Из опыта своего двигателестроения (в т.ч. и спортивного) набросаю некоторые нюансы работы двигателя. А то, видать, у людей небольшая путаница в голове.

Итак, что такое детонация, откуда она берется и как с ней бороться.

Во многих статьях пишут, что детонация – это процесс сгорания топлива со сверхвысокой скоростью… бла-бла-бла… можете сами найти. Но что-то я не припомню, чтоб объясняли, откуда она возникает. Вот сейчас попробую объяснить более приближенно к практике.

Буду все писать применительно к движкам классического семейства, немного 2108 и попробую их сравнить по детонационной стойкости.

Для начала опишу процесс нормального сгорания топлива. Будем считать, что везде мы используем одинаковый бензин, который самопроизвольно детонирует при давлении 60 атм.

1. Идет такт сжатия в цилиндре. Поршень поднимается вверх, сжимая смесь. К примеру, за 20 градусов до ВМТ, дается искра. При этом давление в цилиндре порядка 5-6 атм. Смесь начинает гореть. Фронт пламени распространяется от свечи. Давление потихоньку возрастает, плюс не забываем, что у нас еще и поршень поднимается.

И вот настал момент, когда поршень дошел до ВМТ, такт сжатия закончился. При этом смесь у нас еще не вся сгорела, а лишь очень малая ее часть. Основное горение будет уже после ВМТ. В момент ВМТ давление в цилиндре, допустим, достигло 20 атм.

2. Поршень опускается вниз, начинается основной процесс сгорания топлива (как бы лавинообразный). При этом получаем, что объем камеры сгорания у нас увеличивается из-за опускания поршня, а давление в цилиндре все еще возрастает.

Оптимальная отдача от движка будет тогда, когда максимальное давление в цилиндре приходится на 12-18 градусов поворота коленвала после ВМТ. При этом давление достигает 40 атм.

Вот это был условно оптимальный процесс сгорания топливной смеси в двигателе (для какой-то определенной скорости вращения КВ и нагрузки на двигатель). При этом видим, что максимальное давление не достигает давления самовоспламенения.

Теперь рассмотрим процесс легкой детонации.

1. Такт сжатия. 35 градусов до ВМТ, дается искра. Начальное давление 5 атм. Смесь горит, поршень поднимается. Но, т.к. процесс горения начался значительно раньше, то уже большая часть смеси успела сгореть. И уже в камере сгорания существуют некоторые зоны, в которых давление поднялось до 40-50 атм. Чуть позже поясню, почему именно некоторые зоны.

2. Поршень пошел вниз, смесь продолжает гореть, давление еще немного возрастает. И вот в этих самых некоторых зонах давление поднимается до 60 атм и происходит детонация.

Ну и детонация – это когда смесь детонирует при движении поршня до ВМТ. Т.е. получается как бы встречная волна. Вот тут как правило перегородки в поршне и осыпаются.

Поехали дальше…

Что это за «некоторые зоны» и откуда они берутся. Как правило, детонации больше всего подвержены самые удаленные участки от свечи. В случае классических движков и движков 2108 – это участки, расположенные напротив свечи в пространстве между поршнем и плоскостью головки блока.

Теперь почему давление в общей камере сгорания не одинаковое. Из курса физики известно, что чем больше скорость, тем меньше давление. А в камере сгорания существуют т. н. зоны турбулентности, где очень высокая скорость газа.

Получаются эти зоны турбулентности следующим образом: при движении поршня вверх, т. к. у нас клиновидная форма камеры сгорания, смесь между поршнем и плоскостью головки выдувается в камеру сгорания в головке и там интенсивно закручивается.

И, кстати, смесь, оставшаяся между поршнем и головой, остается практически без движения. Вот она и является зоной детонации.

