Почему происходит детонация в двигателе?

Детонация двигателя: откуда она берется, чем опасна и как с ней бороться

Многие полагают, что современному двигателю, обвешанному датчиками, никакие детонации не страшны: электроника всё вытянет.Но это, к сожалению, не так.

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 в двигателе: откуда она берется и чем грозит

На карбюраторных автомобилях детонация была нередкой гостьей. Более того, ее появление порой было даже желанно! Ниже расскажу, как ее использовали для достижения оптимальной регулировки двигателя.

Пальчики стучат?

Давайте определимся, что же такое детонация и что ее вызывает.

Все, кто хоть когда-то слышал о гражданской обороне и о защите от ядерного взрыва, помнят, что одно из воздействий такого взрыва — ударная волна. Кстати, с ударной волной мы сталкиваемся и при пролете сверхзвукового самолета. Короче, это волна, распространяющаяся в некой среде (в нашем случае — в воздухе) со скоростью звука. Встречаясь с любым препятствием — будь то стена или наши барабанные перепонки — она создает ощутимый удар. Напомним, что скорость звука в воздухе обычно принимается равной 330 м/с.

Теперь отправимся на экскурсию в цилиндр двигателя — в тот момент, когда происходит воспламенение рабочей смеси. Если сгорание идет обычным порядком, то скорость распространения фронта пламени и, соответственно, нарастания давления невелика (обычно до 50 м/с). Но бывает, что создаются условия для сгорания с более высокими скоростями. Нарастание давления происходит со скоростью звука в данной среде. А это уже значительно б ó льшие величины, чем на открытом воздухе, потому что температура в цилиндре заметно выше. Не буду грузить формулами, но поверьте, что скорость звука растет пропорционально температуре.

Так вот, если фронт пламени распространяется со скоростью звука, то ударная волна, имеющая значительную энергию, как раз и заставляет детали двигателя издавать те звуки, которые мы называем детонационными стуками. Вообще, самое короткое и правильное определение детонации — это «сгорание во фронте ударной волны». Звук издают при этом, конечно, не поршневые пальцы. Для этого нужны настолько большие зазоры, что если бы они были, пальцы и на нормальных, рабочих режимах очень быстро разбило. Характерный звук издают стенки камеры сгорания, соприкасающиеся с резкой волной давления. Можно ли этого избежать? Можно.

Опережаем зажигание

Как раньше регулировали угол опережения зажигания? Для этого изменяли начальный угол установки прерывателя — распределителя. Не вдаваясь в конструкцию этого довольно сложного и капризного узла с центробежным и вакуумным регулятором, заметим, что начальная его установка очень влияла на мощностные и экономические характеристики двигателя.

Так вот, следовало установить зажигание настолько ранним, насколько это возможно, но не доводя дело до сильной детонации. Поэтому и проверяли регулировку обычно на ходу: полностью прогретый двигатель, скорость 40 км/ч, четвертая передача, педаль газа в пол. При этом должно было раздаться всего несколько детонационных стуков, напоминавших звонкие удары гаечным ключом по верхней части двигателя. По мере разгона детонация должна была исчезнуть. Практически любой бензиновый двигатель «любит» ездить с возможно более ранним зажиганием, и только детонация, ездить с которой недопустимо, ограничивает его в этом.

На наступление режима детонационного сгорания влияло много факторов. Ускоряли его появление даже незначительный перегрев мотора, а также изменение температуры окружающего воздуха и, конечно, качество бензина. Ведь привычные нам термины — восьмидесятый, девяносто второй, девяносто пятый — это и есть октановые числа топлива! И детонационная стойкость девяносто пятого и девяносто восьмого бензинов выше, чем у устаревшего восьмидесятого.

Так шли дела до появления впрысковых двигателей с «умной» системой управления, имеющей несколько контуров обратной связи.

Распространенное заблуждение

В свое время, еще в девяностых годах прошлого века, я изучал все тонкости впрысковых моторов на примере французского двухлитрового двигателя F3R, устанавливаемого на автомобиль Святогор производства АЗЛК.

