Последствия детонации двигателя: 7 Причин Почему Идет Детонации Двигателя их Последствие и Как их убрать

Содержание

Детонация двигателя, причины, последствия ⋆ АВТОМАСТЕРСКАЯ

Автовладельцы в процессе эксплуатации часто сталкиваются с таким явлением, как детонация. По сути, это ударная волна, причиной которой является самовоспламенение горючего еще до момента достижения в камере сгорания требуемого давления (для дизельных моторов) или воспламенения искры (для моторов, работающих на бензине).

Почему происходит детонация двигателя? Как устранить эту проблему? Что произойдет, если ничего не предпринять? Эти вопросы требуют детального рассмотрения.

В чем причины детонации двигателя?

Для устранения неисправности важно знать причины детонации двигателя. Это, применение топлива низкого качества. Автовладельцы с целью экономии часто заливают бензин с меньшим октановым числом. Объяснить это легко. Современные двигателя имеют высокую степень сжатия, что требует применение более качественного бензина.

Вторая проблема — неправильно выставленное зажигание (как правило, ошибка заключается в ранней установке зажигания). Такая хитрость позволяет машине быстрее реагировать на педаль газа. Но имеется и минус. Из-за преждевременного запала горючая жидкость воспламеняется в момент, когда поршень еще не стал в верхнюю позицию. Из-за этого на поверхность поршня действует ударная нагрузка, имеет место перегрев и появляется детонация.

Обедненная смесь. Бывают ситуации, когда преждевременное воспламенение происходит из-за высокого содержания воздуха и малого объема бензина в подготовленном составе. Здесь возможны две причины — неправильно выполнена регулировка или же специально увеличена мощность мотора.

Если горючее подготовлено с учетом требований производителя, воспламенение происходит своевременно, а мотор работает идеально. При этом температура горения поддерживается на должном уровне. В случае обеднения смеси детали мотора перегреваются, из-за чего при последующем впрыске горючее загорается под действием тепла, не дожидаясь появления искры. Практика показала, что в случае «обеднения» горючего риск детонации существенно возрастает.

Появление нагара. При длительной эксплуатации на внутренних элементах мотора возникают отложения, создающие «тепловую рубашку». Это, в свою очередь, приводит к росту рабочей температуры и воспламенению горючего в камере сгорания. Итог — сильная детонация двигателя на холостых оборотах.

Неправильно выбранные свечи зажигания. Часто автовладельцы не обращают внимания на модель и тип свечей, которые покупаются для системы зажигания машины. На самом же деле этот вопрос крайне важен. Изделия должны подбираться под каждый конкретный тип мотора и подходить по тепловым характеристикам. Итогом несоответствия как раз и являются вибрации.

Вероятные последствия детонации двигателя

Детонация двигателя при выключенном зажигании или после пуска мотора — опасный процесс, который может привести ко многим проблемам с автомобилем в будущем:

Снижению мощности двигателя и быстрому износу элементов кривошипно-шатунного узла. Как следствие, ресурс мотора уменьшается, и раньше наступает необходимость его ремонта.

Из-за неправильного воспламенения силовой узел постоянно перегревается. В результате происходит разрушение поршней и внешней части цилиндров. Кроме того, от высокой температуры страдают клапана, свечи зажигания и кольца на поршнях. Со временем на внутренних элементах движка появляются задиры, зазубрины и трещины. На начальном этапе это приводит к усилению детонации, а со временем и к выходу из строя двигателя.

Высок риск перегорания прокладки, которая устанавливается под ГБЦ мотора. Это произойдет, если своевременно не избавиться от проблемы, и не устранить детонацию.

Последствия детонации двигателя

Появляются сильные ударные нагрузки, которые негативно действуют на движущиеся элементы мотора. Наибольшее влияние испытывают на себе элементы кривошипно-шатунного механизма. В частности, из-за сильных ударов страдает шатун, поршень, а также вкладыши (коленвала, шатунные и коренные).

Из сказанного выше видно, что отсутствие каких-либо действий, направленных на устранение проблемы, неизбежно приводит к выходу из строя элементов мотора и необходимости больших затрат в будущем. Вот почему важно быстро диагностировать и устранить проблему.

Устранение детонации двигателя

Теперь выделим основные способы, как устранить детонацию мотора. Учтите следующие рекомендации:

  1. Помните, что детонация не возникает просто так. Чаще всего это происходит на фоне каких-то изменений (ремонта, заправки мотора и прочих). К примеру, если до заезда на АЗС двигатель работал на «отлично», а сразу после заливки топлива стал «барахлить», причина очевидна — в бак попало топливо низкого качества. В этом случае не стоит «докатывать» бензин. Сливайте его, после чего заполняйте емкость новым и проверенным горючим.
  2. Еще одна проблема появления детонации заключается в образовании нагара, о котором упоминалось выше. Решение здесь простое — достаточно время от времени давать двигателю повышенные нагрузки. Желательно выбрать ровный участок трассы и разогнать авто до предельной скорости хотя бы на несколько секунд. При этом участок для разгона должен быть безопасным. Не стоит идти на риски в плотном городском потоке.
  3. Если детонация на «дизеле» проявляет себя появлением выхлопных газов странного цвета (зеленого или черного), это свидетельствует о нарушении целостности поршней. В наиболее сложных случаях через выхлопную систему вылетают элементы алюминия. Простой регулировкой здесь уже не обойтись — требуется ехать на СТО и менять поршневую группу.
  4. Сильная детонация двигателя может появляться из-за проблем со свечами (загрязнения или неправильного выбора). В такой ситуации достаточно установить новый комплект свечей. Если вибрации появляются в момент пуска дизеля, без посещения сервиса уже не обойтись.

В завершение учтите еще несколько советов:

  • Заправляйте машину качественным топливом.
  • Проверяйте уровень охлаждающей жидкости.
  • Регулируйте и выставляйте правильный угол опережения зажигания.
  • Следите за состоянием свечей — они должны быть чистыми.

Детонация двигателя — проблема, которая требует решения сразу после появления. Бездействие может стать причиной серьезных проблем с двигателем. Удачи на дорогах и конечно же без поломок.

Источник: RemontAvtoVaz.ru

Причины возникновения и последствия детонации двигателя авто

Силовая установка автомобиля работает за счет сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах. Процесс горения должен проходить по определенным условиям, чтобы обеспечить максимальный выход энергии с дальнейшим её преобразованием в механическое действие. Одно из нарушений процесса горения топлива — детонация двигателя.

замена поршневой после детонации

Как проявляется детонация

Возникновение детонации в цилиндрах сопровождается металлическим звоном. При этом сам мотор вибрирует, что передается на кузов, а также запозданием прекращения работы (после отключения зажигания двигатель некоторое время еще работает). Если эти симптомы появились – в цилиндрах двигателя происходит детонационное сгорание.

