Детонация Двигател - зло или добро

Процесът на детонация в двигатели на автомобили и двигатели, друго оборудване, ние използвахме да спомена само в негативен смисъл. Тракащ звук на метал в двигателя, особено при използване на нискокачествени бензин, който е изпълнен с предстоящо аварийно повреда в двигателя - всичко това и е свързан с много неприятна дума "детонация". Особено податливи на детонация мощни двигатели за състезателни автомобили, или подложени на настройка за увеличаване на производствените мощност двигатели, които не позволяват на последните трябва да се използват специални и много скъпи видове бензини с високо октаново число - до 120 единици.

Чукат горене е наречен така, защото неговият характер е много различна от нормалния процес на бавно и постепенно изгаряне на работната смес. В нормалния процес на горене на фронта на горене с щепсел - разпространявани от последователно нарастване броя и постепенно от центъра на запалването.
По време на първоначалните детонация горивни запалителни свещи бързо преминава в кухината експлозия през цялата дебелина на сгъстения горими смес. По време на горенето на първата част на работната смес - слой около свещи запалителни - веднага се повишава рязко налягането и температурата в областта на горивната камера не се подлага на горене. Ако неизгорял част от въглеводороди гориво имат недостатъчна устойчивост на оксидиране присъства в горими смес на въздух с кислород е много интензивно разлагане започва силно компресирани бензинови изпарения т.нар пероксид (натрупване на пероксидни съединения), и след това им експлозивен разлагане.
При високи концентрации на пероксидни съединения настъпва обемен експлозия, поради тяхното моментално самозапалване по цялата дебелина на този обем. Самозапалване част на работната смес пред фронта на горене води остатъка от взривно изгарянето на горивото през нейната дебелина, така наречената почукване.

Установено е експериментално, че в съотношение компресия на 8.5-кратно, когато налягането на сгъстения работа сместа достигне 18-20 атмосфери, като се използват 92 бензин детонация sgoranet 3-5% от гориво пара. Какво се счита за много приемлива фигура. При достигане на налягането на компресия от 34 атмосфери (22-23 steper компресия), работната смес от бензин изпарения 92-100% горене в режим на детонация - обем на експлозията.

По време на детонация в силно компресиран и прегрята работа смес подложени на сложни процеси, които се случват по време на различни химични трансформации на въглеводородно гориво в прости елементи с освобождаването на свободни кислородни молекули и образуват различни видове райета пламък. (AS бутален двигател Sokolik в превозни средства. Izd. AN SSSR, 1951, стр. 37.) е наблюдение на тези процеси, в случай на детонация водят до мнението на експерти, които посочват, че ефективността на прехвърлянето на потенциалната енергия на химически връзки в вътрешната енергия на високи температури газове и високо налягане потенциална енергия детонация време на горенето (експлозия) - много по-висока, отколкото при нормално (бавно) горене. Т.е. експлозив (детонация) горене дава значително по-голяма топлинна енергия на горещите газове и налягане от бавно изгаряне.

В конвенционални бутални двигатели шокира високо детонация налягане "чук" на филма масло от стената на цилиндъра (буталото започва да "откъсне" цилиндъра) се повишава температурата на двигателя и да доведе до прегряване, което води до повишено натоварване на шарнирната става манивела - коляно-мотовилковия механизъм (манивела) мотор и така нататък. в някои случаи, налягането се повишава експлозивно minovanii преди бутало TDC, а това води до рязко спадане на мощността и голямо претоварване целия манивелата, като на първия работен пулс Nach налягане на газ naet обрат колянов вал "в обратна посока." Ето защо, бутални двигатели лесно се повреждат и унищожени от титаничната сила на детонация процеси. Особено като пример "притискане" двигатели, които са били подложени на задачи спортни тунинг, такива - в стандартен двигател, когато тунинг е критично повишено степен на сгъстяване за постигане на високи мощностни параметри в състезания, в улицата.
Също така повишена температура - до 4000 degree- води до бързото изгаряне на буталото и загуба на еластичните свойства на бутални пръстени, както и бързо карбонизация на масло на стените на цилиндъра.

Ако някой може да използва мощна енергия и режим на детонация горене висока ефективност, се оказва, че двигателят с вътрешно горене, което значително ще надвиши на сегашното ниво на ефективност на съвременните бутални двигатели, както и специфичната мощност (двигател тегло съотношение с нейния капацитет на) два пъти, за да превъзхождат съвременните лидери този индекс - газови турбини с тяхната 6 кВт на 1 кг тегло. Ако малко бум в технологичната въображение, човек може да си представим, кола или извънбордов двигател, който ще бъде с тегло от 12-15 кг имаше мощност от 150 кВт (200 к.с.) и прекарват 1,5 - 2 литра ниско бензин на 100 км. Т.е. разхода на гориво на двигателя до 60-80 грама на гориво на час на конски сили. Въпреки факта, че в момента най-доброто по отношение на разхода на дизелово гориво ефективност sostayalet 160-170 грама.

