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

Свечи

Плохие свечи способствуют появлению детонации. За состоянием свечей надо следить регулярно.

Третья распространённая причина – это использование свечей, не соответствующих требованиям производителя. Водители, стремясь сэкономить, покупают отличные от рекомендованных производителем запчасти. Свеча зажигания помогает контролировать воспламенение горючей смеси. Неверно подобранные свечи изменяют рабочий объём камеры сгорания. Температура деталей силового агрегата повышается. Поэтому неправильные свечи — источник возникновения детонации после отключения зажигания.

Перечисленные выше первопричины под силу устранить водителю самостоятельно без помощи мастеров со станции техобслуживания.

Виды датчиков

По спектральным характеристикам исторически их два – резонансный и широкополосный.

В первом для повышения чувствительности используется ярко выраженная реакция на вполне определённые звуковые частоты. Заранее известно какой спектр выдаётся страдающими от ударной волны деталями, именно на них датчик конструктивно и настраивается.

Датчик широкополосного типа обладает меньшей чувствительностью, зато улавливает колебания разных частот. Это позволяет унифицировать приборы и не подбирать их характеристики под конкретный двигатель, а большая способность улавливать слабые сигналы не очень востребована, детонация обладает достаточной акустической громкостью.

Сравнение датчиков обоих типов привело к полному вытеснению резонансных ДД. В настоящее время применяются только двухконтактные широкополосные датчики тороидальной формы, закреплённые на блоке центральной шпилькой с гайкой.

Примечания

1. ↑ , Детонация..
2. , с. 13.
3. , с. 262.
4. Chapman D. L. On the rate of explosion in gases // Philosophical Magazine. — 1899. — Vol. 47. — 189. — P. 90—104.
5. Jouguet Е. Sur la propagation des réactions chimiques dans les gaz // Journal des Mathématiques Pures et Appliquées. — 1905. — Vol. 1. — P. 347—425.
6. Зельдович Я. Б. К теории распространения детонации в газообразных системах // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1940. — Т. 10, вып. 5. — С. 542—568.
7. von Neumann, J. John von Neumann: Collected Works, 1903-1957. — New York : Pergamon Press, 1963. — Vol. 6. — ISBN 978-0-08-009566-0.
8. , с. 44.
9. , с. 69.
10. Денисов Ю. Н., Трошин Я. К. Пульсирующая и спиновая детонация газовых смесей в трубах // Доклады АН СССР. — 1959. — Т. 125, № 1. — С. 110-113.
11. , § 129. Детонация, с. 668.
12. , с. 10.
13. , с. 11.
14. , с. 71.
15.  (недоступная ссылка)
16. , с. 64.
17. , с. 69.
18. , с. 75.
19. , с. 74.
20. — статья из энциклопедии «Кругосвет»
21. Norris, G. (2008). «Pulse Power: Pulse Detonation Engine-powered Flight Demonstration Marks Milestone in Mojave». Aviation Week & Space Technology 168 (7).
22. — статья из энциклопедии «Кругосвет»

Причины детонации двигателя

Сразу стоит отметить, что описываемый процесс условно принято делить на критический и допустимый. В последнем случае имеется в виду нечастое явление, обнаруживающее себя нерегулярно. Чаще всего такая детонация слышна на малых оборотах и длится короткий промежуток времени. Это характерно для моторов малого (1,4-1,6 л) объема и сравнительно большой мощности: к примеру, 105 л. с., 1,5 л при крутящем моменте 135 Нм.

Однако откуда берется детонация в обычных силовых установках? Причин несколько.

Неправильная эксплуатация двигателя

Детонация может проявиться и на полностью исправном моторе: например, при затяжном подъеме на неправильно выбранной передаче с одновременным нажатием на педаль акселератора. В таких условиях коленвал просто не может набрать нужные обороты и разогнать машину.

Зажигание

Некоторые автовладельцы делают угол опережения зажигания ранним, чтобы двигатель быстрее реагировал при нажатии на газ. Так оно и получается, но при этом смесь воспламеняется раньше времени и мотор детонирует, противодействуя движению поршня вверх. Кроме того, в рабочей камере начинает образовываться и накапливаться нагар, в результате чего она уменьшается в объеме и перегревается. Иногда отложения тлеют, делая процесс воспламенения смеси неконтролируемым.

