Все что вы хотели знать про детонацию, но боялись спросить.
Когда начинал заниматься настройкой двигателя, самым страшным явлением для меня была детонация. Проблемы вызывало все, начиная от детектирования, заканчивая определением причин. Когда я учился, еще проблемой было отсутствие литературы на эту тему. Странички учебников были зачитаны до дыр в попытке выцепить хоть крохи информации, объясняющие процессы, приводящие к данному явлению. Учился я во времена когда интернет не получил такого распространения, как сейчас и был похож больше на дарк-нет. Найти в нем какую-то информацию, не представлялось возможным. Как в принципе и сейчас, один переписывает у другого и даже ссылки не дает на оригинал. Но, информация присутствует на англоязычных ресурсах, а это уже упрощает поиск. Думаю, стоит сказать, что из моей статьи вы узнаете о природе явления и причинах его возникновения на уровне учебника для ПТУ. Если вам нужна информация по методам детектирования, борьбе с детонацией, анализу возникновения и методам настройки каналов в ЭБУ, боюсь, эта информация будет уже платной по данной ссылке. #
Ну, а если вы только интересуетесь, то в этой статье я расскажу вам про бомж-стал, которым пользовался сам и не раз, будучи новичком. Поехали.
Начать стоит с объяснения процесса сгорания в цилиндре двигателя. Часто слышу, что топливо взрывается в цилиндре двигателя, это меня всегда улыбает. Топливовоздушная смесь не взрывается, она горит и горит послойно. Что значит послойно? Вы, наверное, видели в голливудских фильмах, когда у машины пробит бак и из него вытекает топливо, а главный герой фильма поджигает разлившуюся дорожку бензина и огонь, по этой дорожке, начинает догонять движущийся автомобиль. Ну, так вот, послойное горение — это и есть эта бегущая дорожка горящего пламени. Только воспламенителем служит свеча. Фронт пламени начинает двигаться, от свечи, поджигая все новые и новые слои, предварительно приготовленного топлива. Самый главный закон всего этого, что бы скорость фронта пламени не превышала скорость звука. В среднем значение 15-20 м/с.
В советском учебнике, когда я учился, было написано « Детонация — это превышение скорости горения с выше 2200 м/с». Откуда были взяты эти значения скоростей, я не знаю. Детонации в целом и описанию процесса сгорания было посвящено, не более одного листа из всей книги. Ну и как вам? Такое определение пролило свет на данный феномен. Вот и я тогда ничего не понял. Преподаватели на мои вопросы говорили, что детонация до конца не изучена и тебе не понять, а раз сами академики не знают что это, то тебе и подавно. И вообще, наши полномочия здесь, все! Может преподавателю не хотелось бисер метать перед студентами, которые его не слушали, и хотели стать бизнесменами, киллерами и проститутками. Тогда, в начале двухтысячных, социальное неравенство было велико и росло семимильными шагами. Настолько оно было велико, что преподаватель ездил на работу на трамвае, а его студенты ездили на автомобилях. Студенты могли угостить сигаретой преподавателя, которые тот мог купить такие лишь на праздник. В общем, всем было все равно, и мы весело шагали в Путинско-Дудевкий капитализм.
Но время шло, я набивал шишки при настройке, собирал информацию, читал книги и статьи, разваливал моторы. В моей голове начинала складываться картина детонации как явления. Но все расставила по своим местам статья, на англоязычном сайте. Давайте я попытаюсь ее вам пересказать. В названии статьи была игра слов и называлась она «ТУК-ТУК».