В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь, которая закачана в цилиндры, предварительно сжимается поршнем, что обеспечивает смесеобразование и повышение температуры, которая сказывается на воспламеняемости. Находящуюся под давлением смесь поджигает искра свечи зажигания. При этом образуется фронт пламени, который  распространяется по всему объему от точки воспламенения к краям. Процесс распространения  медленный – 20-30 метров в секунду. Сгорание топлива сопровождается возрастанием температуры внутри цилиндра и  давления, которое и выступает как энергия, преобразуемая в механическое действие.

Детонация в цилиндре при работе двигателя
Детонационное сгорание – процесс, при котором возрастание давления и температуры приводит к появлению окислительных процессов компонентов смеси, что становится причиной возникновения дополнительного очага воспламенения. В результате фронт пламени распространяется быстрее, чем при нормальном горении (скорость распространения пламени превышает 1500 м/сек). Вместо одного очага (от свечи) становится два (второй – самопроизвольный), при этом фронт пламени каждого из них идет навстречу друг другу.

Видео: ДЕТОНАЦИЯ НАГЛЯДНО

В цилиндре от такого процесса происходит взрыв смеси, а не постепенное распространение пламени. Столкновение двух фронтов пламени приводит к увеличению давления и температуры. А это приводит к усилению ударных нагрузок на цилиндропоршневую группу и кривошипно-шатунный механизм, а из-за температуры перегревается мотор.

Детонационное сгорание и калильное зажигание

Детонационное сгорание и калильное зажигание часто путают между собой. Коротко охарактеризовать их можно так: калильное зажигание – самопроизвольное воспламенение смеси от сильно разогретых элементов, расположенных в цилиндре. Детонация – самостоятельное поджигание смеси в результате воздействия давления (при сильном сжатии смеси происходят процессы, приводящие к самовоспламенению).

При этом детонация — процесс, который возникает при резкой смене режима работы двигателя и носит кратковременный характер. Она появиться может при резком нажатии на педаль газа. В результате смесь обогащается, но обороты двигателя еще не соответствуют требуемым. Из-за богатого топливом состава смеси возникает детонационное сгорание, но как только мотор выйдет на нужные обороты, детонация исчезает и процесс горения становится нормальным.

Калильное зажигание – следствие детонации. Если по каким-то причинам детонационное сгорание продлится длительное время, высокая температура, появляющаяся при детонации, разогреет элементы в камере сгорания и самовольное возгорание смеси будет происходить уже от них.

Причины возникновения

Причины появления детонации:

  1. Несоответствие пропорций топливовоздушной смеси. Рабочей считается пропорция воздуха к бензину на уровне 14,7 к 1. Если эта пропорция снизится до 9 к 1, то в топливе при сжатии происходят окислительные процессы, воспламеняющие смесь. Это наблюдается при резком изменении режима работы мотора. Но там детонация кратковременна. Длительный же процесс происходит из-за нарушения работы системы питания автомобиля.
  2. Несоответствие угла опережения зажигания. Смесь поджигается, пока поршень не пройдет ВМТ. Но при нормальных процессах, пока фронт пламени распространится на весь объем, поршень уже пройдет точку и направится вниз. И в этот момент произойдет повышение давления, которое дополнительно толкает поршень вниз. Если же поджигание смеси происходит постоянно чуть раньше (ранее зажигание), то смесь горит, что сопровождается повышением давления и в дополнение давление создает и поршень, которые еще пока движется вверх. В итоге создаются условия для появления стороннего источника воспламенения.
  3. Низкая детонационная устойчивость топлива. Этот показатель характеризует октановое число. Чем оно выше, тем больше бензин «сопротивляется» появлению окислительных процессов при воздействии давления. Это зависит от степени сжатия в цилиндрах силовой установки. Для наглядности эту причину рассмотрим так: степень сжатия мотора составляет 12, и в документации указывается, что требуется бензин с октановым числом не ниже, чем 92. Это указывает на то, что только топливо с таким показателем и выше сможет устоять воздействию давления, которое создаётся в цилиндре. Если в такой мотор залить 80-й бензин, то детонационной устойчивости будет недостаточно, чтобы не самовоспламеняться. Примечательно, что не всегда именно бензин «виноват» в детонации. Если в цилиндры попадает масло, то оно понижает октановое число. В результате даже на 95-м бензине двигатель будет детонировать.
  4. Степень сжатия. Она тоже влияет на вероятность появления детонации. Если она  увеличилась, то топливо уже не противостоит воздействию давления. Яркий пример – заливка масла в цилиндры изношенного двигателя перед запуском. Масло повышает давление, что приводит к детонационному воспламенению, и двигатель запускается. Но в таком моторе детонационное сгорание происходит только на начальном этапе – пуске. А вот если степень сжатия повысилась из-за большого количества отложений в цилиндре или попадающего в него масла, то детонация будет постоянной.
Видео: Детонация двигателя и методы устранения в прошивке

Последствия детонации

Воздействия ударных нагрузок и температуры пагубно влияет на элементы ЦПГ, клапанов, свечей.

Ударные нагрузки приводят к:

  • интенсивному износу кривошипно-шатунного механизма;
  • износу цилиндропоршневой группы;
  • разрушению стенок цилиндров и днищ поршней.

Высокая температура  оплавляет днище поршня (вплоть до полного прогорания), подгорают седла и кромки клапанных тарелок, оплавляются свечные электроды, повреждается прокладка ГБЦ.

оплавленный поршень

Где искать причину?

  1. Детонация  на всех режимах («виноват» скорее всего некачественный бензин или нарушение угла зажигания). Если мотор «ест» масло, то детонация может происходить и из-за этого.
  2. Детонирует на холостых оборотах. Проявляется, если двигатель был под нагрузкой, а затем обороты были сброшены. Детонация из-за смены режима может усиливаться неправильным зажиганием, сильной закоксовкой мотора, неправильным смесеобразованием.
  3. Детонирует после выключения зажигания (в этом случае детонация переросла уже в калильное зажигание. Причина кроется в изменении любых условий – зажигания, степени сжатия, топливе).

При появлении детонации в первую очередь обращаем внимание на качество бензина. Благодаря  смене топлива от проблемы избавляемся. Далее уже проверять остальные условия – выставить зажигание, проверить работу топливной системы и т. д.

Если появляется калильное зажигание, то в этом случае помогает раскоксовка мотора.

Причины и последствия детонации двигателя

Согласитесь, очень неприятно слышать громкие «раздирающие мотор» стуки под капотом при каждом нажатии на педаль акселератора, а также при подъеме в гору на высокой (прямой) передаче.

Резкий металлический стук двигателя следует отличать от сдавленного еле слышного, поскольку, в первом случае, это явление детонации — неспецифически высокой скорости горения бензовоздушной смеси в цилиндрах блока двигателя, а во втором, – халатное отношение к двигателю при движении на малой скорости на неадекватно высокой передаче.

Что это?

Теоретически, оптимальная скорость горения топливовоздушной смеси в цилиндрах блока двигателя должна быть не более 250 м/с (норма около 20). Сгорание бензина со скоростью более 2000 м/с. принято называть детонацией, точнее сказать, – фактически микровзрывом. Происходит неравномерное, несвоевременное, ударное возгорание воздушно-топливной смеси, при более высокой температуре и скорости, сопровождающееся характерным звонким металлическим стуком. Такое возгорание происходит не в области свечи и не от нее, и распространяется на поступающую порцию воздушно-топливной смеси.

