Детонация как последствие повышенного расхода масла в двигателе – миф или реальность?

В основу данной статьи легли наработки при проведении многочисленных автотехнических экспертиз по факту разрушения двигателей современных автомобилей. Как правило, это высоконагруженные двигатели объёмом до 2-х литров с турбокомпрессором.

Все нам хорошо известны классические признаки повреждения двигателя от детонации — это всегда разрушение перемычек поршня с явно выраженным конусом, который расширяется от днища в сторону юбки. Непременные спутники этого процесса — локальные оплавления тела поршня и термическая деформация колец из-за появления сопутствующего калильного зажигания в поврежденных зонах. Фотография одного такого поршня прямо из сервисной зоны представлена вашему вниманию ниже:

Согласитесь, что характер повреждений на поршне – классический для повреждений от воздействия детонации…И всё же — в чём именно причина? Если вы хоть немного знакомы с производственным процессом автосервисной станции, то наверняка знаете — при таком разрушении в гарантийный период владельцу будет отказано в безвозмездном устранении недостатка; технические специалисты из гарантийного отдела сразу будут ссылаться на использование владельцем некачественного топлива для заправки автомобиля. Можно считать удачным стечение обстоятельств для такого сервиса, если после отбора образца из топливного бака независимая испытательная лаборатория выявит занижение октанового числа топлива относительно нормы. Но на сегодняшний день с уже упомянутыми ранее типами моторов далеко не всегда получается «поймать» владельца на использовании откровенно некондиционного топлива.

Что же получается? Двигатель разрушен в результате детонации; в баке остаток топлива, октановое число которого выше 95 единиц — а код неисправности о нарушении процесса сгорания возник в диапазоне последних 100 км пути! При таких обстоятельствах доказать, что автомобиль был заправлен кондиционным топливом после повреждения поршневой группы — не то что бы очень сложно, а практически невозможно!

Предлагаю провести краткий экскурс в теорию для реального понимания того, что представляет собой детонация как физический процесс и какие основные причины её появления. Детонация — сверхзвуковой комплекс, состоящий из ударной волны и экзотермической химической реакции за ней. Механизм превращения энергии на фронте детонационной волны существенно отличается от механизма дефлаграции — волны медленного горения, сопровождающейся дозвуковыми течениями. Принципиальная возможность явления детонации следует из того, что при прохождении через фронт ударной волны топливно-воздушная смесь нагревается. Если ударная волна достаточно сильна, то это нагревание может привести к самовоспламенению горючей смеси и ее взрывообразному горению, что и приводит к детонации. Возникающая при этом поверхность нормального разрыва называется детонационной волной. Изменение термодинамических параметров среды при прохождении через фронт детонационной волны описывается детонационной адиабатой.

Быстрое детонационное сгорание, резко повышающее давление в камере сгорания, приводит к быстрому выходу из строя деталей двигателя в результате работы с повышенными термическими и механическими нагрузками.

Причинами детонации являются:

• — обеднение рабочей смеси;
• — большой угол опережения зажигания;
• — низкое октановое число топлива;
• — повышенное количество нагара на поверхности свечей зажигания, стенках камер сгорания головок блока и днищах поршней.

Детонация может быть вызвана как эксплуатационными (наиболее яркий пример — некачественное топливо), так и производственно – технологическими факторами, связанными с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта автомобиля.

В данном случае мы хотим обратить ваше внимание на октановое число конкретно той смеси, которая поступает в камеру сгорания или уже возникает в ней посредством прямого впрыска. Даже при использовании топлива с соответствующим октановым числом фактическое значение детонационной стойкости смеси в камере сгорания может измениться; как неоднократно было установлено в ходе проведения автотехнических экспертиз — причиной тому является попадание моторного масла во впускной коллектор и цилиндры двигателя.

Самым интересным примером стал случай обращения владельца автомобиля среднего класса, оснащённого двухлитровым двигателем с турбонаддувом. Расход моторного масла на угар для таких двигателей находится в пределах 200 — 500 грамм / 1000 км пути и уже давно считается нормой. Владелец неоднократно обращал внимание специалиста СТО, что при динамичном разгоне с установившейся скорости в 120 км/ч из моторного отсека доносился отчётливо слышимый металлический стук «поршневых пальцев». Звуком «поршневых пальцев» уже давно в народе называют проявление детонации. Но, как ни странно звучит этот факт — при разгоне с малых скоростей, где нагрузка на мотор всегда значительно выше — детонация не прослушивается. Получается забавный казус: при «тест-драйве» на территории СТО проявлений детонации не слышно, а вот ездить по городу со скоростью более 120 км/ч — не желает ни один инженер!

В результате в один прекрасный день этот автомобиль прибыл на СТО на эвакуаторе с повреждением поршня, которое характерно при воздействии детонации. После анализа остатков топлива из бака произошло чудо – октановое число исследуемого образца составило 95,6 единиц. И тут «следствие зашло в тупик»…

В ходе проведения автотехнической экспертизы было установлено объёмное накопление моторного масла в турбине, интеркулере и в впускном коллекторе. Моторное масло в процессе эксплуатации накапливалось в уловителе перед зоной всасывания турбокомпрессора и по мере увеличения расхода воздуха поступало в цилиндры двигателя.

Моторное масло по своим свойствам очень похоже на дизельное топливо, цетановое число которого стремится занять противоположный «угол ринга» по отношению к октановому числу бензина. Условия движения автомобиля, которые заявлял владелец перед тем, как слышал признаки детонации — указывают на повышенный расход воздуха во впускной системе и попадание моторного масла в топливовоздушную смесь.

Теперь осталось лишь проверить факт снижения октанового числа при прямом смешении моторного масла и бензинового топлива.

Для чистоты эксперимента был взят бензин марки АИ-95 и проверен на соответствие октанового числа. Образец из топливораздаточной колонки «нефтяного гиганта» показал значение 95,4 единицы. В данный образец топлива было добавлено 20% синтетического моторного масла, которое использовалось в поврежденных двигателях. В ходе испытаний приготовленный образец показал октановое число 91.2, что является фактически несоответствием эталону требований к моторному топливу марки АИ-92. Далее гадать бессмысленно – с таким октановым числом в условиях высоких нагрузок происходит детонационное сгорание и повреждение двигателя, несмотря на соответствие всем предписанным производителем автомобиля нормам к заправленному образцу топлива в баке автомобиля.

Вторым важным вопросом, который возникает после осмысления причины попадания моторного масла во впускной коллектор — становятся условия для возникновения расхода его (масла) через систему вентиляции картерных газов. И тут начинается совсем другая история, начало которой может возникать как в производственной, так и в эксплуатационной плоскостях ….

Масложор и раскоксовка: экспертиза «За рулем»

Причины масложора

Самая частая причина — угар масла из-за его старения. Как только масляные присадки утрачивают свои характеристики, масло начинает активно испаряться и через систему вентиляции улетучивается во впускной трубопровод, затем попадает в цилиндры, где сгорает вместе с рабочей смесью.

Но деградировавшее масло вдобавок может и разлагаться с образованием тяжелых фракций, которые будут скапливаться на маслосъемных кольцах и препятствовать их подвижности. В итоге маслосъемные кольца перестанут плотно прижиматься к стенкам цилиндров и начнут пропускать масло, которое сгорает в цилиндрах. В запущенной ситуации дело доходит до закоксовки и перекрытия сливных отверстий в поршне — тогда расход масла на угар становится сравним с расходом топлива.

Повышенный масляный аппетит может спровоцировать и форсировка двигателя. Увеличиваем мощность и крутящий момент, а значит повышаем температуру масла. При этом летучие фракции начинают сгорать, что ведет не только к повышенному масляному аппетиту, но и к закоксовке масло­съемных колец. Кстати, масложор может вызвать даже неплотно закрученная свеча. «Недокрут» приводит к калильному зажиганию, как следствие к детонации двигателя и существенному росту температуры в камере сгорания. А значит, масло начинает больше угорать.

Определяем без разборки

Точно определить причину повышенного расхода масла без грамотной диагностики трудно. Самый распространенный способ — замер компрессии — тут не поможет. Он эффективен, когда есть существенный износ цилиндропоршневой группы. А если компрессионные кольца в полном порядке, а маслосъемные залегли из-за закоксовки, показания компрессии останутся высокими, но двигатель будет литрами потреблять масло.

