Как определить детонацию

Все что вы хотели знать про детонацию, но боялись спросить.

Когда начинал заниматься настройкой двигателя, самым страшным явлением для меня была детонация. Проблемы вызывало все, начиная от детектирования, заканчивая определением причин. Когда я учился, еще проблемой было отсутствие литературы на эту тему. Странички учебников были зачитаны до дыр в попытке выцепить хоть крохи информации, объясняющие процессы, приводящие к данному явлению. Учился я во времена когда интернет не получил такого распространения, как сейчас и был похож больше на дарк-нет. Найти в нем какую-то информацию, не представлялось возможным. Как в принципе и сейчас, один переписывает у другого и даже ссылки не дает на оригинал. Но, информация присутствует на англоязычных ресурсах, а это уже упрощает поиск. Думаю, стоит сказать, что из моей статьи вы узнаете о природе явления и причинах его возникновения на уровне учебника для ПТУ. Если вам нужна информация по методам детектирования, борьбе с детонацией, анализу возникновения и методам настройки каналов в ЭБУ, боюсь, эта информация будет уже платной по данной ссылке. #

Ну, а если вы только интересуетесь, то в этой статье я расскажу вам про бомж-стал, которым пользовался сам и не раз, будучи новичком. Поехали.
Начать стоит с объяснения процесса сгорания в цилиндре двигателя. Часто слышу, что топливо взрывается в цилиндре двигателя, это меня всегда улыбает. Топливовоздушная смесь не взрывается, она горит и горит послойно. Что значит послойно? Вы, наверное, видели в голливудских фильмах, когда у машины пробит бак и из него вытекает топливо, а главный герой фильма поджигает разлившуюся дорожку бензина и огонь, по этой дорожке, начинает догонять движущийся автомобиль. Ну, так вот, послойное горение — это и есть эта бегущая дорожка горящего пламени. Только воспламенителем служит свеча. Фронт пламени начинает двигаться, от свечи, поджигая все новые и новые слои, предварительно приготовленного топлива. Самый главный закон всего этого, что бы скорость фронта пламени не превышала скорость звука. В среднем значение 15-20 м/с.

В советском учебнике, когда я учился, было написано « Детонация — это превышение скорости горения с выше 2200 м/с». Откуда были взяты эти значения скоростей, я не знаю. Детонации в целом и описанию процесса сгорания было посвящено, не более одного листа из всей книги. Ну и как вам? Такое определение пролило свет на данный феномен. Вот и я тогда ничего не понял. Преподаватели на мои вопросы говорили, что детонация до конца не изучена и тебе не понять, а раз сами академики не знают что это, то тебе и подавно. И вообще, наши полномочия здесь, все! Может преподавателю не хотелось бисер метать перед студентами, которые его не слушали, и хотели стать бизнесменами, киллерами и проститутками. Тогда, в начале двухтысячных, социальное неравенство было велико и росло семимильными шагами. Настолько оно было велико, что преподаватель ездил на работу на трамвае, а его студенты ездили на автомобилях. Студенты могли угостить сигаретой преподавателя, которые тот мог купить такие лишь на праздник. В общем, всем было все равно, и мы весело шагали в Путинско-Дудевкий капитализм.

Но время шло, я набивал шишки при настройке, собирал информацию, читал книги и статьи, разваливал моторы. В моей голове начинала складываться картина детонации как явления. Но все расставила по своим местам статья, на англоязычном сайте. Давайте я попытаюсь ее вам пересказать. В названии статьи была игра слов и называлась она «ТУК-ТУК».
В общем, за границей детонацию относят к одному из типов нарушению процесса сгорания. Суть процесса такова: в процессе сжатия топливовоздушной смеси на такте сжатия, увеличивается температура заряда. Температура этого самого заряда не должна превышать температуру самовоспламенения. Это называется детонационной стойкостью. Топливо не должно самовоспламеняться от сжатия, думаю объяснять не нужно. Хотя нет, давайте я поясню. Если топливо загорается, когда хочет, то процесс горения нарушается, вы не можете получить пиковое давление в точке оптимального угла поворота коленвала. Напомню, это в среднем от 10 до 20 градусов после ВМТ и меняется эта точка из-за длины шатуна и колебаний VE. Но, детонация — это не банальное самовоспламенение смеси. Детонация — это самовоспламенение смеси в дальнем горячем углу камеры сгорания, вызванное ростом давления от распространяющегося фронта пламени, который подожжён искрой. (запомните — Искрой, позже это вам пригодится) Простыми словами, топливовоздушная смесь противостоит самовоспламенению и не загорается от сжатия, но триггером запускающим самовоспламенение является искра. Вот картиночка для понимания, вот прямо на Drive нашел.

