Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Контрольная работа
(Заочное отделение)
По дисциплине: «Эксплуатационные материалы»
Тема: «Автомобильные бензины»
Вариант № 3 «Нормальное и детонационное сгорание»
Содержание
стр.
1.Введение 3
2.Нормальное сгорание рабочей смеси 4 - 5
3.Детонационное сгорание рабочей смеси 6 - 7
4.Факторы, влияющие на детонацию 8 - 11
5.Калильное зажигание 12 - 13
6.Способы подавления детонации и калильного зажигания 14 - 15
7.Список использованных ресурсов 16
1.Введение
Рабочая смесь - смесь паров топлива и воздуха, поступающая в цилиндры двигателей внутреннего сгорания или образующаяся в них, и остаточных газов; продукты сгорания рабочей смеси являются рабочим телом для преобразования тепловой энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Среди процессов, происходящих в двигателе, ключевую роль играет сгорание рабочей смеси. В процессе сгорания химическая энергия топлива превращается в тепловую. Это превращение осуществляется в течение некоторого промежутка времени, когда поршень находится вблизи в. м. т. Технико-экономические показатели ДВС во многом зависят от совершенства процесса горения топлива в цилиндре. На этот процесс оказывают влияние химического состава топлива, состав топливовоздушной смеси, давление, температура и время сгорания рабочей смеси. Если сгорание протекает неэффективно или с отклонениями от нормы, то неизбежно ухудшаются мощностные и экономические показатели двигателя, а в иных случаях возможно и аварийное разрушение его деталей.
2.Нормальное сгорание рабочей смеси
Нормальный процесс сгорания топливного заряда в цилиндре происходит следующим образом. Поршень приближается к верхней мертвой точке, рабочая смесь (пары бензина, воздух и какое-то количество остаточных продуктов горения) сжата. В нужный момент между электродами свечи проскакивает искра, и здесь образуется первичный очаг воспламенения объемом несколько кубических миллиметров, энергия которого складывается из энергии искры и энергии сгоревшего в этой зоне топлива.
От первичного очага пламя начинает распространяться на окружающую рабочую смесь; фронт этого пламени имеет вид ламинарного (ровного, незавихренного) слоя толщиной меньше миллиметра, движущегося вначале с небольшой скоростью. Однако она быстро нарастает, поскольку остающиеся за фронтом сгоревшие газы, имеющие температуру около 2000°К, расширяются. Удаляясь от свечи, где рабочая смесь относительно спокойна (пристеночная зона), и приближаясь к центру камеры сгорания, пламя достигает турбулизованной (завихренной) зоны топливного заряда. Здесь фронт пламени начинает дробиться и приобретает ячеистую структуру, где участки горения перемежаются со свежей смесью и продуктами сгорания. Толщина такого турбулентного слоя становится равной нескольким сантиметрам, а скорость его распространения измеряется десятками метров в секунду, находясь в прямой зависимости от скорости движения газов внутри камеры.
Нужно заметить, что нормальная работа двигателя в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала обеспечивается именно тем, что скорость турбулентного пламени возрастает пропорционально увеличению скорости движения поршня. Когда же пламя проходит через весь объем камеры, горение в ней постепенно прекращается, а образовавшиеся горячие газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз и тем самым, совершая полезную работу. Чем выше температура и давление этих газов, тем больше отдача мощности.
Этот процесс обеспечивает наибольшую эффективность двигателя, расчетный уровень расхода топлива и токсичности отработавших газов.
3.Детонационное сгорание рабочей смеси
Появление детонации происходит по следующей схеме. При распространении фронта пламени несгоревшая рабочая смесь подвергается сжатию: сгоревшие газы позади фронта пламени действуют на нее подобно поршню. Если при этом давление и температура превысят критические для данного топлива величины, создаются условия для самовоспламенения, которое называют детонационным. Его характерный признак - взрывная скорость распространения пламени. Принято считать, что это явление связано с образованием перекисей в каких-то участках камеры сгорания под действием высокого давления и температуры. Данный химический процесс требует определенного времени, поэтому, как правило, он происходит в зонах, наиболее удаленных от свечи и дольше всего подвергающихся действию сильного давления. Способствует этому, и прогрев рабочей смеси горячими стенками камеры, что сильнее всего сказывается в узких щелях. Понятно также, что детонация тем вероятнее, чем выше степень сжатия. Когда часть заряда детонирует, образуются ударные волны, которые распространяются со скоростью до 1000 м/с и "бьют" в стенки камеры сгорания. Напрямую разрушить их они не могут, но передают часть своей кинетической энергии, вызывая местные перегревы и вибрацию. Если детонационное сгорание происходит достаточно долго, обгорают или разрушаются металлические детали, чаще всего поршень, свеча или клапан.
