Передчасне займання суміші в двигуні (LSPI): Що це таке і як його не допустити
Сьогодні ми поговоримо про одному вкрай важливому явищі, яке може проїсти дірку у вашому сімейному бюджеті. Щоб не томити вас передмовою, відразу опишемо суть справи.
Проблема з’явилася в полі зору інженерів, технологів і вчених не дуже давно і дуже несподівано. Її спостерігали майже на всіх турбованих двигунів з безпосереднім уприскуванням палива типу GDI-Turbo. Суть явища – поломка поршня в результаті особливого виду детонації, що відбувається із-за раннього запалювання.
Феномен був названий Low Speed Pre Ignition (LSPI), на російську перекладається як «передчасне займання суміші в циліндрі». Унікальність явища полягає в тому, що знищення поршня відбувається, коли двигун знаходиться не під навантаженням і працює на не дуже великих оборотах (тривіальний приклад – рух на автомобілі по трасі).
Проведені численні випробування показали, що причиною стало моторне масло, а точніше присадки, які туди додають. Плівка масла просочується під поршневі кільця і під високим тиском і температурою детонує, руйнуючи тим самим поршень.
Дізнатися про природу явища більше, а також зрозуміти, як його уникнути, ви можете прочитавши цю статтю.
Глибоко всередині двигуна вашого автомобіля крихітна іскра від свічі запалювання запалює впрыснутый, точно виміряний в обсязі бензиновий туман безліч разів за секунду.
Дивіться також: Ось чому не потрібно прогрівати двигун в машині взимку
Взаємодія іскри з паливоповітряної суміші призводить до серії контрольованих мікровзривов, які відбуваються всередині циліндра двигуна.
Двигун вашого автомобіля дивним чином перетворює силу від цих маленьких вибухів в крутний момент, завдяки чому автомобіль може почати рух. Тепер ви знаєте основи роботи двигуна.
Щоб двигун внутрішнього згоряння продовжував працювати без збоїв і належним чином, ці крихітні микровзрывы (займання повітряно-паливної суміші) зобов’язані відбуватися щоразу в строго певний час. Ні раніше, ні пізніше. Мова йде про мілісекундах. За контроль над часом запалення суміші в бензиновому двигуні відповідає свічка запалювання.
Але іноді відбувається збій в синхронізації займання бензину в циліндрах. В такому випадку наслідки можуть бути самими непередбачуваними і сумними для двигуна.
Щоб відбувся контрольований мікровибух бензину, потрібно тепло іскри свічки запалювання. Але свічка запалювання не єдине джерело тепла всередині циліндрів працюючого мотора. Іноді, коли щось йде не так, всередині двигуна стає занадто гаряче, бензин запалюється раніше часу, перш ніж свічка пустить ініціює загоряння іскру.
У цій ситуації паливо згорає вибуховим методом. Воно дійсно в буквальному сенсі вибухає і завдає шкоди підвищеними навантаженнями всім частинам циліндропоршневої групи. Як ви зрозуміли, це давно вивчений феномен роботи мотора називається детонацією. Дана проблема реально може перетворити нутрощі вашого двигуна в купу металобрухту, але мова сьогодні піде не зовсім про це, оскільки, на щастя, детонація – цілком передбачуване і давно вивчене явище. Його настільки добре вивчили, що сучасні двигуни оснащені системами, які взагалі запобігають її поява.
Якщо ви володієте сучасним автомобілем, який вчасно обслуговується та працює на якісному бензині, з правильним октановим числом, детонація – це не те, про що вам варто турбуватися.
Що таке передчасне займання суміші в циліндрі (Low Speed Pre Ignition (LSPI)?
Дослідники з’ясували, що у сучасного автомобіліста є куди більш небезпечний ворог, який може дуже швидко знищити двигун на автомобілі.