Понимая все это, мы вывернули датчик из двигателя, но оставили подсоединенным к блоку управления. То есть система думала, что все исправно, но детонации не ощущала! И вот тут испытуемый зазвенел, как медный колокол.

Вред детонации

Взрывы, конечно, научились использовать в мирных целях, но в случае с детонацией этот фокус не проходит. Не приспособлен двигатель к взрывообразному горению — он любит относительно медленное и плавное протекание процесса. Детонация ускоряет износ деталей кривошипно-шатунного механизма (разбивает, в том числе, и те самые поршневые пальцы, откуда и пошла легенда о стуке пальцев.). Кроме того, повреждается поверхность поршня, причем эрозия идет не только из-за повышенной температуры — ударные волны буквально выкрашивают поверхность поршня и обрушивают перемычки между поршневыми кольцами.

Условия для детонации

Детонацию можно услышать обычно:

  • на сильно нагретом двигателе (на холодном моторе детонации не дождетесь);
  • на автомобиле, заправленном низкооктановым бензином;
  • на режимах большой нагрузки и очень низких оборотов.

Вероятность детонации выше у того двигателя, который длительное время эксплуатировался с минимальными нагрузками и потому страдал от интенсивного нагара в цилиндрах. Реально современные впрысковые двигатели, которые не подвергались тюнингу и имеют исправную систему управления, «отзваниваются» лишь на самых низких оборотах. При условии, что автомобиль оснащен ручной коробкой передач: автомат на такие режимы выйти не позволит.

Часто слышу, как при маневрировании во дворе Форд Фокус 2, работающий в такси (топливо сами понимаете какое), отзванивается в жару. А бывший у нас на испытаниях кроссовер Lada XRAY c двигателем 1.8 производства АВТОВАЗа при потеплении и заливке топлива на «левой» заправке начал сильно детонировать.

Читайте также  Где находится расширительный бачок системы охлаждения двигателя?

Вот вроде бы и всё. Похоже, это явление почти отжило свой век. Найти сегодня откровенно плохой бензин все сложнее, да и машин с механикой с каждым годом продается все меньше, чем с автоматом. А приходилось ли вам сталкиваться с детонацией и с ее последствиями?

Почему детонирует двигатель

Детонация двигателя представляет собой нарушение плавного процесса сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах силового агрегата, в результате чего такое сгорание приобретает взрывной ударный характер. Другими словами, топливо резко взрывается в рабочей камере, что приводит к моментальному выбросу энергии и образованию ударной волны.

В нормальных условиях фронт пламени в цилиндре распространяется со средней скоростью около 30 метров в секунду. Во время детонации данный показатель увеличивается до 2000 метров. Воспламенение смеси в норме должно происходить в тот момент, когда поршень практически находится в ВМТ. Что касается УОЗ (угол опережения зажигания), зачастую этот показатель составляет 2 или 3 градуса. Топливный заряд также догорает после того, как поршень пройдет ВМТ и начинается его рабочий ход.

Если в двигателе происходит детонация, тогда топливно-воздушная смесь воспламеняется в момент, когда поршень еще находится на такте сжатия. Энергия от сгорания заряда в этом случае оказывает сильное давление на поднимающийся поршень, а не толкает его вниз. Последствиями такого взрыва топливной смеси является значительное увеличение ударных разрушительных нагрузок на ЦПГ и КШМ, рост температуры, снижение мощности двигателя и возрастание расхода топлива.

Основные причины детонации

Среди различных причин возникновения детонации специалисты отмечают неправильно выставленный угол опережения зажигания на бензиновых двигателях (угол опережения впрыска топлива на дизельных ДВС), сбои в процессе смесеобразования, снижение эффективности работы системы охлаждения, а также целый ряд других возможных причин.

Детонацию двигателя принято условно разделять на допустимую и критическую. Под допустимой детонацией следует понимать кратковременное (иногда малозаметное) явление. Критическая детонация может проявляться постоянно, только при увеличении нагрузок на мотор, на холостом ходу, а также во время работы ДВС в различных режимах.

