Влияние частоты вращения коленчатого вала на интенсивность детонации

В условиях эксплуатации при полном открытии дроссельной заслонки двигатель с искровым зажиганием может работать на различных частотах вращения коленчатого вала. При различных частотах вращения склонность двигателя к детонации различна.

На малых частотах вращения коленчатого вала появление детонационного сгорания наиболее вероятно. Возникновение интенсивной детонации объясняется тем, что из-за невысокой турбулизации свежего заряда снижается скорость распространения фронта пламени по объему камеры сгорания. Одновременно повышаются температуры внутренних поверхностей камеры сгорания из-за более длительного контакта с горячими газами в процессе сгорания. В процессе сжатия свежего заряда увеличивается время соприкосновения горючей смеси с горячими поверхностям камеры сгорания, в результате чего температура свежего заряда в конце процесса сжатия значительно увеличивается. В результате замедленного распространения фронта пламени по объему камеры сгорания горючая смесь в наиболее удаленных объемах более длительное время находится под воздействием высоких температуры и давления, вследствие чего концентрация образующихся крайне неустойчивых органических соединений достигает критического значения. Горючая смесь, окисляющаяся в самую последнюю очередь, детонирует.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала повышается скорость вихревого движения свежего заряда в камере сгорания, что приводит к повышению скорости распространения фронта пламени, соответственно сокращается время на развитие предпламенных процессов в последних частях свежего заряда в объеме камеры сгорания. Одновременно в свежем заряде из-за увеличения аэродинамических сопротивлений во впускном и выпускном трактах двигателя возрастает концентрация остаточных газов, содержащих инертные молекулы СО₂, Н₂О, частицы сажи, которые препятствуют образованию органических соединений, склонных к детонационному сгоранию. Совместное действие этих факторов приводит к тому, что с увеличением частоты вращения вероятность детонационного сгорания снижается.


Влияние частоты вращения коленчатого вала на интенсивность детонации зависит от химического состава применяемого топлива. В случае применения топлива, содержащего в основном насыщенные углеводороды (алканы, алкены), склонные к сильной детонации, при увеличении частоты вращении двигателя вероятность детонационного сгорания значительно снижается. Однако в случае применения высокооктанового топлива, содержащего в основном ненасыщенные углеводороды ароматического ряда (цикланы, ароматики), склонность двигателя к детонации практически не зависит от частоты вращения.

На рис. 4.5 представлено изменение требуемых октановых чисел топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя на бензинах, отличающиеся различным химическим составом.



Анализ кривых на рис. 4.5 показывает, что чем больше максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, тем выше допустимая степень сжатия. Наиболее вероятной с точки зрения возникновения детонационного сгорания являются малые частоты вращения коленчатого вала при полном открытии дроссельной заслонки.