Detonarea motorului ( în engleză engine knock ) are loc în timpul arderii rapide (explozive) a amestecului combustibil-aer din cilindrul unui motor cu ardere internă . După ureche, este perceput ca un „țiuit” metalic sau un ciocănit. Acesta este un mod de funcționare nedorit al motorului, deoarece presiunea crescută și supraîncălzirea au loc în cilindru, iar elementele structurale ale cilindrului suferă sarcini crescute pentru care nu sunt proiectate, puterea motorului scade și emisiile de substanțe nocive cresc. Când sunt expuse la o forță intensă, aceste sarcini duc rapid la deteriorarea cilindrului și la defecțiunea motorului.
Ciocnirea unui motor se numește uneori detonare sau ardere prin detonare a amestecului, dar acest nume nu reflectă fizica fenomenului. Arderea amestecului în cilindrul motorului, atât atunci când este aprins de o scânteie, cât și în timpul autoaprinderii premature a amestecului în punctele fierbinți, de regulă, nu este însoțită de formarea undelor de detonare . În conformitate cu amplitudinea undelor de presiune care apar în cilindru în timpul arderii rapide a amestecului, se face distincția între modul normal de ardere (fără ciocănire) și modul în care se produce ciocănirea. Acest din urmă mod, la rândul său, este împărțit în detonare convențională (ing. knock convențional ) de intensitate variabilă și detonație (ing. super-knock sau deto-knock ) în funcție de valorile presiunii de vârf [1] . Detonarea este deosebit de nedorită, deoarece presiunea generată în unda de ardere de detonare poate distruge imediat cilindrul.
Apariția loviturilor este asociată cu efectele arderii anormale a amestecului din cilindru: autoaprinderea amestecului înainte de a fi aprins de o scânteie sau aprindere în apropierea peretelui de către elemente structurale fierbinți sau particule străine din cilindru [2] . Probabilitatea de lovire crește odată cu creșterea raportului de compresie și a sarcinii motorului, precum și odată cu scăderea numărului octanic al combustibilului. Sistemele electronice de control al aprinderii sunt folosite pentru a preveni detonarea, iar la combustibil se adaugă aditivi antidetonații precum MMA ( monometilanilina ) sau MTBE (eter metil terțiar butilic ), în trecut plumbul tetraetil fiind utilizat pe scară largă în aceste scopuri .
Atunci când este comprimat de un piston, amestecul aer-combustibil se încălzește semnificativ ( compresie adiabatică ), ceea ce asigură că este ușor aprins de o descărcare electrică pe o bujie . Cu natura normală a arderii în cilindru, frontul de aprindere se propagă în sarcina amestecului aer-combustibil datorită convecției termice : straturi proaspete ale amestecului aer-combustibil se aprind datorită încălzirii de către frontul de reacție, în plus, arderea. procesul este inițiat de radicalii liberi - produși de reacție în frontul de aprindere. Acesta este un proces relativ lent, astfel încât frontul de ardere constant al unui amestec staționar se propagă nu mai repede de 0,2-0,3 m/sec, adică la viteză subsonică.
Într-un motor în funcțiune, amestecul nu este staționar, se mișcă foarte rapid și turbulent la turații care sunt de același ordin de mărime cu turațiile pieselor asociate (piston, sau analogii acestora). Prin urmare, frontul de ardere se propagă de fapt de la lumânare la periferie cu o viteză de ordinul a câțiva până la zeci de metri pe secundă (viteză subsonică). În acest caz, în mod natural, temperatura și presiunea din camera de ardere cresc, dar cresc uniform pe tot volumul.
În timpul detonării, începutul propagării frontului de ardere crește și temperatura și presiunea în camera de ardere, dar acest salt provoacă aprinderea amestecului aer-combustibil nu mai prin conductibilitatea termică din frontul de flăcări, ci din temperatura și presiunea. sare în sine (unda de șoc), care se mișcă cu viteză supersonică (față de viteza sunetului în aer, în cilindru, aprinderea are loc cu viteza sunetului în gazul comprimat și încălzit al camerei de ardere), astfel încât presiunea crește nu are timp să se răspândească uniform pe tot volumul, dar este concentrat în zona frontului undei de șoc, unde atinge valori foarte mari care susțin acest val în continuare. Viteza frontului undei de șoc este de ordinul sutelor și mii de metri pe secundă. Fenomenul este similar cu o explozie aproape de o explozie . Această undă de șoc, lovind pereții, creează încărcări locale foarte mari în metal, un sunet metalic caracteristic, iar cu acțiune prelungită poate provoca daune grave motorului.
Arderea prin detonare are loc dacă, din anumite motive, viteza frontului de ardere crește excesiv, care începe să se autoaccelereze, atingând rapid viteze supersonice. Astfel de motive pot fi încălzirea excesivă a amestecului aer-combustibil (din diverse motive), precum și proprietățile combustibilului (atât inițiale, cât și formate în timpul ciclului de funcționare) care îi scad temperatura de aprindere (de exemplu, datorită acumulării de substanțe organice). peroxizi în partea nearsă a amestecurilor de combustibili). Arderea prin detonație are loc atunci când doar frontul de compresie care vine din zona aprinsă este suficient pentru aprindere (se poate numi un salt de presiune care se propagă din punctul de inițiere al amestecului).
