Чем грозят детонация с калильным зажиганием и другими причудами сгорания топлива

Однако хотя детонация и другие разновидности ненормального зажигания и сгорания топлива сегодня встречаются гораздо реже, чем в былые времена, до конца они не изжиты. Чтобы эти явления не застали врасплох неопытных и начинающих автовладельцев, расскажем о том, чем опасно каждое из них, какими признаками себя проявляют и что надо сделать, чтобы любая из причуд рабочего процесса не нанесла мотору ущерба.

Теория большого взрыва

Когда двигатели внутреннего сгорания только появились, инженеры тут же столкнулись с детонацией горючей смеси в цилиндрах, которая напрочь отбила охоту форсировать моторы по мощности, увеличивая степень сжатия. Проблема заключалась в том, как реагировала не успевшая сгореть часть горючей смеси, оказавшись, образно говоря, между молотом и наковальней. С одной стороны ее прессовал фронт давления, который возникал при сгорании воспламенившейся от свечи зажигания другой части горючей смеси, а с противоположной – утрамбовывал стремительно приближающийся к ВМТ поршень.

При определенном давлении и температуре в несгоревшей смеси появлялись активные перекиси, представляющие собой неустойчивые взрывчатые соединения. А раз они взрывчатые, да еще и неустойчивые, то несгоревшая смесь могла самопроизвольно детонировать во всем объеме с образованием ударной волны, которая распространялась со скоростью до 2000 м/с. Для сравнения: при нормальном сгорании фронт пламени движется со скоростью 40–70 м/с.

Это только одна из схем, объясняющих возникновение детонации. Также ее причиной могли быть выбитые волнами давления со стенок цилиндров и головки, а также с днища поршня мельчайшие частицы раскаленного нагара, которые, рассеявшись во всем объеме камеры сгорания, одновременно поджигали горючую смесь во множестве точек. Рабочий процесс в дизелях тоже происходит с одновременным воспламенением горючей смеси в нескольких местах, однако горит дизельное топливо гораздо медленней, чем бензин, и детали дизелей изначально выполнены в расчете на работу в подобном режиме.

Для бензинового же двигателя длительная работа с детонацией чрезвычайно вредна. Поскольку ударная волна распространяется со скоростью, в 30–70 раз превышающей скорость нарастания давления в цилиндре при сгорании топлива в штатном режиме, детонация сопровождается механическими нагрузками на детали, существенно превосходящими расчетные, и резким ростом температур.

Печальные последствия детонации – поломанные поршневые кольца и межкольцевые перемычки в поршнях, оплавленое днище поршня, прогоревшие клапаны и прокладка головки блока, разрушенные керамические изоляторы свечей зажигания.

При прочих равных условиях определяет риск детонации сорт применяемого бензина и настройка угла опережения зажигания. Октановое число (ОЧ), которое оговаривается в маркировке сорта бензина, характеризует стойкость того или иного бензина к возникновению детонации.

В инструкции по эксплуатации и на внутренней стороне лючка бензобака конкретного автомобиля указывается, какой сорт бензина рекомендуется. При использовании бензина с низким ОЧ риск детонации увеличивается, а при недопустимо низком ОЧ детонация возникнет обязательно.

От угла опережения зажигания зависит, в какой момент между электродами свечи образуется искра. При слишком раннем зажигании смесь поджигается преждевременно, что увеличивает давление, которое продукты сгорания оказывают на не успевшую воспламениться часть топлива, что опять-таки способствует детонации.

Она дает о себе знать резкими стуками, напоминающими стук изношенного поршневого пальца в верхней головке шатуна и бобышках поршня. Это и послужило основой для распространенного среди автомобилистов заблуждения. Любой бывалый водитель, услышав детонационные стуки, считал нужным прояснить ситуацию сидящим в салоне дилетантам-пассажирам: дескать, пальцы стучат. А выход из положения напрашивался сам собой – детонация пропадала, если сбросить «газ», переключиться на более низкую и легкую для двигателя передачу.

К слову, по детонационным стукам опытные гаражники после ремонта двигателя выставляли нужный угол опережения зажигания во время пробного выезда, в ходе которого делались остановки для того, чтобы повернуть распределитель зажигания в ту или иную сторону. Правильная регулировка предполагала, что во время резкого разгона автомобиля детонация кратковременно напоминала о себе «звоном пальцев», а затем пропадала. Почему? Об этом расскажем ниже, а пока вернемся к другим аномалиям сгорания топлива.

До красного каления

Калильное зажигание представляет собой преждевременное воспламенение горючей смеси от раскаленных наростов нагара на стенках деталей, образующих камеру сгорания, или от канта небрежно установленной при ремонте двигателя прокладки головки цилиндров, но чаще всего калильное зажигание начинается от перегретой кромки выпускного клапана либо от электродов свечи зажигания. Неспроста важнейшей характеристикой свечей является калильное число, которое отражает способность свечи работать без калильного зажигания.

В случае калильного зажигания горючая смесь воспламеняется раньше, чем проскочит искра между электродами свечи зажигания. Чем это чревато, мы уже рассказали выше, рассматривая детонацию. Правда, калильное зажигание не сотрясает детали двигателя мощными ударными волнами, поэтому дело не доходит до поломок поршневых колец и межкольцевых перемычек в поршнях. Однако оплавить электроды свечи, заставить обгорать головку поршня с последующим подклиниванием в цилиндре и образованием задиров или прогореть прокладку ГБЦ и клапаны калильное зажигание может.

И по причине отсутствия ударных волн определить, что двигатель работает с калильным зажиганием, бывает довольно сложно. Признаком может служить потеря мощности из-за того, что топливо сгорает слишком рано, и продукты сгорания оказывают поршню сопротивление. К слову, при детонации мощность тоже падает.

Когда бензиновый мотор может превратиться в дизель

Еще одно явление, связанное с аномальным воспламенением бензовоздушной смеси, нередко наблюдалось, когда автомобиль прибыл к месту назначения, водитель выключил зажигание, но двигатель не глох, а продолжал работать, то увеличивая, то сбрасывая обороты, будто дергаясь в конвульсиях.

До сих пор нет однозначного ответа, чему обязано это явление – калильному зажиганию или самовоспламенению горючей смеси, похожему на дизельное. Как бы там ни было, назвали такую разновидность ненормального зажигания дизелингом.

Дизелинг считается самой невинной шалостью рабочего процесса, но связано это лишь с тем, что действовал он, как правило, кратковременно. Пусть, столкнувшись впервые, водитель не всегда сразу и без посторонней подсказки доходил до того, что заглушить взбунтовавшийся двигатель можно элементарно – не включая зажигание, попробовать тронуться с места, для верности нажав одновременно на педаль тормоза, но в дальнейшем эти действия становились рефлекторными.

Однако оставлять без внимания дизелинг не следует. Это повод задуматься, все ли в порядке с двигателем, ведь если бензиновый мотор на холостых оборотах начинает изображать из себя дизель, то не работает ли он с калильным зажиганием во время движения автомобиля.

Почему о них почти не слышно сегодня

Много воды утекло с той поры, когда перечисленные разновидности аномального воспламенения в бензиновых двигателях встречались часто. Почему сейчас они напоминают о себе гораздо реже? Во-первых, топливо стало более качественным, а о том, что на АЗС когда-то продавали бензин с ОЧ лишь 80 единиц, сейчас уже мало кто помнит. Во-вторых, свечи зажигания получили конструктивные изменения, например, биметаллические электроды, которые улучшили их способность работать без калильного зажигания. Опять же кроме автомобилей с механическими коробками передач появилось немало машин с автоматами, где невозможно вызвать работу мотора с детонацией ошибочным включением более высокой передачи вместо нужной по условиям движения.

Наконец, главное, что произошло, – изменилось управление двигателем. Раньше угол опережения зажигания регулировался автоматически в соответствии с оборотами коленчатого вала и разряжением во впускном коллекторе в текущий момент времени с помощью инерционного и вакуумного регуляторов, встроенных в распределитель зажигания. Реагировали эти устройства на изменение условий движения медленней и не настолько точно, как это стала делать электроника, когда управление зажиганием и топливоподачей доверили ей.

Электронный блок управления (ЭБУ) регулирует момент зажигания с учетом сигналов, поступающих от всевозможных датчиков, среди которых есть и датчик детонации. Он размещен на блоке цилиндров и отслеживает вибрацию стенок блока, которую вызывает ударная волна, сопровождающая детонацию. Благодаря наличию этого датчика стало возможным эксплуатировать автомобиль на нескольких сортах бензина, что прежде было невозможно без, например, установки дополнительной прокладки под головку блока, расточки цилиндров и перенастройки октан-корректора в распределителе зажигания.

Теперь объясним, почему в двигателях с механическим регулированием гаражники устанавливали оптимальный угол опережения зажигания, ориентируясь на «звон пальцев». Дело в том, что работа в преддетонационном режиме является наиболее выгодной для получения мощности в сочетании с минимальным расходом топлива. Сигналы датчика детонации в современных моторах позволяют блоку управления постоянно изменять величину угла опережения зажигания, чтобы извлечь максимальную пользу от сгорания топлива и в то же время не допустить детонацию.

На датчики надейся, но сам не плошай

Хороша электроника, но ее датчики, в том числе и датчик детонации, могут выйти из строя. И не факт, что отказ какого-то датчика переведет работу двигателя в аварийный режим с включением контрольного индикатора Check engine, что вынудит разбираться с возникшей проблемой. Опять-таки мы несколько раз упоминали, что спутником случаев аномального воспламенения и сгорания может быть нагар.

При работе двигателя слой нагара на поверхностях камеры сгорания должен находиться в состоянии динамического равновесия – сколько нагара образовалось, столько же его и выгорело. Но, например, некорректная работа любого из датчиков способна не позволить ЭБУ определить потребное мотору в соответствии с его текущим режимом работы количество топлива, а также момент его впрыска и зажигания. Если двигателю придется работать на чрезмерно богатой смеси, количество нагара увеличивается. Кроме того, источником дополнительного нагара может быть моторное масло, прорвавшееся в камеру сгорания через изношенные поршневые кольца или маслосъемные колпачки клапанов. Способствует интенсивному нагарообразованию также движение на непрогретом двигателе с небольшой нагрузкой на малых оборотах коленвала, а это типичные условия городской эксплуатации в холодный период года.

К тому же слишком толстый слой нагара усугубляет ситуацию тем, что является тепловым изолятором, то есть способствует увеличению температуры в камере сгорания. А если к этому добавить какие-то проблемы в системе охлаждения двигателя… В общем, нюансов много.

Наш вердикт

Как говорили древние, praemonitus – praemunitus, что означает «предупрежден – вооружен». Водителю необязательно знать назубок, по каким сценариям возникают и действуют детонация, калильное зажигание или дизелинг. Что на самом деле важно: помнить, что любое из этих явлений – знак, что появился какой-то вопрос, оставлять который без внимания нельзя, учитывая серьезность последствий. А поскольку ответ на этот вопрос далеко не всегда очевиден, скорее всего, понадобится помощь специалистов, чтобы определить, в чем проблема кроется и какими способами ее можно победить.