Детонация наиболее вероятна, когда двигатель работает с полностью открытой дроссельной заслонкой, а частота вращения коленчатого вала мала. В этом случае наполнение цилиндров свежей смесью максимальное, остаточных газов мало, а время, в течение которого отдаленные от свечи части заряда подвергаются воздействию давления и температуры, наиболее велико и достаточно для образования перекисей. Наглядное проявление этого положения знакомо каждому водителю. Если во время разгона с малой начальной скорости при полностью открытой дроссельной заслонке отчетливо слышны звонкие детонационные стуки, то это лишь вначале, а при достижении определенной скорости они пропадают. Или наоборот, когда автомобиль движется на подъем с замедлением (дроссельная заслонка опять-таки полностью открыта), то вначале детонации нет, а при падении скорости до какой-то величины она может появиться. В подобных случаях для прекращения стуков достаточно прикрыть дроссель (уменьшить наполнение цилиндров) или перейти на пониженную передачу (ускорить вращение коленчатого вала).
Характерными внешними признаками детонации являются повышенное дымление двигателя - черный дым из выхлопной трубы и падение его мощности из-за того, что горение протекает не лучшим образом.
4.Факторы, влияющие на детонацию
Степень сжатия. При увеличении степени сжатия температура и давление в конце процесса сжатия возрастают, что способствует возникновению детонации. Поэтому пределом увеличения степени сжатия является такое ее значение, при котором возникает детонационное сгорание. При прочих равных условиях возможное повышение степени сжатия зависит от октанового числа топлива и применяемой формы камеры сгорания. Поэтому степень сжатия для данного двигателя выбирают с учетом предназначаемого для него топлива и типа камеры сгорания.
Влияние формы камеры сгорания и размещения свечи зажигания. Форма камеры сгорания и расположение в ней свечи зажигания существенно влияют на продолжительность процесса сгорания. Наиболее удачной является такая форма камеры сгорания, в которой расстояние от свечи зажигания до наиболее удаленной точки будет наименьшим.
При расположении свечи зажигания в центре камеры сгорания создаются наилучшие условия для сгорания рабочей смеси, так как фронт пламени от свечи может распространяться равномерно во все стороны. Процесс сгорания в случае применения клиновидной и полуклиновой камер сгорания с клапанами, расположенными под углом, и смещенной относительно центра свечей зажигания улучшается вследствие наличия небольшого зазора между днищем поршня и головкой цилиндров (вытеснителя) в наиболее удаленной от свечи зажигания части камеры, где происходит сгорание последней порции рабочей смеси. Такое устройство камеры сгорания обеспечивает возможность бездетонационного сгорания последней порции рабочей смеси, увеличивает объем смеси, находящейся вблизи источника зажигания, и создает дополнительное вихревое движение заряда.
Размер и число цилиндров. При больших диаметрах цилиндра путь пламени до наиболее удаленной точки камеры сгорания увеличивается, что способствует возникновению детонации. В этом случае для получения бездетонационного сгорания устанавливают две свечи зажигания, располагая их в диаметрально противоположных концах.
В многоцилиндровых двигателях с внешним смесеобразованием возможно возникновение детонации в отдельных цилиндрах из-за неравномерного распределения смеси по цилиндрам. Склонность к детонации появляется в тех цилиндрах, в которые поступает обогащенная горючая смесь (а = 0,8 - 0,9).
Материал головки цилиндров и поршня. Склонность двигателя к детонации можно уменьшить, улучшив отвод теплоты от деталей, образующих камеру сгорания. С этой целью для изготовления головки цилиндров и поршня следует применять материал, обладающий большой теплопроводностью. Использование алюминиевого сплава, имеющего по сравнению с чугуном большую теплопроводность, позволяет при том же топливе несколько-повысить допустимую степень сжатия.
Состав рабочей смеси. Наибольшую склонность к детонации имеет рабочая смесь при коэффициенте избытка воздуха а = 0,8 - 0,9, так как при этом скорость сгорания, температура, и давление оказываются наибольшими, что способствует возникновению детонации.
Число оборотов коленчатого вала. При увеличении числа оборотов уменьшается время для химической подготовки топлива. Кроме того, из-за повышения сопротивления во впускной системе коэффициент остаточных газов возрастает. В результате этого температура и давление в процессе сгорания уменьшаются. Совместное действие этих факторов приводит к тому, что с увеличением числа оборотов склонность двигателя к детонации снижается.
Нагрузка двигателя. При уменьшении нагрузки и соответствующем прикрытии дроссельной заслонки увеличивается коэффициент остаточных газов, а давление и температура конца сжатия снижаются. Оба эти фактора уменьшают склонность двигателя к детонации.
Угол опережения зажигания. При увеличении угла опережения зажигания процесс сгорания развивается ближе к в. м. т., повышая давление и температуру во второй фазе процесса сгорания, что способствует возникновению детонации.
Нагарообразование. При отложении нагара на днище поршня и поверхности головки цилиндров, обращенной к камере сгорания, отвод теплоты от них уменьшается и температура поверхности, ограничивающей камеру сгорания, повышается. Кроме того, по мере отложения нагара несколько увеличивается степень сжатия.
Охлаждение двигателя. Часть теплоты отработавших газов через стенки отводится в охлаждающую среду. При уменьшении отвода теплоты возникает перегрев внутренних поверхностей цилиндра, поршня и головки цилиндров, что приводит к возникновению детонационного сгорания.
Влияние скорости вихревого движения рабочей смеси. Увеличение скорости вихревого движения рабочей смеси способствует ускорению развития фронта пламени и резкому уменьшению общей продолжительности сгорания вследствие сокращения его второй фазы. Опыты показали, что скорость распространения пламени в карбюраторных двигателях при вихревом движении рабочей смеси составляет 15—60 м/сек, т. е. в 8—12 раз больше, чем, когда оно отсутствует.
Вихревое движение рабочей смеси в цилиндре возникает в процессе впуска свежего заряда. Для увеличения скорости вихревого движения рабочей смеси в период сгорания, когда поршень приближается к в. м. т., применяют камеры сгорания с вытеснителем. В такой камере сгорания при приближении поршня к в. м. т. в зоне, противоположной размещению свечи зажигания, образуется небольшой (около 1 мм) зазор между поршнем и головкой цилиндров, из которого заряд вытесняется в направлении к свече зажигания; при этом происходит усиление вихревого движения. При наличии вытеснителя, в котором сгорает последняя порция топлива, уменьшается возможность возникновения детонационного сгорания.
Сорт топлива. Характеризуется октановым числом, который оценивает антидетонационную стойкость бензина. Чем выше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых фракций. При быстром открытии дроссельной заслонки (например, при интенсивном разгоне) тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к детонации в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр.
Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр. Увеличение температуры и давления окружающей среды усиливает вероятность детонации. Поэтому применение наддува в двигателях с принудительным воспламенением затруднительно.
5.Калильное зажигание
В разговорах автомобилисты нередко путают его с детонацией, но это два совершенно разных явления. При калильном зажигании рабочая смесь воспламеняется накаленной поверхностью какой-то детали в камере сгорания. Теоретически различают два случая калильного зажигания: до возникновения искры в свече и после. Но дальше речь пойдет только о первом, поскольку именно с ним мы имеем дело на практике и именно он представляет реальную опасность для двигателя.
При калильном зажигании горение протекает нормально, но преждевременно; это равносильно тому, что угол опережения самопроизвольно увеличился по отношению к оптимальному. А такое положение ведет к недопустимому росту температуры деталей в камере сгорания. Вследствие этого фактический момент зажигания становится еще более ранним, иными словами, процесс самоускоряется. При появлении калильного зажигания мощность двигателя внезапно и резко падает и, если не отреагировать на это снижением нагрузки, перегретые детали будут повреждены.
Наиболее вероятно калильное зажигание от перегретой свечи; это бывает, когда свеча по тепловой характеристике не соответствует данному двигателю. Источником этого неприятного явления также могут быть выпускной клапан или поршень; им достаточна меньшая температура, чем у свечи, поскольку поджигающая способность зависит не только от степени нагрева, но и от величины поверхности детали. Чем больше площадь ее контакта со смесью, тем при меньшей температуре возникает калильное зажигание.
