Detonarea Motor - rău sau bun

Procesul de detonare în motoarele de mașini și motoare, alte echipamente am folosit pentru a menționa doar într-un sens negativ. Sunetul zăngănit de metal în motor, mai ales atunci când se utilizează benzină cu grad scăzut, care este plină cu motor defect de urgență iminent - toate acestea și este asociat cu un cuvânt foarte neplăcut „detonare“. În special predispuse la detonare motoare puternice de curse, sau supuse tuning pentru a crește puterea motoarelor de producție, care împiedică acestea din urmă trebuie să utilizeze tipuri speciale și foarte scumpe benzine cu un număr mare octanică - până la 120 de unități.

Lovirea de ardere este numit astfel deoarece caracterul său diferă foarte mult de procesul normal de ardere lentă și treptată a amestecului de lucru. In procesul de ardere normală frontul flăcării cu un dop - distribuit secvențial crescând gama și progresiv de la centrul de aprindere.
În timpul lumânările inițiale de scântei de ardere detonație trece repede în cavitatea o explozie pe întreaga grosime a amestecului combustibil comprimat. În timpul arderii primei porțiuni a amestecului de lucru - un strat în jurul lumânările scânteie - se ridică imediat brusc presiunea și temperatura în zonele din camera de ardere nu este încă supuse arderii. Dacă porțiunea nearsă a hidrocarburilor de combustibil au o rezistență insuficientă la oxidare prezentă în amestecul de combustibil de aer cu oxigen este de descompunere foarte intensiv începe vaporii de benzină extrem de comprimat așa numitul peroxid (acumularea de compuși de peroxid), și apoi descompunerea explozivă.
La concentrații mari de compuși peroxidici apare explozie volumetric, datorită autoaprinderea lor instantanee pe toată grosimea acestui volum. porțiunea autoaprinderea a amestecului de lucru înaintea frontului flăcării determină restul arderii explozive a combustibilului pe toată grosimea sa, așa-numitul Bătaia.

Sa stabilit experimental că, la un raport de compresie de 8,5 ori mai mare, atunci când presiunea amestecului de lucru comprimat ajunge la 18-20 atmosfere, folosind 92 benzină detonare sgoranet între 3 și 5% din vapori de combustibil. Ceea ce este considerat o figură foarte acceptabilă. La atingerea presiunii de compresie de 34 atmosfere (22-23 compresiune steper), amestecul de lucru de vapori de benzină 92 până la 100% arde în modul de detonare - volumul exploziei.

În timpul detonării într-un amestec de lucru foarte comprimat și supraîncălzit în curs de procese complexe care au loc în timpul diferitelor transformări chimice ale combustibilului de hidrocarburi în elemente mai simple, cu eliberarea de molecule de oxigen liber si formeaza diferite tipuri de flacără în dungi. (AS Sokolik motor cu piston în vehicule. Izd. AN SSSR, 1951, p. 37.) Este observarea acestor procese în cazul detonării dau naștere opiniilor experților, care indică faptul că eficiența transferului de energie potențială a legăturilor chimice în energia internă a temperaturilor calde gaze și de înaltă presiune potențială de detonare a energiei în timpul arderii (explozie) - mult mai mare decât în ​​cazul unei combustii normale (lent). Ie exploziv (detonare) combustie dă considerabil mai mare de energie termică a gazelor fierbinți și presiunea decât arderea lentă.

La motoarele convenționale cu piston, unde de șoc de înaltă presiune de detonare „bat“ pelicula de ulei din peretele cilindrului (pistonul începe să se „rupe“ cilindru) este crescută temperatura motorului și duce la supraîncălzire, ceea ce duce la o sarcină mai mare pe balama manivelă comun - mecanism cu manivelă (manivelă) motor și așa mai departe. În unele cazuri, presiunea crește exploziv minovanii înainte de punctul mort superior pistonului, iar acest lucru duce la o pierdere bruscă a puterii și o mare suprasarcini pe tot parcursul manivela, ca primul lucru puls nach presiunea gazului NAET arborelui cotit răsucire „în direcția opusă.“ Prin urmare, motoarele cu piston sunt deteriorate cu ușurință și distruse de către forța titanică a proceselor de detonare. Deosebit de exemplificați motoare „agățate“, care au fost supuse unei sarcini sportive de tuning, astfel - în motorul standard, atunci când de tuning a fost rata de compresie a crescut în mod critic pentru a atinge parametrii de mare putere în curse concurenței Street.
De asemenea, creșterea temperaturii - până la 4000 duce la rapida superioare; arde-piston și o pierdere a proprietăților elastice ale inelelor pistonului, precum și o carbonizare rapidă a uleiului de pe pereții cilindrilor.

