Детонация. Откуда она возникает и что это за явление?  Что роднит детонацию с теплотой? Вот малый круг вопросов,  которые необходимо осветить в рамках статей о теплоте.

«Детонация – распространение со сверхзвуковой скоростью зоны быстрой экзотермической химической реакции, следующей за фронтом ударной волны». Такая классическая формулировка данного явления.

Детонация сопровождается распространением ударной волны и выделением большого количества теплоты.  Одним словом, детонация сопровождается разрушительными действиями и весьма опасна. Физическую мощь данного явления человечество испытывало на себе многократно.

Особенно опасна детонация в шахтах, где ударная волна, возникшая при вспышке метана, сбивает каменноугольную пыль со стен, пола и кровли выработки. Образуется пылевая завеса (воздушно-пылеугольная смесь), по которой может пойти фронт горения, поддерживающий ударную волну.

Но детонация опасна не только для человека, она опасна и для машин. Детонация моторных топлив в бензиновых двигателях внутреннего сгорания с карбюраторным впрыском приводит к его чрезмерно быстрому износу и выходу из строя. Если в двигателе слышны металлические стуки, водители их диагностируют как «стук клапанов» или «стук (звон) пальцев», на самом деле, это проявление детонации. Во многих трактатах пишут, что детонация может возникнуть из-за раннего зажигания, т.е. горючая топливная смесь сгорает еще до того момента, когда поршень еще не достиг ВМТ (верхней мертвой точки). Я не отношу данный процесс к детонации, хотя происходит ударное давление газа в противоход поршню, что и создает металлический звук. В данном случае возгорание топливной смеси возникает вследствие действия раннего зажигания.

Детонация, в чистом виде – это процесс возгорания топливной смеси без участия зажигания – дизелинг. Например, такое явление может возникнуть в случае перегрева двигателя. Водитель поворачивает ключ в замке зажигания в положение «выключено», а двигатель с повышенной вибрацией и на малых оборотах продолжает работать, на сленге водителей – это «калильное зажигание». Хочу сразу акцентировать, что калильное зажигание, например от светящегося нагара, это тоже не детонация. Двигатель в данном случае может устойчиво работать некоторое время за счет поджига от высокотемпературного нагара.

Детонация может возникнуть и при использовании низкооктанового бензина в двигателях с большой компрессией. В данном случае процесс возгорания горючей смеси возникает из-за ее перегрева и немного раньше, чем проскочит воспламеняющая искра. Происходит детонационный взрыв, который сопровождается ударной волной и металлическим звоном. В данном случае причиной детонации является, например, использование бензина А-76 вместо А-95. Если после выключения двигателя его еще «трясет», значит, он жив!

Детонация в ДВС достаточно хорошо исследована и в борьбе с ней выработано много методов борьбы. Это применение различных присадок к топливу, позднее зажигание, обогащение смеси, электронное управление и другие технические приемы.

Если в бензиновом двигателе с детонацией борются всеми доступными методами, то, примерно такой же двигатель внутреннего сгорания под названием «дизель» без детонации вообще работать не будет. Данный двигатель можно назвать детонационным, т.к. в нем отсутствует система зажигания, а горючая смесь воспламеняется от сильного сжатия и высокой температуры. Когда поршень сжимает воздух в цилиндре и уменьшает его в объеме в 16 – 20 раз, и доходит до положения ВМТ, подается импульс порции топлива, пары которого воспламеняются и сгорают вместе с воздухом. Данный цикл повторяется через два (двухтактный) или через четыре такта (четырехтактный двигатель).

Интересна история создания дизельного двигателя. Немецкий изобретатель Рудольф Дизель получил патент на новый двигатель 23 февраля 1893 года. Интересная дата для Советской Армии. Изобретатель предполагал, что его детище будет работать на каменноугольной пыли, очевидно, считая, что этим он поможет вычистить шахты Рурского бассейна, и избавит горняков от опасности детонационного взрыва. Первые опыты показали непригодность каменноугольной пыли в качества топлива из-за ее высоких абразивных свойств, а также золы, являющейся следствием сгорания. Возникли серьезные проблемы с дозировкой и подачей данного топлива в рабочий объем машины, в результате от пыли пришлось отказаться. Зато отличной альтернативой к использованию в качестве топлива выступили тяжелые фракции нефти.

Первое испытание опытного образца в 1893 году закончилось катастрофой. Произошел взрыв, машину разнесло на части, а сам изобретатель чудом остался жив. Вот она разрушительная сила детонации, а чтобы ее «приручить» требуется познать ее сущность. Дизель был упорным малым и не отступился от своей идеи. Второй экземпляр машины, запущенный через четыре года, проработал без перерыва 17 минут на нефтяном топливе.

Годом позднее на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был запущен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», который по существу уже был праобразцом современного дизельного двигателя. В честь изобретателя получил название «Тринклер-мотор».

В 1898 году некий Эммануэль Нобель приобрел лицензию на двигатель Дизеля и организовал массовое производство на механическом заводе «Людвиг Нобель» в Петербурге. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля получил Гран-при, после чего в Европе его стали называть «русский Дизель».

Еще одно направление поставило человечество себе на службу в использовании детонации. В 70-х годах прошлого столетия стало интенсивно развиваться новая технология получения искусственных "взрывных" алмазов. О высокой теплопроводности данного кристалла было сказано в предыдущей статье.

Алмазы проявили себя не только в ювелирных изделиях, но и в промышленности. Всевозможные напыления алмазных порошков на металлообрабатывающий инструмент, повышает его износостойкость в несколько раз, а производительность повышается на 50%. Алмазные порошки наносятся на дисковые пилы, фрезерный инструмент, сверла, буровые коронки, алмазные фильеры, напильники, надфили и пр. Шлифовальные алмазные порошки и пасты на их основе применяются для тонкой доводки поверхностей различных изделий, в том числе и ювелирных камней на гранильных фабриках.

Новая технология с использованием детонации (взрыва) позволяет синтезировать алмазы из графита. Под  действием высокого давления в ударной волне в нагружаемом образце происходит фазовый переход из графита в алмаз.

А как же возникает эта непонятная детонация, которая приводит к сокрушительному взрыву?  Читаем «Причины детонации».

Назад  Вперед

Детонация, причины детонации, калильное зажигание, теплота