузки, способные при длительном воздействии привести к поломке ДВС. Кроме того, температура в цилиндрах также поднимается до недопустимых значений (до +3700 градусов), что грозит прогаром прокладки ГБЦ, а также коррозией днища поршня и зеркала цилиндров.

• рокладка головки блока – это первая деталь, которая придет в негодность из-за детонации. Она способна перенести лишь кратковременную работу в режиме запредельных термических и механических нагрузок. Худшее, чем грозит детонация – замена блока цилиндров, коленчатого вала, поршневой группы и головки блока.

— Причины возникновения детонации:

• Причины, в силу которых возникает данное явление, можно разделить на три группы:

• октановое число бензина;
• конструктивные особенности ДВС;
• условия эксплуатации автомобиля.

— Влияние октанового числа:

• В отличие от дизельного двигателя, в котором воспламенение рабочей смеси происходит благодаря высокой степени сжатия, в бензиновом для этой цели применяется система зажигания. Смесь бензина и воздуха поджигается искрой, возникающей между электродами свечей.

• Степень сжатия у бензиновых моторов намного меньше, это связано с тем, что бензин не столь устойчив к детонации, как дизельное топливо. Основной характеристикой бензина является октановое число, отражающее его детонационную стойкость. Чем оно выше, тем сильнее можно сжать топливно-воздушную смесь.

• Если автомобиль, силовой агрегат которого рассчитан на применение топлива с октановым числом не ниже 95, заправить бензином марки АИ-92, то с высокой долей вероятности можно утверждать, что при высоких нагрузках рабочая смесь в цилиндрах будет детонировать.

• Однако проблема может появиться и в случае, если марка топлива соответствует рекомендациям производителя. Все дело в качестве бензина. Недобросовестные продавцы нередко самостоятельно повышают октановое число, путем добавления в горючее сжиженного пропана или метана. Эти газы очень быстро испаряются, после чего в баке остается низкооктановый бензин.

• Вследствие детонации низкооктанового топлива, в камере сгорания усиленно образуется нагар, который, в свою очередь, может вызвать такое явление, как калильное зажигание. В этом случае двигатель продолжает работать даже после выключения зажигания. Причины его возникновения в том, что воспламеняется топливно-воздушная смесь не от искры, а от раскаленных электродов свечи или нагара.

— Влияние конструктивных особенностей:

• Причины возникновения детонации могут крыться в конструктивных особенностях двигателя.
К их числу можно отнести:

• степень сжатия;
• форму камеры сгорания;
• форму днища поршня;
• наличие наддува;
• расположение свечей зажигания.

• Так, чем выше степень сжатия, тем ДВС более склонен к детонации. То же можно сказать и о системах наддува («надутым» моторам требуется высокооктановый бензин).

— Влияние условий эксплуатации:

• Не последнюю роль играют и условия, в которых эксплуатируется машина. Детонация может возникать при движении на повышенной передаче с низкой скоростью. Так, если попытаться въехать в гору на четвертой передаче со скоростью 30 км/ч, из-под капота незамедлительно раздастся характерный металлический стук.

• Свое влияние оказывает правильность работы системы зажигания (рабочая смесь в цилиндрах детонирует при раннем зажигании), исправность системы охлаждения двигателя, наличие нагара на поршнях и в камерах сгорания. Подвергают себя опасности автовладельцы, стремящиеся любыми способами уменьшить аппетит машины. С этой целью электронный блок управления «перепрошивается» для приготовления более бедной смеси, чем нужно. В результате ухудшается динамика авто, а при повышенных нагрузках возникает детонация.

Читайте так же:
Какой мотор стоит на Honda CR V?

Что такое детонация двигателя?

В процессе эксплуатации транспортного средства водители сталкиваются с различными неисправностями. Если вы слышите гулкий стук из двигателя с сильными вибрациями, это может быть детонация топливно-воздушной смеси. Причину неисправности необходимо искать сразу же, поскольку дальнейшее использование автомобиля может привести к весьма плачевным последствиям в виде разрушенных взрывом поршней и стенок цилиндров, поврежденных шатунов и коленчатого вала. Почему же возникает детонация, как ее устранить и избежать в будущем?

Почему возникает детонация в двигателе?

Мы уже описывали на нашем портале vodi.su принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Топливо, смешиваясь во впускном коллекторе с воздухом, впрыскивается через форсунки в камеры сгорания четырехтактного двигателя. За счет движения поршней в цилиндрах создается высокое давление, в этот момент поступает искра от свечи зажигания и топливно-воздушная смесь воспламеняется и толкает поршень вниз. То есть, если двигатель работает нормально, правильно настроен механизм газораспределения, а цикл сгорания ТВС происходит без перебоев, в нем происходит контролируемое сгорание горючего, энергия которого и заставляет вращаться кривошипно-шатунный механизм.

Однако, при определенных условиях, которые мы рассмотрим ниже, детонации происходят раньше времени. Детонация, говоря простым языком, — это взрыв. Взрывная волна бьет по стенкам цилиндров, отчего вибрации передаются на весь мотор в целом. Чаще всего такое явление наблюдается либо на холостых оборотах, либо при усилении давления на акселератор, в результате чего дроссельная заслонка открывается шире и через нее подается увеличенный объем горючего.

  • резкое повышение температуры и давления;
  • создается ударная волна, скорость которой составляет до 2000 метров в секунду;
  • разрушение элементов двигателя.

