Детонация двигателя: что это, причины и последствия

Двигатель внутреннего сгорания является одним из древнейших изобретений эпохи первой промышленной революции, состоявшейся в далёком XIX веке. Однако, эта конструкция получилась настолько успешной, что работает и теперь, спустя почти полтора века после её изобретения. Несмотря на постоянные усовершенствования, базовые принципы работы ДВС остаются неизменными: преобразование энергии сгорания топлива в крутящий момент приводящий в движение ведущие колёса. При сохранении неизменного требования постоянного смазывания деталей механизма.

Есть ли связь моторного масла с детонацией и почему сайт, продающий моторное масло рассказывает о детонации? Попробуем разобраться в данной статье.

Что такое детонация?

Детонация в двигателе внутреннего сгорания является одним из наиболее опасных нарушений работы мотора, которое приводит к его поломке. Детонация, или взрыв топливно-воздушной смеси в камере сгорания ДВС является неконтролируемым, взрывным процессом воспламенения смеси в то время, как в норме смесь должна сгорать, равномерно расширяясь в объёме и толкать поршень.

Цилиндропоршневая группа

Задача поршня принять на себя энергию сгорания, перевести её в поступательное движение шатуна, который передаёт силу движения на колено коленчатого вала, где она преобразуется в крутящий момент. Именно крутящий момент переданный с помощью трансмиссии на ведущие колеса, является главным источником движения автомобиля.

Цилиндропоршневая группа (ЦПГ) двигателя является достаточно сложным кинематическим механизмом, настроенным под конкретные параметры работы ДВС, где плавность движения поршня является важным конструктивным условием надёжности системы. Детонация разрушает сбалансированность системы, нарушает кинематику и приводит к её разрушению.

Механизм возникновения детонации

В нормальном режиме топливно-воздушная смесь после впрыска в камеру сгорания поджигается свечой зажигания, пламя постепенно распространяется от свечи в объёме сгорающей смеси.

При детонации смесь воспламеняется неконтролируемо в разных точках её объёма, из-за чего в рабочем объёме образуются разнонаправленные неравномерные ударные волны, которые сталкиваются с основным фронтом пламени, дестабилизируют равномерность сгорания, создают сильные колебания давления в цилиндре и перегрузки в ЦПГ.

Результатом детонации является перегрев и повышенный износ деталей ЦПГ: прогорание поршней, износ клапанов и сёдел, повреждение прокладки головки блока цилиндров, повреждение цилиндров. Только капитальный ремонт двигателя или его замена могут устранить последствия детонации.

Причины детонации

Низкое октановое число бензина. Одним из направлений совершенствования ДВС стало повышение степени сжатия в камере сгорания. Чем выше сжатие топливно-воздушной смеси, тем больше производится энергии при расширении во время её сгорания. Главной сопутствующей проблемой становится детонация. Главным решением проблемы является повышение октанового числа бензина, что влечёт за собой повышение его цены. Нашли дешёвую заправку? Есть риск покупки некачественного бензина и поломки мотора.

Раннее зажигание. Зажигание смеси в цилиндре в норме должно происходить, когда поршень находится в верхней мёртвой точке, в камере сгорания достигнуто максимальное сжатие, поршень готов к своему рабочему ходу, т.е. вниз. При раннем зажигании поршень продолжает двигаться вверх в то время, как энергия расширяющихся сгорающих газов толкает его в обратном направлении. Возникают разнонаправленные дестабилизирующие силы.

Нагар в камере сгорания. Возникает, когда в пространстве над поршнем присутствует избыточное количество масла вследствие неработающих маслосъёмных колец, оно сгорает вместе с топливной смесью с образованием нагара. Впоследствии детали двигателя с нагаром хуже охлаждаются, являются точками накопления избыточного жара и являются альтернативными точками поджига смеси. Подробнее см. в главе про влияние моторного масла.

Перегрев двигателя. Перегретые детали двигателя также являются альтернативными центрами воспламенения смеси помимо свечи зажигания.

Бедная топливно-воздушная смесь. Недостаток топлива в смеси и как следствие и избыток воздуха приводит большему сжатию воздуха, что повышает нагрев смеси, который также вызывает преждевременное воспламенение.

