Кошик
17 відгуків

Процеси при горінні паливної суміші

Як протікає горіння.

Нормальний процес згоряння паливного заряду в циліндрі відбувається наступним чином. Поршень наближається до верхньої мертвої точки, робоча суміш (пари бензину, повітря і якась кількість залишкових продуктів горіння) стиснута. У потрібний момент між електродами свічки проскакує іскра, і тут утворюється первинний осередок займання об'ємом кілька кубічних міліметрів, енергія якого складається з енергії іскри і енергії згорілого в цій зоні палива.

Від первинного вогнища полум'я починає поширюватися на навколишнє робочу суміш; фронт цього полум'я має вигляд ламінарного (рівного, незавіхренного) шару товщиною менше міліметра, що рухається спочатку з невеликою швидкістю. Однак вона швидко наростає, оскільки залишаються за фронтом згорілі гази, що мають температуру близько 2000°К, розширюються. Віддаляючись від свічки, де робоча суміш відносно спокійна (пристінкові зона), і наближаючись до центру камери згоряння, полум'я досягає турбулізованной (завихрення) зони паливного заряду. Тут фронт полум'я починає дробитися і здобуває пористу структуру, де ділянки горіння перемежовуються зі свіжою сумішшю і продуктами згоряння. Товщина такого турбулентного шару стає рівною декільком сантиметрам, а швидкість його поширення вимірюється десятками метрів в секунду, перебуваючи у прямій залежності від швидкості руху газів всередині камери.

Потрібно зауважити, що нормальна робота двигуна в широкому діапазоні частот обертання колінчастого вала забезпечується саме тим, що швидкість турбулентного полум'я зростає пропорційно збільшенню швидкості руху поршня. Коли ж полум'я проходить через весь об'єм камери, горіння в ній поступово припиняється, а гарячі гази, що утворилися починають розширюватися, переміщує поршень униз і тим самим, здійснюючи корисну роботу. Чим вище температура і тиск цих газів, тим більше віддача потужності.

Цей процес забезпечує найбільшу ефективність двигуна, розрахунковий рівень витрати палива і токсичності відпрацьованих газів. Але, на жаль, так буває не завжди. При певних умовах хід процесу може порушуватися, викликаючи різні по тяжкості наслідки — від неприємних відчуттів у водія до серйозного пошкодження двигуна.

Що впливає на процес горіння.

Насамперед, звичайно, бензин, його характеристики, відповідність даному двигуну. Сучасний товарний бензин являє собою складну суміш різних вуглеводнів, а також спеціальних присадок. Крім основної властивості — стійкість до детонації, що визначається октановим числом, бензин повинен володіти і іншим — не мати схильності (зрозуміло, у певних умовах і межах) до самозаймання і гартівного запалення, до нагароутворення.

Процес згоряння істотно залежить від складу горючої суміші. Загальна залежність (при найвигіднішому випередження запалювання) така: найбільша температура і тиск газів в камері згоряння досягаються при злегка збагаченої суміші. Подальше її збагачення і збіднення знижує температуру.

Відхилення кута випередження запалювання від оптимальної величини теж надає пряме вплив. Збільшення кута підвищує температуру всередині камери і може довести її до рівня, небезпечного для розташованих там деталей. При пізньому запалюванні температура в камері знижується, але на випуску — зростає. Це, зокрема, посилює тепловий режим роботи випускного клапана.

Будь перегрів деталей, розташованих в камері згоряння, може порушити нормальне протікання процесу горіння палива.

Детонація.

Поява детонації відбувається за наступною схемою. При поширенні фронту полум'я незгорілих робоча суміш піддається стисненню: згорілі гази позаду фронту полум'я діють на неї подібно поршню. Якщо при цьому тиск і температура перевищать критичні для даного палива величини, створюються умови для самозаймання, яке називають детонаційним. Його характерна ознака — вибухова швидкість поширення полум'я. Прийнято вважати, що це явище пов'язане з утворенням перекисів в якихось ділянках камери згорання під дією високого тиску і температури. Даний хімічний процес вимагає певного часу, тому, як правило, він відбувається в зонах, найбільш віддалених від свічки і довше за все піддаються дії сильного тиску. Сприяє цьому, і прогрів робочої суміші гарячими стінками камери, що найсильніше позначається у вузьких щілинах. Зрозуміло також, що детонація тим вірогідніше, чим вище ступінь стиснення. Коли частина заряду детонує, утворюються ударні хвилі, які поширюються зі швидкістю до 1000 м/с і «б'ють» в стінки камери згоряння. Безпосередньо зруйнувати їх вони не можуть, але передають частину своєї кінетичної енергії, викликаючи місцеві перегріви і вібрацію. Якщо детонаційне згорання відбувається досить довго, обгорають або руйнуються металеві деталі, найчастіше поршень, свічка або клапан.