Въпреки това, детонация горене на сегашното ниво на развитие на технологиите в областта на двигателя не е приложим поради несъвършенства в структурата на всички настоящи видове двигатели с вътрешно горене. Нито най-често срещаните бутални двигатели, дори и в олицетворение на тунинг или спортни версии или циклоидални тип Ванкел двигатели (ротационен планетарна въртене на ротора) или газова турбина не могат да използват тежкотоварни и ултра-ефективен процес.

Единственият вид технология, която използва и използва в полза на този принцип - строителна машина като "DAC" (машина за купчина шофиране "дизелов чук"). CDI в мощна експлозия енергия на работната смес (поради огромния компресията на най-силното въздействие чук двутонен) хвърля десет метра назад тази тежка работа чук, с тегло два тона. И енергията на експлозията се използва доста ефективно във всички видове малки оръжия и артилерийски оръжия. Той е склонен към детонация чука на принципа на черен прах, който се използва във военните последните 600 години.

Но тук всички текущи разновидности на двигателите с вътрешно горене не са предназначени за използване на чук по вид и предназначение на огромната енергия на процеса. И това не е изненадващо, тъй като машината за разширяване бутало се премества в ICE-те "наследени" от парни двигатели, където взривни процеси в работното пространство двойката "бутало - цилиндър" беше невъзможно по принцип, а не се разглежда като възможен работен процес като цяло.

Ето защо в съвременните бутални двигатели на колянов механизъм, а в газовите турбини, с техния отворен почти свободно в атмосферата на горивните камери, за да се използва енергията на детонацията на експлозията не е възможно.

ПРАВИЛА И УСЛОВИЯ НА детонация двигателя

За да се получи ефективна инлайн вътрешен (или външен) горене чрез взривяване изгаряне на горивото, и което е по-високо до най-добрата настройка подсилен и се подлага на традиционните бутални двигатели, в които двигателят трябва да бъдат изпълнени няколко условия.
- А) на горивната камера не трябва да има движещи се части, които също трябва да бъдат смазани и горивната камера желателно не трябва да има необходимостта за охлаждане;
- B) горивна камера трябва в даден момент да се заключи за създаване на затворен обем, в който в рязко увеличаване на налягането и повишаване на температурата (изохорен процес) може напълно при 100% изгаря горивото пара дори ако работната смес е много лошо състав (малко пари бензин - много въздух);
- В) основното тяло на двигателя трябва да се движи много бързо и лесно - без нужда от редуващи се цикли "razgona- инхибиране", за да се преодолеят силите на инерцията, за да бъдат в крак с модните "изхвърлят", без да вредят на претоварвания (т.е. без да се започне от стационарна позиция), взети енергията на отработените газове на много високо налягане;

Когато детонация процеси, докато по-голямата част от експлозия, но все още задържа в затворено екрана, цялата енергия на химическите връзки на въглеводородно гориво с висок коефициент на излишък въздух (т.е., кислород ще е достатъчно за пълното изгаряне на всички горивни изпарения), за да се преобразува в топлинна енергия и високо налягане крайните горивни газове. В резултат на това всички двойки от горивото в двигателя ще бъде напълно изгарят. Този процес ще доведе до два ефекта:
- практическата липса на непълни горивни продукти гориво в отработените газове, т.е. високата им съвместимост с околната среда;
- до значително по-високи параметри на работа на тялото - т.е. горивни газове в горивната камера, има повишено налягане и повишена температура;

Ако горивната камера не се охлажда, но по време на "експлозия" заключена, и може да има много ефективна и напълно изгаря много лошо работна смес със значително и гарантирано излишък съотношение въздух. Т.е. ако горивната камера, за да керамиката и го донесе на "бял горещ" - температурата на 1300-1500 градуса, а след това я заключи в обем напълно гарантирана и ще изгори много лоша работна смес със средна степен на неговата компресия. Коефициент на излишък на въздух се очаква значително по-висока от тази на дизел. Ако в конвенционален бутален двигател, тегловното съотношение на гориво пара и въздух има формата 1 до 15, за детонация двигателят може да достигне до него (по предварителни оценки) 1 до 50, със съответно увеличаване на ефективността на работата на двигателя. Т.е. икономика трябва значително да надмине рекорда на дизелов двигател -segodnyashny за ефективност.

След това - ако такова адиабатно (без охлаждане) и детонация (взривно горими горивната смес) двигател ще получи голямо количество работна течност от горивната камера (продукти горене - горещите газове с високо налягане), нещо подобно на двигателя ще трябва да има значителен обем на камерата за разширяване, при което ще изпълни дълга тактов двигател основен работен орган. И очевидно, в такъв двигател обема на разширителна камера трябва значително да надвишава обема на камерата за сгъстяване.
Следователно - да се превърне в полезна работа основното тяло на работните повишено налягане на големи суми на газове трябва да има голям двигател като обороти на двигателя. Но в бутален двигател, че е практически невъзможно, тъй като в хода на буталото машината компресия е курс на експанзия. Известен опити за решаване на този проблем в цикъла на Аткинсън - Милър е един много скъп процес, организационна схема, и следователно - е неефективна и е трудно да се прилагат.