В списке основных причин появления детонации отмечены:

  • нарушения условий эксплуатации мотора;
  • использование бензина с отличным от рекомендуемого октановым числом;
  • особенности конструкции силового агрегата;

Эксплуатация двигателя

Детонацию можно услышать на полностью исправном моторе во время эксплуатации агрегата под нагрузкой. Смесь в цилиндрах обычно детонирует на затяжном подъеме при движении с такой скоростью, которая не соответствует выбранной передаче.

Другими словами, детонация двигателя отчетливо заметна в том случае, когда водитель пытается заехать на подъем с низкой скоростью без переключения на пониженную передачу и давит на газ. Обороты коленвала в этот момент низкие, двигатель «не тянет», то есть не набирает мощность и не разгоняет автомобиль. К общему звуку работы мотора в этом случае добавляется звонкий металлический детонационный стук, похожий на стук поршневых пальцев. Такой звук становится результатом ударов взрывной волны, которая с высокой частотой бьет по стенкам камеры сгорания.

Также необходимо отметить, что склонность к детонации топливно-воздушной смеси напрямую зависит от исправной работы систем зажигания и охлаждения. Смесь может детонировать в цилиндрах при наличии следующих факторов:

  • раннее зажигание;
  • перегрев двигателя;
  • обильный нагар в камере сгорания;
  • сильная закоксовка двигателя, в результате чего увеличилась степень сжатия;

Скопление нагара в камере сгорания приводит к уменьшению объема самой камеры и повышению степени сжатия. Вторым по значимости фактором, влияющим на детонацию, является значительное повышение температуры в камере сгорания при наличии отложений. В отдельных случаях нагар может буквально тлеть, заставляя смесь в цилиндрах воспламеняться неконтролируемо. Получается, детонация при определенных условиях провоцирует появление калильного зажигания, которое также является аномальным самопроизвольным воспламенением смеси.

Дополнительно необходимо учесть тот факт, что детонация двигателя может возникнуть в результате установки свечей зажигания с неподходящим для данного типа двигателя калильным числом. Отдельно на детонацию может повлиять внесение различных изменений в топливную аппаратуру, а также «чиповка» ЭБУ и другие манипуляции, влияющие на смесеобразование в целях экономии топлива. Условно называемая тюнерами «экономичная прошивка» означает, что в блок управления двигателем вносится ряд корректив, затрагивающих топливные карты. Результатом становится обедненная смесь на разных режимах работы ДВС, снижаются динамические характеристики автомобиля.

Во время работы ЭБУ двигателя на заводских настройках смесь рассчитана на «мягкое» воспламенение, благодаря чему температура внутри камеры сгорания остается в заданных рамках. При серьезных нагрузках в двигателе после прошивки зачастую возникает детонация на слишком «бедной» смеси. Обедненная смесь приводит к перегреву деталей. Указанный перегрев при последующем впрыске топлива может вызвать самопроизвольное воспламенение топливного заряда.

Октановое число бензина

Одной из наиболее распространенных причин детонации двигателя является использование бензина с низким октановым числом, которое не рекомендовано для данного типа ДВС. Добавим, что указанный параметр не так важен для дизельного двигателя, так как основной характеристикой дизтоплива выступает цетановое число.

Дело в том, что солярка изначально более устойчива к детонации. В дизеле воспламенение происходит в результате сжатия и нагрева от такого сжатия топливной смеси. По этой причине дизельные двигатели конструктивно имеют более высокую степень сжатия.

Получается, заправка 92-м бензином автомобиля, двигатель которого имеет высокую степень сжатия и допускается использование горючего с октановым числом только 95 и выше, приведет к появлению детонации во время работы мотора под нагрузкой.

Необходимо отдельно учитывать, что детонация может проявляться даже в случае заправки топливом с необходимым октановым числом. В этой ситуации дело может быть в низком качестве горючего, так как на АЗС часто используют различные способы для искусственного повышения октанового числа. Среди таковых особо отмечают добавку в бензин жидкого газа (пропан, метан). Указанные газы являются летучими, то есть испаряются через небольшой промежуток времени. В итоге топливный бак быстро оказывается заполненным бензином с низким октановым числом, хотя изначально заправляемое топливо соответствовало рекомендуемому для данного типа ДВС.

Особенности конструкции ДВС

Детонация может возникать в двигателе благодаря целому ряду конструктивных особенностей силового агрегата. В списке основных решений отдельно выделяются:

  • степень сжатия конкретного ДВС;
  • форма самой камеры сгорания и днища поршня;
  • особенности размещения свечей зажигания;
  • турбонаддув;

Высокофорсированные бензиновые атмо и турбодвигатели имеют более высокую степень сжатия сравнительно со штатными атмосферными аналогами, вследствие чего демонстрируют повышенную предрасположенность к детонации. Такие ДВС предполагают эксплуатацию исключительно на качественном бензине с высоким октановым числом.

Конструктивные решения для предотвращения детонации

Для борьбы с детонацией инженеры в разное время использовали определенные конструктивные решения. Такие решения направлены на максимально эффективное и быстрое сгорание заряда топлива во фронте пламени, полноту сгорания от искры, замедление окислительных процессов, в результате которых происходит неконтролируемое воспламенение.

Необходимо добавить, что в целях противодействия детонации могут быть увеличены обороты двигателя, в результате чего сокращается время на протекание окислительных реакций и снижается вероятность самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Отдельно стоит отметить форкамерно-факельное зажигание, которое в свое время было призвано эффективно бороться с детонацией. Моторы с форкамерой конструктивно предусматривают наличие двух камер: предкамеру и основную камеру. Принцип работы состоит в том, что в малой камере создается обогащенная смесь, а в основной находится обедненная. После воспламенения смеси в предкамере фронт пламени воспламеняет смесь в основной камере, исключая возможность детонации.

На современных моторах детонации активно противостоит электроника. Появление микропроцессорных блоков управления двигателем (ЭБУ) позволило в автоматическом режиме изменять угол опережения зажигания (УОЗ) на основании показаний от датчиков, а также динамично вносить коррективы в состав горючей смеси.

Детонация двигателя при выключении зажигания

Достаточно распространенным явлением во время эксплуатации бензиновых и дизельных ДВС является то, что детонация двигателя проявляется уже после выключения зажигания. Двигатель в этом случае дергается, так как коленвал успевает сделать еще несколько оборотов.

Такая детонация двигателя после выключения зажигания может быть вызвана двумя явлениями:

  • дизелинг;
  • калильное зажигание;

В первом случае, который характерен для бензиновых агрегатов, имеет место кратковременная или продолжительная работа мотора в результате повышения степени сжатия или использования несоответствующего по детонационной стойкости топлива, что приводит к самостоятельному воспламенению топливно-воздушной смеси. Во втором случае горючее в цилиндрах может самопроизвольно воспламеняться после выключения зажигания от контакта с раскаленными поверхностями или тлеющим слоем нагара в камере сгорания.

Детонация двигателя и возможные последствия

Как уже было сказано выше, от разрушительных нагрузок в результате постоянной детонации быстро выходит из строя кривошипно-шатунный механизм, ГБЦ, другие в большей или меньшей степени нагруженные элементы и узлы двигателя. Ударная волна от взрыва детонирующего топливного заряда с высокой скоростью ударяет по стенкам цилиндров, разрушает масляную защитную пленку на трущихся парах.

Читайте также  Какой пробег до капитального ремонта двигателя?

Также детонация вызывает нарушение процесса теплоотдачи от раскаленных газов, которые перегревают цилиндры. Возникающий локальный или общий перегрев двигателя уничтожает кромку поршня, которая попросту выкрашивается или плавится под воздействием запредельно высоких температур. Рост температуры вызывает прогар прокладки головки блока, разрушение стенок цилиндров, прогар клапанов ГРМ, быстро приходят в негодность свечи зажигания и т.д. Закономерным итогом становится то, что ударные и термические нагрузки, возникающие при детонации, значительно повышают общий износ двигателя и сокращают его моторесурс.

ChiptuningLab71 › Blog › 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. boosty.to/chiptuninglab71

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.

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.

Читайте также  Как повысить компрессию в цилиндрах бензинового двигателя?

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.

Что такое детонация двигателя

В обычных условиях сгорание топливно-воздушной смеси происходит в двигателе в спокойном режиме – пламя распространяется со скоростью около 20-50 м/с, давление в цилиндре нарастает равномерно, без выраженных скачков. Однако, когда автомобиль работает в условиях повышенной нагрузки, например, при подъеме в гору, при резком нажатии на педаль акселератора, горение в цилиндрах может приобретать совершенно другой характер. В двигатель подается большее количество горючей смеси, давление многократно возрастает, и топливо, смешанное с воздухом, воспламеняется самопроизвольно. Такой процесс похож своими физическими характеристиками на миниатюрный взрыв и называется детонацией.

Что такое детонация

Нормальное сгорание топливо-воздушной смеси.

Под воздействием критически высокого давления и экстремальных температур, которые возникают при увеличении объема попадающей в цилиндры топливно-воздушной смеси, из несгоревших ее остатков образуются такие вещества, как спирты, альдегиды и т.д. При продолжающемся давлении такие соединения достигают своих критических состояний и вступают в окислительные реакции, приводящие к самовозгоранию смеси, сопровождающемуся подобием взрыва и высвобождением большого объема энергии. В зоне образования такого взрыва температура достигает предельных значений, а образующаяся взрывная волна распространяется со скоростью достигающей 2300 м/с. Этот разрушительный процесс и называют детонацией.

Ударяясь о стенки цилиндров, волна вызывает характерные металлические звуки — детонационные стуки которые бывалые автомобилисты определяют как «звенящие пальцы». Однако это определение неправильное – стучат не поршневые пальцы, а именно внутренние поверхности цилиндров.

В нормальных условиях воспламенение рабочей смеси происходит, когда поршень находится в в своей верхней точке – то есть когда давление в цилиндре максимально. Детонация же возникает тогда, когда поршень еще проходит такт сжатия. В результате давление резко повышается и давит на поверхность поршня, оказывая тем самым противодействие его движению вверх. Это приводит к повышенным нагрузкам на всю поршневую группу и, как следствие, ее преждевременному выходу из строя.

Причины возникновения детонации в двигателе

Сгорание топливо-воздушной смеси с детонацией.

Детонация двигателя может появляться вследствие действия различных факторов, которые объединяет общий признак – стремительное окисление и сокращение времени задержки самовозгорания той части ТВС, которая не сгорела в нормальных условиях. К основным факторам возникновения детонации в цилиндрах относятся следующие:

  • Соотношение бензина и воздуха в горючей смеси. При работе на смеси с недостатком бензина или избытком воздуха в цилиндрах под воздействием температуры и давления образуются очаги интенсивного окисления, которые и приводят к самовоспламенению топлива.
  • Большая величина угла опережения зажигания. Данная характеристика показывает, в какой момент сжатия ТВС подается искра, и чем позже это происходит, тем более высокое давление успевает создаться в цилиндрах. А именно это и приводит к детонации.
  • Неправильный выбор свечей. Каждый тип свечей зажигания обладает индивидуальными тепловыми характеристиками, которые должны соответствовать модели двигателя, установленного на автомобиль.
  • Октановое число используемого цилиндра. Чем меньше октановое число, тем выше вероятность взрывного самовоспламенения топливно-воздушной смеси. Это обусловлено тем, что при снижении данной характеристики возрастает химическая, прежде всего окислительная, активность топлива. Поэтому очень важно соблюдать рекомендации автопроизводителя и выбирать рекомендованную им марку бензина.
  • Степень сжатия. Данная характеристика понимается как отношение объема камеры сгорания к общему объему цилиндра. Чем выше степень сжатия, тем выше значения образуемого давления и температуры. А эти условия, как уже отмечено выше, являются основными провокаторами детонации. Чтобы нивелировать высокую степень сжатия, следует использовать высокооктановое топливо.
  • Особенности и дефекты двигателя. Детонацию могут провоцировать:
    • недостаточное охлаждение несгоревшей часто горючей смеси, остающейся в цилиндрах;
    • неэффективная конструкция камеры сгорания, приводящая к задержкам догорания топлива;
    • проблематичное отведение тепла от головки поршня к телу цилиндра, вызванное неправильной формой поверхности поршня;
    • цилиндры чрезмерно большого диаметра – это приводит к ухудшению отвода тепла, увеличению числа участков, удаленных от свечи, где и формируются детонационные очаги.