Вот эта картинка правильнее, но нет фронта пламени. Но, очаг зарождения детонации нарисован правильно, он находится в дальнем углу камеры сгорания и от него плохо отводится тепло.

Нужно понимать, что температура в камере сгорания в разных точках разная. Там, где поток из открывшегося клапана принес холодный свежий заряд, там прохладно. Но, свежий заряд не может равномерно заполнить всю камеру сгорания, будут места, которые не так хорошо очищаются и охлаждаются. И вот такие места становятся очагами развития детонации.
Чем же так опасна детонация? Ведь, по факту, смесь уже горит в цилиндре! Проблема в процессе развития данного явления. Когда в очаге детонации возникает самовоспламенение, то, навстречу фронту пламени начинает двигаться волна из очага детонации. Волны начинают встречаться, ударятся, резонировать и ускорять процесс горения в цилиндре. Из-за этого, по цилиндру начинают носиться волны давления с высокой скоростью (по всей вероятно 2200 м/с, именно это имелось в виду в учебнике), нагревая и разрушая все внутри. Детонация вызывает эрозию поршня, гильзы и головки в очагах возникновения детонации, ломает перегородки между кольцами. Вот график нормального давления сгорания.

Это график давления в цилиндре, но с детонацией. Виден пилообразный график с местами повышения и понижения давления. Графики со старого прибора, картинка так себе по качеству, и нет оси Х для привязки к положению коленвала. Но разрешающая способность датчика, позволяет показать волны давления.

Как идентифицировать детонацию, если вы бомжара? Методов несколько. Метод первый — на слух. Звук детонации легко различим, представляет он из себя металлический звон. Услышать его можно только в нагрузке, в разгоне или при резком открытии дроссельной заслонки при свободном ускорении мотора. При резком открытии заслонки, количество циклов обычно не большое, звук быстро прекращается, когда скачок давления от открытия заслонки уменьшается. Такая детонация не опасна, она слабая. И вызвана она особенность конструкции современных двигателей и огромными заслонками. Почему то заводские калибровщики ее не гасят, толи алгоритм TIP-IN, не позволяет, толи им просто все равно. А вот металлический звук в разгоне, это детонация опасная. Если металлический стук, появляется во время разгона и не прекращается на всем его протяжении, вполне возможно раскрутить мотор до отсечки не получится, он просто развалится раньше. Опытные водители говорят «пальцы стучат». Раньше мне преподаватели говорили, что данный звук вызван выбирающимися тепловыми зазорами в деталях шатунно-поршневой группы вследствие, воздействия на них волн давления, и я верил в это. Теперь же я думаю, что данный звук вызван не только зазорами ШПГ, но волнами давления и звоном блока, который подобен звуку колокола. Ладно, об этом потом, если кому-то будет интересно. Метод хорош для штатного автомобиля, в котором все сделали нормальные конструкторы и инженеры. Позволяет предотвратить дорогостоящий ремонт двигателя, если тот начал детонировать, допустим, по причине повышения степени сжатия или не качественного топлива.

Метод второй, тоже ушами, только при использовании спец-бомж инструмента. Его легко изготовить из материалов, которые покупаются на строительной ярмарке или хозяйственном магазине. Нужно купить противошумовые наушники для работы с бензопилой или триммером. Две муфты с резьбой, диаметром 0.5 дюйма и Y-образный тройник. Еще понадобится хлорвиниловый шланг, что бы соединить наушники. Принцип работы такой: соединяйте все как на фотографии, шланг просовываете в окно, а лучше в отверстие в моторном щите. Шланг укладываете рядом с блоком, желательно в центре блока и как то фиксируется.

