Понятие о явлении детонации

В бензиновых двигателях процесс сгорания начинается после появления искры на электродах свечи и пламя распространяется по камере сгорания первоначально с обычной для нормального сгорания скоростью U„ = 40-60 м/с.

По мере распространения фронта пламени по объему камеры сгорания температура, давление и объем образующихся продуктов сгорания повышаются, что вызывает сжатие еще не сгоревшей горючей смеси. Фронт пламени в этом случае выполняет роль поршня, поджимающего расположенную перед ним горючую смесь, находящуюся в наиболее удаленных от свечи зажигания объемах камеры сгорания (рис. 4.1).

Благодаря повышению давления и температуры в несгоревшей части горючей смеси активно развиваются предпламенные химические реакции, максимально подготавливая ее к самовоспламенению.

Дальнейшее развитие процесса сгорания может заканчиваться различно, в зависимости от сочетания множества случайных факторов. Например, при работе двигателя на бензине, содержащем устойчивые к распаду ароматические углеводороды, образование неустойчивых органических соединений, склонных к самовоспламенению, в массе свежего заряда не достигает критических значений, и сгорание заканчивается нормально, без отклонений.

Однако если используется топливо, содержащее в основном парафиновые и нафтеновые углеводороды, более склонные к распаду с образованием неустойчивых органических соединений, то их образование сопровождается чрезвычайно быстрым их окислением с образованием очага пламени. В этом очаге происходит настолько бурное выделение теплоты, что давление по всей массе газа не успевает вырав-няться. Наблюдается мнкровзрыв небольшой части горючей смеси, и нормально начавшийся процесс сгорания переходит в детонационное сгорание.

При микровзрыве небольшой части горючей смеси образуются первичные, относительно слабые ударные волны, распространяющиеся от очага воспламенения во все стороны по несгоревшему свежему заряду. Во фронте ударной волны в результате ударного сжатия мгновенно повышаются давление и температура горючей смеси, что может быть достаточно для самовоспламенения оставшейся горючей смеси, предельно подготовленной к самовоспламенению.

Воспламенение горючей смеси в результате ударного сжатия во фронте ударной волны сопровождается выделением значительного количества теплоты, которая расходуется на поддержапие ударной волны от затухания и на сжатие очередных слоев свежего заряда. В результате процесс распространения ударной волны превращается в детонационную волну с усилением ударной волны за счет теплоты, выделяющейся при сгорании горючей смеси по пути распространения ударных волн. Во фронте детонационной волны происходит скачкообразное повышение давления (в 1,5-2 раза) и температуры, причем сжатый газ. расположенный непосредственно за фронтом волны, движется в направлении движения фронта со скоростью, превышающей скорость звука. Скорость распространения детонационной волны по камере сгорания достигает 1500-2000 м/с.