În practică, factorii care conduc la detonare sunt: sincronizarea prea devreme a aprinderii (presiunea și temperatura sunt excesive); supraîncălzirea motorului, rezistența insuficientă la detonare a combustibilului pentru motor; scăderea rezistenței la detonare a amestecului aer-combustibil cu o pătrundere semnificativă a uleiului de motor în camera de ardere; depuneri excesive de funingine, care pot crește raportul de compresie .
Rezistența carburanților la detonare este crescută de agenții antidetonant (de exemplu, metil terț -butil eter - care este permis pentru utilizare, sau tetraetil plumb, care este interzis pentru mașini, și alți aditivi).
Pentru a detecta declanșarea unui motor cu ardere internă , pe blocul cilindrilor sunt plasați senzori speciali de detonare ( în engleză senzor de detonare ) . Adesea rolul senzorului de detonare este jucat de un element piezoelectric, care, de fapt, este un microfon acustic. Vibrațiile puternice care apar în timpul detonării sunt transmise prin peretele blocului de cilindri către senzor, iar cu cât vibrația este mai puternică, cu atât amplitudinea semnalului electric generat este mai mare. Semnalul de la senzor este procesat de unitatea de control electronică a motorului (ECU) la motoarele cu sistem de injecție de combustibil . Dacă se detectează bătăi, ECU reduce timpul de aprindere (IG) la o valoare mai sigură.
Unitatea de comandă electronică selectează UOS optimă pe baza numărului octanic al combustibilului, a sarcinii motorului și a condițiilor de detonare observate, ceea ce permite arderea cea mai completă a amestecului combustibil-aer din cilindri și o creștere a puterii.
Detonarea nu trebuie confundată cu un alt proces oarecum similar numit aprindere strălucitoare . Spre deosebire de detonație, care are loc în timpul funcționării tranzitorii a motorului în timpul accelerației, aprinderea strălucitoare are loc atunci când motorul funcționează în mod constant într-un mod aproape de puterea maximă. Simptomele sale sunt oarecum similare - ciocănirea motorului, scăderi bruște de tracțiune sub sarcină. Cu toate acestea, natura sa este diferită și constă în autoaprinderea spontană a combustibilului fără participarea unei scântei la contactul cu conul termic al izolatorului bujiei încălzit la o temperatură de 850 ... În acest caz, arderea prin detonare nu are loc, ci are loc doar o schimbare a momentului de aprindere a amestecului de lucru, aproximativ ca și cum momentul de aprindere ar fi setat incorect, precum și o încălcare a naturii propagării frontului flăcării în camera de ardere prevazuta de proiectanti (datorita faptului ca se aprinde in alt punct) . În limită, acest lucru poate duce la deteriorarea motorului - topirea lumânării, supraîncălzirea pistonului, arderea supapelor de evacuare, dar, în general, aprinderea strălucitoare nu este la fel de distructivă ca detonarea. Preaprinderea este eliminată prin instalarea de bujii „mai reci” (cu un număr mare de strălucire, con termic scurt și o bună disipare a căldurii).
Detonarea nu trebuie confundată cu fenomenul de funcționare spontană a motorului cu turație instabilă după oprirea contactului care apare uneori la motoarele cu carburator (autoaprindere a combustibilului, „diesel”). Esența sa este autoaprinderea amestecului aer-combustibil furnizat cilindrului, care are loc atunci când arborele cotit se rotește la o frecvență joasă, continuând după ce aprinderea este oprită prin inerție. La o viteză atât de mică a arborelui cotit și, în consecință, la viteza pistonului, vaporii de benzină din cilindru au uneori suficient timp pentru a se aprinde spontan la sfârșitul cursei de compresie. Flash-ul lor împinge pistonul, care, la rândul său, întoarce arborele cotit încă câteva rotații. După încetinirea rotației sale, este posibil să se repete procesul, în urma căruia există iluzia că motorul continuă să funcționeze, deși, de fapt, contactul este oprit și frecvența de rotație a arborelui cotit este mult mai mică decât la ralanti și, în plus, nu este constantă, deoarece sclipirile din cilindri (sau chiar un singur cilindru) apar neregulat. Acest fenomen este deosebit de probabil să apară la un motor nou sau recent reparat cu compresie bună, sau la un motor al cărui raport de compresie, din motive tehnologice, diferă ușor de cel al pașaportului în sus (este în limita superioară a toleranței tehnologice). Acest fenomen nu are nicio legătură cu detonarea sau aprinderea strălucitoare și, spre deosebire de acestea, este practic inofensiv pentru motor, deși provoacă îngrijorare șoferului. Cea mai radicală modalitate de a face față este să opriți alimentarea cu combustibil după oprirea aprinderii din cauza supapei din conducta de combustibil.
Heywood JB Fundamentele motorului cu ardere internă. - McGraw-Hill, 1988. - 930 p. - ISBN 978-0070286375 .
Wang Zhi, Liu Hui, Reitz R.D. Detonarea arderii în motoarele cu aprindere prin scânteie // Progresul în știința energiei și a arderii. - 2017. - Vol. 61. - P. 78-112. — ISSN 0360-1285 . - doi : 10.1016/j.pecs.2017.03.004 .