Друга трудност - е остър - почти 2 пъти - увеличаване на температурата на газа в цилиндъра. С конвенционалните почти 2500 градуса псевдоним 4000. Това повишаване на температурата не може директно да бъде трансформиран в допълнителен конски сили. В Япония в края на 80-много възможности за това е направено ", неохладената" - адиабатни двигатели, с черупки от керамика и без система за охлаждане. Идеята е: dvvigatel ако не се охлажда, това означава, че - в резултат на увеличението на телесната температура покачване на работното налягане на работния газ върху буталото и увеличаване на мощността и ефективността на двигателя. Но като резултат - само значително повишени температури изгорели - до около 1500-1700 градуса. Но ефективността е нараснал само с 2-3%, което не компенсира рязкото покачване на двигателя. Т.е. в детонация двигатели трябва да имат механизъм за преобразуване на работата драстично увеличаване на броя на загуби. Както vidim- в бутални двигатели, дори и японците не успяха да направят.

Така че, за да се използва ефективно мощната сила на изгарянето на детонация (експлозия) на процеса на гориво пара трябва да се изгради инсулт вътрешна (или външно) горене, в които се изисква структурата да се прилагат, които осигуряват следните процеси:
--- - неохладен (висока температура) горивна камера с висока якост постоянен обем, което би, без да се засяга движещите се части на двигателя може да бъде "експлозия" на изпарения на гориво;
--- - такъв дизайн двигател, работещ органи, които да дават възможност за обработка на повишено количество на разширяване на работния орган по отношение на процеса на обем компресия;
--- - организация работа (обработка) моторни процеси, която осигурява възможност за прехвърляне на свръхвисока температура горещ работен среден газове в работата на основния вал;
Може да се отбележи, че първото условие за прилагането му дава нещо като парен двигател, външно горене на котела, наложено отделно от двигателя на разширяване.

И първият Главната особеност на този двигател е процесът на подбор (цикъл) "горивни процеси - формиране на работната течност с висока температура и високо налягане" в отделно - 5-ти цикъл. Този цикъл ще се случи в отделен обем процес - поставени извън разширяване на сектор и периодично плътно заключващ постоянен обем горивната камера. Тази камера е планирано да бъдат изработени от керамика, че е много силно нагряване и не изисква съхранение в хладилник. Традиционен днес да обедини в един удар на различните процеси, "изгаряне" и "разширяване" на основната причина недостатъците на двигатели с конвенционално бутало - тя видя моята отделна статия. Той е от тази липса, аз просто се опита да се отърве от новия дизайн.
В такъв камера поради използват евтини ниско бензин може да организира детонация изпарения изключително чиста смес горене в гореща камера при доста средните степени на компресия на работната смес - около 5 или 6 пъти.

Втората функция на тази конструкция - използването на ротационен разширение механизъм машина - "тип Твер", с различни сектори по отношение на компресия и разширяване на секторите. Това дава възможност за достатъчно средна компресия (5-6 пъти), като се използват евтини ниско октаново число бензини получават детонация горене изключително бедни работна смес заключващ в горивната камера и след това изваждане на работния флуид (висока температура горивни газове) в разширяване сектори значителен обем, в която инсулт движението на много дълъг.

Третата особеност на тази конструкция - "вграждане" в такт "разширение на работната среда" специални "парната фаза", което се дължи на притока на вода ще превежда свръхвисока температура (до 4000 градуса) работните газове от горивната камера с повишено налягане на работния флуид увеличена маса. Поради изпаряване на температурата на захранващата вода на работния флуид драстично ще намалее, а налягането и масата на работния орган - увеличи рязко. Това ще доведе до възможността да се свърши повече работа в разширяването на сектора. По този начин двигателят ще "готино отвътре" и температурата на изгорелите газове не е висока - около 200-250 градуса.

Така моторно главен вал революция ще бъде от 4 до 16 удара с този показател съответстващ висок въртящ момент. За справка: 4 tsilidrovy 4-тактов двигател дава на един оборот на основния вал един пълен завой. Рамо прилагане на сила (въртящ момент рамо) чисто геометрични параметри, в ротационен двигател на този проект на половина - два пъти по-висока, отколкото в бутални машини.
Следователно - на въртящия момент на двигателя, поради значително увеличение на рамото на въртящия момент и броя на работните цикли за един оборот на основния вал, е няколко пъти по-висока, отколкото в традиционните двигатели бутални. И, следователно, капацитетът - ще бъде много пъти по-голяма от тази на конвенционалните двигатели.
Ако е възможно да се справите детонация (експлозив) горене въздух-бензин сместа и да получите предвидим и ефективно работи като процес, в горивните камери, то е възможно да се получи нов тип двигател преди безпрецедентни технически параметри. И такъв двигател се очаква да бъде много пъти по-прогресивен - по-мощни и по-икономични от съществуващите днес бутални двигатели, работещи на бавен процес на горене въздух-бензин смес.

Игор Исаев. "Ротари двигател. Миналото, настоящето и бъдещето."