Детонация двигателя: причины, способы устранения

Признаки детонации

На слух детонация в двс определяется в виде тонкого металлического стука. Обычно она сопровождается ощутимым уменьшением мощности, неустойчивой работой мотора, его перегревом, временным выбросом черного дыма. Детонация как явление представляет собой самовоспламенение рабочей смеси в виде взрывной волны. Чаще всего она происходит при резком ускорении или езде под горку, при появлении нагрузки, когда водитель нажимает педаль в пол.

Нормальная работа двигателя

Возникновение очагов самоспламенения

Высокие температуры и давление воздействуют на богатую смесь в точках ее не сгорания появляются различные активные вещества. Объем их достигает некоторой критической величины. Они вступают в реакцию окисления и происходит самовоспламенение топливно-воздушной смеси. В точке взрыва резко повышается температура, а взрывная волна распространяется с очень большой скоростью. Ударяется о стенки цилиндров. Новые очаги провоцируют самовоспламенения. Поэтому в агрегате появляется множество взрывных волн. Они вызывают его вибрацию. Поэтому характерный стук является является следствием многократных ударов взрывных волн о стенки цилиндров.

Срок жизни отдельной взрывной волны составляет тысячные доли секунды. За это время она успевает нанести огромный ущерб. При ударе о стенки цилиндров, она разбивает масляную пленку. Как следствие, детали подвергаются трению «на сухую» и от коррозионного износа под влиянием продуктов сгорания. Кроме того, давление взрывной волны достигает огромных значений, что постепенно приводит к разрушению деталей. Также детонация провоцирует перегрев агрегата, который также очень губителен. В совокупности все эти негативные факторы очень сильно влияют на моторесурс двигателя.

Основные причины детонации двигателя

Факторами при которых появляется детонация в ДВС, являются условия благоприятные для быстрых окислительных процессов в камере сгорания.

1. Рабочая смесь в соотношении 9:1. Она способствует формированию в дальних уголках камеры сгорания очагов окислительных реакций.

2. Увеличение угла опережения зажигания. Пик максимума давления сдвигается к верхней мертвой точке. Это способствует увеличению давления в камере сгорания и появлению детонации.

3. Невысокое октановой число бензина. Дело в том, что активность горючего к окислению возрастает со снижением октанового числа.

4. Возрастание степени сжатия. Потому что моторы с высокой степенью сжатия должны работать на горючем с высоким октановым числом.

5. Конструкция камеры сгорания выполнена неудачно. Поэтому происходит плохой отвод тепла, слишком большой диаметр цилиндров и пр.

Методы борьбы с детонацией

Существуют методы, борьбы с детонацией. Все они основаны на ускорении догорания несгоревших частей в основном пламени двигателя. В следствии этого возможно также замедление окислительных реакций.

Первый фактор – увеличение оборотов. Потому что время прохождения окислительных реакций значительно сокращается и вероятность самовоспламенения уменьшается. Второй фактор – вращение (турбулизация) смеси в камере сгорания. Так как фронт пламени распространяется и детонация не наступает. Третий фактор – снижение пути фронта пламени. Практически это решается установкой двух свечей на цилиндр или меньшим диаметром последнего.

Для борьбы с детонацией авто производители разрабатывают различные конструкции камер сгорания. Например — форкамерный-факельная система зажигания автомобиля ГАЗ-3102. Повсеместное применение электроники в автомобилестроении, позволило свести к минимуму это явление. Ведь датчики постоянно следят за ситуацией внутри цилиндров и при появлении первых признаков детонации изменяют состав рабочей смеси и угол опережения зажигания. Кроме того, созданы современные двигатели, работающие на сверх бедных смесях (соотношение 40-50:1), что также исключает детонацию.

Основные причины детонации зависят от конкретных условий при которых детонация в двс возникает. Задача определить что именно не хватает двигателю для нормальной работы.

Что точно не может быть причиной детонации на «инжекторе»

До сих пор считалось, что детонацию топлива в двигателе могут вызывать три фактора:

Низкое качество самого топлива;
Слишком низкое октановое число;
Неправильная установка угла опережения зажигания.

Интересно то, что к инжекторным моторам всё сказанное не относится. Угол опережения выставляется автоматически, причём подбирается он как раз под октановое число. Ну а грязное топливо, в котором есть сор, будет сгорать так же, как любое низкооктановое. Правда, косвенно его использование ведёт к засору форсунок, но проявится этот эффект далеко не сразу. В общем, все указанные пункты – не актуальны.

Форсунка, проработавшая с засорённым фильтром тонкой очистки

Ещё в 50-х годах при изучении детонации двигателя причины были найдены и озвучены:

Используя топливо с фиксированным октановым числом, можно повышать угол опережения зажигания до строго определённого предела. Пройдя его, обычно наблюдают детонацию;
Пусть угол опережения является постоянным. Будем постепенно уменьшать октановое число. Тогда можно будет получить детонацию, преодолев некий «порог качества». В общем, низкооктановый бензин – это плохо.

В конструкции инжекторных двигателей есть датчик детонации (ДД) (подробнее о нём написано здесь). Блок ЭБУ, в свою очередь, меняет угол опережения, отслеживая сигнал с этого датчика. Неисправность самого ДД тоже не будет фатальной – процессор, хотя и не сразу, понизит угол опережения до минимума. Мощность после этого снизится, но детонация будет исключена.

Чем грозит появление нагара

Использование топлива с большим количеством вредных примесей ведёт к образованию нагара. Это – аксиома. Если же говорить о причинах детонации, нужно различать два понятия – нагар на поверхности цилиндра и отложения на корпусе свечи.

Поршни и поверхность цилиндров

Слой нагара на внутренней поверхности цилиндров есть всегда, а его количество постоянно меняется. Можно заправить авто некачественным топливом, а затем пусть мотор поработает на малой мощности. Суммарное количество нагара в результате возрастёт, что приведёт к увеличению степени сжатия и к ухудшению отвода тепла. В общем, может появиться детонация, а решают проблему так:

Автомобиль останавливают, уменьшают угол опережения зажигания, заводят двигатель снова. Регулировку производят только на трамблёре;
На инжекторном двигателе трамблёра нет, а угол опережения регулирует блок ЭБУ. Вмешательство оператора не требуется – нужен лишь исправный датчик детонации. Но даже с испорченным датчиком вызвать детонацию не получится – система среагирует на наличие неисправности мгновенно и правильно.

Здесь не было сказано о нагаре на корпусе свечи. Его появление действительно представляет опасность – речь идёт о «калильном зажигании». Подробней об этом явлении рассказывается ниже.

Последствия детонации

Как описано выше, детонация — это разрушительная сила, которая вызывает сильные вибрации в деталях коленчатого вала, головки цилиндра и других частей, непосредственно связанных с работой двигателя внутреннего сгорания.

Что конкретно происходит при детонировании ДВС

При воспламенении, т.е. взрыве топливно-воздушной смеси в цилиндре, возникает волна давления, которая разрушает гладкие стенки цилиндра и защитную пленку на поверхностях деталей трения.

Одним из последствий воспламенения является перегрев цилиндров двигателя, поскольку высокая температура газов нагревает соприкасающиеся с ними детали.

Когда цилиндры перегреваются в результате взрыва топлива, кромки поршней начинают трескаться.

Перегрев двигателя разрушает прокладку головки блока цилиндров, приводит к прогоранию клапанов, прогоранию свечей зажигания, в блоке или головке блока могут появиться микротрещины.

Можно сделать вывод, что обстрел двигателя внутреннего сгорания при высоких тепловых и ударных нагрузках приводит к разрушению как отдельных компонентов, так и двигателя в целом. Эксплуатация автомобиля с работающим двигателем сокращает срок службы и период капитального ремонта.

Полезная информация из следующего видео: Теория двигателя внутреннего сгорания.

Как взрывается двигатель на видео (звук).