Детонація найбільш імовірна, коли двигун працює з повністю відкритою дросельною заслінкою, а частота обертання колінчастого вала мала. У цьому випадку наповнення циліндрів свіжою сумішшю максимальне, залишкових газів мало, а час, протягом якого віддалені від свічки частини заряду піддаються дії тиску і температури, найбільш великий і достатньо для утворення перекисів. Наочний прояв цього положення знайоме кожному водієві. Якщо під час розгону з малої початкової швидкості при повністю відкритій дросельній заслінці виразно чути дзвінкі детонаційні стуки, то це лише спочатку, а при досягненні певної швидкості вони пропадають. Або навпаки, коли автомобіль рухається на підйом з уповільненням (дросельна заслінка знову-таки повністю відкрита), то спочатку детонації немає, а при падінні швидкості до якоїсь величини вона може з'явитися. У подібних випадках для припинення стукотів досить прикрити дросель (зменшити наповнення циліндрів) або перейти на знижену передачу (прискорити обертання колінчастого вала).

Характерними зовнішніми ознаками детонації є підвищений димлення двигуна — чорний дим з вихлопної труби і падіння його потужності з-за того, що горіння протікає не кращим чином.

Краплинне запалювання.

У розмовах автомобілісти нерідко плутають його з детонацією, але це два абсолютно різних явища. При гартівному запаленні робоча суміш запалюється розжареною поверхнею якоїсь деталі в камері згоряння. Теоретично розрізняють два випадки гартівного запалення: до виникнення іскри на свічці і після. Але далі мова піде тільки про перший, оскільки саме з ним ми маємо справу на практиці і саме він представляє реальну небезпеку для двигуна.

При гартівному запаленні горіння протікає нормально, але передчасно; це рівнозначно тому, що кут випередження мимоволі збільшився по відношенню до оптимального. А таке становище, як ми вже говорили, веде до неприпустимого зростання температури деталей в камері згоряння. Внаслідок цього фактичний момент запалювання стає ще більш раннім, іншими словами, процес самоприскорюється. При появі гартівного запалення потужність двигуна раптово і різко падає і, якщо не відреагувати на це зниженням навантаження, перегріті деталі будуть пошкоджені.

Найбільш ймовірно краплинне запалювання від перегрітої свічки; це буває, коли свічка по тепловій характеристиці не відповідає даному двигуну. Джерелом цього неприємного явища також можуть бути випускний клапан або поршень; їм достатня менша температура, ніж у свічки, оскільки підпалюють здатність залежить не тільки від ступеня нагріву, але і від величини поверхні деталі. Чим більше площа її контакту із сумішшю, тим при меншій температурі виникає гартівне запалення.

Найсприятливіші умови для появи гартівного запалення — режим максимальної потужності, коли дросель повністю відкритий, а граничні обороти. Але для звичайної експлуатації це нетипово, з таким режимом в основному мають справу спортсмени.

Факторами, що сприяють підвищеного нагріву деталей в камері згоряння і, отже, виникнення гартівного запалення, є: надмірно раннє іскроутворення; потужний, збагачений склад робочої суміші; погане охолодження циліндрів. Тут же треба згадати про шкоду задирок в камері згоряння, особливо на електродах свічки.

Спалахи при вимкненому запаленні.

Якщо гартівне запалення притаманне роботі двигуна в режимі максимальної потужності, то цілком очевидно, що цим явищем можна пояснити його мимовільну роботу протягом деякого часу після виключення запалення. У даному випадку має місце самозаймання палива, подібно до того, як це відбувається в дизелях. Найбільш характерна наступна ланцюжок обставин. Автомобіль рухався в умовах, що сприяють підвищеного нагрівання деталей двигуна.

