Детонация двигателя автомобиля — эффективные методы устранения

При нормальных условиях топливовоздушная смесь сгорает равномерно, не создавая ударных нагрузок на поршневую группу, стенки цилиндров и детали газораспределительного механизма.

Детонация негативно влияет на экономичность, мощность и ресурс двигателя.

Детонация двигателя автомобиля может произойти из-за ошибочной настройки системы зажигания.

Понятие детонации двигателя автомобиля

При нормальном режиме работы топливная смесь воспламеняется при подходе поршня к верхней мертвой точке и сгорает со скоростью до 50 м/с. Преждевременное зажигание приводит к нарушению процесса горения, поскольку расширяющиеся газы пытаются сжать идущий вверх поршень.

Увеличение быстроты окисления до скорости звука и лавинообразный рост давления формируют ударную волну, которая достигает стенок цилиндров мотора и издает металлический стук (иногда явление ошибочно называют стуком поршневых пальцев).

Признаки детонации двигателя

Основные симптомы детонационного сгорания:

1. Металлический высокотональный стук при нажатии на педаль акселератора. Допускается кратковременная детонация в интервале скоростей от 40 до 60 км/ч при разгоне на прямолинейном участке шоссе.
2. Повышение температуры охлаждающей жидкости при нормальном уровне и исправных вентиляторе и радиаторе.
3. Падение мощности силовой установки, отрицательно влияющее на динамические возможности автомобиля.
4. Появление посторонних вибраций, передающихся на кузов или ощущаемых на рулевом колесе, педалях или селекторе управления трансмиссией.

Разновидности детонации двигателя

Детонация автомобиля разделяется на категории:

1. Кратковременная, происходящая при резком наборе оборотов и длящаяся 1-2 секунды. Эффект встречается на форсированных двигателях и агрегатах с большим объемом цилиндров. Процесс не вызывает поломку деталей и является нормальным.

1. Длительная, проявляющаяся при повышении нагрузки и увеличении частоты вращения коленчатого вала (вне зависимости от выбранной передачи и скорости движения).

Основные причины детонации двигателя

Детонационные процессы в двигателях внутреннего сгорания могут быть вызваны:

• заправкой бака бензином с пониженным октановым числом;
• некорректной эксплуатацией силовой установки;
• неправильно выставленным зажиганием (раннее или позднее зажигание) или некорректным программным обеспечением в блоке управления;
• изношенными свечами зажигания или неправильно подобранными по калильному числу свечами;
• нарушенным смесеобразованием;
• оседанием нагара на стенках камеры сгорания и тарелках клапанов;
• локальными перегревами из-за неисправной системы охлаждения.

Детонация происходит не только в двигателях с искровым зажиганием, но и в дизелях.

Дизель отличается пониженным термическим режимом, но при повышенной нагрузке и неисправной системе охлаждения горячие элементы (например, кромки выпускных клапанов) способны преждевременно воспламенять распыленное топливо.

Неправильный выбор топлива для авто

Двигатели со степенью сжатия более 10 единиц и агрегаты с наддувом рассчитаны на топливо с октановым числом не ниже 95. При использовании бензина низкого сорта или испарении присадок (используются некоторыми нефтеперерабатывающими компаниями для повышения детонационной устойчивости) происходит преждевременное воспламенение смеси взрывного характера.

Одна из причин детонации двигателя — неправильно подобранное топливо.

Особенности эксплуатации двигателя

Детонация возникает при работе мотора с перегрузкой (например, во время движения с небольшой скоростью на затяжном подъеме на повышенной передаче). Для устранения дефекта необходимо перейти на пониженную скорость, что позволит повысить частоту вращения и нормализовать процесс сгорания.

Детонация двигателя автомобиля при запуске холодного силового агрегата указывает на обеднение смеси из-за засора распылителей форсунок. По мере прогрева проблема исчезает (производительность системы впрыска соответствует требуемому составу топливовоздушной смеси).

 

Неверно настроенное зажигание

На двигателях с механической регулировкой системы зажигания детонация возникает из-за преждевременного воспламенения, вызванного неправильным опережением — ранним или поздним зажиганием. Расширяющиеся газы сжимают идущий вверх поршень, что приводит к появлению детонации . Силовые агрегаты с бесконтактным зажиганием и электронной регулировкой момента опережения автоматически адаптируются под условия работы и нагрузку и не требуют ручной настройки системы зажигания.

Прошивка как причина детонации двигателя

Например, после снятия каталитического нейтрализатора владельцы загружают программу с измененным алгоритмом работы. В случае обнаружения проблем необходимо установить прошивку, соответствующую характеристикам силового агрегата. Самопроизвольное изменение заданных параметров настройки в процессе эксплуатации двигателя невозможно.