Dacă cineva ar putea folosi o energie puternică și de înaltă eficiență modul de ardere de detonare, a apărut la motorul cu combustie internă, ceea ce ar depăși în mod semnificativ nivelul actual de eficiență a motoarelor cu piston contemporane, și puterea specifică (raportul de greutate al motorului la capacitatea acestuia) de două ori la liderii moderni depășeau acest indice - turbine cu gaz, cu 6 kW lor per 1 kg de greutate. În cazul în care un pic cucui în imaginația tehnologică, s-ar putea imagina un motor de mașină sau de exterior, ceea ce ar fi la o greutate de 12-15 kg au avut o putere de 150 kW (aproximativ 200 CP) și cheltui 1,5 - 2 litri de benzină cu cifră octanică mică 100 km. Ie consumul de combustibil al motorului la 60-80 grame de combustibil pe oră pe cai putere. În ciuda faptului că acum cele mai bune din punct de vedere al consumului de motorină eficiență sostayalet 160-170 grame.

Cu toate acestea, arderea detonarea la nivelul actual de dezvoltare tehnologică în domeniul motorului nu este aplicabil din cauza imperfecțiunilor în structura tuturor tipurilor actuale de motoare cu ardere internă. Nici cele mai comune motoare cu piston, chiar și în varianta de reglaj sau sportive versiuni sau motoare Wankel cicloidale (rotație planetară de rotație a rotorului) sau turbina de gaz nu se poate utiliza taxa grele și procesul ultra-eficient.

Singurul tip de tehnologie care utilizează și exploatează în beneficiul unui astfel de principiu - o mașină de construcții, cum ar fi „DAC“ (o mașină de-antrenare a piloților „ciocan diesel“). Energia CDIS explozie puternică a amestecului de lucru (din cauza imens de compresie a cel mai puternic impact ciocan două tone) aruncă zece metri înapoi în sus ciocan acest lucru grele, cu o greutate de două tone. Iar energia exploziei este folosit destul de eficient în toate tipurile de arme de calibru mic și armament de artilerie. Este predispus la detonare bate pe principiul de pulbere neagră, care este folosit în militare ultimii 600 de ani.

Dar aici toate soiurile actuale ale motoarelor cu combustie internă nu sunt proiectate pentru utilizarea de tip knock și utilizarea energiei enorme a procesului. Și acest lucru nu este surprinzător, deoarece aparatul de expansiune pistonului mutat la ICE-s „moștenit“ de la motoarele cu abur, în cazul în care procesele explozive din pereche spațiu de lucru „piston - cilindru“ au fost imposibil, în principiu, și nu este considerat ca un posibil flux de lucru, în general.

De aceea, în motoarele cu piston moderne ale unui mecanism de manivelă, și în turbine cu gaz, cu aproape deschis lor liber în atmosferă a camerelor de ardere, pentru a utiliza energia detonarea exploziei nu este posibilă.

TERMENI ȘI CONDIȚII DE motorul de detonare

Pentru a obține intern (sau extern) cu ardere inline eficient folosind combustia detonație a combustibilului și care este superior celui mai bun reglaj amplificat și supus la motoarele cu piston tradiționale, în care motorul trebuie îndeplinite câteva condiții.
- A) al camerei de ardere nu trebuie să aibă părți în mișcare, care trebuie de asemenea să fie lubrifiate, iar camera de ardere, de preferință, nu trebuie să aibă nevoie de răcire;
- B) o camera de ardere trebuie la un moment dat să fie blocat pentru a crea un volum închis în care într-o presiune brusc în creștere și creșterea temperaturii (proces izocoră) ar putea complet la 100% ard vaporii de combustibil, chiar dacă amestecul de lucru este compoziție foarte slabă (vapori mică benzină - o mulțime de aer);
- B) corpul principal al unui motor trebuie să se miște foarte rapid și ușor - fără a fi nevoie de cicluri alternante „inhibare razgona-“ pentru a depăși forțele de inerție pentru a ține pasul cu grad înalt „eliminate“, fără a se deteriora suprasarcini (adică fără a porni de la poziția de staționare) luate energia gazelor de ardere cu o presiune foarte ridicată;