Возгорание под высоким давлением происходит в дизельных движках, зажигание же смеси паров бензина и воздуха под давлением не нормально для бензинового мотора.

И если движение на высокой передаче с низкой скоростью — это едва ли не осознанное нанесение вреда двигателю, то детонация может принести весьма печальные последствия для двигателя вплоть до его поломки.

Причины происхождения:

  1. Одна из самых распространенных причин появления детонационных стуков — это использование некачественного или низкооктанового бензина. Все дело в том, что для бензина октановое число является показателем его детонационной стойкости, точнее, его способности сгорать равномерно при любых условиях. Так например, у бензина марки АИ-92 эта стойкость будет ниже, чем у АИ-95 или АИ-98. Современные двигатели имеют сравнительно высокую степень сжатия, которая в этом случае является одним из главных ключевых факторов образования этого негативного явления. Фактически, степень сжатия определяется объемом камеры сгорания. Для двигателей с малой степенью сжатия вполне подойдет низкооктановый бензин. Но, этот же бензин при более высоком сжатии неизбежно потеряет свою детонационную стойкость. Его горение в цилиндрах будет взрывообразным, что может привести к, в полном смысле, разрушительным для мотора последствиям. Поэтому, заправка современного двигателя низкооктановым или низкокачественным топливом может стать для него фатальной.
  2. В другом случае, может возникать как следствие перегрева двигателя. Причины перечислять не будем, их довольно много.
  3. В ряде случаев в возникновении детонации виноваты неисправные свечи, благодаря которым происходят пропуски моментов зажигания, либо дизелинг — самопроизвольное воспламенение топливовоздушной смеси, когда поршень еще движется в направлении верхней мертвой точки. Такие свечи необходимо заменять.
  4. Четвертая и самая распространенная причина данного явления — неисправность системы зажигания. В данном случае, причиной детонации будет слишком раннее зажигание – это когда подается искра прежде, чем поршень подошел к верхней мертвой точке. В этом случае, топливовоздушная смесь, сгорая начинает расширяться, но поршень продолжает совершать поступательное движение вверх. В результате, давление в цилиндре нарастает и возникает детонация. Особенно явно это явление заметно при движении под нагрузкой. Последствия неправильной регулировки зажигания могут вылиться в аналогичные, что и при использовании некачественного низкооктанового топлива.

Последствия.

При таком «неправильном» сгорании топлива температура в цилиндрах резко повышается, что пагубно сказывается на свечах зажигания, клапанах и поршневых кольцах. Резкая температура способствует выгоранию масляной пленки на цилиндрах, что в свою очередь, неизбежно приводит к более интенсивному износу цилиндропоршневой группы вплоть до залегания колец и появления задиров на стенках цилиндров. Выгорание электродов свечей, трещины, зазубрины и оплавления на поршнях, клапанах и цилиндрах, – это далеко не полный список последствий детонационных стуков в двигателе.

Наряду с высокой температурой возникает и ударная нагрузка на все движущиеся части механизмов двигателя. В первую очередь страдает кривошипно-шатунный механизм.

Сильные ударные нагрузки негативно сказываются на состоянии поршня, шатуна, а также коренных и шатунных вкладышей и коленчатого вала. Другими словами, ни один механизм двигателя не приспособлен к детонационным нагрузкам.

Как избежать?

Чтобы избежать последствий данной проблемы, рекомендуется:

  1. Заправлять автомобиль только бензином с октановым числом, отмеченным в руководстве по эксплуатации машины и только на сертифицированных АЗС.
  2. Важно следить за состоянием элементов системы охлаждения, регулярно проверять уровень охлаждающей жидкости, при необходимости заменять ее. Также рекомендуется регулярно осматривать радиатор, при необходимости очищать его, а также следить за работоспособностью охлаждающего вентилятора. Выполнение этих несложных условий поможет избежать внезапного перегрева двигателя и как его следствия, детонации.
  3. Также верным избавлением от этой дисфункции двигателя служит регулировка угла опережения зажигания. После регулировки зажигания желательно сделать пробный заезд, на котором следует разогнать автомобиль до 40-50 км/ч и резко нажать педаль акселератора. Если при этом характерные звуки под капотом несильные и непродолжительные, то зажигание можно считать отрегулированным. Если же нет, процедуру регулировки необходимо повторить.
  4. Ну и, разумеется, свечи и проводка должны быть чистыми и исправными.

Зная, что такое детонация и методы ее устранения, можно обеспечить двигателю своего автомобиля долгую и безаварийную жизнь.

Детонация двигателя — особенности, причины, последствия.


Детонация автомобильного двигателя одна из самых неприятных проблем, которая может возникнуть в автомобиле. Для того чтобы разобраться откуда она появляется, давайте рассмотрим цикл сгорания топлива в моторе, чтобы представлять себе основные причины детонации двигателя.

Сами по себе горючие вещества не могут гореть без кислорода. Поэтому в цилиндры двигателя через впускные клапаны впрыскивается смесь, состоящая из определенного количества воздуха и топлива. Но для того чтобы ее воспламенить нужно приложить к ней определенную энергию. Для дизельных двигателей создается большое давление, которое к концу такта сжатия нагревает топливо до высокой температуры, в пределах 500 градусов, за счет этого и происходит воспламенение. В бензиновых моторах горючую смесь необходимо поджечь, для этого используют автомобильные свечи. Искра от свечи поджигает топливно-воздушную смесь, образовавшееся пламя распространяется от электрода свечи по всему цилиндру камеры сгорания и называется фронтом пламени. Скорость распространения фронта зависит от типа двигателя и колеблется в районе 20-30 м/с.

Пока фронт не дошел до краев цилиндра камеры сгорания, может произойти самовозгорания горючей смеси. После этого образуется ударная волна, скорость которой достигает 1000 метров за секунду. Под ее действием топливно-воздушная смесь еще больше сжимается и воспламеняется. Сама ударная волна и называется детонацией. Детонация нарушает правильное сжигание топлива, из-за чего двигатель может вести себя ни как положено и выдавать непонятные стуки, а со временем совсем выйти из строя.

В основном проявление детонации можно слышать на средних и высоких оборотах работы двигателя внутреннего сгорания. Это обусловлено тем, что при маленькой нагрузке она не сильно влияет на детали камеры сгорания.

Последствия сильной детонации могут быть плачевны, вплоть до разрыва поршня или цилиндра мотора. Все из-за того, что больше чем в пятьдесят раз возрастает скорость распространения фронта пламени. Некоторые ошибочно заблуждаются, что с увеличением скорости, возрастет и мощность. Но это не совсем так, мощность действительно возрастет, но всего на тысячные доли секунды. На такое же время ударная волна будет давить на поршень, соответственно особенно на него не повлияв.

От чего же появляется детонация? Давайте рассмотрим основные факторы, которые способствуют этому.

