A motor kopogása ( angolul engine knock ) az üzemanyag-levegő keverék gyors (robbanásszerű) égése során fordul elő a belső égésű motor hengerében . A fül által fémes "csengésként" vagy kopogásként érzékelik. Ez a motor nemkívánatos üzemmódja, mivel a hengerben megnövekedett nyomás és túlmelegedés lép fel, és a henger szerkezeti elemei megnövekedett terhelést tapasztalnak, amelyre nem tervezték őket, csökken a motor teljesítménye, és nő a káros anyagok kibocsátása. Erős erőhatásnak kitéve ezek a terhelések gyorsan a hengerek károsodásához és a motor meghibásodásához vezetnek.
A motorban való kopogást néha detonációnak vagy a keverék detonációs égésének is nevezik, de ez az elnevezés nem tükrözi a jelenség fizikáját. A keverék égése a motor hengerében, mind szikra általi meggyújtáskor, mind a keverék idő előtti öngyulladása során forró pontokon, általában nem jár együtt detonációs hullámok képződésével . A hengerben a keverék gyors égése során fellépő nyomáshullámok amplitúdójának megfelelően különbséget kell tenni a normál (kopogás nélküli) égési mód és a kopogás módja között. Az utóbbi mód pedig a csúcsnyomásértékek szerint változó intenzitású hagyományos kopogásra (angol konvencionális kopogás ) és detonációs kopogásra (angol szuperkopogás vagy detokopogás ) oszlik [1] . A kopogás különösen nem kívánatos, mivel a kopogó égési hullámban keletkező nyomás azonnal tönkreteheti a hengert.
A kopogás előfordulása a keverék abnormális égésének következményeihez kapcsolódik a hengerben: a keverék öngyulladása, mielőtt szikra vagy falközeli gyulladás a forró szerkezeti elemek vagy a hengerben lévő idegen részecskék hatására [2] . A kopogás valószínűsége nő a kompressziós arány és a motorterhelés növekedésével, valamint az üzemanyag oktánszámának csökkenésével. Elektronikus gyújtásvezérlő rendszereket használnak a kopogás megelőzésére, és kopogásgátló adalékokat , például MMA-t ( monometilanilint ) vagy MTBE-t ( metil-tercier-butil-éter ) adnak az üzemanyaghoz, korábban a tetraetil-ólmot széles körben használták erre a célra .
Dugattyúval összenyomva a levegő-üzemanyag keverék jelentősen felmelegszik ( adiabatikus kompresszió ), ami biztosítja, hogy a gyújtógyertya elektromos kisülése miatt könnyen meggyulladjon . A hengerben az égés normális természete mellett a gyújtófront a levegő-üzemanyag keverék töltésében a termikus konvekció következtében továbbterjed: a levegő-üzemanyag keverék friss rétegei meggyulladnak a reakciófront általi melegítés következtében, ezen felül az égés A folyamatot szabad gyökök indítják el – a gyújtófront reakciótermékei. Ez egy viszonylag lassú folyamat, így az álló keverék egyenletes égési frontja legfeljebb 0,2-0,3 m/sec, azaz szubszonikus sebességgel terjed.
Járó motorban a keverék nem áll, nagyon gyorsan és turbulensen mozog olyan sebességgel, amely megegyezik a kapcsolódó alkatrészek (dugattyúk vagy analógjaik) sebességével. Ezért az égési front valójában néhány-tíz méter/másodperc nagyságrendű (szubszonikus sebesség) sebességgel terjed a gyertyától a perifériáig. Ebben az esetben természetesen az égéstér hőmérséklete és nyomása növekszik, de egyenletesen nő a térfogatban.
A detonáció során az égésfront terjedésének kezdete az égéstérben a hőmérsékletet és a nyomást is növeli, de ez az ugrás már nem a lángfront hővezető képessége, hanem a hőmérséklet és nyomás hatására okozza a levegő-üzemanyag keverék begyulladását. maga az ugrás (lökéshullám), amely szuperszonikus sebességgel mozog (a hangsebességhez viszonyítva a levegőben, a hengerben a gyulladás hangsebességgel történik az égéstér sűrített és felmelegített gázában), így a nyomásnövekedés nincs ideje egyenletesen eloszlatni a térfogatban, hanem a lökéshullámfront zónájában koncentrálódik, ahol nagyon nagy értékeket ér el, amelyek tovább támogatják ezt a hullámot. A lökéshullámfront sebessége másodpercenként száz és ezer méter nagyságrendű. A jelenség hasonló egy robbanáshoz közeli robbanáshoz . Ez a falakat érő lökéshullám nagyon nagy lokális terhelést hoz létre a fémben, jellegzetes fémes hangot, és hosszan tartó hatás esetén súlyos károsodást okozhat a motorban.
Detonációs égés akkor következik be, ha valamilyen oknál fogva az égési front sebessége túlzottan megnő, ami öngyorsulni kezd, gyorsan elérve a szuperszonikus sebességet. Ilyen okok lehetnek a levegő-üzemanyag keverék túlzott felmelegedése (különböző okok miatt), valamint az üzemanyag olyan tulajdonságai (mind a kezdeti, mind a működési ciklus során kialakult), amelyek csökkentik a gyulladási hőmérsékletét (például a szerves anyagok felhalmozódása miatt). peroxidok az üzemanyag-keverékek el nem égett részében). Detonációs égésről akkor beszélünk, ha a gyújtáshoz csak a meggyújtott területről érkező kompressziós front elegendő (ezt a keverék kezdési pontjától terjedő nyomásugrásnak nevezhetjük).
