imported>Sldst-bot: Замена параметров ш:rq на вложенные шаблоны с датами установки: style → ш:стиль статьи (2012-07-12), sources → ш:нет источников (2012-10-20)

2025-08-31T03:43:22Z

Замена параметров ш:rq на вложенные шаблоны с датами установки: style → ш:стиль статьи (2012-07-12), sources → ш:нет источников (2012-10-20)

Новая страница

{{эта статья|описывает явление стука в двигателе внутреннего сгорания|Детонация|о детонации как физико-химическом явлении}}

[[Файл:Cliquetis.gif|thumb|Два фронта пламени в камере сгорания, один из которых (слева) вызван преждевременным самовоспламенением]]
'''Сту́к в дви́гателе''' ({{lang-en|engine knock}}) возникает при быстром (взрывном) сгорании топливо-воздушной смеси в [[цилиндр]]е [[двигатель внутреннего сгорания|двигателя внутреннего сгорания]]. На слух он воспринимается как металлический «звон» или стук. Это нежелательный режим работы двигателя, так как в цилиндре возникает повышенное давление и перегрев, и элементы конструкции цилиндра испытывают повышенные нагрузки, на которые они не рассчитаны, мощность двигателя снижается, а выбросы вредных веществ возрастают. При интенсивном воздействии эти нагрузки быстро приводят к повреждению цилиндра и неисправности двигателя.

Стук в двигателе иногда называют детонацией или детонационным сгоранием смеси, однако это название не отражает физику явления. Сгорание смеси в цилиндре двигателя, как при поджигании искрой, так и при преждевременном самовоспламенении смеси в горячих очагах, как правило, не сопровождается образованием [[Детонация|детонационных волн]]. В соответствии с амплитудой волн давления, возникающих в цилиндре при быстром сгорании смеси, различают нормальный режим горения (без стука) и режим, в котором возникает стук. Последний режим, в свою очередь, подразделяется на обычный стук (англ. ''conventional knock'') различной интенсивности и детонационный стук (англ. ''super-knock'' или ''deto-knock'') согласно пиковым значениям давления{{sfn|Reitz e.a., Knocking combustion in spark-ignition engines|2017|p=87}}. Детонационный стук является особенно нежелательным, так как давление, возникающее в волне детонационного сгорания, может сразу разрушить цилиндр.

Возникновение стука связывается с эффектами аномального горения смеси в цилиндре: самовоспламенением смеси до её зажигания искрой или пристеночным воспламенением горячими элементами конструкции или посторонними частицами в цилиндре{{sfn|Heywood, Internal combustion engine fundamentals|1988|p=450}}. Вероятность возникновения стука повышается с увеличением степени сжатия и нагрузки на двигатель, а также с уменьшением октанового числа топлива. Для предотвращения стука применяются электронные системы управления зажиганием, а в топливо добавляют [[Антидетонаторы|антидетонационные присадки]], такие как ММА ([[монометиланилин]]) или МТБЭ ([[МТБЭ|метил-трет-бутиловый эфир]]), в прошлом в этих целях широко использовали [[тетраэтилсвинец]].

== Причины ==
{{Ориссный раздел|дата=2015-01-13}}
При сжатии поршнем топливовоздушная смесь значительно нагревается ([[Адиабатический процесс|адиабатическое сжатие]]), что и обеспечивает лёгкость её воспламенения электрическим разрядом на [[Свеча зажигания|свече зажигания]]. При нормальном характере горения в цилиндре фронт воспламенения распространяется в заряде топливовоздушной смеси за счёт тепловой [[Конвекция|конвекции]]: свежие слои топливовоздушной смеси воспламеняются за счёт нагрева фронтом реакции, кроме того процесс горения инициируется свободными радикалами — продуктами реакции во фронте воспламенения. Это относительно медленный процесс, поэтому фронт спокойного горения стационарной смеси распространяется не быстрее 0,2—0,3 м/сек, то есть, с дозвуковой скоростью.