Точное определение слова «стрельба», которое сейчас можно найти, можно прочитать в энциклопедии журнала «За рулем»

Там само определение называется «причина», чтобы подчеркнуть важность явления детонации. Таким образом, детонация двигателя — это самовоспламенение топлива в зонах, наиболее удаленных от свечи зажигания

Вот так, просто и ясно — никаких «взрывов» или «обвинений». Однако в действительности взрыв проявляется в виде характерного металлического шума. Его также можно назвать «взрывом». Причины детонации инжекторного двигателя объясняются ниже.

Что нужно для борьбы с детонацией двигателя

Учитывая, что последствия детонации своей серьезностью ни у кого не вызывают никаких сомнений, многие ищут способы как можно избежать этого явления на ранних стадиях, чтобы не пришлось тратиться на ремонт. Сделать это не сложно. Достаточно придерживаться некоторых простых правил эксплуатации транспортного средства, определенных производителем.

Прежде всего, следует следить, чтобы автомобиль постоянно заправлялся правильным топливом с нужным октановым числом, в противном случае детонация в двигателе будет появляться постоянно

Здесь также важно качество топлива, поэтому не упускайте возможность поинтересоваться имеющимися у владельцев автозаправок сертификатами

Дальше нужно смотреть за уровнем охлаждающей жидкости, периодически проверять систему охлаждения, осматривать радиатор, проверять, как работает нагнетающий воздух вентилятор. Эти, на первый взгляд, не сложные шаги дадут возможность своевременно обнаружить возможные проблемы с охлаждением двигателя и избежать его внезапного перегрева, и, как следствие, внутренней детонации.

Четким сигналом появления проблем в двигателе из-за того, что он детонирует, может стать черный, либо же зеленоватый дым из выхлопной трубы. Но такие проявления, как правило, сигнализируют об уже имеющихся серьезных неприятностях, исправить которые поможет исключительно замена отдельных частей.

Если же причиной детонации является раннее зажигание, его следует в срочном порядке отрегулировать. После этого на средней скорости дать максимальную нагрузку для двигателя и отследить детонацию мотора. Если не помогло, продолжить регулировку до полного его устранения.

Поделитесь информацией с друзьями:

Риски и разновидности

Столкнуться с детонацией в жару и на газу, при холодном моторе и даже выключенном двигателе, как оказалось, не проблема. Но автомобилист должен понимать, с чем именно он имеет дело, и чем подобные явления могут обернуться.

Какую машину можно купить за 300000 новую и с пробегом

Фактически речь идет о сильном взрыве внутри двигателя. Как вы понимаете, ничего хорошего в нем нет. Это очень опасно для ДВС. Самая большая нагрузка приходится на цилиндры, что в итоге может повлечь за собой полный выход из строя всего силового агрегата. Первой обычно срывает прокладку ГБЦ. Поскольку она не может выдерживать повышенные нагрузки механического и термического типа, в лучшем случае при детонации придется ее заменить. Если ситуация более сложная, тогда выйдет из строя коленвал, головка блока, цилиндро-поршневая группа и пр.

Как вы понимаете, намеренного желания столкнуться с подобным нет ни у кого. Но порой не всем удается предотвратить возникновение такой ситуации.

Причем не так важно, какой автомобиль у вас в распоряжении. Это может быть старенький ВАЗ 2109, более свежая Лада Гранта, или вовсе какой-нибудь Фольксваген Пассат или Форд Экоспорт последнего поколения

Еще стоит учесть наличие 2 разновидностей детонации.

Допустимая. Большинство автомобилистов даже не замечают, когда она возникает. И в этом ничего страшного нет. Такая детонация актуальна в ситуациях, когда существенно повышаются обороты. Причем сразу же эффект взрыва пропадает. Подобное явление актуально в моторах с повышенным крутящим моментом, большим объемом двигателя и высоким уровнем мощности;
Недопустимая. Именно о ней и идет речь в рамках нашего материала. Проявляется в условиях повышенной нагрузки на мотор и высоких оборотах. Порой хватает буквально несколько секунд, чтобы мотор вышел из строя под воздействием детонации.

Думаю, теперь всем стало понятно, насколько это плохо, когда двигатель детонирует. Можно переходить к следующим вопросам.

