Причины и последствия детонации в двигателе
Характеристика и последствия детонации
Топливовоздушная смесь за определенное количество градусов до верхней мертвой точки поршня (ВМТ) поджигается искрой от свечи зажигания. Вокруг дугового разряда возникает очаг горения, от которого фронт пламени равномерно направляется к стенкам камеры сгорания. Угол опережения зажигания (УОЗ) для каждого из цилиндров рассчитывается по углу поворота кривошипа и нагрузке на двигатель. На исправном двигателе УОЗ подбирается таким образом, чтобы пиковая энергия от воспламенения ТПВС давила на поршень примерно на 10° после ВМТ. Именно так происходит нормальный процесс горения смеси, при котором заряд выполняет максимум полезной работы, а детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) не испытывают ударных нагрузок.
В случае детонации происходит самопроизвольное воспламенение ТПВС, при котором возникает ударная волна со сверхзвуковой скоростью. Нормальная скорость распространения фронта пламени не превышает 30-40 м/с, тогда как при детонации скорость ударной волны может достигать 2000 м/с.
Последствия детонации:
- Переламывание, оплавление перегородок поршней. Отломанные частицы нередко задирают зеркало цилиндра.
- Прогар днища, трещины, разломы поршней.
Природа явления
С внедрением даунсайзинговых технологий и выявления такого эффекта как LSPI, изучению проблемы детонации стали уделять больше внимания, но знания еще далеко не исчерпывающие. На сегодняшний день специалисты выделяют 2 основные фактора, которые приводят к детонации в двигателе.
- Высокое давление в цилиндре в конце такта сжатия. Давление зависит от фактической степени сжатия. В современном бензиновом двигателе давление на подходе поршня к ВМТ достигает порядка 12 Атм. По мере распространения фронта пламени давление в цилиндре повышается, что создает благоприятные условия для возникновения детонации. Если степень сжатия не будет соответствовать октановому числу топлива, топливо начнет самовспламенятся до подачи искры (преимущественно в жаркое время года). Причина может быть в неподходящей прокладке ГБЦ или появлению на поршнях и стенках ГБЦ большого количества нагара. Раскаленные частицы сажи также могут стать очагом самопроизвольного воспламенения смеси.
- Слишком бедная смесь. Для стехиометрического горения ТПВС должно соблюдаться условие, при котором на 14,7 порций воздуха приходится 1 порция топлива. Допускается незначительное обеднение или обогащение смеси. Обедненная смесь опасна большой долей окислителя (кислорода), из-за чего вблизи разгоряченных стенок камеры сгорания начинаются предпламенные реакции, перерастающие в детонацию.
LSPI
Аббревиатура LSPI (Low Speed Pre-Ignation) обозначает преждевременное зажигание ТПВС, которое характерно для бензиновых турбированных ДВС с непосредственным впрыском. Проблема проявляет себя при движении с постоянной скоростью и невысокими оборотами. У владельцев авто, столкнувшихся с LSPI, при движении по трассе ни с того не сего разламываются, прогорают поршни и трескаются перегородок между кольцами.
Производители присадочных пакетов к моторным маслам после проведения ряда экспериментов пришли к тому, что LSPI возникает в определенных режимах работы двигателя из-за частиц масла. Мелкодисперсные капли при высоком давлении в камере сгорания легко самовоспламеняются, провоцируя детонацию. Тем не менее незначительность принятых изменений в составе моторных масел заставляет усомниться в верности гипотезы. А не очередной ли это маркетинговый ход, направленный на увеличение продаж масел?
Несколько простых советов, которые помогут уберечь турбированный бензиновый ДВС с непосредственным впрыском от LSPI:
- заправляйте автомобиль на проверенных АЗС бензином с октановым числом не ниже АИ-98. Езда на АИ-95 допустима только в зимнее время и при условии спокойного стиля вождения;
- следите за расходом масла. Неэффективная работа маслосъемных колец, задубелые сальники клапанов и неисправная система вентиляции картера способствуют прогару и оплавлению поршней;
- периодически проводите капельный тест масла, период замены рассчитывайте по моточасам, а не по пройденным километрам;
- владельцам авто с МКПП стоит научиться правильно педалировать. К примеру, вовремя переходить на пониженную ступень и не нажимать педаль газа в пол с низких оборотов.
Как уберечь двигатель?
Владельцу современного авто для предотвращения детонации достаточно заливать бензин с рекомендованным октановым числом. Чем технологичнее и более форсирован двигатель, тем большие требования выдвигаются к качеству бензина. В случае фрезеровки ГБЦ, БЦ следует правильно подобрать толщину прокладки блока цилиндров. Иначе объем камеры сгорания уменьшится и придется переходить на бензин с большим октановым числом. К аналогичным последствиям ведет обрастание стенок плотным слоем нагара. Происходит это при постоянной эксплуатации автомобиля в зоне низких оборотов. Поэтому периодически двигателю нужно давать продышаться – поднимайте на разгоне обороты выше 2,5-3 тыс./мин.
В остальном система управления двигателя (ECM) с распределительным впрыском через обратную связь по датчику детонации (ДД) способна предотвращать разрушительные процессы. ЭБУ при фиксации детонирования топлива откатывает УОЗ, делая его максимально безопасным.
В случае обнаружения обрыва цепи ДД ECM превентивно откатывает углы зажигания, заставляя двигатель работать в аварийном, но максимально безопасном режиме.
