[@Менеджер сайта]

Автор: Кайл Китчен (Kyle Kitchen)
Дата: 01 июля, 2016г.

У этого явления есть несколько определений на английском языке: стук, звон, детонация и т.д. Многие из этих терминов характеризуют само явление таким образом, что иногда оно кажется нам довольно безобидным. А правда в том, что при средней или высокой нагрузке постоянно повторяющийся равномерный стук может спровоцировать выход двигателя из строя с катастрофическими последствиями. Обычно это означает разрыв шатунных подшипников, образование трещин в зоне расположения колец, либо вообще приводит к появлению отверстий на поршнях.

На всем протяжении своего срока службы случайный стук случается практически на каждом форсированном двигателе или двигателе средней мощности с искровым зажиганием. Это как раз одно из тех явлений, которые невозможно избежать полностью, но которые можно с легкостью контролировать и удерживать в пределах безопасной работы с помощью сенсоров и грамотного тюнинга. А для начала затронем моменты, которые помогут нам понять, что именно происходит внутри камеры сгорания и что именно является причиной появления разрушительного стука.

Что это такое

В зависимости от нагрузки на двигатель и его тюнинга свеча зажигания срабатывает под углом от сорока пяти до пяти градусов перед верхней мертвой точкой (ВМТ) на такте сжатия, отчего происходит воспламенение топливовоздушной смеси.

Во время нормального цикла сгорания передняя граница пламени расширится, начиная от точки воспламенения по направлению к стенкам цилиндров и днищу поршня. Этот процесс сгорания способен занимать до 90 градусов от вращения коленвала до полного сгорания. Детонация распознается, поскольку процесс спонтанного сгорания, возникающего после горения, уже запущен и не зависит от изначальной передней границы пламени. Это неконтролируемое событие может возникать в любой точке камеры сгорания. Обычно причиной является высокая температура цилиндров и / или высокое давление.




Возможные результаты

Теперь, когда у вас есть базовое понимание такого явления, как «стук», а также вы знаете две основные причины его возникновения (нагрев и давление), можно поговорить о разрушающих последствиях детонации. Неисправность возникает не вследствие возникающей энергии, которая высвобождается за счет детонации, а скорее в результате скорости изменения этой энергии (ее потенциал остается таким же, как и в ходе нормального цикла сгорания). Детонация часто рассматривается, как явление, равнозначное взрывоподному удару кувалдой по верхней части поршня.

Как определить


Слева направо: Датчик детонации, который чаще всего устанавливается на автомобилях, оснащенных системой EFI – Электронные приборы для определения детонации, чаще всего используемые тюнинговщиками

Когда возникает возможность детонации (стук), моно услышать легкий звон. На двигателе EFI средней мощности этот стук определяется с помощью одного или нескольких датчиков детонации, которые устанавливаются в специально отведенных под них зонах на моторе. По существу, эти датчики представляют собою микрофон, который калибруется на «сбор» частот в определенном диапазоне, которые обычно указывают на возможность детонации. Когда такой датчик определяет стук на достаточно высокой частоте, то система управления ECU начинает «притормаживать» процесс распределения зажигания и / или добавлять еще топлива, в зависимости от того, какая система ECU используется.

Эти частоты, на которых возникает стук, зависят от конструкции двигателя и также требуют повторной калибровки от тюнинговщика уже после того, как сам двигатель претерпел серьезные модификации.

Австралийская управляющая компания Haltech, занятая в сфере производства двигателей для вторичного рынка, сняла прекрасное видео, в котором даются пошаговые пояснения по процессу калибровки:

Профессиональные тюнинговщики часто надеются на установку датчиков детонации, которые помогают определить возможность детонации на двигателях, прошедших серьезные переделки. Эти датчики могут быть как электронными, так и механическими. В первом случае используется микрофон, который передает аудио сигнал через пару наушников. А во втором случае применяются медные опоры и специальные трубки, через которые звук, «собранный» пьезоэлементом, передается к наушникам. Такие датчики детонации также могут помочь ускорить сам процесс их повторной калибровки.

Контроль

Во время настройки двигателя следует помнить, что существует два первичных источника нагрева и давления, а именно заправка топливом и установка опережения зажигания.

Установка опережения зажигания для контроля давления
Во время установки опережения зажигания от вас потребуется сохранять максимальное внимание к тому, в какой именно степени следует повышать степень опережения – чем она выше, то больше мощности требуется. Идея заключается в том, что бы выставить время появления искры как раз перед ВМТ, чтобы времени для сгорания было достаточно для пикового давления в цилиндрах, которое должно нагнетаться уже в наиболее оптимальной точке за ВМТ.


Заводская карта опережения зажигания, японская модель Mitsubishi Evo X 2008-го года (градусы до ВМТ). Обратите внимание, как повышаются нагрузка и скорость вращения (об/мин) при снижении опережения. На моделях с наддувом чаще всего пиковое распределение зажигания более низкое за счет повышенного давления на цилиндрах как раз из-за форсированного впуска (наддува).

Слишком раннее опережение зажигания приводит к появлению искры слишком рано, в результате чего давление на цилиндрах нагнетается быстрее, чем происходит распределение передней границы пламени. А это создает два источника давления на цилиндрах, которые вступают в действие одновременно (ход поршня и сгорание). В результате этого давление в цилиндрах и температура превышают точку автоматического момента зажигания несгоревшего топлива, оставшегося в цилиндре, провоцируя его немедленное сгорание. Это спонтанное сгорание и является детонацией, а также одной из самых распространенных причин выхода из строя поршня, шатуна и подшипников.


Примеры выхода из строя подшипников в результате детонации. Слева направо: Усталость промежуточной футеровки на основе меди в подшипниках триметаллической конструкции – Локальный чрезмерный износ из-за разрушения шатунов в результате детонации

Заправка топливом для контроля температуры

В ходе тюнинга двигателя топливо применяется также с целью контроля уровня температуры. Чем больше топлива добавляется, тем более богатой становится горючая смесь и тем лучше охлаждается камера сгорания, избыток воздуха из смеси удаляется, а нагрев повышается.

Компания Haltech проводит прекрасную аналогию, чтобы помочь вам лучше понять этот процесс. «Думайте об этом, как о выпечке пирога. В самом конце процесса выпечки вы открываете духовку и вынимаете пирог, чтобы он охладился. Воздух внутри духовки нагрет до 180°C, поэтому и пирог, и разнос для пирога тоже нагреты до температуры 180 градусов. Но при этом когда вы залезаете руками внутрь духовки с воздухом, нагретом до 180°, вы не получаете ожогов. А вот разнос для выпечки обязательно обожжет вам руки, как и сам пирог через пару секунд».

То, что вы хотите вынуть наружу, это как раз тот самый воздух, который является проводником тепла, поскольку сам воздух, нагретый до ста восьмидесяти градусов, не обожжет вас так, как это сделает разнос при той же температуре. Топливо является еще лучшим проводником тепла, чем воздух. Если выражаться общими словами, то чем больше топлива вы добавляете, тем больше тепла будет идти от стенок цилиндров, поршней, клапанов и т.д.


Заводская карта опережения зажигания, европейская модель Mitsubishi Evo X 2008-го года (AFR). Обратите внимание, как повышаются нагрузка и скорость вращения (об/мин) при повышении уровня топлива (с целью обогащения смеси). Моторы с наддувом в основном требуют топлива на 10% богаче, чтобы противостоять детонации, которая возникает из-за повышенных температур цилиндров из-за форсированного впуска (наддува).

При этом можно добавить слишком много топлива, особенно в зонах низкой нагрузки (например, холостой ход или круиз), тем самым вы можете спровоцировать появление стуков, и даже поршень может начать плавиться в том случае, если при высоких нагрузках топливо остается слишком обедненным. И именно тюнинговщики обязаны выполнять калибровку многочисленных компонентов двигателя (MAF, VE, VVT, Наддув, Подачу топлива, Опережение зажигания и т.д.), чтобы в результате получить максимально эффективный уровень подачи топлива, как и уровень опережения зажигания на двигателе и его всевозможных модификациях.

Заключение

Детонация может привести к выходу двигателя из строя с катастрофическими последствиями, если соответствующий контроль выполняться не будет. Именно поэтому на большинстве современных двигателях устанавливаются безаварийные системы еще на этапе выставления заводских настроек с целью дать возможность замедлить процесс опережения зажигания, либо добавить топлива в случае определения датчиком детонации слишком высоких частот, вызывающих стук. Во избежание появления стука на модифицированных двигателях требуется выполнять настройку с целью регулировки заводской калибровки и поиска равновесия между вашим двигателем и внесенными изменениями.



Перейти на сайт Enginelabs