Первый фактор – состав топливной смеси. От плохого качества бензина, имеющего много различных примесей, а также неправильного соотношения воздух/топливо, могут образовываться различные окислительные вещества, такие как альдегиды, спирты. Эти окислительные реагенты оседают на стенках цилиндра и способствуют раннему воспламенению топливной смеси.

Второй фактор – угол опережения зажигания. Изменение этого угла в сторону возрастания приведет к повышению давления в цилиндре до момента воспламенения от свечи. Что в свою очередь будет приводить к детонации.

Третий фактор – низкое октановое число в бензине. Наиболее вероятный фактор, из-за которого может возникать детонация двигателя внутреннего сгорания. Само по себя октановое число показывает возможность топлива быть устойчивым к самовоспламенению. Естественно чем выше оно, тем лучше для автомобиля. Из-за этого возможность появления детонации пропорционально зависит от показателя октанового числа в топливно-воздушной смеси. Стуки в двигателе, которые зачастую называют «стук пальцев» происходят как раз при использовании низкооктанового бензина А-80, например вместо А-95. Вообще, если для транспортного средства рекомендуется использовать бензин А-95 или А-98, то нужно заливать именно его, не ниже. В противном случае можно попросту повредить мотор.

Четвертый фактор – степень сжатия. При увеличении степени сжатия, в цилиндрах двигателя возрастет температура и давление, а, следовательно, появится вероятность возникновения детонации.

Пятый фактор – плохое отведение тепла. Из-за не совсем удачной конструкции поршня и других элементов, тепло от него может плохо отводиться, при этом будут возникать детонационные очаги. Так же причиной появления детонации может служить слишком большой диаметр цилиндра или слишком сложная конструкция камеры сгорания.

Для устранения возникновения детонации двигателя необходимо правильно настроить угол опережения зажигания, использовать качественный высокооктановый бензин. Можно установить датчик детонации двигателя, чтобы всегда контролировать уровень опасности. Устанавливается датчик детонации на блок цилиндров автомобиля. И всегда помните, не стоит закрывать на нее глаза, потому как последствия детонации могут привести к выходу из строя поршней и цилиндров, а соответственно и двигателя внутреннего сгорания.

Детонация может возникать и при выключенном двигателе, например, когда он заглушается. Ее отчетливо слышно, зажигания нет, а двигатель все равно работает, при этом издавая хлопки, то увеличивая, то уменьшая обороты.

R93 — Автопортал Краснодарского края: Автообзоры

Твитнуть

Поделиться

Поделиться

Класснуть

Детонация в цилиндрах газопоршневых двигателей. Причины, последствия и методы предотвращения

Природа  детонации

Понятием детонация мы обобщаем два явления в процессе сгорания топлива:

  • Детонация — спонтанный, неконтролируемый микро-взрыв газа в камере сгорания, после первоначального воспламенения от искры
  • Предварительное зажигание — микро-взрыв газа в камере сгорания перед воспламенением газа от искры свечи зажигания


 




ГК «ТЕХ»


На возникновение детонации влияет большое количество факторов: изменение калорийности газа, температуры надувочного воздуха, изменение температуры элементов ЦПГ и т.д. Но эффект всегда один – повышение давления и температуры в камере сгорания, и чем мощнее детонация, тем более разрушительный эффект она оказывает на двигатель. Детонацию небольшой мощности называют «незаметной», однако, не стоит недооценивать ее влияния — вызывая усталостные разрушения, она в значительной степени увеличивает стоимость ремонта двигателя. Ну а если, находясь рядом с работающим двигателем вы смогли на слух различить детонацию (хлопки выбивающиеся из циклов) – необходимо срочно останавливать установку для предотвращения серьезной аварии. 

 




ГК «ТЕХ»


В результате детонации мы получаем:

Механические повреждения

  • Поломка поршневых колец
  • Поломка электродов свечей зажигания
  • Трещины изолятора свечи зажигания
  • Износ или поломки клапанов


 






Истирание

  • Точечние камеры сгорания в части поршня
  • Разрушение или перенапряжение материала поршня

Перегрев

  • Потертости поршневых юбок (из-за избыточного тепла или высокой температуры охлаждающей жидкости)

Борьба с детонацией

Для борьбы с детонацией компанией Motortech GMBH разработан специальный контроллер – DetCon. 

 




ГК «ТЕХ»


Контроллер, посредством датчиков регистрирует признаки появления детонации и дает команду на блок управления системы зажигания на изменения параметров для предотвращения процесса. DetCon комплектуется высокоточными датчиками детонации (от 2 до 20 шт на двигатель), которые улавливают ее по звуку.

Устанавливать датчики необходимо на корпусе двигателя или ГБЦ, а точность определения детонации зависит от количества установленных датчиков: минимальное – по 1 на каждую сторону блока, рекомендованное производителем – по одному датчику на каждый цилиндр. Данные от датчиков могут быть переданы на поставляемый в комплекте дисплей или на общий контроллер (например, AIO) установки для визуализации. Сигнал на изменение параметров системы зажигания от DetCon может выходить в формате 0-5В или 4-20мА, что дает возможность интегрировать его практически в любую систему управления.

Установка системы антидетонации на газопоршневые двигатели не является обязательным условием, работает двигатель и без нее. Этим фактом активно пользуются сторонники экономии, однако, как показала практика, эксплуатации в 9 из 10 случаев эта экономия становится мнимой, а последствия детонации влекут за собой большие расходы на ремонт двигателя. Detcon – это ремень безопасности, который не влияет на скорость автомобиля, но спасает вам жизнь в аварийной ситуации.

 

Детонация

Детонация (также называемая «искровым детонацией») — это неустойчивая форма сгорания, которая возникает, когда в камерах сгорания двигателя одновременно возникают несколько фронтов пламени. Вместо единого фронта пламени, расширяющегося наружу от точки воспламенения, в камере сгорания самопроизвольно возникают множественные фронты пламени. Когда несколько фронтов пламени сталкиваются, они производят резкий металлический звон или стук, который предупреждает вас о том, что происходят неприятные вещи.

Если у вашего двигателя есть проблема с детонацией, вы скорее всего услышите ее при ускорении под нагрузкой, при подаче газа в двигатель, когда вы находитесь на высокой передаче или когда тащите двигатель. Детонация возникает из-за того, что топливо с октановым числом (мера его сопротивления детонации) не выдерживает повышенного тепла и давления, когда двигатель находится под нагрузкой. Когда это происходит, топливная смесь самовоспламеняется, создавая разрушительные многочисленные фронты пламени.

Легкая детонация может произойти практически в любом двигателе и не причинит никакого вреда.Но продолжительная сильная детонация — плохая новость, потому что она забивает поршни и кольца. Если проблему не устранить, сильная детонация может повредить ваш двигатель. Это может привести к растрескиванию поршней и колец, разрушению прокладки головки, повреждению свечей зажигания и клапанов и даже к сплющиванию подшипников штока.