Явище називається «передчасним запалюванням суміші в циліндрі» (LSPI), і воно серйозно і руйнівно. Налякані? Експерти начебто Скотта Линдхольма, спеціаліста по глобальному застосування продуктів мастильних матеріалів Shell (Global Product Application Specialist для Shell Lubricants), ще не до кінця розуміють, що точно це викликано, але перші рекомендації з правилами захисту мотора вони можуть дати.
«Класична детонація і LSPI – дві різні події, викликані двома різними явищами, – пояснює Ліндхольм. – Типова детонація може контролюватися за допомогою паливного октанового числа і розрахунком появи іскри і дуже передбачувана. LSPI (передчасне займання суміші в циліндрі) все ще не дуже добре зрозуміла і може відбутися спонтанно».
І LSPI, і типова детонація з’являються з-за того, що бензин у циліндрах запалюється в неправильний час, хоча умови, що призводять до кожного феномену, різні.
Детонація відбувається на більш високих обертах і під більш високим навантаженням, коли двигун розігрітий і наполегливо крутить маховик. Але LSPI може статися на дуже низьких обертах і при набагато більш легкому навантаженні. Друге явище також траплялося в робочому діапазоні, де у сучасних двигунів найбільш висока паливна економічність. На відміну від детонації, LSPI дуже непередбачувано.
Які двигуни схильні до передчасного займання суміші в циліндрі?
Явище було помічено, як ми говорили раніше, на багатьох сучасних двигунах. У зоні ризику – стрімко розповсюджується порода невеликих турбірованних моторів та двигунів з прямим впорскуванням палива (TGDI).
У наші дні стає все важче знайти автомобіль, який не харчувався б від цього типу двигуна, так як багато автовиробників переключаються на силові агрегати з прямим уприскуванням палива і обладнують їх турбінами, щоб скоротити витрату палива.
Примітка: Багато нові автомобільні двигуни можуть бути схильні до руйнівного явища.
Що робить LSPI з двигуном?
Що відбувається з двигуном, коли починається передчасне займання? Якщо коротко, точно нічого хорошого.
Дивіться також: Відео: Ось як працює новий бензиновий двигун Мазда
Спеціаліст Shell пояснює: «Ефект від LSPI можна почути гучний вибух (бавовна під капотом), який більшість списують на дуже сильну детонацію. Однак через збій синхронізації запалювання і тяжкості наслідків певних подій на пошкодження двигуна було покладено початок.
Передчасне займання суміші призводить до значно більшого підвищення тиску в циліндрах, ніж при традиційній детонації двигуна, – до 200 бар і вище. Днища поршнів можуть тріснути, кільця можуть зламатися і зіпсувати гільзи, навіть головка блоку циліндрів може тріснути. Ми навіть бачили відірвані шматки поршнів, що знаходилися між верхньою частиною головкою поршня і циліндра».
Простими словами, явище можна назвати автомобільним еквівалентом міні-бомби, детонуючої в двигуні і за короткий проміжок часу перетворює внутрішні частини мотора в металевий фарш.
Як можна уникнути прояву цього явища?
Справа тут в наступному. Хоча інженери все ще точно не знають природу виникнення руйнівного феномена, їм відомі конкретні умови, при яких проявляється LSPI в робочому діапазоні GDI турбодвигунів.
Перше передбачуване рішення проблеми
Шляхом перепрограмування комп’ютерних систем управління, які приводять в дію двигун, цих умов можна постаратися уникнути.
«…контролюється ретельної калібруванням робочих параметрів OEM, щоб уникнути умов, в яких ініціюється руйнівне явище», – пояснює Ліндхольм.
На підтвердження дієвості проведених автовиробниками налаштувань Ліндхольм приводить в приклад особистий автомобіль, обладнаний двигуном TGDI, оскільки автовиробники успішно калібрують програмне забезпечення двигуна, щоб уникнути роботи в небезпечній зоні LSPI.
«Калібрування двигуна дуже складні і точні, і у виробників устаткування є повне розуміння того, які умови двигуна можуть викликати пошкодження через несприятливі умови, тому вони посвідчуються, що можна уникнути цих умов», – каже він.
Мінусом такого вирішення проблеми можна вважати зниження продуктивності роботи двигуна і паливної ефективності.
Друге передбачуване рішення проблеми
Друга міра, яку може зробити автовласник самостійно, – це придбати для свого автомобіля спеціальне моторне масло (вибір якого, щоправда, поки що невеликий). Щоб усвідомити, для чого це потрібно, потрібно розуміння природи появи передчасного займання.
Наприклад, в описі до моторного мастила Ravenol DXG 5W-30 сказано, що рецептура масла мінімізує ймовірність передчасного займання палива LSPI (LowSpeedPre-Ignition).
Чим викликається передчасне займання суміші в циліндрі?
Оскільки рахунок зламаних таким чином автомобілів по всьому світу йде вже, по всій видимості, на сотні (насправді точної статистики не представлено, це всього лише припущення, оскільки якщо б поломок було менше, автовиробники не звернули б на це настільки пильної уваги, а якщо б більше, заходи були б більш кардинальними) і зламані автомобілі розкидані по різних куточках планети, питанням паралельно один з одним зайнялися кілька команд фахівців приблизно з 2012 року.
Одна з них належить Shell і очолюється Линдхольмом. Ось що їм вдалося з’ясувати:
«Одна з теорій полягає в тому, що невеликі [гарячі] масляні бризки розлітаються з поршневих кілець при розвороті верхнього кільця, надаючи можливість появи другого джерела запалювання, крім іскри від свічки запалювання. При цьому рецептура моторного масла може допомогти знизити тенденції до LSPI», – говорить фахівець.
Схожа теорія з іншим механізмом дії звучить наступним чином: струмінь палива при впорскуванні вдаряє в стінку циліндра, відбиваючи невеликі краплі суміші палива з маслом, що провокує раннє запалення. Також на це впливають продукти зносу в камері згоряння і погіршення властивостей моторного масла, підвищення кислотного числа.
Говорячи простою мовою, ця теорія припускає, що сторонні краплі надзвичайно гарячого моторного масла можуть потрапляти в циліндри, ініціюючи раптове займання бензину, внаслідок чого проявляється феномен LSPI.
Дивіться також: Чим відрізняється бензиновий двигун від дизельного
Специ з Шелл стверджують, що робота над складами моторного масла здається багатообіцяючою ідеєю. «Незважаючи на те що ми не знаємо точну причину LSPI, – сказав Ліндхольм, – ми знаємо, що рецептура моторного масла може допомогти зменшити або усунути її [причину] в тестах, які ми зараз проводимо».
Один з цих тестів був спільно розроблений і спонсорується Ford, який є одним з багатьох автовиробників, широко пропонують двигуни TGDI на більшості фірмових автомобілів.
Ось що пишуть про це явище на форумі oil-club.ru
P. S. Ford навіть проводив відкличну кампанію по світу, яка зачепила Росію. По ній була перекалибрована прошивка програмного забезпечення двигуна.
Фотографії взяті з drive2
За допомогою експериментів експерти з Shell мають намір доразработать нові марки моторних масел, що остаточно зведе нанівець непередбачувану поведінку турбованих міні-моторів.
Масло Shell GF-6 стане новою специфікацією моторного масла, яке розробляється для вирішення проблеми. За даними Shell, воно повинно бути представлено через рік або два.
Крім Shell, розробкою і доведенням до розуму нової рецептури вже кілька років займаються компанії з Японії, Німеччини та Штатів. У тому числі Chevron з початку 2010-х років, RAVENOL (є інформація, що в марках моторного масла RAVENOL EFE 0W-16, RAVENOL ECS 0W-20, RAVENOL SFE 5W-20 дана проблема вирішена).