Влияние моторного масла на детонацию, супер-детонация (LSPI)

Существует два механизма влияния масла на детонацию: прямое и косвенное.

Косвенное влияние происходит через способность масла предупреждать возникновение нагара на деталях двигателя. Хорошее качественное масло препятствует образованию отложений на деталях двигателя, хорошо охлаждает его детали, тем самым не создаёт «горячей точки» в виде нагара. Также нагар в камере сгорания уменьшает её объём и увеличивает степень сжатия в цилиндре, что приводит к детонации.

Масло напрямую влияет на детонацию через механизм LSPI (низкоскоростное предварительное зажигание характерно для современных турбированных двигателей с прямым впрыском. LSPI, или «супердетонация» — это аномальное явление сгорания, которое может возникать в двигателях с прямым впрыском топлива (TGDI). Это явление может возникать, когда топливовоздушная смесь воспламеняется до искрообразования на свече зажигания.

LSPI обычно возникает при высокой нагрузке двигателя на низких оборотах (например, при медленном движении с последующим резким ускорением). LSPI вызывается воспламенением частиц или капель топлива и масла в камере сгорания которые буквально взрываются в камересгорания. В отличие от стука двигателя, связанного с неисправными свечами зажигания, проблемами с опережением зажигания или использованием неподходящего типа топлива, LSPI, как известно, создаёт характерный громкий стук.

Спецификации масел API SP специально разработаны для предотвращения LSPI в двигателях с прямым впрыском топлива (TGDI). API SP представляет собой усовершенствованный вариант API SN — категории масел, разработанной в 2010 году.

Симптомы детонации

Главным симптомом является характерный металлических стук поршневых пальцев при ускорении – палец крепит поршень к шатуну, поэтому первый реагирует на разбалансировку механизма характерным стуком. Вследствие нарушения эффективности сгорания смеси значительно снижается мощность двигателя, что ощущается в первую очередь в снижении приёмистости мотора. Перегрев мотора, угар масла, повышенный расход топлива могут также являться симптомами детонации.

Последствия детонации

Прогорание и разрушение поршней, износ клапанов и сёдел, повреждение прокладки головки блока цилиндров, трещины в цилиндрах – все это является может стать кошмаром автовладельца стоящим перед обездвиженным автомобилем и калькулирующим сумму ущерба от капитального ремонта мотора.

Как предупредить и устранить детонацию

Использовать качественное топливо и качественное моторное масло с рекомендуемыми параметрами, не допускать перегрева мотора и его настройки, во время очередного обслуживания не полениться и заглянуть под клапанную крышку на предмет контроля нагара. В случае обнаружения нагара принять меры к его устранению: устранить дефекты двигателя, перейти на дорогое масло с высокими моющими характеристиками. Ни в коем случае не использовать промывочные масла!

Заключение

Детонация — это опасное явление, которое нельзя игнорировать. Важно вовремя распознавать симптомы, использовать качественное топливо и подходящее моторное масло, а также следить за техническим состоянием двигателя. Правильный уход позволит избежать дорогостоящего ремонта и продлить срок службы автомобиля.

Частые вопросы и ответы о детонации

Можно ли ездить с детонацией?
Нет. Даже кратковременная детонация вызывает ударные нагрузки на поршневую группу. Продолжительная эксплуатация с этим дефектом приводит к разрушению поршней и клапанов.

Может ли моторное масло вызвать детонацию?
Неподходящее масло — косвенно да. Слишком вязкое масло ухудшает охлаждение, а дешёвое с низкой термостабильностью ускоряет образование нагара. Всё это повышает риск детонации.

Как отличить детонацию от обычного стука двигателя?
Детонация проявляется характерным «металлическим звоном» при разгоне и нагрузке. Стук механизма ГРМ или шатунов обычно слышен на холостом ходу и не зависит от топлива.

Нужно ли использовать присадки для защиты от детонации?
Использовать можно, но только проверенные присадки и в случаях, когда есть рекомендации производителя. Основное средство профилактики — качественный бензин и правильное масло.

Почему детонация чаще возникает летом?
Из-за высокой температуры воздуха и перегрева двигателя топливо быстрее самовоспламеняется, особенно если октановое число занижено.

Правильного выбора и профессионального применения!