Отметим, что из-за нахождения в ограниченном пространстве длительность существования ударной волны менее тысячной доли секунды. Но всю ее энергию поглощает двигатель, что приводит к более быстрой выработке его ресурса.

В качестве основных причин возникновения детонации в двигателе называют следующие:

  1. Использование топлива с низкооктановым числом — если по инструкции нужно заливать Аи-98, от заливки А-92 или 95 откажитесь, так как они рассчитаны на более низкий уровень давления, соответственно будут детонировать преждевременно;
  2. Раннее зажигание, изменение угла опережения зажигания — существует предубеждение, что взрывная волна при раннем зажигании придаст динамики, что в какой-то мере соответствует истине, но и последствия такого «улучшения динамических характеристик» не самые приятные;
  3. Калильное зажигание — из-за накопления на стенках цилиндров нагара и отложений ухудшается отвод тепла при помощи системы охлаждения, цилиндры и поршни разогреваются настолько, что ТВС самопроизвольно детонирует при контакте с ними;
  4. Обедненная или обогащенная ТВС — из-за понижения или повышения пропорций содержания воздуха и бензина в ТВС изменяются ее характеристики, данный вопрос мы также рассматривали ранее более детально на vodi.su;
  5. Неправильно подобранные или отработавшие свой ресурс свечи зажигания.

Наиболее часто с детонациями и стуке в двигателе сталкиваются водители автомобилей с большим пробегом. Так, из-за отложений на стенках цилиндров изменяется объем камеры сгорания, соответственно, повышается степень сжатия, что создает идеальные условия для преждевременного возгорания ТВС. В результате детонаций прогорает днище поршней, что приводит к падению компрессии, мотор начинает больше потреблять масла и горючего. Дальнейшая эксплуатация становится попросту невозможной.

Читайте так же:
Как отформатировать карту памяти микро СД?

Методы устранения детонации в двигателе

Зная причину неисправности, устранить ее будет гораздо легче. Но бывают и не зависящие от автовладельцев причины. Например, если ваша машина работала нормально, а после очередной заправки на АЗС начался металлический стук пальцев, проблему нужно искать в топливе. При желании владельцев АЗС через суд можно принудить к полному возмещению ущерба.

Если машина длительное время эксплуатируется без существенных нагрузок, это приводит к накоплению нагара. Дабы избежать этого, хотя бы раз в неделю следует выжимать максимум со своего авто — разгоняться, повышая нагрузку на двигатель. При таком режиме поступает больше масла на стенки и весь шлак очищается, при этом из трубы идет сизый или даже черный дым, что вполне нормально.

Обязательно проверьте настройки системы зажигания, правильно подберите свечи. На свечах ни в коем случае нельзя экономить. Заливайте качественное масло и топливо у проверенных поставщиков. Если же эти методы не помогли, необходимо отправляться на СТО и проходить полную диагностику силового агрегата.

Детонация двигателя

Детонация двигателя

Воспламенение топливно-воздушной смеси под воздействием искрового зажигания – является движущей силой нормальной работы двигателя. Фронт пламени плавно и интенсивно распространяется по камере сгорания, неся в себе энергию, приводящую в движение поршень в цилиндре. Детонация двигателя представляет собой аномальное явление, когда по какой-либо причине происходит резкий локальный взрыв, опережающий по времени нахождение поршня в верхней мертвой точке. Этот процесс характеризуется ощутимой вибрацией и металлическим стуком.

Причины возникновения детонации

На возникновение детонации может повлияеть соотношение в составе топливно-воздушной смеси. Возрастающие нагрузки или движение в гору провоцируют увеличение подачи топлива, и, следовательно, обогащение топливно-воздушной смеси. Она попадает в цилиндры, в зону высокой температуры и давления. Когда эти показатели достигают критической величины, между локальными зонами не сгоревшей смеси возникает химическая реакция с самопроизвольным воспламенением взрывного характера.

Помимо этого, детонация может быть вызвана:

  • ранним зажиганием;
  • масляным нагаром на стенках цилиндров (см. Замена масла);
  • использованием несоответствующего топлива для данного автомобиля, например, низкооктановый бензин на форсированном двигателе (вообще понижение октанового числа прямо пропорционально вероятности детонации двигателя);
  • перегревом двигателя из-за неисправности в системе охлаждения;
  • продолжительной работой двигателя на малых оборотах коленчатого вала (в первую очередь — автомобили отечественного производства);
  • конструктивными особенностями камеры сгорания и цилиндро-поршневой группы.

Еще одна из наиболее частых причин – некорректный режим эксплуатации автомобиля водителем: вождение на слишком высокой передаче для данных оборотов двигателя и нагрузки. Это происходит, когда водитель игнорирует переключение на пониженную передачу при вхождении в поворот на сбавленной скорости, при подъёме в гору на повышенной передаче или при случайном переключении рычага коробки передач в неправильное положение.

Последствия детонации

В детонационном процессе резко падает мощность двигателя, увеличивается расход топлива, нарушается масляный слой, детали кривошипно-шатунного механизма вынуждены работать в режиме сухого трения при перегреве двигателя из-за резко возросшей температуры. Если детонация длится более нескольких секунд , это ведет к механическим разрушениям: вырывание металла поверхности цилиндра, задиры, поломка поршневых колец, кромок поршня и клапанов, нарушение герметичности прокладки между блоком и головкой цилиндра.

Очевидно, что детонацию двигателя непременно следует избегать, следя за его техническим состоянием и режимами работы!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector