I, II, III- продолжительность соответственно начальной,

основной и завершающей фаз горения.

В результате большой скорости и взрывного характера детонационного сгорания часть топлива и промежуточных продуктов сгорания «разбрасываются» по объему камеры, перемешиваются с конечными продуктами и не успевают полностью сгореть. Выхлоп становится дымным, экономичность и мощность двигателя падают. Повышается отдача тепла стенкам камеры сгорания и днищу поршня из-за высоких температур в детонационной волне и увеличения теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа с поверхности металла. Все это приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения камеры сгорания и днища поршня. Одновременно с перегревом ударные волны при своем многократном отражении от стенок могут механически удалять масляную пленку с поверхности гильзы цилиндра и приводить к увеличению износа цилиндров и колец. Вибрационные нагрузки на поршень могут вызывать повышенный износ шатунных подшипников. При длительной работе двигателя с детонацией даже в тех случаях, когда не наблюдается аварийных разрушений, ресурс его работы уменьшается в 1,5 – 3 раза.

Явление детонации вызвано особенностями реакций окисления углеводородов. При окислении углеводородов кислородом воздуха в период подготовки топлива к сгоранию образуются гидроперекиси R-O-O-H, которые распадаются с выделением свободных радикалов. Свободные радикалы инициируют цепные реакции окисления. После того, как рабочая смесь воспламенится от искры, в несгоревшей части смеси возрастает концентрация активных частиц, которые при достижении некоторой предельной концентрации реагируют со скоростью взрыва. Несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное сгорание.

Чем больше скорость образования гидроперекисей в топливовоздушной смеси, тем скорее возникнет взрывное сгорание, и нормальное распространение пламени перейдет в детонационное.

Важнейшей характеристикой детонационной стойкости бензина является октановое число (ОЧ)– показатель, численно равный процентному (по объему) содержанию изооктана в смеси с нормальным гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытуемому в стандартных условиях.

Если, например, испытуемый бензин обладает такой же детонационной стойкостью, что и смесь 76% изооктана с 24 % н-гептана, то октановое число этого бензина равно 76.

Для подбора двигателю бензина с необходимым октановым числом можно воспользоваться следующими выражениями:

ОЧИ=78+D/4 – 6000/ɛ³ – формула НАМИ;

ОЧИ=125,4 – 413/ɛ + 0,183×D – формула Аронова Д.М.;

ОЧИ=78+D/4 – 4756/Р_с^2,205 –формула Кулешова А.С., где

ɛ – степень сжатия; D- диаметр цилиндра, мм; Р_с – давление в конце такта сжатия, кг/см².

Факторы, влияющие на детонационную стойкость бензинов

Химический состав.

Алканынормального строения с числом углеродных атомов до 4 имеют высокие октановые числа, пентан и высшие углеводороды – низкие. Низкая детонационная стойкость алканов объясняется их легкой окисляемостью в условиях предпламенного окисления. Разветвленные алканы обладают более высокой детонационной стойкостью, особенно изомеры с парными метильными группами у одного углеродного атома (изооктан-2,2,4-триметилпентан).

Алкеныимеют более высокие октановые числа, чем соответствующие алканы, а алкены с разветвленной цепью – более высокие октановые числа, чем алкены нормального строения.

Ареныбензольного ряда характеризуются высокими октановыми числами (≈100).

Циклоалканынизшего ряда занимают промежуточное положение между алкенами и аренами. Боковые цепи нормального строения снижают октановое число. Разветвление боковых цепей и увеличение их числа способствуют повышению октанового числа.

Детонационная стойкость индивидуальных углеводородов показана в таблице 5.2.