Детонація в двигуні, звідки вона береться і чим загрожує

На карбюраторних автомобілях детонація була частою гостею. Більше того, її поява часом була навіть бажаною! Нижче розповім, як її використовували для досягнення оптимального регулювання двигуна.

Пальчики стукають?

Давайте визначимося, що таке детонація і що її викликає.

Всі, хто хоч колись чув про цивільну оборону та про захист від ядерного вибуху, пам'ятають, що одна з дій такого вибуху — ударна хвиля. До речі, з ударною хвилею ми стикаємось і при прольоті надзвукового літака. Коротше, це хвиля, яка розповсюджується в певному середовищі (у нашому випадку - у повітрі) зі швидкістю звуку. Зустрічаючись з будь-якою перешкодою – чи це стіна, чи наші барабанні перетинки – вона створює відчутний удар. Нагадаємо, що швидкість звуку у повітрі зазвичай приймається рівною 330 м/с.

Тепер вирушимо на екскурсію в циліндр двигуна - у той момент, коли відбувається займання робочої суміші. Якщо згоряння йде звичайним порядком, швидкість поширення фронту полум'я і, відповідно, наростання тиску невелика (зазвичай до 50 м/с). Але буває, що створюються умови для згоряння з вищими швидкостями. Наростання тиску відбувається зі швидкістю звуку у цьому середовищі. А це вже значно більші величини, ніж на відкритому повітрі, тому що температура в циліндрі помітно вища. Не вантажитиму формулами, але повірте, що швидкість звуку зростає пропорційно температурі.

Так от, якщо фронт полум'я поширюється зі швидкістю звуку, то ударна хвиля, що має значну енергію, якраз і змушує деталі двигуна видавати звуки, які ми називаємо детонаційними стуками. Взагалі, найкоротше і правильне визначення детонації - це «згоряння вфронті ударної хвилі». Звук видають у своїй, звісно, не поршневі пальці. Для цього потрібні настільки великі зазори, що якби вони були, пальці і на нормальних робочих режимах дуже швидко розбило. Характерний звук видають стінки камери згоряння, що стикаються з різкою хвилею тиску. Чи можна цього уникнути? Можна, можливо.

Випереджаємо запалювання

Як раніше регулювали кут випередження запалення? Для цього змінювали початковий кут установки переривника-розподільника. Не вдаючись у конструкцію цього досить складного і примхливого вузла з відцентровим та вакуумним регулятором, зауважимо, що початкова його установка дуже впливала на потужнісні та економічні характеристики двигуна.

Так ось, слід встановити запалення настільки раннім, наскільки це можливо, але не доводячи справу до сильної детонації. Тому й перевіряли регулювання зазвичай на ходу: повністю прогрітий двигун, швидкість 40 км/год, четверта передача, педаль газу на підлогу. При цьому мало лунати лише кілька детонаційних стуків, що нагадували дзвінкі удари гайковим ключем по верхній частині двигуна. У міру розгону детонація мала зникнути. Практично будь-який бензиновий двигун «любить» їздити з більш раннім запаленням, і тільки детонація, їздити з якою неприпустимо, обмежує його в цьому.

На настання режиму детонаційного згоряння впливало багато чинників. Прискорювали його появу навіть незначний перегрів двигуна, а також зміна температури навколишнього повітря і, звичайно, якість бензину. Адже звичні нам терміни – вісімдесятий, дев'яносто другий, дев'яносто п'ятий – це й є октанові числа палива! І детонаційна стійкість дев'яносто п'ятого та дев'яносто восьмого бензинів вища, ніж у застарілого вісімдесятого.

Так йшли справи до появиупорскових двигунів з «розумною» системою управління, що має кілька контурів зворотного зв'язку.

Поширена помилка

Свого часу, ще в дев'яностих роках минулого століття, я вивчав усі тонкощі упорскових моторів на прикладі французького дволітрового двигуна F3R, що встановлюється на автомобіль Святогор виробництва АЗЛК.

Розуміючи все це, ми вивернули датчик із двигуна, але залишили приєднаним до блоку управління. Тобто, система думала, що все справно, але детонації не відчувала! І ось тут випробуваний задзвенів, як мідний дзвін.

Шкода детонації

Вибухи, звичайно, навчилися використовувати з мирною метою, але у випадку з детонацією цей фокус не проходить. Не пристосований двигун до вибухоподібного горіння – він любить відносно повільне та плавне протікання процесу. Детонація прискорює зношування деталей кривошипно-шатунного механізму (розбиває, в тому числі, й ті самі поршневі пальці, звідки і пішла легенда про стукіт пальців.). Крім того, пошкоджується поверхня поршня, причому ерозія йде не лише через підвищену температуру – ударні хвилі буквально викрашують поверхню поршня та обрушують перемички між поршневими кільцями.

Умови детонації

Детонацію можна почути зазвичай:

на сильно нагрітому двигуні (на холодному двигуні детонації не дочекаєтесь);
на автомобілі, заправленому низькооктановим бензином;
на режимах великого навантаження та дуже низьких оборотів.

Імовірність детонації вища у того двигуна, який тривалий час експлуатувався з мінімальними навантаженнями і тому страждав від інтенсивного нагару в циліндрах. Реально сучасні впорскові двигуни, які не піддавалися тюнінгу і мають справну систему управління, «віддзвонюються» лише на самихнизькі обороти. За умови, що автомобіль оснащений ручною коробкою: автомат на такі режими вийти не дозволить.

Часто чую, як при маневруванні у дворі Форд Фокус 2, що працює в таксі (паливо самі розумієте яке), віддзвонюється у спеку. А колишній у нас на випробуваннях кросовер Lada XRAY з двигуном 1.8 виробництва АВТОВАЗу при потеплінні та заливці палива на «лівій» заправці почав сильно детонувати.

От начебто б і все. Схоже, це явище майже віджило свій вік. Знайти сьогодні відверто поганий бензин все складніше, та й машин із механікою з кожним роком продається дедалі менше, ніж з автоматом. А чи доводилося вам стикатися з детонацією та її наслідками?