A gyakorlatban a detonációhoz vezető tényezők a következők: túl korai gyújtási időzítés (a nyomás és a hőmérséklet túlzott); a motor túlmelegedése, a motorüzemanyag elégtelen robbanásállósága; a levegő-üzemanyag keverék robbanási ellenállásának csökkenése a motorolaj jelentős bejutásával az égéstérbe; túlzott koromlerakódások, amelyek növelhetik a tömörítési arányt .
Az üzemanyagok robbanásállóságát a kopogásgátló szerek (például a metil - terc - butil-éter - amely megengedett, vagy a tetraetil-ólom, amely személygépkocsikhoz tilos) növelik, és egyéb adalékok.
A belső égésű motorokban a kopogás érzékelésére speciális kopogásérzékelők ( angolul kopogásérzékelő ) vannak elhelyezve a hengerblokkon . A kopogásérzékelő szerepét gyakran egy piezoelektromos elem játssza, amely valójában egy akusztikus mikrofon. A detonáció során fellépő erős rezgések a hengerblokk falán keresztül jutnak el az érzékelőhöz, és minél erősebb a rezgés, annál nagyobb a generált elektromos jel amplitúdója. Az érzékelőtől érkező jelet a motor elektronikus vezérlőegysége (ECU) dolgozza fel üzemanyag-befecskendező rendszerrel rendelkező motorokon . Ha kopogást észlel, az ECU biztonságosabb értékre csökkenti a gyújtásidőzítést (IG).
Az elektronikus vezérlőegység az üzemanyag oktánszáma, a motor terhelése és a megfigyelt kopogási viszonyok alapján választja ki az optimális UOS-t, amely lehetővé teszi a hengerekben lévő üzemanyag-levegő keverék legteljesebb égését és a teljesítmény növelését.
A detonációt nem szabad összetéveszteni egy másik, kissé hasonló folyamattal, az úgynevezett izzógyújtással . Ellentétben a detonációval, amely a motor átmeneti működése közben, gyorsítás közben következik be, az izzító gyújtás akkor következik be, amikor a motor folyamatosan a teljes teljesítményhez közeli üzemmódban működik. Tünetei némileg hasonlóak - kopogás a motorban, hirtelen zuhanás a tapadásban terhelés alatt. A természete azonban más, és az üzemanyag spontán öngyulladásából áll, szikra nélkül, amikor érintkezik a 850 °C-ra felmelegített gyújtógyertya-szigetelő hőkúpjával. Ebben az esetben detonációs égés nem következik be, de csak a munkakeverék gyulladási pillanatának eltolódása következik be, körülbelül úgy, mintha a gyújtás időzítése helytelenül lett volna beállítva, valamint megsérti a lángfront terjedésének természetét. a tervezők által biztosított égéstér (mivel más helyen gyújtják meg) . A határértéken ez a motor károsodásához vezethet - a gyertya megolvadásához, a dugattyú túlmelegedéséhez, a kipufogószelepek kiégéséhez, de általában az izzító gyújtás nem olyan pusztító, mint a detonáció. Az előgyújtást a "hidegebb" gyújtógyertyák beépítésével (nagy izzítási számmal, rövid hőkúppal és jó hőelvezetéssel) küszöböljük ki.
A detonációt nem szabad összetéveszteni a karburátoros motorokon olykor előforduló, a motor instabil fordulatszámú spontán működésének jelenségével a gyújtás kikapcsolása után (üzemanyag öngyulladás, „dízelezés”). Lényege a hengerbe szállított levegő-üzemanyag keverék öngyulladása, amely akkor következik be, amikor a főtengely alacsony frekvencián forog, és a gyújtás tehetetlenségi nyomatékkal történő kikapcsolása után folytatódik. Ilyen alacsony főtengely-fordulatszámnál és ennek megfelelően a dugattyú sebességénél a hengerben lévő benzingőznek néha elegendő ideje van ahhoz, hogy a kompressziós löket végén spontán meggyulladjon. A villanásuk megnyomja a dugattyút, ami viszont még néhány fordulatot forgat a főtengelyen. A forgás lelassítása után a folyamat megismételhető, aminek következtében az az illúzió, hogy a motor továbbra is működik, bár valójában a gyújtás ki van kapcsolva, és a főtengely forgási gyakorisága sokkal alacsonyabb, mint alapjáraton, ráadásul nem állandó, mivel a hengerekben (vagy akár egyetlen hengerben) a villanások szabálytalanul jelentkeznek. Ez a jelenség különösen nagy valószínűséggel új, vagy nemrégiben javított, jó sűrítésű motoron fordul elő, illetve olyan motoron, amelynek kompresszióviszonya technológiai okokból felfelé kissé eltér az útlevéltől felfelé (a technológiai tűréshatár felső határán van). Ennek a jelenségnek semmi köze a detonációhoz vagy az izzógyújtáshoz, és ezekkel ellentétben gyakorlatilag ártalmatlan a motorra, bár a sofőrt aggályosnak tartja. Ennek legradikálisabb módja az üzemanyag-ellátás leállítása a gyújtás kikapcsolása után az üzemanyagvezetékben lévő szelep miatt.
Heywood JB A belső égésű motor alapjai. - McGraw-Hill, 1988. - 930 p. - ISBN 978-0070286375 .
Wang Zhi, Liu Hui, Reitz R.D. Kopogó égés szikragyújtású motorokban // Progress in Energy and Combustion Science. - 2017. - Kt. 61. - P. 78-112. — ISSN 0360-1285 . - doi : 10.1016/j.pecs.2017.03.004 .