Что такое детонация в двигателе автомобиля
Перейти к содержимому

Что такое детонация в двигателе автомобиля

  • автор:

Разбираемся, что такое детонация и как ее победить?

Разбираемся, что такое детонация и как ее победить?

Александр Тычинин

Что позволяет современным бензиновым двигателям работать без особых проблем на топливе с разным октановым числом? Откуда такая всеядность — и почему нынешние двигатели почти равнодушны к детонации?

Д етонация стала самым страшным врагом инженеров сразу после изобретения двигателя внут­реннего сгорания в XIX веке. Для большей отдачи увеличивали степень сжатия, вслед за которой росли давление и температура смеси в цилиндре в конце такта сжатия, — и после подачи искры топливовоздушная смесь детонировала. То есть воспламенялась практически мгновенно по всему объему камеры сгорания: этакий мини-взрыв, разрушающий детали двигателя.

Проблему усугубило появление наддува: сперва на авиационных моторах (в годы Первой мировой войны), а затем и на автомобильных. Чем выше давление в цилиндре, тем больше мощность — но и склонность к детонации тоже возрастает. Конструкторам пришлось уменьшать степень сжатия и применять высокооктановый бензин, но этого было недостаточно.

Оставалось регулировать угол опережения зажигания. Ведь чем позже проскакивает искра, тем медленнее растет давление в цилиндре, да и его пик меньше — а значит, снижается вероятность детонации.

Но вот незадача: мощность двигателя при этом тоже уменьшается. Так что в предельных режимах — например, на взлете, когда необходима максимальная отдача, — с детонацией боролись… с помощью обычной воды! Ее впрыскивали во впускной коллектор, она испарялась в камере сгорания, снижая температуру топливовоздушной смеси, — и предотвращала детонацию.

Тем временем химики тоже не сидели без дела. В 1921 году сотрудники компании General Motors Чарльз Кеттеринг и Томас Мидгли обнаружили, что добавление химического соединения под названием тетраэтилсвинец в бензин существенно повышает его антидетонационную стойкость — иными словами, увеличивает октановое число. Через пару лет в GM вместе с компанией DuPont наладили промышленное производство этой добавки к бензину под маркой Этил — намеренно не упоминая слова «свинец». Ведь этот тяжелый металл вызывает опасные отравления.

Экологи начали бить тревогу с конца 60-х годов, а в 1973 году в американском Агентстве по защите окружающей среды (EPA) подготовили первый акт о запрете этилированного топлива. Но его дешевизна и усилия лоббистов химичес­кой и автомобильной промышленнос­ти были настолько велики, что заметно уменьшить использование тетраэтил­свинца в Штатах удалось только к началу 90-х. Помогло то, что тетраэтилсвинец «отравлял» каталитическое покрытие сот нейтрализаторов и препятствовал их внедрению в качестве систем очистки отработавших газов.

В конце концов тетраэтилсвинец запретили. В США — с 1996 года, в Евросоюзе — с 2000. У нас этилированный бензин нельзя производить и распространять с 2003 года. К сожалению, в слаборазвитых государствах, таких, как Алжир, Ирак, Северная Корея и Афганистан, это ядовитое топливо все еще в ходу.

Да и не был этилированный бензин панацеей — двигателисты не оставляли попыток придумать иное средство для борьбы с детонацией. Например, на купе Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года турбомотор (!) V8 3.5 мощностью 218 л.с. с высокой даже по нынешним меркам степенью сжатия 10,25:1 был оснащен сис­темой впрыска смеси воды и метанола! Спирт был нужен, для того чтобы защитить систему от замерзания в холодное время года. В 1978 году аналогичный впрыск воды применила и шведская компания Saab, выпустившая ограниченной серией трехдверку 99 Turbo S.

Но эти модели были настоящим эксклюзивом, а большинство автолюбителей в 60-е и 70-е годы боролись с детонацией самостоятельно.

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.

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

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.

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

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».

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

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.

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

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

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

Поврежденный поршень из-за детонации

2. Из-за повышения температуры увеличивается риск прогара клапанов и прокладки головки блока.

Прогоревший клапан

Прогоревший клапан

3. Детонационная волна смывает масляную пленку со стенок цилиндров, что может привести к задирам.

Задир в цилиндре

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

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

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.

Детонация двигателя

Процесс беспорядочного воспламенения горюче-воздушной смеси в рабочей камере цилиндра двигателя внутреннего сгорания называется детонацией.

Что такое детонация двигателя

Такое явления, как детонация ДВС появилась после создания таких двигателей, принцип работы которых основан на создании воспламенении топливно-воздушной смеси в цилиндрах, за счет чего ударной волной происходит толчок поршней и шатунов, которые вращают коленчатый вал мотора.

Хорошая качественная работа двигателя сопровождается воспламенением перемешанного подаваемого топлива с необходимым количеством воздуха. А при детонации двигателя топливная смесь взрывается и работает вне заданного цикла.

А автомобилях старых образцов проверку работоспособности мотора определяли, по большей части, на слух.