Детонация также приводит к потере мощности, так как повышение давления в цилиндре происходит слишком быстро для эффективного рабочего хода. Вместо того, чтобы расти постепенно, он слишком быстро достигает пика, а затем спадает.Результат больше похож на внезапный удар, чем на сильный устойчивый толчок.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ДЕТОНАЦИИ БЕНЗИНОМ С ВЫСОКИМ ОКТАНОМ

Один из способов предотвратить детонацию — использовать топливо с более высоким октановым числом. Октановое число моторного топлива является мерой его сопротивления детонации. Октановое число, указанное на насосе заправочной станции, называется «октановым числом насоса», которое является средним октановым числом исследований и моторным. Метод определения октанового числа топлива зависит от используемого метода, но чем выше октановое число, тем лучше топливо противостоит детонации.Топливо с октановым числом 87 менее устойчиво к детонации, чем топливо с рейтингом 89 или 91.

Октановое число бензина может быть улучшено за счет дополнительной очистки для увеличения доли более тяжелых углеводородов в топливе, за счет использования сырой нефти более высокого качества или добавления этанолового спирта в качестве усилителя октанового числа (все это может увеличить стоимость топлива) .

Тетраэтилсвинец долгое время использовался в качестве антидетонационной присадки для повышения октанового числа бензина. Это была самая эффективная и наименее дорогая добавка, которую можно было использовать для этой цели.Но длительное воздействие свинца связано с многочисленными рисками для здоровья.
Этилированный бензин был выведен из употребления в США еще в 1970-х годах, поэтому для повышения эффективности используются более интенсивные процессы переработки (крекинг, изомеризация и другие процессы).
октановое число базового бензина. Добавлены дополнительные усилители октанового числа, такие как МБТЭ, этанол, ароматические углеводороды и сильно разветвленные алканы.
к бензину, чтобы соответствовать требованиям к октановому числу для адекватного сопротивления детонации.

ПОСЛЕПРОДАЖНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ ОКТАНОВОГО ТОПЛИВА

Если вы управляете старым маслкаром и не можете найти бензин с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию в вашем двигателе, и вы не хотите расстраивать двигатель, замедляя синхронизацию зажигания или уменьшая его степень сжатия, вы можете добавить добавка для повышения октанового числа бензина в топливный бак.Некоторые присадки, повышающие октановое число, также содержат свинец или заменители свинца для защиты выпускных клапанов в двигателях до 1973 года (в которых отсутствуют упрочненные седла клапанов) от преждевременного износа. Такие продукты могут повысить октановое число перекачиваемого газа на несколько пунктов в зависимости от используемой концентрации (всегда следуйте инструкциям). Но даже этого может быть недостаточно, чтобы устранить постоянную проблему детонации искры, если степень сжатия вашего двигателя превышает 10: 1, или он имеет наддув или турбонаддув.

ЧТО ВЫЗЫВАЕТ ДЕТОНАЦИЮ?

Детонация может иметь несколько причин.Все, что увеличивает температуру или давление сгорания (например, турбонаддув или наддув) или увеличивает рабочую температуру двигателя, увеличивает риск детонации. Повышенная синхронизация зажигания или что-либо, что приводит к тому, что топливно-воздушная смесь работает более бедной, чем обычно, также может вызвать детонацию.

Для некоторых двигателей требуется топливо премиум-класса (с октановым числом 91 или выше), и может возникнуть детонация, если вы заправляете бак средним или обычным топливом. При небольшом открытии дроссельной заслонки двигатель может нормально работать на менее дорогом топливе, но при резком ускорении или при буксировке двигателя под нагрузкой может произойти детонация.

Предполагается, что датчик детонации обнаруживает вибрации, которые сигнализируют о детонации, и временно замедляет синхронизацию зажигания, пока детонация не прекратится. Но даже в этом случае он не может полностью предотвратить детонацию. Мы советуем использовать сорт бензина, рекомендованный в руководстве по эксплуатации или напечатанный на крышке топливного бака, чтобы минимизировать риск детонации.

Другие причины детонации могут включать любую из следующих:

Слишком сильное сжатие может вызвать детонацию. Накопление нагара в камерах сгорания, на крышках поршней и клапанах может увеличить сжатие до точки, где это вызовет детонацию. Углеродные отложения также могут вызывать «преждевременное зажигание», то есть состояние, при котором горячие точки в камере сгорания становятся точками воспламенения, вызывая воспламенение топлива до возгорания свечи зажигания. Предварительное зажигание — это также то, что заставляет двигатель работать после выключения зажигания.

Скорость накопления отложений зависит от типа вождения и качества сжигаемого топлива.Отложения углерода постепенно накапливаются в новом двигателе в течение первых 5000-15000 миль, а затем выравниваются. Состояние равновесия достигается, когда старые отложения отслаиваются примерно с той же скоростью, что и новые отложения. Нечастое вождение, нечастая замена масла или внутренние проблемы двигателя, такие как изношенные направляющие клапана, или изношенные, сломанные или неправильно установленные кольца, которые допускают горение масла, могут значительно ускорить накопление отложений.

Чтобы избавиться от отложений, вылейте баллончик «для чистки верха» в карбюратор или через корпус дроссельной заслонки, когда двигатель работает на холостом ходу (следуйте инструкциям на продукте).Дайте химическому веществу впитаться в течение рекомендованного периода времени, затем перезапустите двигатель и продуйте грязь (после этого рекомендуется заменить масло). При необходимости повторите, если первая очистка не устранила проблему детонации.

Если химическая очистка не удаляет нагар, всегда можно использовать метод «Italian Tuneup» для удаления нагара из двигателя. Отведите свой автомобиль в место, где мало или совсем нет движения, и вы можете безопасно разогнаться на полном газу до указанного ограничения скорости (или выше, если вы не против рискнуть штрафом за превышение скорости).Повторите это несколько раз, затем двигайтесь на скоростной автомагистрали не менее 15 минут, чтобы удалить нагар из камер сгорания.

Если двигатель с большим пробегом настолько сильно нагревается, что химическая очистка и / или жесткое вождение не могут удалить углерод, другой вариант — использовать «мягкие» абразивные вещества, такие как измельченные скорлупы грецких орехов, чтобы очистить камеры сгорания. Эту работу можно выполнить с головкой блока цилиндров на месте, сняв свечу зажигания, выдув носитель через свечное отверстие, чтобы выбить нагар, а затем высасывая мусор с помощью заводского вакуума.

Если у вашего двигателя степень статического сжатия выше 10: 1, единственный способ полностью устранить проблему детонации в насосе газа может состоять в том, чтобы восстановить двигатель с поршнями с более низким сжатием или головками цилиндров с большими камерами сгорания или замените стоковую прокладку головки на более толстую, чтобы снизить степень сжатия!

Чрезмерная установка угла опережения зажигания может вызвать детонацию . Слишком большое опережение искры приводит к слишком быстрому повышению давления в цилиндре.На старых автомобилях с механическим распределителем вращение распределителя для замедления синхронизации на несколько градусов и / или замена пружин опережения зажигания, чтобы синхронизация не двигалась так быстро, может снизить риск детонации, но это также ухудшит производительность. На более новых автомобилях с электронной системой синхронизации зажигания можно изменить кривую опережения зажигания с помощью специального диагностического прибора тюнера.