Октановое число бензина и цетановое число дизеля

Привычный нам индекс бензина на заправках – это его коэффициент детонационной стойкости. Сравнение проводится по отношению к смеси производного бензина – гептана, с изооктаном – одним из самых устойчивых к воспламенению от сжатия компонентов. У гептана устойчивость – 0% (никакая), у изооктана – 100%. Например, маркировка «95» – указывает, что стойкость этого бензина, как у изооктана 95% «крепости».

Чтобы управлять горением топливовоздушной смеси, добиваясь от нее более «предсказуемого» поведения, в бензин и солярку добавляют замедляющие реакцию антидетонационные присадки.

Сравнение состава бензина

Шкала измерения до 100 – была вполне логична, пока не появились более эффективные, чем тетраэтилсвинец, добавки, сдерживающие воспламенение от сжатия, с помощью которых сейчас производят 95 и 98 бензин (из 92-го).

От того, насколько «законные» составы применяются – зависит качество полученного «корма» для двигателя: его стойкость к расслоению на фракции, к нагарообразованию, смолистость, процентное содержание серы. Ферроцен, марганцевые присадки, тот же тетраэтилсвинец, запрещенный сейчас законодательно, не просто канцерогенны и вредны для окружающей среды – они потихоньку «убивают» ДВС, оснащенные распределенным впрыском и катализатором. Разрешенные добавки – монометиланилин (ММА), с метил-трет-бутиловым эфиром (МТБЭ) – тоже небезопасны. Первый – повышает смолообразование (и нагар), второй – быстро улетучивается в теплую погоду (если бак негерметичен), снижая этим октановое число бензина.

У дизтоплива есть свой эквивалент устойчивости – цетан, демонстрирующий большую задержку воспламенения от сжатия (100%). В качестве «антагониста» для него используется метилнафталин (0%).

Чем опасна детонация

Двигатель, работающий с сильной детонацией под большой нагрузкой, выходит из строя за считаные мгновения. Повреждение вызывают механические напряжения и сильный перегрев деталей.

Детали которые подвержены повреждениям:

Разрушается поршень — деталь, не имеющая непосредственного теплоотвода и изготовленная из сплава со сравнительно низкой температурой плавления;
Разрушаются перегородки между поршневыми кольцами;
Возможно растрескивание тарелок клапанов;
Возможно прогорание прокладки головки блока цилиндров;
Вибрация, в следствии детонации, может приводить к разрушению поршневых пальцев и шатунных вкладышей.

Последствия детонации

Особенно пагубно это сказывается на современных легких двигателях, изготовленных из алюминиевых сплавов. Однако, если ваш двигатель имеет чугунный блок — это не говорит о том, что мотору ему ничего не сулит.

Особо тяжелый случай для мотора, когда происходит проворачивание кривошипно-шатунного механизма, и коленчатый вал начинает вращаться в обратном направлении. Это приводит к разрушению узлов двигателя.

Сгоревшая прокладка ГБЦРазрушение поршняПробой головки блока цилиндров В момент детонации двигателя на оборотах температура в некоторых точках камеры сгорания достигает 3500 °C, а скорость нарастания давление превышает расчетное в несколько раз.

Обедненная топливовоздушная смесь

Меньше горючего — больше воздуха, выше температура горения, выше склонность к самовоспламенению от сжатия. Большинство автомобилей с пробегом за 180 т. км, ни разу не подвергавшихся процедуре чистки форсунок — имеют проблемы со смесеобразованием и склонны к детонации. Еще одним вероятным поводом, почему могут возникать проблемы с бедной смесью и перегревом — может стать установка высокопроизводительной турбины. Излишний буст, без должного охлаждения и корректировки настроек впрыска — приводит только к повышенной нагрузке на двигатель.

Почему еще может происходить обеднение:

Упала производительность бензонасоса.
Забился топливный фильтр.
Низкое давление в магистрали — клапан сливает в обратку.
Воздушные пробки в системе.
Отказ или неверные показания кислородного датчика (лямбда).

Независимо от того, будет ли возникать «чек» на приборной панели, ошибка лямбды – серьезно влияет на дальнейшее «поведение» автомобиля, поэтому ее надо не просто убирать, а диагностировать и устранять.