Când procesele de detonare în timp ce cea mai mare parte de explozie, dar încă a avut loc în ecranul latched, toată energia legăturilor chimice ale combustibilului de hidrocarburi cu un coeficient ridicat de aer în exces (adică, oxigenul va fi suficientă pentru arderea completă a tuturor vaporilor de combustibil), care urmează să fie transformată în energie termică și o presiune ridicată gaze de ardere finală. Ca urmare, toate perechile de combustibil în motor va fi complet incinerat. Acest proces va avea ca rezultat două efecte:
- absența practică a produselor de ardere a combustibilului incomplet în gazele de eșapament, adică ușurinței lor de mediu ridicate;
- la parametrii semnificativ mai mare organism de lucru - de exemplu, gazele de ardere din camera de ardere, se înregistrează o creștere a presiunii și a temperaturii ridicate;

În cazul în care camera de ardere nu este răcit, dar la momentul „exploziei“ blocat și nu poate fi foarte eficient și arde complet amestec de lucru foarte slabă, cu un raport de aer în exces semnificativ și garantat. Ie în cazul în care camera de ardere pentru a face ceramică și o aduce la „alb cald“ - temperatura de 1300-1500 grade, apoi închis într-un volum complet garantat și va arde un amestec de lucru foarte sărace, cu un grad mediu de compresie sale. raportul de exces de aer este de așteptat să semnificativ mai mare decât cea a motorinei. Dacă în motorul convențional cu piston, raportul de greutate al vaporilor de combustibil și de aer are forma 1 la 15, motorul de detonare poate ajunge (pe estimări preliminare) 1 până la 50, cu o creștere corespunzătoare a eficienței funcționării motorului. Ie economia ar trebui să depășească în mod semnificativ recordul -segodnyashny motor diesel pentru eficiență.

Apoi, - în cazul în care o astfel de adiabatic (fără răcire) și detonare (explozive combustie amestec combustibil) motor va primi o mare cantitate de fluid de lucru din camera de ardere (produse de combustie - gazelor fierbinți de înaltă presiune), ceva similar cu motorul va trebui să aibă un volum substanțial al camerei de expansiune, în care va efectua un corp principal de lucru al motorului accident vascular cerebral lung. Și, evident, într-un astfel de motor volumul camerei de expansiune trebuie să depășească în mod considerabil volumul camerei de compresie.
În consecință - pentru a converti în lucru util corpul principal al presiunii de lucru a crescut cantități mari de gaze trebuie să aibă un motor mare, o astfel de turație a motorului. Dar, în motor cu piston este practic imposibilă, la fel ca în aparatul cursei de compresie a pistonului este un curs de expansiune. încercări de a rezolva această problemă în ciclul Atkinson cunoscut - Miller este un proces foarte costisitor, organigrama, și, prin urmare - este ineficient și dificil de aplicat.

O altă dificultate - este ascuțit - aproape de 2 ori - creșterea temperaturii gazului de lucru în cilindru. Cu convențional la aproape 2500 de grade porecla 4000. Această creștere a temperaturii nu poate fi transformată direct în cai putere suplimentară. În Japonia, la sfarsitul anilor '80 multe opțiuni a fost făcut, „uncooled“ - motoare adiabatice, cu cochilii din ceramică și fără un sistem de răcire. Ideea a fost: dvvigatel dacă nu sa răcit, înseamnă că - din cauza creșterii de creștere a temperaturii corpului presiunea de lucru a gazului de lucru pe piston și crește puterea și eficiența motorului. Dar, ca rezultat - doar a crescut considerabil temperaturi de evacuare - până la 1500-1700 de grade. Dar eficienta este crescut doar cu 2-3%, ceea ce nu compensa creșterea bruscă a motorului. Ie în motoarele de detonare trebuie să aibă mecanismul de conversie la locul de muncă a crescut dramatic numărul de pierderi. Ca vidim- în motoarele cu piston, chiar și japonezii nu au reușit să facă.

