…Из мотора, работающего под нагрузкой, доносятся звонкие металлические стуки, исчезающие при наборе оборотов. «Пальчики звенят!» - усмехнется механик старой школы. «При чем тут пальцы?» - удивится водитель и будет, в общем, прав: к поршневым пальцам данный звон никакого отношения не имеет.
Что звенит на самом деле?
Природа слышимого нами звона носит детонационный характер. Взрывная волна сгораемого «неправильно» топлива, гуляя по камере сгорания и многократно отражаясь от поршня и стенок цилиндра, и создает тот характерный звонкий металлический стук, принимаемый «знатоками» за «звон пальцев».
Что есть «правильное» сгорание топлива?
Это сгорание смеси со скоростью распространения фронта пламени до 30 м/с, характеризующееся плавным, постепенным нарастанием давления газов в цилиндре.
Когда сгорание идет правильно, как в теории (в учебниках), пламя от искры расходится по объему камеры сгорания фронтом, постепенно захватывая весь объем. Давление газов на поршень при этом увеличивается мягко – никаких стуков волн газа о стенки цилиндра нет, ибо нет взрыва, детонации. Все идет планомерно. Как в учебнике.
График нормального сгорания топлива.
Участок АВ - образование очага горения (сгорает до 10 % объема смеси от объема камеры сгорания). Участок ВС - распространение пламени, зависящее от качества распыла топлива и его скорости на входе в цилиндр. Продолжительность фаз АВ и ВС зависит
от состава смеси, от октанового числа топлива, степени сжатия, мощности искры. За точкой С происходит плавное догорание смеси после прохода фронта пламени.
При ином характере сгорания топливо-воздушной смеси (скорость фронта пламени выше 30 м/с) возникают предпосылки для появления упомянутой детонации – неприятного для мотора явления, грозящего двигателю крайне нехорошими последствиями и внешне проявляющего себя упомянутым пресловутым звоном, падением мощности и так далее.
Что такое детонация
Детонация, ж. (от латин.
detono - гремлю) – мгновенный и разрушительный взрыв какого-н. взрывчатого вещества под действием удара или воспламенения детонатора.
(Толковый словарь Ушакова)
Детонация моторных топлив – чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя из-за накопления органических пероксидов в топливной смеси. Вызывает металлический «стук», вибрацию, повышение температуры и др. Стойкость топлив к детонации повышают антидетонаторы.
(БСЭ)
Детонация – металлические стуки высокого тона, возникающие, как правило, при работе двигателя под нагрузкой, особенно на низких оборотах - разгон «внатяг», на плохом бензине и т.п., и исчезающие при снижение нагрузки
(ВАЗ. Устройство, обслуживание, диагностика, ремонт. Изд. «За рулём»)
Детонация - аномальное горение топлива. Сгорание, при котором пламя распространяется со скоростью 1500-2500 м/с, что в сотни раз превышает скорость распространения пламени при нормальном процессе горения.
(Общепонятное объяснение)
Признаки детонации
Проявлениями детонации являются, кроме появления звона, снижение мощности и перегрев мотора, выброс из выпускной системы черного дыма. В темноте возможно увидеть зеленоватую окраску пламени, выбрасываемого из выпускных патрубков двигателей. При детонации, как видно на графике ниже, происходит резкое скачкообразное изменение давления.
Что происходит в двигателе при детонации
При детонации весь объем смеси сгорает почти сразу, практически одновременно – топливо, не предназначенное для этого мотора, в силу своего состава не может обеспечивать послойное, плавное сгорание т.е. не обеспечивает необходимых антидетонационных свойств. В мгновенно сжатой фронтом пламени еще не успевшей сгореть смеси образуются неустойчивые химические соединения, способные самовоспламениться от малейшего дополнительного «толчка». Происходят локальные взрывы, вокруг которых с огромной скоростью (до 2500 м/с) расходится ударная волна, скачком поднимающая давление и температуру в цилиндре. Задевая другие заряды смеси, близкие к самовоспламенению, ударная волна «поджигает» их, рождая новые волны. За фронтом пламени движется и детонационная волна, многократно отражаясь от стенок цилиндра и поршня. Все, процесс пошел незапланировано и бесконтрольно…
График детонационного сгорания топлива.
Участок АС (см. график) сокращается, давление резко скачет и максимум давления (точка С) смещается влево к оси ординат и может оказаться вообще перед осью. При этом поршень, еще не дошедший до ВМТ, получает сильнейший встречный удар, сравнимый с ударом кувалды.
Последствия детонации
Механические и тепловые нагрузки, которым подвергаются детали мотора при детонации, огромны, мгновенны по времени и знакопеременны. Оплавляются кромки поршней, ломаются перемычки между кольцами и сами кольца. Достается и другим деталям - поршневым пальцам, шатунным вкладышам и т.д. Ничего хорошего, в-общем.