Как устранить ошибку датчика детонации на Приоре или особенности замены крепежного болта

В случае если в ходе проверки не было выявлено проблем с датчиком детонации, но при этом продолжают высвечиваться ошибки, тогда необходимо заменить крепление датчика. Для чего это делается?

ДД с завода на большинстве моделей автомобилей Приора (и других моделей ВАЗ) крепится с помощью короткого болтового элемента, который ввинчивается в отверстие на блоке двигателя. Недостаток использования болта в том, что при ввинчивании он не упирается торцевой частью в отверстии в блоке, и тем самым снижается уровень передачи вибраций от двигателя на датчик. Плюс ко всему, он имеет меньшее пятно соприкосновения.

Соединительный элемент является важной частью, который не только обеспечивает надежное прижатие датчика, но еще и передает вибрации работающего двигателя. Чтобы исправить ситуацию, необходимо заменить соединительный болт удлиненной шпилькой. Почему необходимо фиксировать ДД на Приоре с помощью шпильки? Вполне уместный вопрос, ведь можно использовать болт с удлиненной резьбовой частью, чтобы обеспечить затяжку датчика

Применение болта не позволит решить проблему, ведь довольно сложно подобрать такое изделие, которое можно было бы закрутить в блок, и при этом добиться того, чтобы его торцевая часть упиралась в стенку внутри отверстия. Именно поэтому нужно использовать шпильку, что позволит обеспечить более эффективную работу датчика

Почему необходимо фиксировать ДД на Приоре с помощью шпильки? Вполне уместный вопрос, ведь можно использовать болт с удлиненной резьбовой частью, чтобы обеспечить затяжку датчика. Применение болта не позволит решить проблему, ведь довольно сложно подобрать такое изделие, которое можно было бы закрутить в блок, и при этом добиться того, чтобы его торцевая часть упиралась в стенку внутри отверстия. Именно поэтому нужно использовать шпильку, что позволит обеспечить более эффективную работу датчика.

Это интересно! Если говорить простыми словами, то крепежный элемент передает вибрацию непосредственно от стенок цилиндров, где возникает процесс самовоспламенения.

Как заменить крепежный болт ДД на Приоре на шпильку? Для этого необходимо выполнить следующие действия:

Взять шпильку подходящей длины и ширины. Чтобы не искать деталь и, тем более, не заказывать ее выточку, используем шпильку крепления выпускного коллектора от ВАЗ-2101 или бензонасоса (00001-0035437-218). Они имеют следующие параметры М8×45 и М8×35 (шаг резьбы 1,25). Шпильки длиной 35 мм будет достаточно.
Еще понадобится шайба, гровер и гайка М8 соответствующих размеров. Шайба и гравер нужны обязательно. Шайба обеспечивает качественное прижатие ДД, а гравер исключит вероятность вывинчивания гайки от воздействия постоянных вибраций.
Вкручиваем шпильку (шпильковертом или с помощью двух гаек) в отверстие крепления датчика до упора.
После этого нужно установить датчик, шайбу, а затем гровер, и затянуть все это гайкой с усилием 20-25 Нм.
В завершении надеть фишку на датчик, и сбросить скопившиеся ошибки. Поездить, и убедиться, что двигатель стал работать лучше, а на БК не появляются ошибки.

Именно таким способом удается устранить проблему с датчиком детонации на Приоре

Однако важно понимать, что предварительно следует убедиться в исправности устройства

Описание детонации и ее последствий

Во время разгона автомобиля водитель давит на педаль акселератора, топливная смесь, попадая в цилиндры, испытывает воздействие очень высокого давления и температуры. Давление возрастает от перемещения поршня вверх и возгорания топлива от свечи накаливания. Пламя, расползаясь по камере сгорания, генерирует добавочное давление.

Под воздействием сверхвысокой температуры и возросшего давления остатки горючей смеси самовоспламеняются, создавая одну за другой взрывные волны со стремительным возрастанием амплитуды.

