Детонаційна стійкість та методи її визначення
Детонаційне згоряння. Під, час роботи двигуна внаслідок деяких причин (підвищеної температури, невідповідності октанового числа бензину вимогам двигуна, невідповідності якості бензину вимогам стандарту тощо) може виникнути детонаційне (вибухове) згоряння робочої суміші або просто детонація. При детонаційному згорянні фронт полум’я поширюється зі швидкістю 1000-2300 м/с, а температура підвищується до 2500-3000 °С.
Механізм детонаційного згоряння робочої суміші ще повністю не вивчений. Найбільше поширення набула теорія органічних пероксидів, згідно з якою детонація виникає в результаті ланцюгових реакцій утворення і розщеплення вуглеводневих пероксидів під дією високих температур і тиску в робочій суміші, яка згоряє в останню чергу. При розщепленні пероксидів виділяється багато теплоти і утворюються нові активні сполуки.
При детонації займається робоча суміш спочатку від іскри свічки запалювання і фронт полум’я при температурі 2000-2500 °С поширюється з нормальною швидкістю. Так згоряє навіть при інтенсивній детонації, як правило, 75 % робочої суміші, а при слабкій — 95%. Інтенсивність детонації визначають за зовнішніми ознаками: характерний звук, чорний дим у відпрацьованих газах.
Із зростанням температури (400-450 °С) і тиску (3-4 Мпа) в частині незгорілої робочої суміші, в результаті передполуменевих реакцій, відбувається попереднє окислення вуглеводнів з утворенням пероксидних сполук. При досягненні відповідної концентрації пероксидів і активних продуктів їх розщеплення на одній ділянці зони незгорілої робочої суміші, внаслідок самозаймання, з’являється осередок полум’я, який поширюється з надзвуковою швидкістю назустріч фронту нормального згоряння. Різко підвищується тиск і температура, внаслідок детонаційної хвилі самозаймається сусідній шар суміші, а новий детонаційний осередок, що утворився, в свою чергу, запалює наступну ділянку суміші і т.д.
Тиск в циліндрі підвищується стрибкоподібно, а потім, вібруючи, зменшується при такті розширення, викликаючи характерний дзвінкий металевий стукіт, внаслідок вібрації стінок і головки циліндрів від ударів у них детонаційної хвилі. Крім того, як вказувалось вище, детонація супроводжується чорним димом у відпрацьованих газах.
Внаслідок детонаційного згоряння двигун перегрівається, працює жорстко і нестійко; його потужність зменшується, а витрати бензину збільшуються. При тривалій роботі двигуна з детонацією прогорають поршні, клапани, поршневі кільця, пошкоджуються підшипники та інші деталі кривошипно-шатунного механізму.
Властивість бензину протистояти детонації оцінюється октановим числом, мінімальне значення якого відображено у марці бензину. Октанове число (ОЧ) бензину дорівнює процентному (за об’ємом) вмісту ізооктану в такій суміші з нормальним гептаном, яка рівнозначна за детонаційною стійкістю даному паливу при стандартних умовах випробування.
. Октанове число визначають порівнянням детонаційної стійкості даного бензину з еталонним паливом, октанове число якого відоме, на стандартному одноциліндровому двигуні зі змінним ступенем-стиску.
За еталонне паливо прийнята суміш з різним вмістом (за об’ємом) двох вуглеводнів — ізооктану (CJIjJ і нормального гептану (С7Ни), а також більш дешеві палива (суміш бензолу з авіаційним бензином Б-70, суміш бензину Б-70 з уайт-спіритом і ал.), протаровані по ізооктану і гептану. Ізооктан має високу детонаційну стійкість, яка умовно прийнята за 100; нормальний гептан — дуже низьку, що прийнята за 0. У випадку, коли потрібно визначити детонаційну стійкість високооктанових бензинів (октанове число більше 100), до Ізооктану додають спеціальну присадку-антидетонатор.
Розроблено і стандартизовано ряд методів визначення октанового числа бензину. Найбільш часто використовується два з них (алив. 3.2) моторний (ОЧ/М) — ГОСТ 511-82 і дослідний (ОЧ/Д) –ГОСТ 8226-82. Оцінка октанових чисел одночасно двома методами дає можливість визначити чутливість бензину до зміни режиму двигуна. Цю чутливість оцінюють різницею октанових чисел, одержаних дослідним і моторним шляхами.
Оцінка детонаційної стійкості бензинів у лабораторних умовах на одноциліндрових двигунах має відносний характер і не завжди збігається з фактичною детонаційною стійкістю бензинів на повно розмірних двигунах в умовах експлуатації. Вважається, що дослідний метод певною мірою характеризує детонаційну стійкість бензину при роботі двигуна в умовах міського руху за порівняно низького теплового режиму. За підвищеного теплового режиму (їзді по ґрунтових дорогах, перевезенні великих вантажів тощо) фактична детонаційна стійкість бензину більше відповідає октановому числу, визначеному моторним методом.
Точніше детонаційну стійкість бензинів визначають на повно-розмірних двигунах у стендових умовах за фактичним октановим числом (ФОЧ) і найточніше .— в умовах доріг безпосередньо на автомобілях за дорожнім октановим числом (ДОЧ). Але оскільки не знайдеться навіть двох двигунів, які однаково оцінюють октанове число бензину, то ДОЧ не може використовуватись як контрольний метод. Тому як компроміс розроблено показник «Антидетонаційний (октановий) Індекс» (АДІ), який являє собою середнє арифметичне з ОЧ/Д і ОЧ/М. Він застосовується в тих випадках, коли законодавство вимагає чіткого позначення октанового числа бензину на паливо роздавальних колонках.