Перегрев двигателя может вызвать детонацию . В горячем двигателе больше шансов получить искровую детонацию, чем в двигателе, работающем при нормальной температуре.Перегрев может быть вызван низким уровнем охлаждающей жидкости (проверьте на наличие утечек), неисправной муфтой вентилятора, недостаточным размером вентилятора или отсутствующим кожухом вентилятора, неисправным электрическим вентилятором системы охлаждения, реле вентилятора или датчиком температуры, заеданием термостата. закрыто, неисправный водяной насос, забитый радиатор или серьезное ограничение в выхлопе, такое как засоренный каталитический нейтрализатор, отводящий тепло в двигатель. Плохая теплопроводность внутри двигателя из-за скопления ржавчины или накипи внутри охлаждающих рубашек двигателя также может привести к перегреву двигателя.Проверьте работу охлаждающего вентилятора (электрические вентиляторы должны включаться при включении кондиционера) и проверьте на утечки охлаждающей жидкости. Проверить состояние охлаждающей жидкости. В случае загрязнения добавьте бутылку очистителя системы охлаждения в систему охлаждения, дайте ей поработать в течение указанного периода времени, затем слейте воду и промойте систему охлаждения.

Перегретый воздух может вызвать детонацию . На старых автомобилях с карбюраторами воздухоочиститель с термостатическим управлением подает горячий воздух, чтобы способствовать испарению топлива во время прогрева двигателя.Если дверца воздушной заслонки заедает так, что карбюратор продолжает получать нагретый воздух после прогрева двигателя, двигатель может взорваться, особенно в жаркую погоду. Проверьте работу заслонки управления воздушным потоком в воздухоочистителе, чтобы убедиться, что она открывается по мере прогрева двигателя. Отсутствие движения может означать, что вакуумный двигатель или термостат неисправны.

Если у вас есть воздухоочиститель открытого типа на более старом двигателе с карбюратором или воздухозаборник «холодного воздуха» на более новом двигателе с впрыском топлива, впускной патрубок может втягивать нагретый воздух из моторного отсека.Чтобы снизить риск детонации, вам нужен более прохладный и плотный воздух снаружи моторного отсека или перед радиатором, входящим в систему впуска.

Бедные топливные смеси могут вызывать детонацию . Богатые топливные смеси устойчивы к детонации, а бедные — нет. Утечки воздуха в вакуумных линиях, прокладках впускного коллектора, карбюраторах или прокладках корпуса дроссельной заслонки или прокладках впускного коллектора могут привести к попаданию дополнительного воздуха в двигатель. Бедные топливные смеси также могут быть вызваны загрязнением топливных форсунок, засорением жиклеров карбюратора отложениями или грязью, засорением топливного фильтра или слабым топливным насосом.

Если топливная смесь становится слишком бедной, также могут возникать «пропуски зажигания на обедненной смеси», поскольку нагрузка на двигатель увеличивается. Это может вызвать колебания, спотыкание и грубый холостой ход.

На соотношение воздух / топливо также могут влиять изменения высоты. По мере того, как вы поднимаетесь вверх, воздух становится менее плотным. Карбюратор, который откалиброван для езды на большой высоте, будет работать слишком бедно при движении на более низкой высоте. Изменение высоты, как правило, не является проблемой для карбюраторов с обратной связью последних моделей и электронного впрыска топлива, поскольку датчики кислорода и атмосферного давления компенсируют изменения плотности воздуха и соотношений топлива.

Поршень разрушен из-за преждевременного зажигания из-за того, что топливно-воздушная смесь стала слишком бедной при высокой нагрузке.

Неправильные свечи зажигания могут вызвать детонацию . Свечи зажигания с неправильным диапазоном нагрева (слишком горячие) могут вызвать детонацию, а также преждевременное зажигание. Свечи зажигания с медным сердечником имеют более широкий диапазон нагрева, чем обычные свечи зажигания, что снижает опасность детонации.

Потеря EGR может вызвать детонацию . Рециркуляция выхлопных газов (EGR) оказывает охлаждающее воздействие на температуру сгорания, поскольку она разбавляет поступающую смесь инертным выхлопным газом.Это снижает температуру горения и уменьшает образование оксидов азота (NOX). Это также снижает риск детонации. Таким образом, если клапан рециркуляции ОГ не работает или кто-то отсоединил его или засорил вакуумный шланг рециркуляции ОГ, температура сгорания будет намного выше, что приведет к детонации, когда двигатель находится под нагрузкой.

Чрезмерный турбонаддув может вызвать детонацию. Регулировка количества наддува в двигателе с турбонаддувом абсолютно необходима для предотвращения детонации.Турбо-вестгейт сбрасывает давление наддува в ответ на повышение давления во впускном коллекторе. На большинстве последних моделей двигателей электромагнитный клапан с компьютерным управлением помогает регулировать работу вестгейта. Неисправность датчика давления в коллекторе, соленоида управления перепускной заслонкой, самой перепускной заслонки или утечка в вакуумных соединениях между этими компонентами может привести к тому, что турбонагнетатель обеспечит слишком большой наддув, что приведет к досрочной остановке двигателя, если состояние не будет исправлено. .

Улучшенное промежуточное охлаждение также может помочь.Работа интеркулера заключается в понижении температуры поступающего воздуха после его выхода из турбокомпрессора. Добавление промежуточного охладителя к турбомотору, который не имеет промежуточного охлаждения, может устранить беспокойство о детонации, а также позволяет двигателю справляться с большим наддувом. А если заводской турбомотор был изменен, то для предотвращения детонации может потребоваться замена штатного промежуточного охладителя на более крупный и более эффективный промежуточный охладитель.

Неисправный датчик детонации может вызвать детонацию. Многие двигатели поздних моделей имеют «датчик детонации» на двигателе, который реагирует на частоту колебаний, характерных для детонации (обычно 6–8 кГц).Датчик детонации выдает сигнал напряжения, который сигнализирует компьютеру о необходимости на мгновение замедлить синхронизацию зажигания, пока детонация не прекратится. Датчик детонации обычно можно проверить, постучав гаечным ключом по коллектору или головке блока цилиндров рядом с датчиком (никогда не ударяйте по самому датчику!) И наблюдая за изменением времени, когда двигатель работает на холостом ходу. Если отсчет времени не замедляется, возможно, датчик неисправен или проблема может заключаться в электронной схеме управления синхронизацией зажигания самого компьютера.

Иногда датчик детонации реагирует на звуки, отличные от звуков детонации.Шумный механический топливный насос, неисправный водяной насос или подшипник генератора переменного тока или ослабленный стержневой подшипник — все это может создавать вибрации, которые могут обмануть датчик детонации и заставить его замедлить синхронизацию.