Deci, în scopul de a utiliza în mod eficient puternică forță a arderii de detonare (explozie) a procesului de vapori de combustibil au nevoie pentru a construi interne (sau externe) de ardere accident vascular cerebral, în care este necesar ca structura să fie aplicate, care furnizează următoarele procese:
--- - uncooled (temperaturi ridicate) în camera de ardere cu rezistență mare la volum constant, ceea ce ar, fără a prejudicia părțile mobile ale motorului ar putea fi „explozii“ de vapori de combustibil;
--- - un astfel de motor de proiectare care funcționează organe, ceea ce ar oferi posibilitatea de a procesa o cantitate mai mare de expansiune a corpului de lucru în ceea ce privește procesul de volum de comprimare;
--- - o organizație de lucru (procesare) procese cu motor, care asigură posibilitatea de a transfera temperaturi ultra înalte de lucru la cald gazele medii în lucrarea la arborele principal;
Se poate observa că prima condiție pentru punerea sa în aplicare oferă ceva ca un motor cu aburi, cazan de combustie externă impuse separat de motorul de expansiune.

Și prima caracteristică principală a acestui motor este procesul de selecție (ciclu) „combustie - formarea fluidului de lucru de temperatură ridicată și presiune ridicată“ într-o separat - ciclul 5a. Acest ciclu se va produce într-un volum proces separat - plasat în afara expansiunii sectorului și camera periodic etanș cu încuietoare de ardere cu volum constant. Acest aparat foto este programată să fie făcută din ceramică, este foarte puternic încălzită și nu necesită refrigerare. astăzi tradițională se combină într-un singur accident vascular cerebral a diferitelor procese, „ardere“ și „expansiune“ din principalele cauze dezavantaje ale motoarelor convenționale cu piston - vezi articolul meu separat. Din această lipsă, am încercat să scape de noul design.
Într-o astfel de cameră din cauza utiliza ieftin low-benzină cu cifra octanică poate aranja vapori de detonare extrem macră amestec de ardere în camera fierbinte la grade destul de medii de comprimare a amestecului de lucru - aproximativ 5 sau 6 ori.

A doua caracteristică a acestei construcții - utilizarea de expansiune rotative mașină mecanism - „tip Tver“, cu diferite sectoare în ceea ce privește compresia și extinderea sectoarelor. Acest lucru permite un raport de compresie suficient medie (5-6 ori), folosind ieftine benzine low octanici primi detonare ardere a amestecului de lucru extrem de slabă blocabile în camera de ardere și apoi evacuarea fluidului de lucru (gaze de ardere la temperaturi ridicate) în volumul considerabil sectoare de expansiune, în care mișcarea cursei de lungime considerabilă.

A treia caracteristică a acestei construcții - „încorpora“ în tact „extinderea de lucru mediu“, „faza de vapori“ specială care se datorează alimentării cu apă se va traduce la temperaturi ridicate ultra (până la 4000 de grade), gazele de lucru din camera de ardere la o presiune ridicată a fluidului masa de lucru a crescut. Datorită vaporizarea temperatura apei de alimentare a fluidului de lucru se va reduce drastic, iar presiunea și masa corpului de lucru - crește brusc. Acest lucru va duce la capacitatea de a face mai mult de lucru în extinderea sectorului. Astfel, motorul va „rece din interior“ și temperatura gazelor de evacuare nu este mare - aproximativ 200-250 de grade.

Astfel, pentru un motor de revoluție a arborelui principal va fi de la 4 la 16 lovituri cu acest indicator cuplu ridicat corespunzător. Pentru referință: 4 tsilidrovy motor 4 timpi dă într-o rotație a arborelui principal o tură completă. aplicare Umăr forței (cuplul umăr) parametri pur geometrice, în motorul rotativ al acestui design în jumătate - de două ori mai mare decât în ​​mașini cu piston.
În consecință - cuplul motorului ca urmare a unei creșteri semnificative a cuplului umăr și numărul de cicluri de lucru pe o rotație a arborelui principal, este de câteva ori mai mare decât în ​​motoarele convenționale cu piston. Și, prin urmare, capacitatea - va fi de multe ori mai mare decât astfel de motoare convenționale.
Dacă este posibil de a îmblânzi detonare de ardere (exploziv) a amestecului aer-benzină și pentru a obține previzibil și eficient funcționează un astfel de proces în camerele de ardere, este posibil să se obțină un nou tip de motor înainte de parametri tehnici fără precedent. Și un astfel de motor este de așteptat să fie de multe ori mai progresiv - mai puternice și mai economice decât motoarele cu piston astăzi existente care rulează pe procesele de ardere a amestecului aer-benzină lent.

Igor Isaev. „Motor rotativ. Trecutul, prezentul și viitorul.“