Неисправные свечи зажигания

При выборе свечей зажигания необходимо учитывать не только размеры резьбовой втулки, но и калильное число (информация о допусках указывается в инструкции по обслуживанию и специализированных каталогах). Применение изделий с пониженным или повышенным числом приводит к затрудненному запуску и нарушению процесса искрообразования. Мотор теряет мощность и крутящий момент, нарушается нормальное сгорание топлива и падает динамика разгона автомобиля.

Обедненная топливовоздушная смесь

Техника с электронным управлением автоматически поддерживает стехиометрический состав смеси, ориентируясь на информацию от датчиков температуры, расхода воздуха или концентрации кислорода в отработавших газах (расположены до и после корпуса каталитического нейтрализатора). При поломке катализатора или выходе из строя сенсоров возможно обеднение рабочей смеси, вызывающее детонационные процессы при сгорании.

Нагар на стенках цилиндра

Образующийся на стенках рабочей камеры и тарелках выпускных клапанов нагар ухудшает условия охлаждения деталей. В процессе сжатия смесь воздуха с топливом воспламеняется раньше допустимого момента, что приводит к детонационному сгоранию. Проблема часто встречается на силовых агрегатах с большими пробегами, моторное масло попадает в камеры сгорания и образует слой плотного нагара.

Результат детонации двигателя — нагар на цилиндрах в двигателе

Особенности конструкции ДВС

Двигатели легковых машин со степенью сжатия от 10 единиц склонны к детонации при использовании бензина с октановым числом менее 95. В некоторых моторах на поршнях и поверхности камер сгорания имеются острые кромки, вызывающие нарушение нормального процесса сгорания. В этом случае проблема решается использованием качественного топлива, но остается кратковременная детонация при переходных режимах работы.

В конструкции предусмотрен датчик, который определяет момент начала взрывного сгорания топливной смеси и регулирует работу систем (например, снижает давление в системе наддува при помощи специального клапана в турбине либо корректирует момент зажигания).

Неисправность системы охлаждения

Недостаточный уровень антифриза приводит к образованию паровых пробок в рубашке и повышению температуры головки и блока цилиндров. Часто проблема наблюдается в жаркую погоду, при разгоне автомобиля либо при движении с небольшой скоростью в условиях бездорожья. Раскаленные детали вызывают преждевременное зажигание и детонацию. Необратимые температурные деформации приводят к нарушению герметичности линии соприкосновения головки и блока и пробитию прокладки.

Причины, которые часто путают с детонацией двигателя

Причиной воспламенения смеси являются нагретые элементы в камере сгорания или повышенная степень сжатия. Равномерно снизить температуру головки и поршней поможет работа двигателя на холостом ходу на протяжении 1-2 минут после прекращения поездки.

Калильное зажигание

Калильное воспламенение наблюдается при выключении зажигания карбюраторных двигателей. Раскаленные частицы нагара поджигают рабочую смесь, и мотор может работать 5-10 секунд после попытки глушения. Проблема не встречается на технике с двигателями, оснащенными системой распределенного впрыска, поскольку при повороте ключа в замке отключаются форсунки и помпа, подающая горючее из бака.

Дизелинг

Карбюраторные двигатели с искровым зажиганием и высокой степенью сжатия могут продолжить работать за счет самовоспламенения смеси. Проблема встречается при использовании топлива с недостаточным октановым числом. Топливовоздушная масса воспламеняется в результате сжатия, вызванного инерционным движением поршней после прекращения подачи напряжения к свечам. Агрегат нестабильно работает 2-3 секунды на холостых оборотах, а затем останавливается из-за падения температуры стенок цилиндров.

Дизелинг — одна из причин, которую часто путают с детонацией.

Последствия детонации двигателя автомобиля

Последствия эксплуатации мотора с детонационным процессом сгорания рабочей смеси:

• появление трещин на гильзах или зеркалах цилиндров, своде камеры сгорания;
• разрушение седел и тарелок клапанов либо изоляторов свечей;
• деформация шатунов;
• прогар днища поршня или разрушение перемычек между поршневыми кольцами;
• поломка колец с попаданием обломков в поддон двигателя;
• разрушение прокладки между головкой и блоком, приводящее к пропуску газов между цилиндрами или попаданию в камеры сгорания антифриза;
• попадание обломков поршней под тарелки клапанов и в опоры коленчатого вала приводит к необратимым повреждениям деталей и капитальному ремонту мотора.

Методы предупреждения детонации двигателя автомобиля

Способы недопущения детонации:

• использовать топливо с октановым числом, соответствующим техническим требованиям производителя;
• устанавливать свечи зажигания с калильным числом, удовлетворяющим нормативам;
• в случае использования механического распределителя импульсов корректно устанавливать угол опережения зажигания;
• перед программированием блока управления проверять на совместимость модель силового агрегата и версию программного обеспечения.

Для снижения риска детонации двигателя автомобиля была разработана система форкамерно-факельного зажигания с расположением электродов свечи в отдельной полости, связанной с основной камерой узким каналом. Подобные моторы производились небольшими партиями на заводе ГАЗ и устанавливались на машинах ГАЗ-3102. В головке имелся дополнительный клапан, через который от отдельной секции карбюратора в форкамеру подавалась обогащенная смесь. По мере развития систем электронного впрыска горючего работы над такими агрегатами прекратились.

Схема форкамерно-факельного зажигания.

Существуют бензиновые 4-тактные двигатели, работающие по циклу Миллера, предусматривающему преждевременное закрытие впускного клапана на этапе заполнения цилиндра либо позднее запирание на этапе начала сжатия. За счет подачи меньшего объема рабочей смеси возможно повышение геометрической степени сжатия до 12-14 единиц без риска детонационного сгорания. Цикл обеспечивает увеличенную степень расширения и повышает КПД силового агрегата, но наблюдается падение мощности и крутящего момента из-за неполноценного заполнения цилиндров.

Способы профилактики

Основные методы, позволяющие снизить риск детонационного сгорания:

1. Периодически проверять состояние компонентов системы зажигания на карбюраторных двигателях. Поломки или неисправная работа датчиков, корректирующих угол опережения, приводят к нарушению искрообразования и падению мощности одновременно с ростом расхода топлива.
2. При включении индикатора Check Engine проводить диагностику электроники автомобиля, обнаруженные коды позволяют определить неисправные датчики или поврежденные жгуты проводки.
3. Использовать моторные масла с соответствующими базовой основой и индексами вязкости, что предотвращает образование нагара на поверхности камеры сгорания.
4. Своевременно менять изношенные маслосъемные колпачки и проводить химическую или механическую раскоксовку двигателя (для удаления слоя нагара).
5. Обслуживать систему охлаждения в соответствии с рекомендациями изготовителя. В процессе эксплуатации антифриз деградирует, что приводит к падению характеристик и локальным перегревам рубашки охлаждения.
6. Не передвигаться с небольшой скоростью на пониженных передачах. На некоторых автомобилях с ручной коробкой установлен электронный подсказчик, указывающий на момент перехода вверх или вниз. Алгоритм работы компьютера рассчитан на снижение расхода топлива, при разгоне допускается кратковременная детонация.

Использование датчика детонации

Для определения детонационных процессов используется датчик детонации, установленный на специальной плоскости на блоке цилиндров. При фиксации ударных нагрузок акселерометр сенсора генерирует электрические сигналы и передает информацию, которая обрабатывается блоком управления.

Сила импульса зависит от интенсивности взрывного сгорания в цилиндрах.

Датчик оснащается корпусом из ударопрочного пластика, выдерживающего длительный нагрев до +150°С и выше, для крепления используется болт. Резьбовое соединение позволяет прижать чувствительный элемент к поверхности блока. На боковой части корпуса предусмотрен разъем для подключения жгута проводки.

При поломке датчика в комбинации приборов включается индикатор Check Engine, а в памяти блока управления фиксируется ошибка. Некоторые моторы с впрыском (например, для классических моделей ВАЗ) не оснащены сенсором в силу особенности конструкции.

Полезные советы и рекомендации опытных автомобилистов

Формируемая при взрывном сгорании ударная волна изменяет тональность работы двигателя. Водителю необходимо научиться улавливать появление посторонних звуков, указывающих на некорректную работу силового агрегата. Следует учитывать, что в процессе движения не допускается изменение звучания мотора. Любой посторонний шум косвенно указывает на неисправность агрегата.

Если детонация появилась после заправки автомобиля, то необходимо долить в бак бензин с повышенным октановым числом. В случае, когда двигатель рассчитан на топливо типа А-98 или выше, доливка не поможет. Необходимо слить горючее с промывкой рампы и форсунок. При длительной эксплуатации машины в условиях городских пробок на деталях поршневой группы оседает нагар. Для устранения отложений необходимо совершить поездку протяженностью 50-70 км по загородному шоссе с максимально допустимой скоростью.