В общем, за границей детонацию относят к одному из типов нарушению процесса сгорания. Суть процесса такова: в процессе сжатия топливовоздушной смеси на такте сжатия, увеличивается температура заряда. Температура этого самого заряда не должна превышать температуру самовоспламенения. Это называется детонационной стойкостью. Топливо не должно самовоспламеняться от сжатия, думаю объяснять не нужно. Хотя нет, давайте я поясню. Если топливо загорается, когда хочет, то процесс горения нарушается, вы не можете получить пиковое давление в точке оптимального угла поворота коленвала. Напомню, это в среднем от 10 до 20 градусов после ВМТ и меняется эта точка из-за длины шатуна и колебаний VE. Но, детонация — это не банальное самовоспламенение смеси. Детонация — это самовоспламенение смеси в дальнем горячем углу камеры сгорания, вызванное ростом давления от распространяющегося фронта пламени, который подожжён искрой. (запомните — Искрой, позже это вам пригодится) Простыми словами, топливовоздушная смесь противостоит самовоспламенению и не загорается от сжатия, но триггером запускающим самовоспламенение является искра. Вот картиночка для понимания, вот прямо на Drive нашел.
Картинка кривенькая, но мне нравится, что нарисован фронт пламени в виде волны.
Вот эта картинка правильнее, но нет фронта пламени. Но, очаг зарождения детонации нарисован правильно, он находится в дальнем углу камеры сгорания и от него плохо отводится тепло.
Нужно понимать, что температура в камере сгорания в разных точках разная. Там, где поток из открывшегося клапана принес холодный свежий заряд, там прохладно. Но, свежий заряд не может равномерно заполнить всю камеру сгорания, будут места, которые не так хорошо очищаются и охлаждаются. И вот такие места становятся очагами развития детонации.
Чем же так опасна детонация? Ведь, по факту, смесь уже горит в цилиндре! Проблема в процессе развития данного явления. Когда в очаге детонации возникает самовоспламенение, то, навстречу фронту пламени начинает двигаться волна из очага детонации. Волны начинают встречаться, ударятся, резонировать и ускорять процесс горения в цилиндре. Из-за этого, по цилиндру начинают носиться волны давления с высокой скоростью (по всей вероятно 2200 м/с, именно это имелось в виду в учебнике), нагревая и разрушая все внутри. Детонация вызывает эрозию поршня, гильзы и головки в очагах возникновения детонации, ломает перегородки между кольцами. Вот график нормального давления сгорания.
Это график давления в цилиндре, но с детонацией. Виден пилообразный график с местами повышения и понижения давления. Графики со старого прибора, картинка так себе по качеству, и нет оси Х для привязки к положению коленвала. Но разрешающая способность датчика, позволяет показать волны давления.
Как идентифицировать детонацию, если вы бомжара? Методов несколько. Метод первый — на слух. Звук детонации легко различим, представляет он из себя металлический звон. Услышать его можно только в нагрузке, в разгоне или при резком открытии дроссельной заслонки при свободном ускорении мотора. При резком открытии заслонки, количество циклов обычно не большое, звук быстро прекращается, когда скачок давления от открытия заслонки уменьшается. Такая детонация не опасна, она слабая. И вызвана она особенность конструкции современных двигателей и огромными заслонками. Почему то заводские калибровщики ее не гасят, толи алгоритм TIP-IN, не позволяет, толи им просто все равно. А вот металлический звук в разгоне, это детонация опасная. Если металлический стук, появляется во время разгона и не прекращается на всем его протяжении, вполне возможно раскрутить мотор до отсечки не получится, он просто развалится раньше. Опытные водители говорят «пальцы стучат». Раньше мне преподаватели говорили, что данный звук вызван выбирающимися тепловыми зазорами в деталях шатунно-поршневой группы вследствие, воздействия на них волн давления, и я верил в это. Теперь же я думаю, что данный звук вызван не только зазорами ШПГ, но волнами давления и звоном блока, который подобен звуку колокола. Ладно, об этом потом, если кому-то будет интересно. Метод хорош для штатного автомобиля, в котором все сделали нормальные конструкторы и инженеры. Позволяет предотвратить дорогостоящий ремонт двигателя, если тот начал детонировать, допустим, по причине повышения степени сжатия или не качественного топлива.
Метод второй, тоже ушами, только при использовании спец-бомж инструмента. Его легко изготовить из материалов, которые покупаются на строительной ярмарке или хозяйственном магазине. Нужно купить противошумовые наушники для работы с бензопилой или триммером. Две муфты с резьбой, диаметром 0.5 дюйма и Y-образный тройник. Еще понадобится хлорвиниловый шланг, что бы соединить наушники. Принцип работы такой: соединяйте все как на фотографии, шланг просовываете в окно, а лучше в отверстие в моторном щите. Шланг укладываете рядом с блоком, желательно в центре блока и как то фиксируется.
Наушники одеваются на вашу светлую голову, и вы начинаете прислушиваться. Задача не простая с начала, все звуки имеют другой тон и слышатся по-другому. Может потребоваться сымитировать детонацию, что бы запомнить, как она звучит, для того, что бы вычленять такой звук из общего шума двигателя. На низких и средних оборотах, звук легко различим, а вот на высоких его тяжеловато вычленять из-за повышения шумности самого мотора. Но вам это придется делать, так как у вас нет денег на нормальный инструмент. Теперь, еще раз по звукам детонации, иногда на турбо моторах звук может слышаться, как лущение семечек. В общем, разберетесь, когда услышите. Не ошибетесь.
Теперь не много трэша. Я много лет отработал диагностом в дилерских центрах и наслушался от клиентов про детонацию на их новеньких машинах. В середине двухтысячных, когда бензин в нашей стране был очень низкого качества, каждый день приезжал человек, и говорил, что у него детонация. Когда начинал расспрашивать, оказывалось все что угодно, но не детонация. Не помню ни одного случая, когда на сток моторе была детонация и ее обнаружил сам клиент. Корни этого социального явления растут из того, что люди пытаются казаться теми, кем они не являются. Так и здесь, водятлы-новички, наслушавшись историй гаражных водил, которые 20 лет за рулем Камаза. И когда Камаз, этого пожирателя дорог, был заправлен ослиной мочой на левой заправке, начинал стразу детонировать. И тут же, наши юные автолюбители, начинают прислушиваться и принюхиваться, когда заправляются, а потом их веселые истории оказываются у меня в ушах. Ну, что сказать, в 98% случаев неопытные водители за детонацию принимают не равномерный холостой ход. Да, автомобили все-таки были не исправны, но видимо, Камазисты, не рассказывали юным водителям про неровный холостой ход. Да и кстати, вопрос к знатокам, на дизеле возможна детонация? Напишите в комментариях.
Думаю, на сегодня хватит. В следующей части, я расскажу про такие явление, как калильное зажигание, предварительное зажигание (pre-ignition), и про феномен называемый low speed pre ignition (LSPI). Так как по звуку доносящемуся из мотора они похожи, но природа возникновения у них разная, а значит и методы подавления данных негативных процессов другие.
Беда с мотором: 4 причины и 5 последствий детонации
Звук детонации напоминает частые звонкие удары по блоку цилиндров, примерно как если бы по нему стучали гаечным ключом среднего размера. Частота пропорциональна оборотам коленвала. Чаще всего детонация происходит в одном, самом нагретом цилиндре. На шоферском жаргоне прошлых лет детонацию называли звоном или стуком пальцев – но никакого отношения к поршневым пальцам природа возникновения звука не имеет.
Чем опасна?
Двигатель, работающий с сильной детонацией и большой нагрузкой, выходит из строя за считаные минуты. Повреждение вызывают как механические напряжения, так и сильный перегрев деталей.
- Чаще всего страдает поршень – деталь, не имеющая непосредственного теплоотвода и изготовленная из сплава со сравнительно низкой температурой плавления.
- Разрушаются перегородки между поршневыми кольцами.
- Возможно подгорание и растрескивание тарелок клапанов, иногда наблюдается прогорание прокладки головки блока цилиндров.
- Порой страдают свечи зажигания.
- Детонация вызывает вибрацию двигателя, что ухудшает смазку трущихся поверхностей и даже может приводить к разрушению поршневых пальцев и шатунных вкладышей.
Как должно быть?
Рабочая смесь воспламеняется от свечи зажигания, после чего фронт пламени распространяется в камере сгорания со средней скоростью 20–30 м/с. Это сопоставимо со средней скоростью поршня на номинальных оборотах, составляющей обычно около 15 м/с. Поэтому горение распространяется от свечи не в виде идеальной полусферы. Большое влияние оказывают завихрения топливовоздушной смеси в цилиндре, которые при конструировании стараются сделать максимально мощными.
А как бывает?
Иногда спокойное, относительно медленное горение смеси превращается в быстрое и взрывообразное – детонацию. Резко увеличивается давление и растет плотность смеси – так возникает ударная волна. Отсюда и самое короткое определение детонации: это процесс сгорания, идущий во фронте ударной волны.
Толщина фронта соответствует всего нескольким длинам свободного пробега молекул. Резкое выделение энергии приводит к возбуждению рядом расположенных молекул, а потому распространение процесса идет очень быстро – со скоростью более 2000 м/с. Мгновенное повышение температуры газа в ударной волне вызывает взрывную реакцию, энергия которой поддерживает распространение волны. Когда эта волна – или волны, если мест самовоспламенения несколько – достигает поверхностей камеры сгорания, появляется характерный металлический стук.
При нормальной работе мотора фронт сгорания повышает давление в цилиндре – собственно, он на это и рассчитан. Он сжимает оставшуюся смесь до 50–60 бар, температура при этом составляет примерно 300˚ С. Если эти параметры превышены, то может возникнуть очаг детонации. Однако эти же параметры должны быть возможно бóльшими для повышения эффективности работы двигателя. Поэтому оптимально настроенным двигателем считается такой, в котором сгорание завершается на грани детонации.
Детонация двигателя: откуда она берется, чем опасна и как с ней бороться
Нажимаете на педаль газа и тут же слышите звонкие постукивания в моторе? Это она и есть – детонация. И не нужно повторять «эксперимент» раз за разом – плохо может кончиться.
Что это такое?
Детонация – это взрывообразное изменение параметров бензовоздушной смеси, заменяющее собой спокойное горение. Резко растет давление, возникает ударная волна, подскакивает температура. При этом появляются новые очаги самовоспламенения смеси. А когда ударная волна добирается до поверхности камеры сгорания, как раз и появляется упомянутый выше характерный стук.
В правильно отрегулированном моторе сгорание смеси завершается на грани детонации. Но стоит ее перешагнуть, как двигатель может отправиться на капремонт, а то и на свалку. Мотор, работающий с сильной детонацией на больших нагрузочных режимах, выходит из строя за считанные минуты. При этом опасность исходит как от механических нагрузок, так и от сильного перегрева деталей. Как правило, страдают поршни: теплоотвода у них нет, а температура плавления материала, из которого они изготовлены, относительно невысокая. Рушатся перегородки между поршневыми кольцами, трескаются тарелки клапанов, прогорает прокладка головки блока цилиндров, разрушаются поршневые пальцы и шатунные вкладыши.
Кто виноват?
Основная причина, о которой говорят еще с жигулевских времен, это бензин с октановым числом ниже рекомендованного. Удивляться нечему: ведь октановое число – это главная характеристика антидетонационной стойкости бензина. В прошедшие времена жигулевские моторы страдали от бездумного применения бензина А-76 вместо АИ-93: его доставали по дешевке и не думали о последствиях. Сегодня многие владельцы также выискивают топливо подешевле, выбирая АЗС с привлекательными ценниками и заливая 92-й вместо 95-го.
Другая распространенная причина возникновения детонации – плохое состояние двигателя. Накопившийся после зимы нагар, моторное масло в камере сгорания – всё это провоцирует неконтролируемое воспламенение смеси. Кроме того, возникновению детонации могут способствовать неудачно проведенный тюнинг или ремонт мотора, вследствие которых степень сжатия становится выше расчетной. Наконец, неумелые попытки снизить расход бензина при движении в натяг на небольших скоростях также могут привести к нежелательным последствиям
Как избежать?
Современные моторы оснащены датчиками детонации, сигналы которых заставляют контроллер, в частности, менять угол опережения зажигания в сторону более позднего. Но эти датчики не всесильны, они работают в узком диапазоне, а потому на каком-нибудь 66-м бензине машина все равно нормально не поедет. К тому же глушить мотор даже при сильной детонации они не будут: это небезопасно. Вдруг, например, вы идете на обгон по встречке, а вам уже сигналят фарами: ты чего, мол? В таких ситуациях глушить мотор никак нельзя: машина должна оставаться управляемой. Поэтому он будет продолжать работать даже с сильной детонацией, а это, как уже отмечалось, очень опасно для его «здоровья».
Советы, как водится, довольно простые. Главное – никогда специально не заправляться бензином с пониженным октановым числом. Разработчик мотора всегда учитывает возможность кратковременных отклонений от нормы по октану, а потому несколько единичек отклонения мотор переживет. Но если, к примеру, заливать тот же 92-й вместо 95-го постоянно, то вместо него однажды можно нарваться, скажем, на какой-нибудь 88-й. А это – приговор двигателю.
При возникновении детонации надо сразу же забыть про любые резкие ускорения. Чтобы исключить подозрения на негодный бензин, желательно сразу же разбавить его чем-то заведомо пригодным, причем можно даже залить даже 98-й. Если детонация исчезнет, то виновник ясен. Если нет – не откладывайте визит на сервис.
Детонация двигателя – причины и способы борьбы
Водителям старой закалки, которые начинали свой автомобильный путь 15-20 лет назад и ранее, вряд ли нужно рассказывать, что такое детонация. Эту информацию они впитывали буквально с первых уроков автошколы, и она была одним из пунктов правильного вождения и обслуживания автомобиля. Характерный звук детонации, который в народе прозвали «стуком пальцев», каждый заучивал буквально с первых километров. Однако начинающие автомобилисты, которые лишь недавно вступили в ряды водителей, могут вообще не знать о таком явлении. Современные автомобили худо-бедно научились бороться с детонацией, и она перестала быть такой распространенной. Но в этом и опасность – сама детонация, как физическое явление, никуда не делась и в современных моторах, при возникновении она все равно наносит сильный вред двигателю, особенно, когда водитель не знает что это такое и как с ней бороться.
Воспламенение смеси в цилиндрах
Что такое детонация?
Говоря научным языков, детонация – это произвольное самовоспламенение смеси в цилиндрах двигателя, которое имеет характер взрывной волны. Именно последний параметр отличает детонацию от других случаев самовозгорания смеси в цилиндрах (например, калильного зажигания). Основная проблема детонации не в том, что топливо-воздушная смесь воспламенилась не в «свое» время, а в том, что скорость распространения этого огня в 500-1000 раз больше чем в случае обычного «поджига» от свечи. Именно ударная волна и приводит ко всем негативным последствиям детонации.
Чтобы было понятно, о какой напасти идет речь, перечислим негативные моменты, которые детонация оказывает на двигатель.
1. Все элементы мотора получают перегрузки, что заметно сокращает их ресурс. Особенно страдают поршни и коленвал.
Поврежденный поршень из-за детонации
2. Из-за повышения температуры увеличивается риск прогара клапанов и прокладки головки блока.
Прогоревший клапан
3. Детонационная волна смывает масляную пленку со стенок цилиндров, что может привести к задирам.
Задир в цилиндре
Кстати, характерный звук при возникновении детонации это вовсе не стук пальцев, как принято считать, а удары взрывной волны от детонации по стенкам цилиндров. Если бы пальцы двигателя были настолько изношены, что издавали бы такие звуки, то владельцу этого мотора надо было бы думать не о детонации, а о капремонте.
Причины возникновения детонации
Понятно, что детонация это прежде всего самовоспламенение. Но почему смесь вообще самопроизвольно загорается? В идеальных условиях этого не происходит, однако стоит появиться нескольким дополнительным факторам и тепловая работа двигателя нарушается. И тут сразу жди детонацию.
1. Неправильное октановое число бензина. Двигатель проектируется инженерами под использование топлива определенного типа. Степень сжатия, форма камеры сгорания, сечение клапанов все это выбирается с учетом характеристик топлива. Если использовать бензин, у которого октановое число ниже, то все расчеты нарушаются, а топливо-воздушная смесь начинает детонировать. Это справедливо и для топлива с различными присадками, которое формально по ОЧ подходит. Кстати, у газа октановое число очень высокое, больше 100, поэтому при работе на газу детонация встречается очень редко.
2. Слишком раннее зажигание. Неправильный угол установки зажигания также один из факторов, которые приводят к детонации. Противоречие в том, что двигатель любит раннее зажигание, но его же любит и детонация, так что при настройке нужно найти компромисс, чтобы двигатель работал хорошо, но без детонации.
Угол опережения зажигания
В карбюраторную эпоху этот навык оттачивали годами, ведь выставлять зажигание приходилось ориентируясь только на слух и ощущения. Инжекторная эпоха эти навыки нивелировала. Теперь зажиганием заведует электронный блок управления, а в самом двигателе встроен специальный датчик. При малейших намеках на детонацию, ЭБУ начинает регулировать угол зажигания. При этом нужно понимать, что его возможности небезграничны – и полностью компенсировать другие факторы ЭБУ не может. Вот почему даже в инжекторную эпоху детонация не является пережитком прошлого.
3. Обедненная топливно-воздушная смесь. Ситуация аналогичная зажиганию, раньше все регулировки были механические и неправильно настроенный карбюратор мог приводить к серьезной детонации, но теперь все в руках электроники, которая очевидных «косяков» не совершает. Не стоит забывать про случаи перепрошивки, когда мотор специально переводят на бедную смесь или проблемы с инжектором, из-за которых смесь в цилиндрах получается неправильной.
4. Неподходящие свечи. Использование свечей с характеристиками, которые отличаются от рекомендованных производителем, тоже может привести к детонации. Смесь сгорает не полностью и ее остатки начинают детонировать.
5. Нагар на стенках камеры сгорания. Закоксованность двигателя тоже один из факторов появления детонации. Слой отложений ухудшает теплоотвод, элементы двигателя сильно нагреваются и от них поджигаются остатки смеси.
Нагар на стенках
6. Манера вождения. Детонация не любит высокие обороты, когда цилиндры быстро «проветриваются», а у несгоревшей смеси мало шансов где-то дополнительно воспламениться. Но детонация любит высокую нагрузку, топлива в цилиндры поступает много и сгорает оно не полностью. Из этого нетрудно сделать вывод – езда на низких оборотах со значительным нажатием педали газа это просто рай для детонации. Водители часто про это забывают – поднимаются в горку на высоких передачах, пытаются резко ускориться чуть ли не с холостых оборотов, не меняют момент переключения передач при увеличении загрузки. Все это способствует детонации. Правда, речь идет только о машинах с механическими коробками передач, «автоматы», вариаторы и «роботы» обычно настраивают, чтобы исключить такие режимы работы.
Борьба с детонацией
Водитель, который не обращает внимание на детонацию, серьезно сокращает ресурс двигателя и приближает его ремонт. Закрывать глаза на регулярное появление детонации нельзя, стоит задуматься над причиной.
1. Владельцу карбюраторного авто нужно проверить зажигание и карбюратор. Зажигание можно диагностировать самому, для этого есть выработанная годами рекомендация. Разогнаться до 40 км/ч, включить 4 передачу (речь, конечно, только о механике) и нажать педаль газа в пол. В идеальной ситуации двигатель должен детонировать буквально пару секунд (если детонации совсем не будет значит зажигание слишком позднее), а потом перейти на нормальный режим работы. Карбюратор в домашних условиях настроить труднее, тут и опыт нужен, и газоанализатор, так что с этим вопросом лучше в сервис.
2. У инжекторных автомобилей появление детонации чаще всего связано с некачественным топливом. Попробуйте поменять заправку или использовать бензин с более высоким октановым числом.
3. Всем водителям, вне зависимости от типа двигателя, стоит оценить манеру вождения. Общая рекомендация – не «насиловать» двигатель на низких оборотах, а выбирать режим работы двигателя в зависимости от степени открытия дросселя. При постоянных стояниях в пробках есть рекомендация периодически раскручивать двигатель до отчески, чтобы сжигать образовавшийся нагар.
Как видите, бороться с детонацией не трудно, но эти простые меры помогут продлить жить двигателя и избавят водителя от многих проблем.