В работающем двигателе смесь не является стационарной, она очень быстро и турбулентно перемещается со скоростями, имеющими тот же порядок величины, что и скорости движения сопряжённых деталей (поршней, или их аналогов). Поэтому фронт [[горение|горения]] фактически распространяется от свечи к периферии со скоростью порядка единиц-десятков метров в секунду (дозвуковая скорость). При этом, естественно, повышается температура и давление в [[камера сгорания|камере сгорания]], но повышаются равномерно по всему объёму.

При детонации начало распространения фронта горения также повышает температуру и давление в камере сгорания, но этот скачок вызывает воспламенение топливовоздушной смеси уже не теплопроводностью от фронта пламени, а от самого скачка температуры и давления (ударной волны), которая двигается со сверхзвуковой скоростью (относительно скорости звука в воздухе, в цилиндре воспламенение происходит со скоростью звука в сжатом и нагретом газе камеры сгорания), поэтому повышение давления не успевает равномерно распространиться по всему объёму, а концентрируется в зоне фронта ударной волны, где достигает очень больших величин, поддерживающих эту волну далее. Скорость фронта ударной волны составляет порядка сотен и тысяч метров в секунду. Явление сходно со взрывом, близким к [[Бризантность|бризантному]]. Эта ударная волна, натолкнувшись на стенки, создаёт очень большие локальные нагрузки в металле, характерный металлический звук, и при длительном действии может вызвать тяжелые повреждения в двигателе.

Детонационное сгорание возникает, если в силу каких-то причин чрезмерно повышается скорость движения фронта горения, который начинает самоускоряться, быстро доходя до сверхзвуковых скоростей. Такими причинами могут быть чрезмерный нагрев топливовоздушной смеси (в силу различных причин), а также свойства топлива (как изначальные, так и формируемые в ходе рабочего цикла), понижающие его температуру воспламенения (например, из-за накопления органических [[пероксиды|пероксидов]] в ещё несгоревшей части топливной смеси). Детонационное сгорание возникает, когда для воспламенения достаточно только фронта сжатия, идущего от воспламенённого участка (можно называть скачком давления, распространяющегося от точки инициации смеси).<br>Практически, факторами, приводящими к детонации, являются: слишком ранний момент зажигания (давление и температура избыточны); перегрев двигателя, недостаточная детонационная стойкость моторного топлива; снижение детонационной стойкости топливовоздушной смеси при значительном попадании моторного масла в камеру сгорания; избыточные отложения нагара, который может увеличить [[степень сжатия]]. <br> Стойкость топлив к детонации повышают [[антидетонаторы]] (например, [[метил-трет-бутиловый эфир|метил-''трет''-бутиловый эфир]] — который разрешён к применению, или тетраэтилсвинец, который запрещён для автомобилей, и другие добавки).

== Датчики стука ==
Для обнаружения стука в [[Двигатель внутреннего сгорания|двигателе внутреннего сгорания]], на блоке цилиндров размещаются специальные {{не переведено 5|Датчик детонации|датчики детонации|en|Knock sensor}} ({{lang-en|knock sensor}}). Часто роль датчика детонации исполняет пьезоэлемент, который, фактически, представляет собой акустический микрофон. Сильные колебания, возникающие при детонации, передаются через стенку блока цилиндров на датчик, и чем сильнее вибрация, тем больше амплитуда генерируемого электрического сигнала. Сигнал с датчика обрабатывается {{не переведено 5|Электронный блок управления двигателем|электронным блоком управления двигателя|en|Engine control unit}} (ЭБУ) на двигателях с [[Инжекторная система подачи топлива|инжекторной системой подачи топлива]]. В случае обнаружения детонации, ЭБУ уменьшает [[угол опережения зажигания]] (УОЗ) до более безопасного значения.

Электронный блок управления выбирает оптимальный УОЗ исходя из октанового числа топлива, нагрузки на двигатель и наблюдаемых условий возникновения детонации, что позволяет добиться наиболее полного сжигания топливо-воздушной смеси в [[цилиндр (двигатель)|цилиндрах]] и увеличения мощности.