Датчик детонации ДВС

детонация двигателя

Принцип работы датчика детонации основан на том, что он фиксирует колебания цилиндров и передает электрический импульс электронному блоку управления (ЭБУ). Дальнейший контроль по предотвращению детонации двигателя берет на себя ЭБУ. Исходя из полученных электрических импульсов, он знает, надо объединить смесь или обогатить, и, следит за углом опережения зажигания. Благодаря датчику детонации ДВС работает экономично при максимальной мощности.

Причины возникновения детонации

Ресурс двигателей зависит от правильной эксплуатации. А правильность эксплуатации — это, значит, что при малейших появлениях неполадок, шумов, расхода, ненормальной вибрации сразу принимать меры по их устранению.

Причин детонации ДВС много:
  1. Плохой бензин или дизтопливо (для дизелей).
  2. Октановой число топлива ниже нормы по ГОСТу.
  3. Закупоренные топливный и масляный фильтры.
  4. Не рабочие форсунки.
  5. Неправильная работа топливных инжекторов.
  6. Разрегулирован топливный насос.
  7. Неисправный датчик кислорода — лямбда зонд.
  8. Свечи зажигания не подходят для этой ДВС конкретной марки и модели авто.
  9. Нарушение циркуляции в системе охлаждения.
  10. Наличие проблем с управлением двигателем.
Октановое число топлива

К частой причине возникновения детонации в ДВС относится — эксплуатация мотора бензином с низким октановым числом.

Октановое число — это показатель степени сжатия. Чем выше октановое число, тем сильнее надо сжать топливо в цилиндре, чтобы оно воспламенилось. Чем ниже октановый показатель, тем меньше требуется компрессии для воспламенения топливно-воздушной смеси.

Современные автомобили с двигателями высокого давления должны эксплуатироваться топливом с высоким октановым числом.

Октановое число является, своего рода, антидетонацией, если компрессия двигателей соответствует заливаемому топливу.

Если залить топливо с малым октановым числом в авто с мощным мотором высокой компрессии, то оно будет сгорать в нем раньше положенного времени, что уже создаст антициклическую работу.

Оптимальная работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется за счет нахождения «золотой» середины, то есть, чтобы топливно-воздушная смесь не самовоспламенялась от неправильной степени сжатия, а происходила за счет подачи свечами зажигания искр.

Нагар в цилиндрах

как очистить поршни от нагара

Если в цилиндре низкая компрессия, то горючая смесь будет сгорать не полностью, что также приводит к дальнейшим неисправностям — закоксовке. Потом придется делать раскоксовку двигателя своими руками или в сервисе. При образовании слоя нагара на стенках цилиндра, диаметр, соответственно, уменьшается, а компрессия повышается, что приводит к возникновению детонации ДВС.

Не соответствуют свечи зажигания

Игнорируя рекомендации производителей двигателей и свечей зажигания можно установить не подходящие свечи. Часто, на производителей свечей не обращают внимания, при покупке только разделяют для инжекторных двигателей и для карбюраторных. Свечи, которые не подходят, будут воспламенять горючую смесь в неположенное время, что также приведет к детонации двигателя.

Рассмотренные выше 3 причины возникновения детонации — самые часто встречающиеся, но самые легко устраняемые.

Как защитить ДВС от детонации

Защитить двигатель внутреннего сгорания от детонации можно при недопущении вышеперечисленных причин. При обнаружении первых признаков детонации следует принять меры по их устранению.

  1. Устанавливать рекомендованные свечи зажигания для конкретного мотора.
  2. Заливать соответствующее для автомобиля топливо. Например, по рекомендации завода-изготовителя машины рекомендованным для заправки требуется только бензин с октановым числом 95, но, если заливать 92-й бензин, то может появиться детонация ДВС, потому что компрессии требуется поменьше и воспламеняется быстрее.
  3. Своевременно менять фильтры, по мере их загрязнения.
  4. Не перегревать мотор.
  5. Следить за исправностью датчиков и сигналами бортового компьютера.

Как устранить детонацию

Детонацию ДВС, то есть взрывное горение топливно-воздушной смеси в цилиндре можно устранить зная все причины возникновения такого явления.

детонация двс

Убрать детонацию двигателя во время движения можно изменяя скорость и давление. Увеличение скорости уменьшит детонацию, так как максимально создаваемое давление уменьшается и, следовательно, на нагрев смеси уходит меньше времени и уменьшается время сжигания смеси.

Последствия детонации

Как уже было описано выше, детонация — это разрушительная сила, приводящая к сильной вибрации деталей кривошипно-шатунного механизма, головки блока цилиндров и других деталей, непосредственно связанных в работой ДВС.

детонация двс

Что конкретно происходит при детонировании ДВС

При детонации, то есть при взрыве топливно-воздушной смеси в цилиндре, появляется ударная волна, которая разрушает гладкие стенки цилиндра, уничтожает защитную пленку на поверхностях трущихся деталей.

детонация перегрев

К последствиям детонации относится и перегрев цилиндров мотора, из-за того, что высокой температуры газы нагревают соприкасаемые детали.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *