Нефтяник с Ямала прибывает в Париж, подходит к Эйфелевой башне и удивленно говорит:
- Надо же, третий раз сюда приезжаю, а они все нефть не могут найти!
В комментариях к статье про использование 92 бензина вместо 80-го, многие не понимают сути этих понятий. Предлагаю разобраться во всех этих "страшных" словах на бытовом уровне. Статья не претендует на научность и не является истиной в последней инстанции. Любая конструктивная критика в комментариях приветствуется.
Детонация
Как мы все знаем из курса школьной физики - в двигателях внутреннего сгорания есть такт сжатия топливно-воздушной смеси. В бензиновых двигателях в конце сжатия смесь воспламеняется при помощи свечи зажигания. При этом фронт горения распространяется от свечи по всей камере сгорания со скоростью порядка 50 м/сек. Давление в цилиндре повышается, заставляя поршень совершать движение вниз (рабочий ход).
При детонации процесс происходит немного по-другому: горение происходит очень быстро, практически по всему объему камеры сгорания. Скорость распространения пламени превышает скорость звука (порядка 340 м/сек). Это в разы выше, чем при нормальном сгорании. Давление в камере сгорания повышается настолько быстро, что происходит удар по стенкам цилиндра, поршню и клапанам. При этом мы слышим звонкий металлический стук.
Детонация это очень вредный для двигателей процесс. В первую очередь от неё страдают поршни, так как они обычно сделаны из алюминия и принимают на себя всю силу удара.
Как происходит детонация: во время сжатия топливной смеси происходит повышение её температуры. Если температура смеси станет выше температуры её самовоспламенения - смесь воспламеняется и быстро сгорает. Из-за этого двигатель испытывает повышенные нагрузки, теряет мощность и перегревается.
Явление детонации топлива на заре автомобилестроения очень сильно тормозило развитие бензиновых моторов. И сейчас развитие поршневых бензиновых двигателей ограничено этим явлением.
Причины детонации
Слишком высокая температура в камере сгорания
При перегреве двигателя топливо-воздушная смесь соприкасается со стенками цилиндра, поршнем, клапанами, свечой и сама сильно нагревается. Из-за этого повышается возможность детонации.
Бывает так, что внутри камеры сгорания возникают очаги перегрева, например раскаляются докрасна электроды свечи. При соприкосновении с ними топливо тоже может самопроизвольно воспламеняться, но, строго говоря, это не является детонацией. Такое явление называется "калильное зажигание", оно тоже мешает нормальной работе двигателя.
Слишком бедная смесь
Как известно, бензин поступает в камеру сгорания в виде мелкодисперсного тумана. Капли бензина сами по себе являются охладителем и помогают снижать температуру смеси в камере сгорания, тем самым снижая риск детонации.
Причиной бедной смеси в карбюраторных моторах может стать неправильная регулировка карбюратора, например слишком низкий уровень топлива в поплавковой камере, либо неправильно подобранные топливные жиклёры.
В инжекторных моторах качеством смеси управляет электроника, но при неправильной работе топливных форсунок или каких-либо датчиков смесь может стать сильно обеднённой.
Еще причиной обеднения смеси может стать подсос воздуха во впускном тракте, например через изношенную прокладку.
Октановое число не соответствует степени сжатия двигателя
Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания.
𝜀=(𝑉ℎ+𝑉𝑐)/𝑉𝑐
где 𝑉ℎ — объём хода поршня, 𝑉𝑐 — объём камеры сгорания.
Повышение степени сжатия теоретически ведет к повышению КПД тепловой машины, а значит повышает мощность и снижает расход топлива. Но степень сжатия для бензиновых двигателей ограничена примерно 14 единицами. При большей степени сжатия пары бензина начинают детонировать
Октановое число — показатель, который характеризует стойкость к детонации топлива.
Впервые устойчивость бензинов к детонации была исследована в 1921 году американским инженером Гарри Рикардо. Он предложил шкалу детонационной стойкости бензинов. Чистый гептан (н-гептан) был принят за минимум с октановым числом, равным 0 (из-за его склонности к детонации). Значение октанового числа 100 было присвоено чистому изооктану (он с трудом самовоспламеняется даже при высоких степенях сжатия).
Эти соединения смешивали в разных соотношениях, и у каждого образца определяли детонационную стойкость. Детонационную стойкость определяли при помощи одноцилиндрового двигателя с изменяемой степенью сжатия. Постепенно увеличивая степень сжатия добиваются появления детонации. Затем исследуют бензин при тех же условиях и выявляют соответствие бензина смеси гептана и изооктана. Процент содержания изооктана в "образцовой" смеси и будет октановым числом.
Таким образом мы видим, что октановое число это просто показатель стойкости бензина к детонации и ничего более. От октанового числа напрямую не зависит скорость сгорания, ни калорийность, ни качество бензина.
Отложения сажи (нагар) на стенках цилиндра и поршне
Слой сажи на поверхностях камеры сгорания ухудшает охлаждение и тем самым повышает температуру в камере сгорания. К тому же при большом слое отложений уменьшается объем камеры сгорания, тем самым повышается степень сжатия и опасность детонации.
Причинами образования нагара могут быть: неправильный состав топливно-воздушной смеси (слишком богатая смесь), при плохом качестве топлива, а также при попадании большого количества масла в камеру сгорания (например при изношенной поршневой, залегании маслосъёмных колец или задубевших маслосъёмных колпачках). В двухтактной технике при слишком большом количестве масла в бензине или при плохом качестве масла возможно образование отложений на стенках цилиндра и поршне.
Итак, подведем итоги
Чтобы избежать детонации, то есть взрывного неконтролируемого сгорания топливной смеси нужно:
- не допускать перегрева двигателя, поддерживать исправной систему охлаждения;
- поддерживать исправной систему питания двигателя;
- заливать только качественный бензин с октановым числом, согласно рекомендациям производителя.
Видео про детонацию, причины и как её определить
Не забудьте подписаться и поставить лайк. Это помогает развитию канала.