== Детонация и иные явления ==
Детонацию не следует путать с другим отчасти похожим процессом, который носит название '''калильного зажигания'''. В отличие от детонации, возникающей на переходных режимах работы двигателя при разгоне, калильное зажигание возникает при постоянной работе двигателя в режиме, близком к полной мощности. Симптомы его отчасти схожи — стуки в двигателе, внезапные провалы тяги под нагрузкой. Однако природа его иная и состоит в спонтанном самовоспламенении топлива без участия искры при контакте с раскалёнными до температуры в 850…900° С тепловым конусом изолятора свечи зажигания, другими её частями, тарелкой выпускного клапана, локальным дефектом обработки или скоплением нагара на стенке камеры сгорания. Детонационного сгорания при этом не происходит, а происходит лишь смещение момента воспламенения рабочей смеси, примерно как при неправильно выставленном опережении зажигания, а также нарушение предусмотренного конструкторами характера распространения фронта пламени в камере сгорания (из-за того, что её поджиг производится в другой точке). В пределе это может привести к повреждению двигателя — оплавлению свечи, перегреву поршня, прогару выпускных клапанов, но в целом калильное зажигание не столь разрушительно, как детонация. Калильное зажигание устраняется установкой более «холодных» свечей зажигания (с высоким калильным числом, коротким тепловым конусом и хорошим теплоотводом).

Не следует путать детонацию и с иногда встречающимся на карбюраторных моторах явлением самопроизвольной работы двигателя с неустойчивыми оборотами после выключения зажигания (самовоспламенение топлива, «дизелинг»). Сущность его в самовоспламенении подаваемой в цилиндр топливовоздушной смеси, происходящем при вращении коленчатого вала с низкой частотой, продолжающемся после выключения зажигания по инерции. При такой низкой частоте вращения коленвала и, соответственно, скорости движения поршня парам бензина в цилиндре порой хватает времени для того, чтобы самовоспламениться в конце такта сжатия. Их вспышка толкает поршень, который в свою очередь проворачивает коленчатый вал ещё на несколько оборотов. После замедления его вращения возможно повторение процесса, в результате чего возникает иллюзия, что мотор продолжает работать, хотя на самом деле зажигание выключено и частота обращения коленчатого вала намного ниже, чем при холостом ходе, да к тому же не постоянна, поскольку вспышки в цилиндрах (или даже одном единственном цилиндре) происходят нерегулярно. Особенно вероятно возникновение данного явления на новом или недавно отремонтированном двигателе с хорошей компрессией либо на моторе, у которого степень сжатия по причинам технологического характера немного отличается от паспортной в большую сторону (находится в верхней границе технологического допуска). Ничего общего с детонацией или калильным зажиганием это явление не имеет и, в отличие от них, практически безвредно для двигателя, хотя и доставляет беспокойство водителю. Наиболее радикальный способ борьбы с ним — отключение подачи топлива после выключения зажигания за счёт клапана в топливной магистрали.

== См. также ==
* [[Октановое число]]
* [[Детонационная стойкость топлив]]
* [[Разнос двигателя]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
{{книга|автор=Heywood J. B.|заглавие=Internal combustion engine fundamentals|ссылка=https://archive.org/details/internalcombusti0000heyw|издательство=McGraw-Hill|год=1988|allpages=930|isbn=978-0070286375|ref=Heywood, Internal combustion engine fundamentals}}

=== Обзоры ===
{{статья|автор=Wang Zhi, Liu Hui, Reitz R. D|заглавие=Knocking combustion in spark-ignition engines|ссылка=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128516300764?
|издание=Progress in Energy and Combustion Science|год=2017|volume=61|pages=78—112|doi=10.1016/j.pecs.2017.03.004|issn=0360-1285|ref=Reitz e.a., Knocking combustion in spark-ignition engines}}

{{rq|
{{стиль статьи|дата=2012-07-12}}
{{нет источников|дата=2012-10-20}}
}}

[[Категория:Горение]]
[[Категория:Двигатель внутреннего сгорания]]

Стук в двигателе - История изменений

imported>Sldst-bot: Замена параметров ш:rq на вложенные шаблоны с датами установки: style → ш:стиль статьи (2012-07-12), sources → ш:нет источников (2012-10-20)