Один из действенных способов проверки — вакуумный. Для этого используют анализатор пневмоплотности цилиндров, состоящий из двух вакуумметров либо одного комбоустройства. Для проверки выкручивают свечи зажигания и в каждый цилиндр по очереди устанавливают вакуумметры. Сначала при ходе поршня определяют максимальное разрежение в цилиндре — его называют полным или полезным. Опираясь на этот параметр, диагност делает вывод об износе гильзы цилиндра.

При помощи второго вакуумметра определяют остаточный (паразитный) вакуум. При хорошем состоянии гильзы цилиндра и клапанов его величина характеризует состояние поршневых колец, а точнее их степень износа, залегание, поломку перемычек на поршне. Если оба параметра в норме, а расход масла повышенный, то маслосъемные кольца в порядке, а вероятная причина масложора — износ маслосъемных колпачков.

Другое эффективное средство диагностики — эндоскопия. Эндоскопы позволяют заглянуть почти в любой уголок двигателя. У диагноста нет на руках данных замеров компрессии и вакуума. Он оценивает состояния двигателя лишь визуально. Но опытного глаза часто достаточно для точного вердикта.

Итак, диагностика подтвердила, что причина масложора — в закоксовавшихся маслосъемных кольцах. В этом случае можно не разбирать мотор, а очистить его детали от смолисто-коксовых и нагаровых отложений, используя химические средства. Но какое выбрать? Препаратов много и принцип их работы разный.

Как раскоксовать?

Жидкие составы заливают в каждый цилиндр прогретого двигателя через свечное отверстие. Задача препарата — размягчить нагар, чтобы он потом сгорел без образования твердых частиц, которые могут повредить нежные керамические соты нейтрализатора. Жидкость попадает на днище поршня, проходит через зазоры компрессионных колец, поступает в их канавки в поршне. Далее — на масло­съемные кольца и в поддон двигателя. При этом лучше всего отмывается днище поршня. Из-за трудного доступа очистка канавок под компрессионные кольца слабая, маслосъемные моются еще хуже. Иногда приходится повторять обработку через небольшой пробег.

С учетом этих недостатков были разработаны пенные составы. Способ ­применения тот же — через свечное отверстие в головке блока. Но в отличие от жидкого пенный очиститель заполняет весь цилиндр и воздействует не только на днище поршня, но и на камеру сгорания. А если двигатель с непосредственным впрыском, то помоется и распылитель топливной форсунки. По эффективности пена лучше жидкости, так как дольше удерживает активное вещество во взвешенном состоянии.

Но и пена не шибко хорошо очищает маслосъемные кольца, так как доступ моющего состава ограничен конструктивными особенностями. А еще пенные препараты немного дороже жидких. Правда, у них есть одно весомое преимущество: пена хорошо очищает впускной трубопровод от нагара, который часто скапливается в двигателях с непосредственным ­впрыском топлива.

Чтобы расшевелить маслосъемные кольца, разработали жидкие составы, которые заливаются непосредственно в масляную систему двигателя. Только не путайте с популярными пятиминутными промывками на основе керосина, задача которых — разбавить старое загустевшее масло, чтобы оно лучше вытекало из двигателя. А средства, о которых мы ведем речь, рассчитаны именно на раскоксовку маслосъемных колец. Вперемешку с маслом активный состав циркулирует в системе под давлением и попадает во все труднодоступные для статичного состава места. Его заливают не на пять, а на двадцать минут. И гоняют мотор не на минимальных оборотах коленвала, а на средних оборотах, чтобы поднять давление в масляной системе и тем самым повысить эффективность состава.

Для раскоксовки используют и народные средства. Самое известное — димексид. Это антибактериальный медицинский препарат, продается в аптеках без рецепта, недорог и действует довольно эффективно. Правда, это средство слишком агрессивно и имеет побочные эффекты. Оно смывает графитовое покрытие с поверхности поршня, приводит к потере формы пластиковых и эластичности резиновых деталей. Вспучивает краску на стальном поддоне, которая отслаивается крупными фрагментами и потом прилипает к сетке масло­приемника. Последствия от его применения часто бывают плачевными.

Что купить?

Универсального препарата, который эффективно очищает всё и сразу, нет. Подходить к решению проблемы угара масла и очистки двигателя надо комплексно.

Если нагара и лака на деталях немного, используем жидкий или пенный составы. Они помогут размочить кольца и почистят другие детали двигателя от отложений. Если кольца залегли, заливаем моющий состав в масло, а непосредственно в цилиндры — пенную раскоксовку для устранения последствий угара масла. Таким образом и масложор победим, и сэкономим.

Благодарим компании «ВМПАВТО» и «Планета Железяка» за помощь в подготовке материала.

Что такое компрессия, детонация и преждевременное воспламенение смеси

Существует несколько способов оценить работоспособность двигателя без его разборки. Наиболее простым и распространенным является измерение компрессии. В этой статье мы рассмотрим, что это такое. Также расскажем о смежных процессах – детонации и преждевременном воспламенении.

Что такое компрессия

Компрессия двигателя – это давление, создаваемое поршнем в конечном цикле сжатия в верхней мертвой точке. Часто это понятие путают со степенью сжатия или считают их одним и тем же. Но это совсем не так. Степень сжатия это неизменная величина, которая показывает, во сколько раз сжимается в цилиндре топливовоздушная смесь при перемещении поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ).

Проверка компрессии

Компрессия и степень сжатия являются разными величинами, но они связаны друг с другом. Если степень сжатия – это постоянный параметр, то компрессия может меняться в зависимости от износа поршневой группы, качества топлива и по другим причинам. В свою очередь, от уровня сжатия будет зависеть и компрессия.

Компрессия в бензиновых и дизельных двигателях

Для разного типа двигателей есть свои нормы компрессии. Чтобы узнать норму компрессии бензинового четырехцилиндрового двигателя, нужно значение степени сжатия умножить на коэффициент для бензиновых двигателей. Обычно все эти параметры можно найти в технической документации автомобиля. Как правило, для бензиновых силовых агрегатов этот коэффициент равен 1,2 – 1,3.

Например, степень сжатия равна 11. Рассчитываем компрессию: 11*1,2 = 13,2. Показатель от 7 до 13 атмосфер считается нормой.

Этот параметр для дизельных силовых установок будет намного выше, так как в дизельных моторах больше степень сжатия, соответственно, выше и компрессия. Нормой для дизеля считается 25 – 33 атмосферы.

Проверка компрессии в цилиндрах

Замерить компрессию в каждом цилиндре можно с помощью прибора, который называется компрессометр. Это можно сделать самому, но нужно соблюсти определенные условия и иметь в наличии:

• компрессометр;
• полностью заряженный рабочий аккумулятор;
• рабочий стартер;
• свечной ключ.

Измерение компрессии в цилиндре

Компрессометр имеет специальный переходник, который устанавливается вместо свечи зажигания. Двигатель прокручивается стартером. Данные с прибора фиксируются в течение нескольких секунд, пока стрелка не перестанет расти. Такая процедура проделывается с каждым цилиндром. Чтобы получить более точные данные, нужно провести замеры на холодном и прогретом двигателе.

Вполне нормально, если показатели отличаются от заявленных производителем. Это происходит из-за износа поршневой группы и других деталей. Нормой считается расхождение в районе 10%. Стоит обратить внимание также на соотношение показателей в разных цилиндрах, они также не должны сильно отличаться.

Компрессия в дизельных моторах намного выше, так как степень сжатия больше. Условия замера компрессии в дизельном двигателе:

• отключить топливный насос;
• иметь заряженный аккумулятор и рабочий стартер;
• выкрутить одну форсунку;
• установить компрессометр на место форсунки.

Если показатели давления в цилиндрах ниже установленной нормы на 10-12%, то это может привести к следующим последствиям:

• увеличение расхода топлива;
• увеличение расхода масла;
• появление нагара в камере сгорания, токсичность;
• большее давление картерных газов.

Главной причиной низкого давления является износ поршневой группы или плохая герметичность клапанов. Подлежат замене гильзы, поршневые кольца или же проводится ремонт места сопряжения клапанов и головки блока цилиндров.

Низкая компрессия в дизельных двигателях проявляется выхлопом синего дыма. Недостаточное сжатие и, как следствие, температура не позволяет сгорать солярке полностью. Неправильно выставленное зажигание, неподходящее октановое число топлива и компрессия может привести к возникновению детонации.

Что такое детонация

При нормальном сгорании топливно-воздушная смесь сгорает в цилиндре в течение всего рабочего хода поршня от ВМТ до НМТ. За счет этого плавно совершается работа по движению поршня вниз и чтобы этот процесс медленного сгорания максимально эффективно отработал, требуется смесь вовремя поджечь. Детонация двигателя представляет собой произвольное самовоспламенение смеси взрывного характера, что приводит к возникновению ударных волн. В нормальных условиях скорость распространения пламени после сгорания составляет 30 м/с, а при детонационном возгорании она доходит до 2000 м/с. Ударная волна ударяет о стенки цилиндра, вызывая характерный металлический стук. Его часто приписывают стуку пальцев поршня, хотя они тут ни при чем.

Правильное и неправильное сгорание топлива

При стандартном режиме работы топливно-воздушная смесь воспламеняется, когда поршень почти достигает верхней мертвой точки. Нормальный угол опережения зажигания при этом 2-3 градуса. После завершения сгорания поршень идет в обратную сторону, получая необходимый толчок.

При детонации воспламенение начинается ещё в середине такта сжатия. Происходит преждевременное воспламенение смеси. Ударная волна идет в противоход поршню, подвергая его и цилиндр сильнейшим перегрузкам.

Причины возникновения детонации

Причин возникновения взрывного возгорания может быть несколько:

• октановое число бензина;
• конструктивные особенности двигателя;
• условия эксплуатации.

Октановое число бензина

В бензиновых двигателях возгорание топлива происходит от искры свечи системы зажигания. Октановое число бензина показывает его устойчивость к детонации. Чем выше октановое число, тем сильнее можно сжать топливовоздушную смесь без риска детонации. А чем выше степень сжатия, тем больше мощность двигателя.

Каждый двигатель настроен на определенное октановое число. Если рекомендуется использовать бензин с октановым числом 95, а залить 92, то при нагрузках будет происходить детонация.

Некачественное топливо с добавлением примесей для повышения октанового числа также может вызывать детонацию.

Конструктивные особенности двигателя

Детонация двигателя может появляться вследствие особенностей конструкции двигателя и его характеристик. Среди них можно выделить следующие:

• форма камеры сгорания;
• имеющийся наддув;
• форма днища поршня;
• местоположение свечей зажигания;
• степень сжатия.

Чем больше двигатель способен сжать топливо, тем больший риск детонации. Наличие наддува также требует использовать высокооктановый бензин.

Условия эксплуатации двигателя

Детонацию может вызвать неправильный выбор режима езды. Так, например, если двигаться на высокой передаче в гору с малой скоростью, то незамедлительно произойдет детонация. Поступает слишком много топлива, чем необходимо для этого режима движения поршней.

Преждевременное воспламенение

После детонирования низкооктанового бензина на стенках цилиндра остается нагар. Он может вызвать так называемое преждевременное воспламенение (калильное зажигание) смеси. Воспламенение идет не от разряда свечи, а от раскаленного электрода или частички нагара на такте сжатия. Момент воспламенения при этом неуправляем. Происходит снижение мощности, так как часть работы идет на сжатие уже сгоревших газов. Двигатель также может какое-то время работать после отключения зажигания.

Последствия детонации

Систематическое возникновение этого явления наносит ущерб двигателю. Страдает не только поршневая группа, но и полностью головка цилиндров и кривошипно-шатунный механизм. Длительное воздействие может вывести ДВС из строя. Также возникает сверхповышенная температура в камере сгорания (до +3700 градусов). Это приводит к прогоранию прокладки ГБЦ и днища поршня, коррозии зеркала цилиндров.

Как предупредить детонацию

В инжекторных двигателях устанавливается датчик детонации. Этот небольшой прибор улавливает колебания, определяет детонацию и корректирует зажигание при необходимости. Прибор посылает сигнал блоку управления, который затем передает его системе. Корректируется подача топлива и угол опережения зажигания. Располагается датчик детонации обычно между вторым и третьим цилиндром.

Нужно помнить, что самым действенным способом борьбы с детонацией является использование рекомендованного автопроизводителем высококачественного топлива.