Калильное зажигание и его влияние на детонацию

К детонации силовой установки может привести неграмотная замена свечей зажигания, когда эти детали устанавливаются с неверным калильным числом. Речь идет о явлении, похожим на детонацию, но не являющейся таковой. Калильное зажигание – всего лишь следствие раннего воспламенения смеси, в итоге которого мотор может работать некоторое время даже при выключении зажигания.

Вмешательство в работу ЭБУ

Зачастую владельцы машин стараются любыми методами сделать свое детище более экономным. Для этого производят перепрошивку ЭБУ, ее «чиповку» и иные манипуляции с электроникой блока. В итоге смесь обедняется, топлива действительно расходуется чуть меньше. Но при этом неизбежна детонация, приводящая к сокращению эксплуатационного ресурса двигателя.

Неверное октановое число бензина

Если сравнивать с дизелем, в бензиновой силовой установке смесь воспламеняется не от сжатия, а от электрической искры. При большом октановом числе топливо может сильнее сжиматься без появления детонации. Соответственно: использование горючее с низким параметром (отличающимся от требований производителя авто), неизбежно приведет к этому неприятному явлению. Также стоит учитывать, что не всегда этикетка на колонке АЗС соответствует содержимому ее цистерн. Т. е. если вы хотите заправляться качественным топливом, подбирайте соответствующую станцию. А как показывает практика, сделать это можно опытным путем.

Особенности конструкции

Своеобразие силового агрегата также может быть причиной образования детонации. На процесс ее образования влияют:

• конфигурация камеры сгорания;
• тип днища поршня;
• степень сжатия двигателя;
• наличие (отсутствие) турбонаддува.

Наибольшей степенью сжатия, следовательно, и риском детонации обладают турбированные моторы, работающие на бензине. Здесь топливо с низким качеством, имеющее нештатное октановое число, не только неуместно, но и опасно.

Неисправности датчиков (для инжекторных моторов)

Особенность инжекторных двигателей – наличие элементов, способных контролировать работоспособность системы в любой момент. Ниже рассмотрены датчики, отказ которых ведет к появлению детонации:

1. Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ). Его неисправность сопровождается провалами мощности и рывками при движении, разгоне, а также «плавающим» холостым ходом. Детонация в этом случае особенно ярко даст о себе знать, когда стиль вождения связан с постоянным «утоплением» педали газа в пол. Стоит заметить: индикатор на панели приборов Check Engine в подобной ситуации чаще всего не загорается.
2. Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ). Если он неисправен, мотор начнет перегреваться и ЭБУ об этом не будет «знать». Т. е. детонация будет проявляться только в критическом температурном режиме.
3. Датчик детонации (ДД). Выход его из строя – довольно редкое явление: чаще всего повреждаются подходящие к нему провода. Но если неисправен будет именно ДД, лампочка Check не загорится. Чтобы убедиться в неисправности датчика детонации, пустите и заглушите мотор. Затем снимите любую клемму с аккумулятора и через несколько секунд подсоедините снова. Пустите мотор: если детонация появится, но исчезнет до следующего старта, причина – в датчике. Он же может быть «виноватым», если силовая установка продолжает работать при выключенном зажигании.

Замена датчика

С тем, как проверить датчик детонации ВАЗ-2114 или любой другой модели, разобрались. Отметим, что этот датчик ремонту не подлежит и если он неисправен, то необходимо его заменить.

Замена датчика детонации ВАЗ-2114 – операция простая, но может быть затруднена плохим доступом к нему (16-клапанные моторы). Для смены же понадобиться всего лишь новый элемент и рожковый ключ соответствующих размеров.

Перед откручиванием крепежного болта следует предварительно отсоединить колодку с проводами. Затем болт выкручивается, снимается старый датчик, а на его место устанавливается новый и надежно фиксируется все тем же крепежным элементом. И только после этого подключается колодка с проводами.

Что часто путают с детонацией?