От чего она бывает (причины возникновения)
Возникновению детонации способствуют:
- нестойкие в этом отношении топлива с низкими октановыми числами;
- высокая степень сжатия;
- неадекватно большие относительно частоты вращения вала двигателя нагрузки;
- чрезмерно большой угол опережения зажигания;
- перегрев камеры сгорания;
- увеличение размеров цилиндров.
Главная причина беды – недостаточная детонационная стойкость горючего. Так, старым моторам ВАЗ со степенью сжатия 8,5 положен бензин АИ-92, моторам со степенью сжатия 9,9–10,5 нужен уже АИ-95. Это понятно. Бензины АИ-80 или А-76 не обладают их стойкостью к детонации и их использование в двигателе с такой степенью сжатия неминуемо приведет к его поломке (читай последствия детонации).
Что еще? Увеличенная нагрузка на двигатель при малых оборотах: чем больше открыт дроссель, тем больше наполнение цилиндров, масса смеси, тем выше ее давление и температура. Если еще и плохой бензин – вот вам детонация. Получите и распишитесь.
Повышенная температура (перегрев) в камере сгорания тоже верный пусть к появлению детонации. Плохой отвод тепла от цилиндров - и вот вам зловещий звон. Можете не расписываться. Вывод: приведите в порядок систему охлаждения.
Нагар на поверхностях, образующих камеру сгорания, тоже ухудшает теплоотвод и повышает реальную степень сжатия. Один из источников нагара – дешевые масла с высокой зольностью. Избавиться от нагара без разборки двигателя трудно, поэтому ездить на качественном масле в итоге дешевле!
О раннем зажигании: искра, поджигающая топливную смесь, подается, когда поршень приближается к верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия за несколько градусов до прихода поршня в ВМТ. Если «искрит» слишком рано, то давление в цилиндре уже растет и достигает пика, а поршень не успевает преодолеть ВМТ и «убежать» вниз, подталкиваемый расширяющимися газами. Итог – детонация, динамический удар. Последствия – читай выше.
Как избегать возникновения детонации
1. Поскольку скорость горения в камере сгорания напрямую зависит от октанового числа бензина (чем выше октановое число, тем скорость горения ниже по причине его высокой антидетонационной способности и наоборот), то становится понятным требование производителя использовать только соответствующий данному мотору сорт топлива. Некоторое несоответствие сортности можно до определенного предела компенсировать корректировкой момента опережения зажигания.
Неправильным будет думать, что недопустимо использовать только сорта бензина с меньшим, чем полагается для данного мотора, октановым числом. Обратная замена также недопустима! При относительно низкой степени сжатия сгорание более высокооктанового чем надо, топлива, затягивается, что ведет к перегреву выпускных клапанов и даже их обгоранию. Торг здесь неуместен – заливайте то, что положено и не экспериментируйте. Мотор вашу щедрость не оценит.
2. Знайте особенности своего двигателя. Если штурмуете подъемы «внатяг» и, заслышав звон (стуки), не сбавляете газ – готовьтесь к появлению детонации. Она не заставит себя ждать. Даже на хорошем бензине. Пожалейте двигатель – повысьте обороты и снизьте нагрузку, перейдя на пониженную передачу.
3. Не увеличивайте чрезмерно угол опережения зажигания (УОЗ) в стремлении поднять мощность двигателя! Уменьшив его, сдвиньте максимум давления правее. Потеряем чуть-чуть мощности, но побережем двигатель. Правда, этот совет актуален для старых моторов. У современных автомобилей их электронные системы по сигналу датчиков детонации сами корректируют этот УОЗ, однако и у этих систем есть пределы эффективности, поэтому и они не панацея против разрушения мотора детонацией. Вывод: следите за машиной!..
Могут ли в принципе звенеть пальцы?
Да, но…
Если двигатель в порядке и не изношен до крайней степени, никакие пальцы в нем звенеть не могут!!! Поршневые пальцы в исправном моторе не имеют зазоров, способных издавать подобные звуки. Если таковые зазоры появились – мотор к мотористу, на стол: стук пальцев (появление выбираемых зазоров в системе «поршень-палец-шатун») есть ситуация аварийная. Тут не до рассуждений о природе звуков.
Как отличить, что звенит – детонация или, все-таки, пальцы? Запомните: звук от клацающих в зазорах пальцев не зависит от нагрузки, а зависит только от оборотов коленвала двигателя т.е. частота стука будет соответствовать частоте вращения вала, к тому же стук болтающегося пальца на звонкую детонацию не очень похож.
Хорошего слуха вам!..
Текст: Дмитрий Косцынич