Возникает эффект неконтролируемой цепной реакции, в ходе которой пламя на огромной скорости давит на гильзу, обороты двигателя растут до бесконечности — движок идет вразнос, раскручиваясь самопроизвольно. Такую ситуацию трудно взять под контроль.

Последствия детонации двигателя выражены появлением следующих поломок:

Срыв кромок поршней.
Повреждение стенок цилиндров.
Разрыв прокладки головки цилиндров.
Поломка датчика дроссельной заслонки.

При стабильной работе мотора происходит равномерное сгорание топливной смеси с последующей передачей энергии на поршни.

Что такое детонация

Детонация — это разложение (взрывание) взрывчатых веществ при помощи воспламенения детонаторов, отличающееся максимальными скоростью и разрушительным действием. Разложение взрывчатых веществ может происходить с различной скоростью в зависимости от ряда условий. При так называемом прогрессивном горении тепло, выделяющееся при разложении взрывчатых веществ, передается ближайшим еще неразложившимся слоям, которые в свою очередь начинают горсть и таким образом нагревают последующие слои.

Скорость при этом горении зависит напрямую от природы вещества, температуры и давления, его физического состояния. Например увеличение давления при горении пироксилина в закрытом сосуде повышает скорость взрыва, которая достигнет сотен метров в секунду, в то время как на воздухе скорость разложения его незначительна.

В отличие от прогрессивного горения детонация происходит почти мгновенно по всей массе взрывчатого вещества, и благодаря громадному, моментально образующемуся давлению взрыв производит особенно разрушительное действие, почти равномерно во все стороны (бризантное действие), в то время как взрыв, обусловливаемый прогрессивным горением, создает давление, действующее главным образом в сторону наименьшего сопротивления.

Механизм детонации состоит в том, что взрыв одного слоя вещества дает удар, сжимающий соседний слой, который вследствие сжатия нагревается и взрывается в свою очередь. Этот процесс (сжатие — нагревание — взрыв) идет с громадной скоростью, порядка нескольких тыс. км/сек, и носит название «взрывной волны».

Таким образом механизм прогрессивного горения отличается от механизма детонации тем, что в первом случае нагревание, необходимое для начала разложения взрывчатого вещества, происходит вследствие непосредственной передачи тепловой энергии от горящих слоев к последующим, а при детонации эта передача тепла происходит не непосредственно. Сначала энергия передается как механическая (сжатие от удара) и затем уже превращается в тепло, обусловливающее дальнейшее течение процесса.

Для детонации каждого взрывчатого вещества, в одинаковом физическом состоянии, необходимо вполне определенное минимальное количество данного детонатора при условии, если детонатор помещается в капсюле одинакового устройства и капсюль одинаково располагается относительно взрывчатого вещества. Чем прочнее стенки капсюля, наполненного детонатором, и чем капсюль ближе к взрывчатому веществу, тем меньшее количество детонатора необходимо для взрыва.

Прессованные и сухие взрывчатые вещества детонируют легче, чем непрессованные и влажные. Примесь инертных веществ уменьшает способность к детонации. Иногда детонация производится не непосредственно: например влажный пироксилин детонируется сухим пироксилином, который в свою очередь детонируется гремучей ртутью.

Воспламенение детонаторов производится или ударом, или нагреванием, последнее достигается при помощи бикфордова шнура (тонкая трубка, наполненная динамитом), накаленной током проволочки или электрической искры. Скорость детонации определяется в специальных приборах, состоящих из различной длины трубок, наполненных испытуемым веществом. Вещество детонируется у одного конца трубки, и отмечается время, в течение которого взрыв распространяется до другого конца. Частное от деления длины трубки в метрах на время в секундах дает скорость детонации в метрах в секунду.

Время измеряется при помощи специального электрического хронографа. Существуют приборы, позволяющие определить скорость детонации и без хронографа (прибор Дотриша); они основаны на зажигании взрывом определенных отрезков бикфордова шнура, соединенных с началом и с концом трубки, наполненной испытуемым веществом. Для скорости детонации имеет значение форма заряда: так, в узких трубках скорость детонации меньше, чем в широких.

Детонация двигателя: описание процесса, причины возникновения и методы устранения проблемы