Среди всех возможных симптомов неполадок детонация является одним из самых опасных явлений в двигателе. Давайте разберемся, что это такое и как защитить главный узел автомобиля.
Что такое детонация двигателя
Детонация двигателя — это процесс, при котором смесь топлива и воздуха в цилиндре самовоспламеняется без контроля. Детонация может происходить как во время сжатия поршнем (когда он движется вверх), так и у верхней мертвой точки, почти одновременно с моментом зажигания смеси свечой. В результате этих микровзрывов (собственно, детонаций) в цилиндре возникают мощные ударные волны, которые наносят значительный ущерб деталям, особенно поршням и шатунам.
Важно отметить, что в данной статье будут рассмотрены вопросы детонации в бензиновом двигателе. В дизеле процессы горения протекают по другому алгоритму, и детонация в классическом «бензиновом» понимании практически не возникает.
Чем детонация отличается от обычного воспламенения смеси
Для лучшего понимания стоит объяснить, чем детонация отличается от нормального горения смеси бензина и воздуха.
- Момент возникновения. Детонация почти всегда либо опережает, либо происходит одновременно с началом горения от свечи. Если детонация ранняя, она возникает на такте сжатия. Возникающие микровзрывы, за счет расширения газов, фактически препятствуют движению поршня вверх. Если детонация поздняя (наиболее распространенный случай), она возникает ближе к верхней точке движения поршня. В этом случае детонационная волна движется навстречу нормальному фронту горения, который идет от свечи. Это нарушает расчетный процесс воспламенения и создает мощные ударные и тепловые нагрузки в камере сгорания. Образно, но очень наглядно такой вариант изображен на рисунке ниже.
- Место возникновения. Штатное возгорание смеси воздуха с топливом всегда происходит в одном и том же месте: в районе искры на свече зажигания. Отсюда фронт пламени последовательно распространяется по камере, и затем рабочие газы относительно плавно толкают поршень вниз. При детонации локальные взрывы могут возникать практически в любой точке цилиндра, но чаще всего это явление происходит в конце такта сжатия, в точке, наиболее удаленной от свечи.
- Скорость распространения. Запланированный конструкторами процесс сгорания топливовоздушной смеси (так называемый фронт горения) относительно медленный и протекает на скорости ниже звуковой. В то время как волны от детонационных микровзрывов распространяются на сверхзвуковой скорости. При таком неконтролируемом процессе поршень не успевает за резким расширением газов, что приводит к удару по нему и по стенкам камеры цилиндра, а также по другим деталям. Это также сопровождается резким повышением температуры относительно расчетной.
Причины детонации двигателя
Если не углубляться в теоретические дебри, то основных причин детонации всего две: несоответствующая марка бензина и неисправность самого двигателя. Рассмотрим их подробнее.
- Слишком низкое октановое число бензина. Что это за характеристика и насколько она важна для нормальной работы двигателя, мы обсуждали в отдельной статье. Сейчас же просто напомним, что число после обозначения «АИ» на бензоколонке напрямую влияет на вероятность возникновения детонации. Чем выше значение — тем выше антидетонационная стойкость бензина и меньше шансов на возникновение детонации.
- Неисправность двигателя. Среди классических причин детонации можно отметить такие неисправности, как неправильный угол опережения зажигания (УОЗ), неверное калильное число свечей и неисправность топливной системы. Также на риск детонации влияет наличие значительных отложений в камере сгорания или неэффективная работа системы охлаждения. В первом случае повышается степень сжатия (на что двигатель не рассчитан), во втором — очевидно, растет температура, что тоже способствует самовоспламенению смеси.
- Угол опережения зажигания (УОЗ) — момент возникновения разряда на свече. Меняется в зависимости от нагрузки и оборотов. Калильное число свечи зажигания — характеристика, определяющая стойкость свечи к перегреву.
- Сумма факторов вследствие тюнинга. Это может быть как неправильно выполненная чиповка в собственном гараже, так и «железные» изменения, к которым не подобрали правильную программу управления: установка нештатной поршневой, замена турбокомпрессора, распределительных валов и т.д.
