Twarde i detonacyjne spalanie w tłokowych silnikach spalinowych

‹ Poprzedni wpis

5 pomysłów dla aktywnych, by urozmaicić wypoczynek na jachcie

Następny wpis ›

Dlaczego wybiorę łódź motorową zamiast RIBa?

Dodane dnia 26 Lipiec 2016 r.

Procesy spalania w silnikach z zapłonem samoczynnym (silniki Diesla) i z zapłonem iskrowym różnią się od siebie.

W pierwszym z wymienionych silników, wartość średniej prędkości narastania ciśnienia wśr zdefiniowanej na rysunku, wywiera istotny wpływ na charakter pracy silnika z zapłonem samoczynnym. Średnia prędkość narastania ciśnienia nie powinna przekraczać 0,3 do 0,6 MPa na jeden stopień obrotu wału korbowego (na 1oOWK). Przy takiej prędkości można mówić o stosunkowo miękkiej pracy silnika. Przy przekroczeniu wartości 0,7 do 1,0 MPa /1oOWK) praca silnika staje się twarda, silnik pracuje głośno, słychać charakterystyczne, metaliczne stuki, nazywane często młotowaniem silnika i mówi się o tzw. „twardym” spalaniu. Na stopień twardości pracy silnika ma wpływ długość okresu opóźnienia zapłonu. Im bowiem dłużej trwa ten okres, tym więcej paliwa gromadzi się w cylindrze, a to powoduje, że spalanie odbywa się gwałtownie, wywołując dużą prędkość narastania ciśnienia oraz twardą pracę silnika. Tak pracowały silniki starsze wyposażone w klasyczne układy wtryskowe. Słychać to było szczególnie w przypadku silników traktorów, ciężarówek, łodzi i kutrów rybackich, a także maszyn roboczych Dzisiejsze silniki, szczególnie z układami wtrysku Common Rail, pracują bardzo miękko. Niekiedy trzeba się dobrze wsłuchać aby po ich pracy odróżnić je od silników z zapłonem iskrowym.

Spalanie detonacyjne, nazywane częściej stukowym, jest charakterystyczne dla silników z zapłonem iskrowym, co nie oznacza, że pojawia się ono ni stąd ni zowąd w silniku. Główną jego przyczyną jest zbyt duży stopień sprężania w stosunku do liczby oktanowej użytego paliwa. Podczas normalnego spalania (rysunek) zapalona w najbliższym sąsiedztwie świecy zapłonowej część mieszaniny palnej (benzyny z powietrzem) powoduje podgrzewanie powyżej temperatury zapłonu dalszych jej części i w ten sposób spalanie rozprzestrzenia się na cały ładunek z prędkością zwaną prędkością przenoszenia płomienia wynoszcą od 20 do 40 m/s. Natomiast przy zbyt wysokim stopniu sprężania, paląca się część mieszaniny nie zdążywszy dość szybko przenieść płomienia, zwiększa swą objętość sprężając gwałtownie pozostałą niezapaloną jeszcze część mieszaniny palnej. W wyniku tego następuje jej samozapłon. Towarzyszy jemu gwałtowne spalanie nazywane detonacją, kilkadziesiąt razy szybsze niż podczas normalnego spalania. Ta prędkość może nawet przekroczyć 1000 m/s, wzrasta temperatura elementów silnika i ciśnienie w przestrzeni spalania. Fala detonacyjna uderzając w ścianki cylindra, głowicy i denko tłoka wywołuje metaliczny dźwięk (słychać wyraźne stukowe spalanie). Detonacja jest dla silnika bardzo szkodliwa. Może spowodować uszkodzenie denek tłoków, gniazd zaworowych, miejscowe przegrzania i odkształcenia.

Odporność paliwa na detonację (stukowe spalanie ) określa liczba oktanowa – LO. Do benzyn dodaje się dostępne i mało szkodliwe alkohole etylowe i etery pełniące funkcje antydetonatorów. Do połowy lat 80 ubiegłego stulecia produkowana była benzyna ołowiowa (etylina). Zawierała ona czteroetylek ołowiu (antydetonator), który powodował odporność benzyny na detonację ale był bardzo toksyczny i uniemożliwiał stosowanie katalizatorów, które niszczył. Z wymienionych powodów etylina została wycofana z produkcji.