Наушники одеваются на вашу светлую голову, и вы начинаете прислушиваться. Задача не простая с начала, все звуки имеют другой тон и слышатся по-другому. Может потребоваться сымитировать детонацию, что бы запомнить, как она звучит, для того, что бы вычленять такой звук из общего шума двигателя. На низких и средних оборотах, звук легко различим, а вот на высоких его тяжеловато вычленять из-за повышения шумности самого мотора. Но вам это придется делать, так как у вас нет денег на нормальный инструмент. Теперь, еще раз по звукам детонации, иногда на турбо моторах звук может слышаться, как лущение семечек. В общем, разберетесь, когда услышите. Не ошибетесь.
Теперь не много трэша. Я много лет отработал диагностом в дилерских центрах и наслушался от клиентов про детонацию на их новеньких машинах. В середине двухтысячных, когда бензин в нашей стране был очень низкого качества, каждый день приезжал человек, и говорил, что у него детонация. Когда начинал расспрашивать, оказывалось все что угодно, но не детонация. Не помню ни одного случая, когда на сток моторе была детонация и ее обнаружил сам клиент. Корни этого социального явления растут из того, что люди пытаются казаться теми, кем они не являются. Так и здесь, водятлы-новички, наслушавшись историй гаражных водил, которые 20 лет за рулем Камаза. И когда Камаз, этого пожирателя дорог, был заправлен ослиной мочой на левой заправке, начинал стразу детонировать. И тут же, наши юные автолюбители, начинают прислушиваться и принюхиваться, когда заправляются, а потом их веселые истории оказываются у меня в ушах. Ну, что сказать, в 98% случаев неопытные водители за детонацию принимают не равномерный холостой ход. Да, автомобили все-таки были не исправны, но видимо, Камазисты, не рассказывали юным водителям про неровный холостой ход. Да и кстати, вопрос к знатокам, на дизеле возможна детонация? Напишите в комментариях.

Думаю, на сегодня хватит. В следующей части, я расскажу про такие явление, как калильное зажигание, предварительное зажигание (pre-ignition), и про феномен называемый low speed pre ignition (LSPI). Так как по звуку доносящемуся из мотора они похожи, но природа возникновения у них разная, а значит и методы подавления данных негативных процессов другие.

Как определить детонацию

Детонация – характерный металлический звук, возникающий при работе двигателя автомобиля. Неопытные автомеханики часто путают звуки детонации со стуком клапанов при неотрегулированном зазоре или со звоном поршневых пальцев. Чтобы отличить детонационный звук от других подобных ему, следует обратить внимание на некоторые моменты.

Статьи по теме:

• Как определить детонацию
• Как понизить степень сжатия
• Как поставить другой двигатель

Инструкция

В первую очередь обратите внимание на момент возникновения детонации. Если подобного эффекта прежде не было, он может возникнуть после заправки низкокачественным бензином, при нарушении регулировки зажигания или после длительной работы мотора на малых мощностях.

Во вторую очередь проверьте, как реагирует двигатель на изменение нагрузки. Чаще всего детонация возникает на малых оборотах при максимальной нагрузке в моторах с невысокой степенью сжатия, и при максимальной мощности с соответствующими этой нагрузке оборотами в двигателях с высокой степенью сжатия. В первом случае детонация должна резко усилиться при увеличении нагрузки на низких оборотах. Во втором случае детонация должна резко усиливаться при движении на субмаксимальной скорости.

Отличайте кратковременную детонацию от долговременной. Если вы услышали только 3-4 детонационных стука, не обращайте внимание на это явление. В данном случае эффект детонации несет больше положительное воздействие на двигатель, чем отрицательное.

Обратите внимание и на цвет выхлопных газов. Наличие черного или зеленоватого дымка указывает на факт недавней детонации, даже если вы не услышали характерных стуков. Такой дымок возникает от разрушающегося алюминиевого поршня и говорит о критическом уровне детонации и необходимости замены поршней и поршневых колец.

Если детонация обнаружилась после очередной заправки бензином соответствующей марки, не спешите регулировать зажигание. Причиной детонации может быть слой нагара на деталях камеры сгорания. Покатайтесь 20-30 минут. Если детонация не исчезнет, начните постепенно уменьшать угол опережения зажигания. Через некоторое время при необходимости продолжайте уменьшать величину угла до полного прекращения детонации. Если с детонационным эффектом справится не получится, ищите причину посторонних звуков в неисправности узлов и механизмов мотора.

Эффект, похожий на детонацию, может возникнуть при выключении зажигания. При этом двигатель, несмотря на отсутствие искры от свечей, продолжает некоторое время дергаться. На самом деле этот эффект не имеет ничего общего с детонацией и называется дизелингом. Причины этого эффекта связаны с применением низкооктанового топлива и более характерны для новых двигателей, реальная степень сжатия которых выше записанной в паспорте.

Детонация двигателя

Детонация — это нарушение процесса сжигания топливной смеси в камере сгорания, когда горение происходит не плавно, а взрывообразно. При этом топливовоздушная смесь взрывается не от искры, идущей от свечи, а самопроизвольно, от сверхвысокого давления и температуры в камере сгорания. Скорость горения детонационных вспышек так велика, что можно говорить о микровзрывах в сжатой топливовоздушной смеси. Микроскопические мощные вспышки дают скачки давления — формирующие ударные волны. Процесс горения превращается в хаос, экономичность двигателя и полезная мощность падает, двигатель перегревается, происходит интенсивное разрушение поршня, клапанов, компрессионных колец, вообще всех элементов присутствующих в камере сгорания.

Естественно, что в первую очередь это явление вредит стенкам цилиндров, поршням и прокладке ГБЦ.

Детонация обычно свойственна двигателям, работающим на бензине (карбюраторным и инжекторным), в том числе, оснащенных газобаллонным оборудованием (ГБО). Дизельные моторы работают по иной схеме, и там, в основном, другие причины ее возникновения.

Причины возникновения детонации двигателя

Чаще всего детонация может возникать на старых карбюраторных двигателях, хотя в некоторых случаях этот процесс может возникнуть и на современных инжекторных моторах. К причинам, по которым может возникнуть детонация, относится:

• Чрезмерно обедненная топливовоздушная смесь. Ее состав может воспламениться еще до того, как в камеру сгорания попадет искра.
• Ранее зажигание. При увеличенном угле зажигания процессы воспламенения топливовоздушной смеси начинаются еще до попадания поршня в «верхнюю мертвую точку».
• Использование неподходящего топлива. Если в бак автомобиля был залит бензин с более низким октановым числом.
• Высокая степень сжатия в цилиндрах. Другими словами, закоксованность или иное загрязнение в цилиндрах двигателя, которое постепенно накапливается на поршнях. И чем больше нагара — тем выше вероятность детонации в нем.
• Неисправная система охлаждения двигателя. Если двигатель перегревается, то давление в камере сгорания может расти, а это, в свою очередь, может стать причиной детонации при соответствующих условиях.

Также существует ряд факторов, влияющих на появление детонации в отдельно взятых двигателях:

• Степень сжатия двигателя. Ее значение обусловлено особенностями конструкции ДВС, поэтому если мотор имеет высокую степень сжатия — он более предрасположен к появлению детонации.
• Форма камеры сгорания и днища поршня. Это также конструктивная особенность мотора, и некоторые современные небольшие по объему, но мощные двигателя также склонны к детонированию (однако электроника новых ДВС практически не допускает этот процесс).
• Форсированные двигатели. Обычно у них этих двигателей температура горения топлива и давление сжатия очень высокое, соответственно, они также предрасположены к детонации.
• Турбированные моторы. Аналогично предыдущему пункту.

Признаки возникновения детонации

Существует ряд признаков, по которым косвенно можно определить, что в двигателе конкретного автомобиля возможно происходит детонация:

• Появление металлического звука из двигателя при его работе. Это актуально, когда мотор работает под нагрузкой и/или на высоких оборотах. Звук похож на тот, который происходит, когда ударяются друг о друга две железные детали. Он как раз и вызван взрывной волной.
• Падение мощности двигателя. Обычно при этом двигатель работает не стабильно, может глохнуть при работе на холостых оборотах, падают динамические характеристики.

Признаки выхода из строя датчика детонации:

• нестабильная работа двигателя на холостых оборотах;
• падение мощности мотора и в целом динамических характеристик машины (слабо разгоняется — не тянет);
• повышенный расход топлива;
• затрудненный пуск двигателя при низких температурах.

Признаки идентичны тем, которые возникают при позднем зажигании.

Последствия детонирования

Последствия детонации в двигателе автомобиля очень серьезные, и ни в коем случае нельзя затягивать выполнение ремонтных работ, ведь чем дольше ездить — тем большим разрушениям подвергается двигатель и его отдельные части. Так, к последствиям детонирования относится:

• Сгорание прокладки ГБЦ. Материал, из которого она выполнена, не рассчитан на работу в условиях повышенной температуры и повышенного давления, при детонации — она быстро выйдет из строя.
• Ускоренный износ элементов цилиндропоршневой группы. Это касается всех его элементов. И если двигатель уже не новый или на нем давно не проводили капитальный ремонт, то это может очень плохо кончиться, вплоть до его полного выхода из строя.
• Пробой головки блока цилиндров. Это случай один из самых сложных и опасных, но если долго ездить с детонацией, то его реализация вполне возможна.
• Прогорание поршня/поршней. При этом зачастую его/их ремонт невозможен и его/их нужно будет только менять.
• Разрушение перемычек между кольцами. Под воздействием высоких температуры и давления они могут разрушиться одними из самых первых среди других деталей двигателя.
• Изгиб шатуна. Тут аналогично, в условиях взрыва его корпус может поменять свою форму.
• Подгорание тарелок клапанов. Это процесс происходит очень быстро и имеет неприятные последствия.

Как убрать детонацию — методы профилактики

Методы борьбы с детонированием:

• Использование топлива с параметрами, рекомендованными автопроизводителем. В частности, это касается октанового числа (нельзя его занижать). Необходимо заправляться на проверенных заправках и не заливать в бак всякий суррогат.
• Установить более позднее зажигание.
• Выполнить раскоксовку — почистить двигатель, то есть, сделать объем камеры сгорания нормальным, без нагара и грязи. Это можно сделать и самостоятельно в гаражных условиях, с использованием специальных средств.
• Выполнить ревизию системы охлаждения двигателя. В частности, проверить состояние радиатора, патрубков, термостата. Также не забудьте проверить уровень антифриза и его состояние (если он давно не менялся, то лучше поменяйте).
• Правильно эксплуатировать машину — не ездить на высоких передачах с малой скоростью и не перепрошивать ЭБУ с целью экономии топлива.

Детонация двигателя при включении. Причины и устранение проблемы

Многие водители уже знают, что такое детонация двигателя при выключении, причины этого явления могут быть самыми разными. Но все же дадим определение этому понятию. Детонация – это своеобразная ударная волна, образованная самовоспламенившимся топливом еще до момента критических условий для естественного возгорания горючей смеси, то есть до прихода искры от свечи зажигания или до достижения нужного давления (в дизелях).

Детонация двигателя – устанавливаем причины

Одной из причин ее демонстрации является слишком раннее зажигание, что можно определить по характерному звонкому стуку в двигателе. Возникает он в результате преждевременного воспламенения горючей смеси. При правильной установке угла опережения зажигания смесь воспламеняется немного, не доходя до верхней мертвой точки (2-3 градуса). То есть начало вспышки происходит тогда, когда поршень еще не закончил восходящее движение, а завершается в момент начала возврата в нижнюю мертвую точку. Если же воспламенение происходит слишком рано, то возникает обратный удар, что и вызывает неприятный звук детонации двигателя. Еще одна причина детонации – это применение топлива с более низким октановым числом, чем предусмотрено правилами эксплуатации данного автомобиля. К чему это приводит? В результате использования низкооктанового топлива в камере сгорания происходит образования нагара (сажи), а это приводит к критическим последствиям. Многие водители сталкивались с тем, что после выключения зажигания двигатель не останавливается, а продолжает работать рывками, издавая неприятный звон. В такие моменты раскаленный нагар фактически играет роль свечи зажигания. Воспламенение топливной смеси происходит хаотично.

В некоторых случаях в результате сильной детонации кривошипно-шатунный механизм двигателя начинает вращаться в обратную сторону, что может привести к его поломке.

Звук детонации двигателя – стоит ли обращать внимание на дефект?

К чему приводит сильная детонация двигателя, признаки которой изложены выше?

• Во-первых, существенно падает мощность мотора и происходит интенсивный износ деталей кривошипно-шатунного механизма.
• Во-вторых, в результате этих негативных процессов двигатель сильно перегревается, что приводит к разрушению поршней и поверхности цилиндров.
• В-третьих, если не устранить причину детонации, может прогореть прокладка под головкой цилиндров.

Иногда для увеличения крутящего момента повышают угол опережения зажигания, что является одной из самых распространенных причин возникновения детонации. Существенно увеличивается риск ее появления, если осуществлялось самостоятельное и неоправданное изменение заводских регулировок для соотношения в горючей смеси топлива и воздуха (обедненная смесь).

Как устранить детонацию двигателя – полезные советы

Естественно, мы должны посоветовать, как устранить детонацию двигателя, приступим.

1. Детонация не возникает на пустом месте. Если до заправки двигатель работал, как часы, а после нее стал детонировать, то причина может быть в топливе, которое необходимо слить и заправить автомобиль качественным бензином (соляркой).
2. При продолжительной эксплуатации автомобиля без существенных нагрузок возможно образование нагара в цилиндрах, что вызывает увеличение степени сжатия и снижение эффективности отвода тепла. Существует простой способ решения этой проблемы. Рекомендуется раз в несколько дней давать двигателю максимальную нагрузку, то есть разогнать автомобиль до максимальной скорости буквально на пару минут. Только не стоит этого делать в условиях плотного потока городского транспорта.
3. Иногда детонация дизельного двигателя сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это говорит о том, что в цилиндрах произошло разрушение поршней, и через выхлопную трубу вылетают частицы алюминия. В этом случае простыми регулировками уже ничего не исправить. Потребуется замена поршневой группы.
4. Небольшая детонация при запуске двигателя может возникать в результате нарушения работы свеч зажигания. На дизельном моторе это происходит, если запала игла форсунки. В первом случае ничего не стоит просто заменить неисправные свечи, а вот во втором – не обойтись без посещения СТО.