Как определить детонацию двигателя
Описываемое явление почти всегда можно различить на слух и оно характеризуется резкими стучащими звуками. Тем не менее, очень часто реальную детонацию (которая на исправных машинах с корректными настройками возникает довольно редко) путают с похожими симптомами других неисправностей. Например, за детонацию иногда принимают стук гидрокомпенсаторов, поршневых пальцев и даже характерный стрекот выпускного тракта на некоторых режимах работы. Для точного определения используются следующие методы.
- Компьютерная диагностика. Любой современный двигатель способен точно определять наличие и момент возникновения детонации. При этом блок управления не обязательно сразу выдаст «check engine». Если заглянуть в хранящийся в памяти лог (архив событий), то окажется, что за ближайший год любая машина, так или иначе, почти наверняка сталкивалась с детонацией. Просто эти моменты в большинстве случаев редкие и очень непродолжительные. Тогда электронный «мозг» фиксирует сбой в памяти, но если инцидент не повторяется в течение нескольких минут (или часов), тревогу не поднимает.
- Акустическая диагностика. Это «дедовский» метод, точность которого полностью зависит от квалификации проверяющего и, в общем случае, оставляет желать лучшего. Для определения используется автомобильный стетоскоп, который, по аналогии с медицинским прибором, прикладывается к двигателю. Однако учитывая, что многие современные «мастера» путают стрекот форсунок с работой адсорбера, а шум подшипников принимают за износ цепи, полагаться на подобную проверку не стоит. Тем более что на холостых оборотах детонация практически никогда не возникает, а в движении, по очевидным причинам, акустическую проверку выполнить крайне затруднительно.
Как электроника борется с детонацией?
Как упоминалось ранее, разовые периодические инциденты детонации не являются чем-то необычным — при прочих равных условиях ЭБУ успешно корректирует их. Когда ЭБУ обнаруживает детонацию (это происходит за доли секунды), стандартным алгоритмом является увеличение подачи топлива, установка более раннего момента зажигания (так называемый откат угла) и уменьшение давления турбонаддува при его наличии.
Здесь важно обратить внимание именно на подаче топлива — многие ошибочно полагают, что при детонации нужно впрыскивать меньше топлива, чтобы «не так сильно горело». Это неверно. Дело в том, что одним из катализаторов обсуждаемого процесса является именно бедная смесь — то есть, такое сочетание, где много воздуха и мало бензина. В этом случае температура в камере сгорания повышается, как и риск детонации. Если же смесь богатая (воздуха мало, бензина много), то «лишний» бензин, испаряясь в камере сгорания, охлаждает как смесь, так и стенки камеры. Это снижает вероятность хаотичного самовоспламенения.
Последствия детонации двигателя
Детонация — один из самых разрушительных режимов работы двигателя внутреннего сгорания. По степени опасности с ней могут сравниться только работа с сильным масляным голоданием или критическим перегревом. Во всех трех случаях время, за которое двигатель может выйти из строя, исчисляется минутами.
Если по каким-то причинам штатные средства предотвращения детонации не справляются и она продолжается в течение нескольких минут, последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь страдает шатунно-поршневая группа. Сильные ударные нагрузки в цилиндре при высоких оборотах могут погнуть шатун. Сверхвысокая температура способствует оплавлению поршня, клапанов и свечи. Также может прогореть прокладка головки блока и даже стенки между цилиндрами. Конечно, не обязательно все это произойдет сразу, но даже одного из этих последствий достаточно для разборки мотора. В большинстве случаев все заканчивается капитальным ремонтом, а иногда и он оказывается невозможным.
Как устранить детонацию двигателя
Если кратко: бороться нужно не с самой детонацией, а с ее причинами. В первую очередь, убедитесь, что заправляемый бензин не только соответствует требуемой марке, но и обладает надлежащим качеством. Часто детонация прекращается при простой смене АЗС на более надежную.
Во-вторых, если двигатель подвергся тюнингу, необходимо убедиться, что все работы выполнены правильно и тщательно проверены на всех режимах, особенно для вашего конкретного мотора. Это включает в себя так называемую «откатку», которой, к сожалению, следуют не все тюнинг-ателье.
Наконец, если оба предыдущих варианта не вызывают вопросов, остается только провести тщательную диагностику. Всегда помните, что детонация — это не мистическое явление, возникающее само по себе, а следствие, причины которого необходимо устранить как можно скорее.