Самые благоприятные условия для появления калильного зажигания - режим максимальной мощности, когда дроссель полностью открыт, а обороты предельные.
Факторами, способствующими повышенному нагреву деталей в камере сгорания и, следовательно, возникновению калильного зажигания, являются: чрезмерно раннее искрообразование; мощностной, обогащенный состав рабочей смеси; плохое охлаждение цилиндров. Здесь же нужно упомянуть о вреде заусенцев в камере сгорания, особенно на электродах свечи.
Радикальный способ борьбы с данным явлением - установка в карбюраторе электромагнитного клапана, отключающего подачу топлива через систему холостого хода при выключенном зажигании. Такие клапаны серийно устанавливаются на многих моделях "Жигулей". Другие, более простые способы основаны на самой сути процесса. Так, если после выключения зажигания ненадолго и глубоко нажать на педаль газа, то в цилиндры поступит полновесный заряд свежей смеси, который охладит стенки и устранит условия самовоспламенения. Примерно того же эффекта иногда достигают изменением регулировки холостого хода, но при этом нельзя отклоняться от пределов, обеспечивающих нормы токсичности выхлопных газов при обычной работе двигателя на холостом ходу.
6.Способы подавления детонации и калильного зажигания
Для того чтобы устранить детонацию, необходимо обратить внимание на причины его возникновения и помнить, что детонация происходит при включенном зажигании, ненормальные явления, возникающие при глушении мотора, имеют иное название и требует иных мер.
Если ДВС стал работать с детонацией сразу после заправки – значит, в бак попало некачественное горючее. Если мотор бензиновый, можно добавить в топливный бак ацетон, он повысит октановое число. Либо топливо придется попросту слить и заправиться более качественным.
Если автомобиль постоянно эксплуатируется в щадящих условиях, с минимальной нагрузкой или же мотор подолгу работает на холостом ходу, в камерах сгорания откладывается нагар, из-за чего повышается степень сжатия и увеличивается риск появления детонации. В данном случае необходима профилактика: двигателю необходимо периодически давать работать с большой нагрузкой. Хороший метод профилактики – периодические динамичные разгоны (что называется «тапка в пол») и езда на пониженной передаче с высокими оборотами. Разумеется, это допустимо только если позволяет обстановка на дороге.
Также детонацию можно устранить, снизив температуру в камере сгорания. Эта задача может быть решена с помощью интеркулера или с помощью нагнетания воды. Охладитель принимает входящий нагнетенный воздух и передает его через серию воздушных охладителей, таким образом, уменьшая температуру.
Детонацию, вызванную использованием несоответствующей марки топлива, можно попробовать устранить при помощи установки более позднего зажигания. При этом снижаются давление газов и температура в цилиндрах, а также остается меньше времени для возникновения перексидных соединений, концентрация которых не будет достигать критических значений. В результате сгорание топливной смеси будет происходить нормально. В противном случае необходимо заменить топливо (в соответствии с требованиями, предъявляемыми в заводской инструкции). Новое топливо должно обладать требуемыми антидетонационными свойствами. Помните, что, используя соответствующий тип топлива, вы существенно снижаете риск возникновения детонации, одновременно увеличивая срок службы своего автомобиля.
Детонация дизельного ДВС иногда сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это означает, что разрушились поршни, и выхлопным газам добавляются частицы алюминия. В такой ситуации необходима замена поршневой группы.
Из-за неисправных свечей зажигания может возникать детонация при запуске двигателя. В этом случае все, что нужно сделать – заменить их. У дизельного двигателя такая проблема возникает после западания иглы форсунки. Чтобы устранить неполадку, придется посетить СТО.
7.Список использованных ресурсов
1.http://crazydrivers.narod.ru/AutoSite/Mashina/Remont/11052004/Detonacia_i_kalilnoe.html
2. http://www.mitsubishi3000gt.ru/disc/viewtopic.php?p=65
3. http://sochi-avto-remont.ru/prichiny-detonacii-avtomobilya/
4. http://avtoshar.ru/?p=411
5. http://maestria.ru/issledovanie-protsessov-proishodyaschih-v-avtomobiln/protsess-sgoraniya-v-dvigatelyah-s-iskrovyim-zazhiganiem.html