В автомобильной инженерии существует такой термин как «калильное зажигание». Автомобилисты заблуждаются из-за того, что при калильной ситуации ДВС еще работает и в тех условиях, когда зажигание находится в выключенном состоянии. Но это совсем не проблема, о которой говорится в данной статье, это всего лишь топливовоздушная смесь, которая возгорается из-за нагретого мотора, но это не причины детонации двигателя.

Дизелинг — тоже проблема, которую воспринимают за детонирование, но на самом деле нет. Это явление сопровождается недолгой работой мотора, даже когда уже выключено зажигание и использование масла несоответствующего детонационной характеристике. Это в свою очередь приводит к тому, что состав самовозгорается.

Способы устранения детонации

Выше описаны самые наиболее встречающиеся причины появления детонации в моторе и само понятие этого явления, а теперь следует рассказать о том, какие существуют методу устранения этой неполадки в автомобиле. Увеличение скорости сможет помочь уменьшить вероятность взрывного горения топлива, потому как она делает меньше время его сжигания. Огромное давление снижается, и топливо не подвергается повышению температуры.

Для примера можно привести случай, если водитель едет по прямому участку дороги с горы. Когда автомобиль начинает подниматься на гору, то его скорость снижается и можно услышать детонацию мотора. Поэтому, чтобы придать ускорение автомобилю, водитель переключается на более низкую передачу и придавая ускорение автомобилю убирает это явление.

Риск появления описываемой неисправности уменьшает увеличение влажности. Содержащаяся в воздухе вода влияет на понижение температуры сгорания топлива. Самые распространенные уловки, которые используют водители, чтобы получить максимальную производительность двигателя без детонации следующие:

• Применение наиболее качественного бензина;
• Торможение, чтобы опередить зажигание;
• Понижение температуры горения топлива.

Этого можно достигнуть, используя интеркулер или нагнетанием воды. Охладитель получает воздух и отправляет его в воздушные охладители, которые снижают температуру. Описываемая проблема далеко не новая в сфере эксплуатации транспортных средств и изготовители автомобилей всячески старались снизить или вовсе устранить появление детонации на протяжении долгого времени.

Intercooler автомобильный

Это довольно непростой процесс, включающий в себя большое количество разнообразных факторов. Для того чтобы понять работу двигателя, следует обрести понимание появления детонации и изучить, способствующие ей стадии.

Нужно постоянно обращать внимание на все нестандартные звуки и шумы в двигателе, потому как именно они смогут помочь определить появление детонации и должны быть устранены в кратчайшие сроки. Хотя это явление весьма опасно для мотора автомобиля, но им нетрудно управлять, главное понять причину появления неисправности

Что это?

Теоретически, оптимальная скорость горения топливовоздушной смеси в цилиндрах блока двигателя должна быть не более 250 м/с (норма около 20). Сгорание бензина со скоростью более 2000 м/с. принято называть детонацией, точнее сказать, – фактически микровзрывом. Происходит неравномерное, несвоевременное, ударное возгорание воздушно-топливной смеси, при более высокой температуре и скорости, сопровождающееся характерным звонким металлическим стуком. Такое возгорание происходит не в области свечи и не от нее, и распространяется на поступающую порцию воздушно-топливной смеси.

Возгорание под высоким давлением происходит в дизельных движках, зажигание же смеси паров бензина и воздуха под давлением не нормально для бензинового мотора.

И если движение на высокой передаче с низкой скоростью — это едва ли не осознанное нанесение вреда двигателю, то детонация может принести весьма печальные последствия для двигателя вплоть до его поломки.

Что такое детонация двигателя внутреннего сгорания

Детонация двигателя явление не из приятных. Причины детонации мы разберем в конце статьи, а сначала давайте разберемся в том, что такое детонация, и что при ней происходит с двигателем.

Нормальное сгорание топлива в цилиндре, это химическое взаимодействие, протекающее в смеси паров бензина с воздухом. Для того чтобы процесс начался, мало просто перемешать горючее с воздухом в нужной пропорции, этому веществу необходимо еще дать необходимую энергию.