Для повышения турбулентности в конце такта сжатия в головке и в поршне делают специальные вытеснители. Если сравнить классическую голову и 2108, то можно увидеть, что в 2108 около свечи в обе стороны расходятся два волнистых вытеснителя. Вот они как раз значительно увеличивают турбулентность смеси и повышают детонационную стойкость двигла 2108 по сравнению с классикой. Плюс еще один момент…чуть позже.

Если рассмотреть 16 кл. движки ВАЗ, то они еще более устойчивы к детонации, т. к. у них свеча практически расположена в центре и нет таких резких зон турбулентности и покоя. Смесь как бы равномерно перемешивается по всему объему камеры сгорания.

Следующий момент, где кроется детонация – это т. н. детонационная щель – пространство между поршнем и плоскостью головки блока. Как я уже говорил, скорость смеси там минимальная. Плюс ко всему очень большую роль играет объем этой щели. Чем больше эта щель, тем большее количество смеси детонирует, тем сильнее выражена детонация.

Поехали на практику…

Рассмотрим движки 2101, 2106, 21213, 2130, 21083. С т. зрения детонации нам необходимы следующие параметры: степень сжатия, недоход поршня до верхней плоскости блока. Считал сам, мог где-нибудь и ошибиться.
2101 (21011): 8.5, 0.1 мм
2106 (2103): 8.5, 1.9 мм
21213: 9.2, 0.58 мм
2130: 9.4, 0 мм
21083: 9.9, 0.4 мм

Для тех, кто хорошо знаком со всеми этими движками, попробуйте вспомнить процесс выставления УОЗ старым дедовским методом: 40 км\ч, 4 передача, тапка в пол.

Так вот на движках 2101, 21011 (1300) детонация не наблюдается даже при сильно уведенном УОЗ, когда движок уже заметно теряет мощность. А ведь единственное отличие – это только размер детонационной щели (недоход + прокладка).

При таком же тесте движки 2103 и 2106 звенят как колокольчики.

По движкам 21213 и 2130. Если честно, сам не ездил, но, судя по параметрам, можно сделать вывод, что 2130 двиг более устойчив к детонации.

По движку 21083: Степень сжатия подняли почти до 10, но благодаря наличию вытеснителей и относительно небольшого недохода детонационная стойкость у него довольно-таки неплохая. Правда, звенят они, суки все равно, особенно в жару ? Но связано это в первую очередь с растягиванием пружин трамблера и большим уводом УОЗ. Стоит только поставить новый трамблер и звон уходит. Ну и на инжекторах 21083 детонация – редкость.

В принципе, и на классических движках такая же тенденция – на трамблере звенит, на мозгах – тишина.

Теперь пару слов о бензине. Процесс горения должен занимать какое-то определенное время. Если оно будет слишком коротким – возможна детонация, если слишком длинным – перегрев выпускных клапанов (вплоть до прогара). В принципе, все это можно корректировать углом опережения зажигания. Так вот при одном и том же давлении, чем выше октановое число, тем дольше горит бензин. Ну или кому как больше нравится – чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость.

Условно для себя я делаю такое разделение:
Октановое число: Степень сжатия:
92 до 10,5
95 10-12
98 12-14
102 13,5-16

Ну и, собственно, для классики лить 95 нет вообще никакого смысла. Иногда даже слышал отзывы, что на 95 машина едет хуже. Это вполне возможно, т. к. отдача от 95-го бензина при таком низком давлении будет меньше, чем на 92-м бензине.

Теперь про то, какой бюджетный двиг я бы себе собрал:

Блок 21213, колено 2130, голова 21213. Но для этого надо будет «побрить» поршни на 1.4 – 1.5 мм. Получается недоход поршня – 0, степень сжатия 10.5 – 11. Бензин, естественно, 95, трамблер выкинуть нафиг и поставить либо МПСЗ, либо Январь 5.1 на ДАДе. Ну и распредвал с подъемом клапана до 11, фазой 260-270 градусов.

Будет очень офигенный трактор с ХХ и до 5000.

Оригинал

29.01.13.