Після зупинки дросельну заслінку закрили, запалення вимкнули. Колінчастий вал за інерцією ще повертається, і в один з циліндрів потрапляє робоча суміш, яка при повільному стисненні встигає прогрітися до температури самозаймання. За цим, природно, слід робочий хід, який викликає протікання такого ж циклу в іншому циліндрі. Така повільна і нерівномірна робота двигуна триває від декількох секунд до двох-трьох хвилин (такі граничні терміни спостерігалися), тобто до тих пір, поки охолодження мотора не ліквідує умови для самозаймання паливного заряду.

Чи тільки нагрівання камери згоряння винен у виникненні цього «дизельного процесу»? Ні, велику роль тут грають нагріті відпрацьовані гази, які у великій кількості залишаються в циліндрі від попереднього циклу, бо при дуже невеликій частоті обертання очищення циліндрів вкрай погана. Ці гази змішуються зі свіжою сумішшю, і сильно прогрівають її, сприяючи самозаймання. До речі, настільки велике розбавлення заряду залишковими газами виключає появу детонації, тому описуваний процес, незважаючи на всю свою невпорядкованість, для мотора безпечний. Але на водія, як ми знаємо, справляє гнітюче враження.

Радикальний спосіб боротьби з даним явищем — установка в карбюраторі електромагнітного клапана, що відключає подачу палива через систему холостого ходу при вимкненому запаленні. Такі клапани серійно встановлюються на багатьох моделях «Жигулів». Інші, більш прості способи засновані на самій суті процесу. Так, якщо після вимикання запалювання ненадовго і глибоко натиснути на педаль газу, то в циліндри надійде повний заряд свіжої суміші, який охолоджує стінки і усуне умови самозаймання. Приблизно того ж ефекту іноді досягають зміною регулювання холостого ходу, але при цьому не можна відхилятися від меж, що забезпечують норми токсичності вихлопних газів при звичайній роботі двигуна на холостому ходу.

Вплив нагару.

Все було б досить просто, якби аномалії, про яких говорилося, існували кожна сама по собі. Однак той факт, що на стінках камери згоряння в тій чи іншій мірі завжди є нагар, істотно спотворює «класичну» картину.

Справа в тому, що відкладення на стінках, по-перше, погіршують теплообмін, а по-друге — збільшують фактичну ступінь стиснення. Іншими словами, створюють більш сприятливі умови для зриву нормального процесу горіння. Більш того, нагар може надавати відоме каталітичну дію і викликати самозаймання робочої суміші, а це багато в чому ускладнює діагностування аномалій.

І ще. При перехідних режимах роботи двигуна нагар іноді починає розпушуватися і розшаровуватися; тоді частинки, що втратили щільний контакт зі стінкою, легко перегріваються і можуть провокувати гартівне запалення. Буває і так, що лусочки нагару відриваються, але якийсь час не виносяться з камери згоряння, а залишаються в ній. Вони легко нагріваються і підпалюють робочу суміш в самий невизначений момент навіть на впуску. Так породжуються; «дикі» стуки, що не піддаються ніякій логіці і класифікації. Правильно враховувати всі ці явища можуть допомогти тільки досвід і вдумливий підхід до питання.

Для борьбы с отложениями (нагаром) в мировой практике получили широкое распространение специальные добавки к бензину, которые периодически вливают в бак. Ведется работа по созданию такой добавки и у нас. Пока же наиболее доступным средством борьбы с нагаром без разборки мотора остается «прожигание» камер сгорания при форсированном движении по автомагистрали. В качестве профилактической меры полезно строить свои повседневные маршруты так, чтобы городская езда чередовалась со скоростным шоссе.

Что следует из теории.

Вряд ли есть необходимость в каких-то развернутых выводах — они естественно следуют из самой сути рассмотренных положений. Но, видимо, краткое и пусть несколько упрощенное резюме все же может быть полезным. Оно сводится к следующему.

Если во время форсированной езды по автомагистрали в двигателе прослушиваются какие-то непонятные стуки — это не детонация. Логичнее объяснить их самовоспламенением топлива из-за перегрева двигателя или обильного нагара в камерах сгорания.

Если стуки появляются на переменных режимах, скажем, при городской езде, то не калильное зажигание тому виной.

І, нарешті, не треба панічно боятися спалахів в моторі після вимикання запалювання. Але і терпимо ставитися до них не слід, способи припинити їх, були перераховані в тексті.

Інші статті

Наскільки вам зручно на сайті?

Розповісти Feedback form banner