Detonace: příčiny, následky, účinky

Při normálním procesu spalování směsi palivo-vzduch je rychlost šíření spalování několikanásobně nižší než rychlost zvuku, oxidační proces je rovnoměrně rozložen od zapalovací svíčky a nevytváří rázová zatížení. Při detonaci dochází k explozivnímu vznícení směsi v důsledku stlačení nebo od horkých částí ve spalovací komoře. Nárazové zatížení často poškozuje píst a má za následek snížení výkonu motoru.

Nejnovější zprávy v našem telegramu!

Přihlaste se k odběru, abyste byli vždy aktuální

Přehled

Směs vzduchu a paliva je zapálena ve válcích motoru jiskrovým výbojem (Otto cyklus) nebo vlivem zvýšené teploty stlačeného vzduchu. Pohyb směsi ve válci je turbulentní a závisí na rychlosti pístu. Čelo plamene se u zážehových motorů šíří od elektrod zapalovací svíčky. Za chodu motoru se směs stlačuje a zahřívá, což usnadňuje zapálení jiskrou – plamen se šíří vrstvu po vrstvě nízkou rychlostí, nepřesahující 45-50 m/s.

Detonační proces je typický pro motory s Ottovým cyklem a dochází k němu, když se směs vznítí nikoli teplem generovaným čelem plamene od zapalovací svíčky, ale rázovou vlnou ze zapálené zóny. Je to vlna, která vytváří klepavý zvuk při odrazu od kovových stěn válce a spalovací komory. Krátká detonace je u spalovacích motorů normální, problém vzniká neustálým explozivním spalováním směsi paliva a vzduchu.

Příčiny

V době karburátorových motorů s mechanickým rozdělovačem zapalování bylo možné ručně nastavit časování zapalování. Pokud je zapálení příliš brzy, směs se vznítí dlouho předtím, než píst dosáhne horního bodu. Obecně platí, že podobný algoritmus činnosti zapalovací svíčky je standardem pro všechny zážehové motory, ale v tomto případě mluvíme o příliš brzkém zážehu. Výsledkem jsou výbuchy směsi, které se zhoršují při pokusu o akceleraci z nízkých otáček na vyšší převodové stupně.

Druhým důvodem je antidetonační charakteristika určená oktanovým číslem benzínu. Čím vyšší je kompresní poměr, tím vyšší by mělo být oktanové číslo. Pravidlo neplatí pro motory pracující v Atkinsonově cyklu – s kompresním poměrem asi 14 jednotek používají motory benzín A-95, který při standardním Ottově cyklu nevydrží kompresní poměr nad 11 jednotek.

Další příčinou detonace jsou usazeniny uhlíku na stěnách spalovací komory. Kromě mírného zvýšení kompresního poměru brání usazeniny karbonu odvádění přebytečného tepla. V důsledku toho se jednotlivé sekce zahřejí na teplotu dostatečnou k zapálení směsi paliva a vzduchu i ve fázi sání. Pokud motor spotřebovává olej, zvyšuje se rychlost tvorby karbonových usazenin. Olej také při hoření přispívá k nadměrnému vývinu tepla a místnímu přehřívání dílů ve spalovací komoře, což vede k detonaci.

Detonace začíná v případě celkového přehřátí motoru – nedostatečné odvádění tepla vede k výskytu horkých prvků ve spalovací komoře. Účinek se nazývá předzápal a přímo nesouvisí s detonačními procesy spalování. Předstih pouze posouvá okamžik a místo zapálení směsi. Právě při doutnavém zapalování je pozorováno vyhoření výfukových ventilů nebo přehřátí zapalovací svíčky a dna pístu. K explozivnímu spalování směsi dojde, pokud je příliš chudá v důsledku ucpaných vstřikovačů nebo vadného regulátoru tlaku. Řidič ne vždy uslyší detonační spalování; charakteristický zvuk se objeví pouze při velmi silném chodu motoru.

Kontrolní metody

Nejběžnějším způsobem, jak včas detekovat detonaci, je použití senzoru zašroubovaného do bloku. Snímače byly poprvé použity v éře karburátorových motorů s automatizovanými řídicími systémy pro časování zapalování a složení směsi. Po zavedení vstřikovacích systémů se interakce snímače s řídicí jednotkou zjednodušila.

Někteří výrobci mohou, ale nemusí používat snímač na stejném modelu motoru v závislosti na trhu, na kterém se vozidlo prodává. Citlivý prvek snímače funguje na principu mikrofonu, když začne detonace, upraví se provozní režimy zapalování a přívodu paliva. Řadové motory obvykle používají jeden snímač, zatímco motory s blokem V používají dva snímače, z nichž každý obsluhuje svou vlastní řadu válců.

Senzor je poměrně spolehlivá součást, hlavním důvodem selhání je přirozené opotřebení. Nejčastějším problémem je koroze kabelu, který se odtrhne od citlivého prvku. Řídící jednotka nepřijímá signál a zaznamenává chybu, omezující výkon motoru. Tímto způsobem se regulátor vyhýbá provozním režimům, ve kterých je největší pravděpodobnost detonace.

Následky

Krátkodobá detonace v přechodných podmínkách nezpůsobí poškození částí motoru. Pokud byl proces explozivního spalování směsi dlouhý nebo pravidelný, pak nejprve trpí písty. Tlaková vlna může způsobit prasknutí tenkých můstků nad horním pístním kroužkem nebo mezi kroužky. Při detonaci nedochází k vyhoření pístu – problém je typický pro motory se zaseknutými pístními kroužky nebo vadnými vstřikovači systému přímého vstřikování, které směřují proud paliva ke dnu pístu.

Při detonaci je pozorována zvýšená teplota plynů, která nevede k propálení ventilových desek a ztrátě těsnosti v uzavřené poloze. Při silné a déletrvající detonaci však nelze vyloučit deformaci ojnic nebo poruchu těsnění pod hlavou, což může způsobit pronikání nemrznoucí kapaliny do spalovacích komor nebo únik oleje do chladicího systému.

Následky detonace se mohou lišit. Nejnáchylnější k poškození jsou vysoce výkonné motory. Zničení pístů vede k poškození zrcátek válců úlomky. Ne vždy je možné škrábání eliminovat mechanickou úpravou – v důsledku toho je nutné zakoupit smluvní motor, vyměnit nebo obložit blok. Všechny postupy jsou poměrně drahé a časově náročné.

Závěr

Hlavní příčinou detonace u moderních automobilů je použití nekvalitního paliva, znečištění spalovacích prostorů karbonovými usazeninami nebo chudá směs v důsledku ucpaných trysek vstřikovačů. Provoz motoru s konstantní detonací vede k poškození skupiny pístů a řadě dalších poruch.

Detonace motoru je samovznícení směsi paliva a vzduchu ve spalovací komoře válce. Rázová vlna, která vzniká při detonaci, může dosáhnout rychlosti až 2000 m/s, což je mnohonásobně vyšší než standardní rychlost šíření plamene až 50 m/s u provozuschopné pohonné jednotky. Charakteristický kovový zvuk vzniká v důsledku prudkého zvýšení tlaku ve válci při nesprávném spalování směsi paliva a vzduchu.

Zapálení směsi paliva a vzduchu v provozuschopném motoru

Činnost benzínového motoru je uspořádána tak, že během kompresního zdvihu se směs paliva a vzduchu zapálí pomocí zapalovací svíčky v horní úvrati pístu. Obloukový výboj zapalovací svíčky šíří plamenný čelo, které se rovnoměrně rozprostírá po stěnách spalovací komory. Pro každý z válců se úhel předstihu zapalování vypočítává na základě úhlu natočení klikového hřídele.

V pracujícím motoru působí energie uvolněná při zapálení směsi paliva a vzduchu na píst přibližně 10° za horní úvratí pístu. S takovým frontem šíření plamene nejsou části skupiny válec-píst vystaveny rázovému zatížení a je dosaženo maximální účinnosti.

Zapálení palivové sestavy během detonace

Během detonace je zapálení směsi paliva a vzduchu zpočátku iniciováno zapalovací svíčkou. V důsledku nadměrného tlaku a vysoké teploty je však možné samovolné zapálení směsi paliva. Výsledkem je druhý, téměř „paralelní“ proces zapálení uvnitř válce. V důsledku toho se srazí dvě fronty šíření plamene; v důsledku takové srážky může dojít k zapálení žhavením.

Přehřátá oblast ve spalovací komoře je nejpravděpodobnějším místem pro předčasné vznícení. Usazeniny zahřátých produktů spalování mohou zapálit směs paliva a vzduchu, když je píst ještě v rané fázi kompresního zdvihu, daleko od horní úvrati. Rázové zatížení bude mít negativní vliv na části pístní skupiny válců a klikový mechanismus.

Hledáte příčinu poruchy? Zavolejte hned, konzultace zdarma!

Co způsobuje detonaci motoru?

U moderních automobilů se vstřikovacími motory není tento problém tak častý jako u karburátorových. Hlavní příčiny detonace jsou:

• Používání benzínu s nízkým oktanovým číslem. Nízkooktanové palivo se vznítí při nižším kompresním poměru 7,0 (benzín A-76). Moderní automobily jezdí na vysokooktanový benzín, který mu umožňuje vznícení při vyšším kompresním poměru 9,0 (benzín AI-95). K tomuto problému dochází i při tankování nekvalitního benzínu.
• Chudá směs paliva a vzduchu. Složení takové směsi se vznítí před obloukovým výbojem ze zapalovací svíčky v důsledku nadměrného obsahu vzduchu a nedostatečného množství paliva. Vysoké teploty ve válci stimulují výskyt oxidačních procesů, které jsou příčinou předčasného zapálení.
• Předčasné zapálení. Při zvětšeném úhlu zapálení začíná proces zapálení během pohybu pístu do horní úvrati. Čelo plamene, způsobené předčasným zapálením směsi paliva a vzduchu, působí jako rázové zatížení na píst, který nedosáhl horní úvrati.
• Koksování spalovací komory. Postupem času se na stěnách válce může vytvořit vrstva usazenin. Velké množství usazenin vede ke zvýšení provozní teploty ve spalovací komoře, což vede k samovznícení směsi paliva a vzduchu.
• Zapalovací svíčka. Detonaci může způsobit také přehřátá elektroda zapalovací svíčky. Abyste tomuto scénáři zabránili, je nutné instalovat zapalovací svíčky, které jsou určeny pro vaše vozidlo se správným teplotním zatížením. Svíčky musí být také nainstalovány se správným utahovacím momentem. Žhavicí číslo svíčky musí přesně odpovídat doporučenému číslu pro váš motor.
• Vadný chladicí systém. V přehřáté pohonné jednotce se zvyšuje tlak ve válcích, což vede k samovznícení směsi paliva a vzduchu.

Senzor klepání chrání vstřikovací motory s elektronickým systémem přívodu paliva před tímto problémem. Senzor slouží k detekci nesprávného spalování směsi paliva a vzduchu v benzínovém motoru. Pokud je detekováno klepání, senzor přenese informaci do elektronické řídicí jednotky motoru. Řídicí jednotka motoru následně posune časování zapalování na dřívější stupeň, což umožňuje problém eliminovat.

Pokud senzor selže nebo jeho parametry vybočí z určeného rozsahu, na palubní desce se rozsvítí kontrolka Check Engine. Při provádění počítačové diagnostiky skener načte jednu z chyb P0325, P0326, P0327, P0328.

Hlavní příznaky detonace v motoru

Některé znaky nestabilního provozu vozu mohou naznačovat, že v jeho válcích dochází k detonaci. Některé příznaky mohou také naznačovat jiné poruchy.

Během provozu je z motorového prostoru slyšet zvuk kovu narážejícího na kov. Zvláštní pozornost je třeba věnovat, pokud je tento zvuk slyšet při vysokých rychlostech nebo během provozu pod zatížením.

Znatelný pokles výkonu. S takovými příznaky motor začíná běžet nestabilně, zastavuje se na volnoběh. Toto znamení je zvláště důležité pro vozy s karburátorovým motorem. Doba potřebná k nabrání rychlosti se prodlužuje, zejména pokud je zatíženo.

Poruchy způsobené detonací

Dlouhodobý provoz vozu s detonací vede k nákladným opravám a v některých případech i k výměně pohonné jednotky. Je to jednoduché – čím déle řídíte vadné auto, tím více se poškozuje motor.

Tento účinek je obzvláště destruktivní na bloky válců z hliníkových slitin. Tento jev má také negativní vliv na staré litinové bloky válců, ale ty jsou lépe opravitelné.

• Vyhoření těsnění hlavy válců. Ani ty nejmodernější materiály, ze kterých se vyrábějí těsnění hlavy válců, nejsou odolné vůči vysokým teplotám způsobeným detonací až do 3700 ℃.
• Poškození pístu. Zničení můstků mezi pístními kroužky, k tomuto selhání může dojít nejprve v důsledku rázového zatížení a vysokých teplot. Spálení nebo roztavení pístu.
• Ohyb ojnice. Rázové zatížení může způsobit změnu geometrie součásti.
• Poškození ventilů. V důsledku rázového zatížení a vystavení vysokým teplotám se mohou ventily zničit a shořet.
• Poškození hlavy válců. Pokud se problém dlouhodobě ignoruje, může to vést k nejzávažnějším poruchám a nákladným opravám hlavy válců.

Všechny výše uvedené závady motoru jsou velmi závažné a jejich oprava je nákladná a musí být okamžitě opraveny!

Co můžete udělat sami?

Tankujte benzín doporučený výrobcem automobilu. Snažte se vyhnout pochybným čerpacím stanicím, které mohou prodávat padělaný benzín nesplňující potřebné požadavky na kompresi.

Aby se zabránilo tvorbě karbonových usazenin ve spalovací komoře, což brání odvodu tepla a zvyšuje kompresní poměr. Je nutné pravidelně krátkodobě zrychlovat auto na maximální rychlost. Mimochodem, rychlostní limit 50 kilometrů za hodinu výrazně přispívá k tvorbě karbonových usazenin. Občas vyjeďte na dálnici a nechte auto dýchat.