Проблемы детонации в двигателях с турбонаддувом и прямым впрыском

Некоторые поздние модели двигателей с турбонаддувом и прямым впрыском топлива могут испытывать детонацию на низких оборотах после холодного пуска или после продолжительного холостого хода. Проблема, по-видимому, связана с смешиванием бензина с остаточным моторным маслом на стенках цилиндров в верхней части цилиндра.Многие моторные масла содержат большое количество натрия в составе моющих присадок. Когда натрий смешивается с топливом, он образует соединение, которое может легко взорваться, когда двигатель сильно тянет под нагрузкой или ускоряется. Решение — перейти на моторное масло, которое содержит меньше моющего средства или меньше натрия в моющих присадках.



detonation Статьи по теме:

Искровой детонатор

Рециркуляция выхлопных газов (EGR)

Плохой бензин может вызвать проблемы с производительностью

Обновление по плохому газу

Оценки и рекомендации по октановому числу топлива

Перегрев: причины и способы устранения

To More Technical Info Нажмите здесь, чтобы увидеть больше технических статей Carley Automotive

.

Численное моделирование перехода от дефлаграции к детонации в неоднородных смесях

В данном исследовании опасный потенциал горючих водородно-воздушных смесей с вертикальными градиентами концентрации исследуется численно. Вычислительная модель основана на формулировке переменной хода реакции и учитывает как распространение дефлаграционного пламени, так и самовоспламенение. Модель способна моделировать переход от дефлаграции к детонации (DDT) без разрешения всех микроскопических деталей потока.Он работает на относительно грубых сетках и показывает хорошее согласие с экспериментом. Установлено, что смесь с вертикальным градиентом концентрации может иметь гораздо более высокую склонность к ДДТ, чем гомогенная смесь с таким же содержанием водорода. Кроме того, возникающие нагрузки давления могут быть намного выше. Однако можно наблюдать и обратный эффект, решающим фактором которого являются геометрические граничные условия. Модель дает представление о
разные режимы ДДТ. Взрывы, происходящие вскоре после воспламенения, не обязательно вызывают самые высокие нагрузки давления.В смесях с градиентом концентрации самые высокие нагрузки могут возникать в регионах с очень низким содержанием водорода. Эти новые результаты следует учитывать в будущих исследованиях безопасности.

1. Введение

Из-за своих потенциально катастрофических последствий случайный выброс водорода представляет собой серьезную проблему для технологических процессов [1, 2], производства электроэнергии [3–5] и будущих автомобильных концепций [6, 7]. Небольшого источника тепла может быть достаточно, чтобы вызвать горение, которое вызывает резкое повышение температуры и давления.Тяжесть последствий зависит от скорости распространения дефлаграции. В общем, можно ожидать, что пламя ускоряется из-за петли положительной обратной связи: расширение продуктов сгорания вызывает движение в несгоревшем газе, которое создает турбулентность и тем самым увеличивает скорость горения пламени. Этот процесс дополнительно усложняется из-за неустойчивостей [8–10], образования скачков уплотнения и взаимодействия с окружающей структурой. При определенных обстоятельствах горение может перейти в детонацию.Опасный потенциал детонации (и особенно нестационарного переходного процесса) значительно выше, чем у воспламенения.

Следовательно, вероятность возникновения перехода от горения к детонации (ДДТ) необходимо учитывать в исследованиях безопасности, включающих сценарии с аварийным выбросом водорода. В прошлом многие исследователи внесли впечатляющие результаты моделирования ДДТ, применив очень высокое разрешение сетки для наблюдения всех деталей микроскопических потоков [11-15].Этот подход очень помог понять образование ДДТ, но применим только к очень небольшим доменам. При использовании простых моделей реакции, таких как одноступенчатая кинетика Аррениуса, можно найти множество публикаций с разрешением сетки 8 или менее расчетных ячеек на половину длины реакции. Однако общепризнано, что при использовании одноступенчатой ​​кинетики Аррениуса в невязком потоке требуется разрешение не менее 20 вычислительных ячеек на половину длины реакции, чтобы в достаточной степени разрешить структуру потока и получить правильные результаты для профиля тепловыделения, пламени — ударное взаимодействие, размер детонационной ячейки и т. д. [16–18].Этого уже сложно достичь в больших вычислительных областях. Несмотря на то, что часто утверждается, что диффузионными эффектами можно пренебречь при моделировании установленных взрывов, они важны при быстром горении и возникновении взрывов. Mazaheri et al. [19] показали, что включение диффузионных членов увеличивает необходимое пространственное разрешение примерно до 25–300 расчетных ячеек (в зависимости от энергии активации смеси) на половину длины реакции. Пауэрс и Паолуччи [20] продемонстрировали, что при использовании подробного химического механизма вместо упрощенной кинетики потребность в пространственном разрешении возрастает примерно на порядок: количество клеток на половину длины реакции.Из-за огромных вычислительных затрат такое «прямое» моделирование ДДТ (даже при использовании только упрощенной кинетики при 20 клетках на половину длины реакции) не может быть применено к крупномасштабному инженерному моделированию и, как ожидается, останется невозможным в ближайшие годы. Таким образом, текущее состояние дел в области моделирования крупномасштабных аварий (например, в исследованиях ядерной безопасности) таково [3, 4]. (1) Определение пространственного распределения водорода. (2) Использование эмпирических критериев для определения наличия ДДТ может произойти или нет.(3) Моделирование горения с помощью , — дефлаграция, или — код детонации.

Шаг 1 может быть выполнен с помощью кода с сосредоточенными параметрами [5] или кода CFD [21, 22]. Шаг 2 выполняется путем применения эмпирических критериев [23, 24], полученных в результате экспериментов во взрывных трубах [25–29], к геометрии, окружающей водородное облако. Этот шаг может быть выполнен только со значительной неопределенностью, касающейся не только различного масштаба и геометрии (взрывная труба с регулярными периодическими препятствиями в сравнении со сложной трехмерной структурой здания), но и того факта, что практически все критерии были получены в результате экспериментов с идеально однородными смеси.Однако в аварийных сценариях смеси могут иметь сильные градиенты концентрации [30, 31]. Шаг 3 может выполняться с различными кодами CFD. В то время как более медленные дефлаграции можно удовлетворительно моделировать с помощью коммерческих кодов, моделирование быстрых дефлаграций (где газовая динамика имеет большое влияние) и особенно моделирование взрывов обычно выполняется более точно с помощью внутренних кодов, которые, как правило, недоступны для общественности.

В отчете ОЭСР, подготовленном группой экспертов, эта «значительная нехватка числовых инструментов, доступных аналитикам безопасности» [32] подверглась критике и были определены следующие требования.(1) Разработка приближенных, но надежных методов моделирования как ускорения пламени, так и детонации таким образом, чтобы моделирование можно было проводить в рамках единой программной среды. (2) Разработка надежных моделей горения, которые можно использовать для моделирования ДДТ без оценки. и вмешательство тренажера.

Поскольку текущая ситуация очень неудовлетворительна, настоящее исследование было направлено на разработку решателя CFD, способного моделировать как горение, так и детонацию, и особенно переход между обоими режимами.Хотя применение трехмерных расчетов в полном масштабе реактора остается долгосрочной целью, этот проект является первым шагом в этом направлении: разработка решателя, демонстрирующего техническую осуществимость моделирования экспериментов с ДДТ во взрывных трубах в 2D без разрешения микроструктуры. потока в сетке CFD. Это является важной предпосылкой для будущего моделирования ускорения пламени и DDT в больших трехмерных областях, которое обязательно будет выполняться на недостаточно разрешенных сетках.