В дизельных двигателях для этого создается очень высокое давление на горючую смесь и температура в конце такта сжатия способствует воспламенению топлива. В бензиновых моторах смесь необходимо поджечь искрой, которая создается при помощи автомобильной свечи. Сформировавшееся пламя распространяется от электродов автомобильной свечи к стенкам всей камеры сгорания.

Пока фронт пламени идет от свечи зажигания к дальним зонам камеры сгорания, может произойти ее самовоспламенение до прихода огня. Несомненно, из-за этого возникает слабая ударная волна, которая встречает на своем пути подготовленное к воспламенению топливо.

От сжатия горючая смесь тут же воспламеняется. Проще говоря, эта волна и есть детонация, скорость ее распространения в цилиндре двигателя достигает порядка 1000 м/с. Это в несколько раз быстрее обыкновенного фронта огня. При этом вы можете слышать металлический звук.

Это явление проявляется, как правило, при средних и больших оборотах мотора. Слабая и кратковременная нагрузка не оказывает серьезного вредного воздействия. Кроме того, чем ближе обстоятельства сгорания в моторе к детонации, тем выше его КПД.

В дизельных двигателях уровень сжатия намного выше, от чего топливо нагревается до пятисот градусов, и самовоспламеняется без помощи искры. В бензиновых моторах уровень сжатия намного меньше, соответственно, и температура в цилиндрах ниже. Кроме того, способность самовозгораться у бензина ниже, чем у дизельного горючего.

Как проявляется детонация

Возникновение детонации в цилиндрах сопровождается металлическим звоном. При этом сам мотор вибрирует, что передается на кузов, а также запозданием прекращения работы (после отключения зажигания двигатель некоторое время еще работает). Если эти симптомы появились – в цилиндрах двигателя происходит детонационное сгорание.

В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь, которая закачана в цилиндры, предварительно сжимается поршнем, что обеспечивает смесеобразование и повышение температуры, которая сказывается на воспламеняемости. Находящуюся под давлением смесь поджигает искра свечи зажигания. При этом образуется фронт пламени, который распространяется по всему объему от точки воспламенения к краям. Процесс распространения медленный – 20-30 метров в секунду. Сгорание топлива сопровождается возрастанием температуры внутри цилиндра и давления, которое и выступает как энергия, преобразуемая в механическое действие.

Детонационное сгорание – процесс, при котором возрастание давления и температуры приводит к появлению окислительных процессов компонентов смеси, что становится причиной возникновения дополнительного очага воспламенения. В результате фронт пламени распространяется быстрее, чем при нормальном горении (скорость распространения пламени превышает 1500 м/сек). Вместо одного очага (от свечи) становится два (второй – самопроизвольный), при этом фронт пламени каждого из них идет навстречу друг другу.

Видео: ДЕТОНАЦИЯ НАГЛЯДНО

В цилиндре от такого процесса происходит взрыв смеси, а не постепенное распространение пламени. Столкновение двух фронтов пламени приводит к увеличению давления и температуры. А это приводит к усилению ударных нагрузок на цилиндропоршневую группу и кривошипно-шатунный механизм, а из-за температуры перегревается мотор.

Литература

• Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. — 268 с.
• Хитрин Л. Н. Глава IV. Процесс распространения пламени. Детонация // Физика горения и взрыва. — М.: Издательство Московского университета, 1957. — С. 255-314. — 452 с. — 20 000 экз.
• Щёлкин К. И., Трошин Я. К. Газодинамика горения. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1963. — 254 с.
• Дрёмин А. Н., Савров С. Д., Трофимов В. С., Шведов К. К. Детонационные волны в конденсированных средах. — М.: Наука, 1970. — 164 с.
• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. § 129. Детонация // Гидродинамика. — Издание 5-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2001. — С. 668. — 736 с. — («Теоретическая физика», том VI). — ISBN 5-9221-0121-8.

Как появляется детонация

Наверняка каждый автолюбитель знает, что для процесса горения, который происходит внутри камеры сгорания мотора, требуется два основных условия. Это создание смеси из топлива и кислорода, а также искра от свечи зажигания. Детонацией называют ситуацию, когда смесь сгорает самопроизвольно, не дожидаясь момента активации свечи.

Если двигатель работает нормально, никаких сбоев не наблюдается, то скорость распространения горючего составляет порядка 20-30 метров за секунду. Когда же происходит детонация, этот показатель может увеличиваться в десятки раз. Распознать появление такого явления довольно просто, поскольку возникает соответствующий металлический звук со стороны ДВС. Среди автомобилистов используется довольно распространенное понятие стук пальцев. Причина такого шума обусловлена тем, что взрывные волны контактируют со стенками внутри камеры сгорания. Это способствует падению мощности ДВС с параллельным стремительным ростом расхода.

Детонация может происходить и в ситуации, когда мотор уже заглушили и зажигание выключили. Мотор не сразу останавливается, а все еще работает около 20-25 секунд, и только потом глохнет. В такой ситуации ждать, пока двигатель сам остановиться, не стоит. Нужно помочь уменьшить температуру внутри, подав дополнительное количество топлива. Для этого достаточно просто нажать на педаль газа.

Откуда в двигателе возникает стук на горячую?

Причины могут быть самые разные, и первоочередная задача при обнаружении стуков, понять какие детали его вызывают. От своевременно найденной причины и быстрого решения проблем зависит срок службы двигателя в целом.

1. Самая безобидная причина кроется не в механизме, а в понижении уровня моторного масла. Когда двигатель стучит на горячую, в дорожных условиях самое большее, что можно сделать — это при помощи щупа выяснить уровень моторного масла в текущий момент. Нехватка смазки провоцирует трение смежных деталей друг о друга, они могут повреждаться, что и вызывает появление характерных стуков.

При доливании масла до требуемого уровня, стук должен прекратиться.

Необходимо прислушиваться к интенсивности стуков, если отмечается явное их нарастание, то лучше обратиться в автосервис и провести диагностику двигателя. Если стуки в двигателе на горячую равномерные и характеризуются затиханием с нарастанием температуры, при этом видимых неисправностей и проблем не обнаружено, автомобиль может эксплуатироваться еще десятки тысяч километров до того, как встанет на ремонт.
Стук может исходить из коленчатого вала. Если мотор находится под нагрузкой, и при этом стуки проявляются с нарастающей силой, прогрессируя с течением времени, то поиск проблемы сужается до подшипников коленчатого вала. Продолжать движение при такой неисправности опасно, иначе ситуация усугубится и мотор потребуется ремонтировать капитально.
Стук в двигателе на горячую способен издаваться клапанами при повышении числа оборотов коленвала и одновременном уменьшении давления в системе уровня смазки. Для того чтобы избавиться от стука, для начала потребуется привести в норму давление в системе, чтобы двигатель нормально функционировал

Важно подобрать только такое моторное масло, вязкость и свойства которого удовлетворяют климатическим условиям конкретного региона с учетом сезона.

Если давление масла нормализованно, а стуки не прекращаются, тогда придется снимать крышку клапанов и сделать проверку зазоров. Увеличение зазоров — главная причина появления стука и последующего износа деталей.

Это явление характерно для машин со значительным пробегом, где зазоры появляются по причине долгого использования и естественного износа деталей. Зазоры нужно выставить правильно, регулируют их с помощью специального набора щупов, которые помещаются в промежутки между коромыслом и верхней частью клапана.

1. При изменениях температуры двигателя стуки могут либо усиливаться, либо ослабевать. Первый случай связан с тем, что изношенные детали при прогревании могут немного расшириться, тем самым уменьшив зазор, а это в свою очередь, приводит к естественному исчезновению стука. Такая ситуация часто наблюдается в цилиндропоршневой группе двигателя. Второй случай связан с нагревом моторного масла. Как известно, при горячем двигателе оно разжижается, что может усилить стуки в подшипниках кривошипно-шатунного механизма. Продолжать движение на автомобиле во время стука двигателя весьма опасно, Во избежание серьезных поломок моторного агрегата, лучше вызвать эвакуатор и отвезти машину на станцию техобслуживания, где специалисты будут выявлять точную причину и сразу ее устранять.
2. Иногда стук появляется из-за человеческого фактора. Простой пример — форсирование лужи на большой скорости приводит к гидроудару, что может повлечь за собой прогибание шатуна. Бывает, что замененная при ремонте деталь была с нарушенной геометрией, некачественной, либо установка ее была выполнена с перекосом. На подобные детали в разы возрастает нагрузка, что неизбежно приводит к ухудшению смазки и повышению температуры в зоне их работы. Как результат — быстрая изнашиваемость, увеличение зазоров, и впоследствии — стук.

Если после проверки зазоров соединенных деталей выяснилось, что они соответствуют норме, можно предположить, что двигатель стучит на горячую из-за интенсивных нагрузок, либо по причине долгой работы в перегретом состоянии. В результате чего сильное трение деталей быстро разрушает смазку.

Как устранить детонацию двигателя

Итак, рассмотрев основные причины детонации мотора и разобравшись с тем, что это такое, можно перейти к тому, как избавиться от этого явления. Начнем со старых ДВС. В самом начале следует исключить перегрев мотора, а также заправку некачественным или неподходящим топливом, проверить свечи зажигания.

Далее, если на двигателе не установлен датчик детонации, тогда проявление ее признаков указывает на необходимость регулировки УОЗ. Для этого нужно уменьшить угол опережения зажигания, покрутив трамблер. Главное, добиться того, чтобы двигатель стабильно работал в режиме холостого хода.

Решение является временным, так как долго с уменьшенным углом зажигания ездить нельзя (прогорят выпускные клапана в результате роста температуры отработавших газов), но добраться до сервиса своим ходом вполне реально.

Однако во время езды нужно постоянно следить за тем, чтобы в двигателе не было характерного «звона». Еще на старый ДВС можно установить так называемый электронный октан-корректор, чтобы избежать манипуляций с трамблером. Еще добавим, как показывает практика, многие владельцы карбюраторных авто предпочитают установить электронное зажигание.

Что касается более современных двигателей, на инжекторных агрегатах штатно реализованы решения, позволяющие избежать или свести к минимуму риск детонации. Речь идет о датчике детонации двигателя (ДД), который фиксирует ее возникновение. Затем соответствующий сигнал поступает на ЭБУ.

Затем блок управления самостоятельно корректирует угол опережения зажигания с учетом тех данных, которые были получены от ДД. При этом возможность такой корректировки составляет, в среднем, сдвиг угла на 2 – 5 градусов. Если же избавиться от детонации таким способом не удается, ЭБУ фиксирует ошибку и прописывает к себе в память, на панели приборов может загореться «чек»,  двигатель переходит в аварийный режим и т.д.

То же самое происходит и тогда, когда сам датчик детонации вышел из строя или топливо оказалось слишком неподходящим, то есть контроллер попросту не способен убрать детонацию путем запрограммированного сдвига угла опережения зажигания.

Становится понятно, что в этом случае водителю на начальном этапе нужно начать с проверки датчика детонации, а также считать ошибки из памяти ЭБУ. Сделать это можно в рамках компьютерной диагностики двигателя. Также проверку можно выполнить и самостоятельно (при наличии специального диагностического адаптера-сканера в разъем OBD и смартфона/планшета или ноутбука с предварительно установленным программным обеспечением).

• Диагностика двигателя по свечам зажигания

  Как проверить работу двигателя по свечам зажигания. Основные признаки неисправностей мотора: появление черного, серого, красного и белого нагара на свечах. Читать далее

• Как определить раннее или позднее зажигание

  Признаки для определения правильности выставленного угла опережения зажигания. Последствия некорректно настроенного УОЗ, способы выставления зажигания. Читать далее

• Что такое датчик детонации двигателя

  Назначение и устройство датчика детонации. Главные причины возникновения детонации, виды и принцип работы датчика. Читать далее

• Детонация двигателя: что это такое?

  Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС. Читать далее

• Последствия перегрева двигателя автомобиля

  Почему возникает перегрев двигателя. Чего ожидать водителю и какие поломки могут возникнуть, если двигатель перегрелся. Что делать в случае перегрева ДВС. Читать далее

• Основные неисправности системы охлаждения двигателя

  Распространенные поломки системы охлаждения мотора: водяной насос, термостат, радиатор, вентилятор охлаждения и другие. Как самому определить причины. Читать далее