Зачем нужен датчик детонации

Как выглядит датчик детонации.

В конструкции многих двигателей на блоке цилиндров имеется такой модуль, как датчик детонации. Его основная задача заключается в отслеживании процесса сгорания ТВС в цилиндре и автоматическом изменении параметров зажигания и качества горючей смеси. Принцип действия датчика основан на акселерометрии – он трансформирует энергию колебаний блока цилиндров в электрические импульсы, которые в виде сигналов посылаются в блок управления мотором. Здесь сигналы расшифровываются, и электроника вносит коррективы в величину угла опережения зажигания и соотношение бензина и воздуха в рабочей смеси.

Конструкционно датчик детонации представляет собой пьезоэлектрический элемент, размещенный в защитном корпусе. При возникновении детонации на краях данного элемента образуется напряжение. И чем выше амплитуда и частота механических колебаний блока цилиндров, тем больше становится величина данного напряжения.

Однако возможности роста напряжения принудительно ограничены на уровне определенного критического значения. При его превышении в блок управления двигателем отправляется соответствующая команда, которая уменьшает угол опережения зажигания и/или изменяет соотношение бензина и воздуха в ТВС. При отключении датчика от двигателя, но сохранении связи с блоком управления, электронная система начинает работать в режиме «все в порядке», не реагируя на возникающую детонацию. Поэтому исправность указанного датчика имеет большое значение для сохранения работоспособности двигателя и предотвращения его преждевременного износа.

Последствия детонации

Происходящая в цилиндрах детонация оказывает на механическую начинку автомобиля широкий спектр негативных воздействий. Наиболее существенными из них являются следующие:

  • Повышенные нагрузки на весь кривошипно-шатунный механизм приводят к его скорому выходу из строя. Здесь страдают и коленвал, и шатунные и коренные вкладыши. Также повреждения получает и поверхность поршней. Воздействие может быть настолько сильным, что поршни покрываются множеством выщерблин и сколов, их кромки скругляются, а перемычки между маслосъемными кольцами разрушаются.
  • Температура двигателя существенно повышается, нарушается процесс его охлаждения, что приводит к деформации цилиндров и поршней, а в отдельных случаях даже к прогоранию ГБЦ.
  • Масляная пленка на стенках цилиндров при контакте с взрывной волной разрушается, что дополнительно ускоряет износ элементов двигателя.
  • Также детонация в двигателе приводит к уменьшению его мощности и возрастанию расхода топлива.

Для того, чтобы защитить свой двигатель от таких последствий, следует внимательно относиться к его состоянию. Самая простая и важная мера – использование качественного топлива с оптимальным октановым числом. Кроме того, нужно следить за состоянием свечей – при покрытии электрода нагаром, уменьшении зазора зажигание становится менее эффективным, что приводит к детонациям. Важным нюансом также является исправность охлаждающей системы – в ней должно быть достаточно антифриза, в радиаторе не должно быть течей, а вентилятор должен эффективно отводить горячий воздух.

Читайте также: Что такое степень сжатия двигателя и какой она должна быть.