На втором этапе этот новый решатель используется для исследования влияния градиентов концентрации на образование ДДТ. Хотя во многих более ранних исследованиях гомогенная смесь рассматривалась как наихудший сценарий и, следовательно, не учитывалась роль неоднородностей, влияние градиентов концентрации только недавно стало предметом внимания исследований [29, 33, 34].

Результаты этого проекта показаны в этой статье.

2. Описание модели

Поскольку прямое инициирование [35] детонации очень маловероятно, детонация обычно происходит после того, как турбулентное пламя (дефлаграция) разогналось до достаточно высокой скорости [32].Этот переход от горения к детонации представляет собой сложное явление, включающее нестабильность пламени, взаимодействие с турбулентностью и газодинамические явления. Поскольку все эти эффекты возникают при очень высоких числах Рейнольдса, практически невозможно полностью разрешить их с помощью численных расчетов. Однако не все явления, происходящие в микроскопическом масштабе, обязательно имеют отношение к точному моделированию макроскопических событий ДДТ. Томас [36] пришел к выводу из сравнения экспериментальных и численных результатов, что надежная модель ДДТ не должна разрешать все детали потока.Напротив, только правильные скорости турбулентного горения, локальное увеличение плотности из-за ударов и способность вызывать детонацию в результате взрывных волн были определены как необходимые характеристики точной модели ДДТ.

Для данной работы в качестве основы для разработки модели был выбран CFD код OpenFOAM [37]. Одной из причин этого выбора было то, что (в отличие от многих патентованных кодов детонации) OpenFOAM имеет встроенную возможность работы с неструктурированными сетками — явное преимущество с точки зрения предполагаемого будущего применения для сложных геометрических форм.Еще одна причина использования OpenFOAM заключалась в том, что код является бесплатным и имеет открытый исходный код, и, следовательно, модель, разработанная в этом проекте, может быть бесплатно предоставлена ​​научному сообществу.

Основанный на плотности код, разработанный под OpenFOAM , решает нестационарные сжимаемые уравнения Навье-Стокса. Все конвективные потоки определяются с помощью схемы HLLC [38] с многомерными ограничителями наклона («cellMDLimited» [37, 39]). Эта схема очень подходит для моделирования сжимаемого потока с высоким числом Маха, поскольку она приводит к гораздо лучшему улавливанию скачка уплотнения, чем стандартные схемы, используемые в большинстве программ, основанных на давлении, таких как схема PISO [40].В качестве примера результаты одномерного расчета ударной трубы сравниваются на рисунках 1 и 2. Исходными данными для этой задачи с ударной трубой является идеальный газ с молекулярной массой и коэффициентом теплоемкости при,, для

.

Исследователи ВМФ надеются на вращающиеся детонационные двигатели для питания будущего

Navy researchers look to rotating detonation engines to power the future
Исследователи NRL сконструировали модель вращающегося детонационного двигателя.

(Phys.org). В связи с сильной зависимостью от газотурбинных двигателей в качестве силовых установок ВМС США всегда ищут способы улучшить потребление топлива этими двигателями. В Лаборатории военно-морских исследований (NRL) ученые изучают сложную физику вращающихся детонационных двигателей (RDE), которые предлагают потенциал для значительной экономии за счет снижения расхода топлива в газотурбинных двигателях, — объясняет д-р.Кажикатра Кайласанатх, возглавляющий Лаборатории вычислительной физики и гидродинамики NRL.

Многие самолеты ВМС используют газотурбинные двигатели в качестве силовых установок, при этом газотурбинные двигатели ВМФ принципиально аналогичны двигателям, используемым в коммерческих самолетах. Военно-морской флот также зависит от газотурбинных двигателей, которые обеспечивают движение и электричество для многих своих кораблей. Даже по мере того, как корабли будущего будут двигаться к модели «полностью электрической» двигательной установки, им по-прежнему будут нужны газотурбинные двигатели для выработки электроэнергии для двигательной установки и других критических систем.Таким образом, создание газотурбинного двигателя, который сможет удовлетворить потребности ВМФ в боевых кораблях и обеспечить экономичный двигатель, является приоритетной задачей для исследователей.

ВМС США считают газотурбинные двигатели привлекательными, поскольку они хорошо масштабируются до большой мощности, относительно малы и автономны и относительно просты в обслуживании. Газотурбинные двигатели, которые использует сегодня флот, основаны на термодинамическом цикле Брайтона, в котором воздух сжимается и смешивается с топливом, сжигается при постоянном давлении и расширяется для работы либо для выработки электричества, либо для движения.Чтобы значительно улучшить характеристики газотурбинных двигателей, исследователям необходимо выйти за рамки цикла Брайтона и изучить альтернативные и, возможно, более инновационные циклы.

Navy researchers look to rotating detonation engines to power the future
По оценкам исследователей NRL, модернизация двигателей на существующих кораблях ВМФ, таких как USS Arleigh Burke, изображенных здесь, с помощью вращающейся детонационной технологии может привести к экономии в миллионы долларов в год.Фото: ВМС США / специалист по массовым коммуникациям 1-го класса Томми Ламкин

Исследователи из

NRL считают, что одной из привлекательных возможностей является использование цикла детонации вместо цикла Брайтона для питания газовой турбины.NRL находится в авангарде этого исследования в течение последнего десятилетия и играет важную роль в разработке двигателей с импульсной детонацией (PDE).

Вращающийся детонационный двигатель (RDE) — еще более привлекательная и отличная стратегия использования детонационного цикла для повышения эффективности использования топлива. Исследователи NRL построили модель для моделирования RDE, взяв за основу более ранние работы, проделанные в области общих взрывов.

Исследователи

NRL считают, что RDE могут удовлетворить 10% -ное увеличение требований к мощности, а также 25% -ное сокращение использования топлива для будущих приложений ВМФ.В настоящее время на 129 кораблях ВМС США установлено около 430 газотурбинных двигателей. Эти двигатели ежегодно сжигают топлива на сумму около 2 миллиардов долларов. По оценкам исследователей, модернизируя эти двигатели с помощью вращающейся детонационной технологии, ВМФ может сэкономить от 300 до 400 миллионов долларов в год.

Подобно PDE, RDE могут стать прорывной технологией, которая может значительно изменить топливную эффективность кораблей и самолетов; однако есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть, прежде чем преимущества будут реализованы, — объясняет д-р.Кайласанатх. Ученые NRL в настоящее время сосредотачивают свои текущие исследовательские усилия на том, чтобы лучше понять, как работает RDE и какой тип производительности может быть реально реализован на практике.


Уникальная исследовательская лаборатория занимается повышением эффективности авиационных двигателей


Предоставлено
Лаборатория военно-морских исследований

Цитата :
Исследователи ВМФ надеются, что вращающиеся детонационные двигатели станут источником энергии для будущего (2012, 2 ноября)
получено 31 августа 2020
с https: // физ.org / news / 2012-11-navy-rotating-detonation-power-future.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *