Příčiny detonace motoru — DRIVE2

Příčiny detonace motoru při vypnutí zapalování a startování.
— Uložte si tento článek na zeď.

• Fenomén detonace motoru zná téměř každý majitel vozu. Nejčastěji se vyskytuje při jízdě do kopce na vyšší převodový stupeň při nízké rychlosti. Zvuk spalovacího motoru (ICE) se mísí s tvrdým kovovým klepáním, které mnozí mylně považují za klepání pístních čepů.

— Co je to detonace?

• Detonace je proces explozivního vznícení pracovní směsi ve válcích motoru. Zatímco běžná rychlost šíření čela plamene je asi 30 m/s, při detonaci se oheň šíří desítkykrát rychleji – až 2000 m/s.

• Za normálních podmínek se směs začne vznítit, když je píst mírně pod horní úvratí, časování zážehu je obvykle 2-3 stupně. Záblesk skončí poté, co píst projde TDC. V případě detonace se směs vznítí uprostřed kompresního zdvihu. Píst zažívá silný odpor, v důsledku toho se ztrácí výkon motoru a výrazně se zvyšuje spotřeba paliva.

• Tento jev není pro motor nikdy dobrý, ale detonaci lze rozdělit na přijatelnou a nepřijatelnou. V prvním případě to není vždy možné ani zaznamenat. Obvykle se vyskytuje při nízkých rychlostech a netrvá dlouho. Nejčastěji se tak děje u maloobjemových motorů s relativně vysokým výkonem a točivým momentem (například 107 koní a 135 Nm o objemu 1,4 litru). Nepřijatelná detonace se zpravidla vyskytuje u nucených spalovacích motorů při zvýšeném zatížení při vysokých rychlostech. Již po několika sekundách provozu v takových podmínkách může motor utrpět kritické poškození.

• Existuje ještě jeden fenomén, který si majitelé aut často pletou s detonací – dieseling. Po vypnutí zapalování motor pokračuje v škubání, někdy se zvýšením nebo snížením otáček, přičemž zvuk motoru je kovový, podobný zvuku detonace. Jedná se o jiný druh jevu a důvody jeho vzhledu jsou různé: při vypnutí motoru se benzin ve válcích samovolně vznítí kvůli vysokému kompresnímu poměru jako u vznětového spalovacího motoru, odtud název. Dieseling by se neměl zaměňovat s doutnavým zapalováním – při odstávce je pracovní směs zapálena ohřátými elektrodami zapalovacích svíček a sazemi.

— Proč je detonace nebezpečná?

• Celý klikový mechanismus a hlava válců jsou vystaveny destruktivnímu zatížení, které při delším působení může vést k poruše spalovacího motoru. Kromě toho teplota ve válcích také stoupá na nepřijatelné hodnoty (až +3700 stupňů), což ohrožuje vyhoření těsnění hlavy válců, stejně jako korozi dna pístu a vrtání válce.

• obložení hlavy bloku je první část, která se stane nepoužitelnou v důsledku detonace. Snese pouze krátkodobý provoz při extrémním tepelném a mechanickém zatížení. Nejhorším rizikem detonace je výměna bloku válců, klikové hřídele, skupiny pístů a hlavy válců.

• Důvody, proč k tomuto jevu dochází, lze rozdělit do tří skupin:

• oktanové číslo benzínu;
• konstrukční vlastnosti spalovacího motoru;
• provozní podmínky vozidla.

— Vliv oktanového čísla:

• Na rozdíl od vznětového motoru, u kterého dochází ke vznícení pracovní směsi díky vysokému kompresnímu poměru, používá benzínový motor k tomuto účelu zapalovací systém. Směs benzínu a vzduchu je zapálena jiskrou, která vzniká mezi elektrodami zapalovacích svíček.

• Kompresní poměr benzínových motorů je mnohem nižší, je to způsobeno tím, že benzín není tak odolný vůči výbuchu jako motorová nafta. Hlavní charakteristikou benzínu je oktanové číslo, které odráží jeho odolnost vůči výbuchu. Čím vyšší je, tím více lze stlačit směs vzduchu a paliva.

• Pokud je automobil, jehož pohonná jednotka je navržena pro použití paliva s oktanovým číslem alespoň 95, naplněn benzínem AI-92, pak s vysokou mírou pravděpodobnosti lze tvrdit, že při vysokém zatížení bude pracovní směs ve válcích vybuchnout.

• Problém však může nastat i tehdy, pokud značka paliva odpovídá doporučení výrobce. Vše je o kvalitě benzínu. Bezohlední prodejci často sami zvyšují oktanové číslo přidáním zkapalněného propanu nebo metanu do paliva. Tyto plyny se velmi rychle vypařují a v nádrži zůstávají nízkooktanové benzíny.

• V důsledku detonace nízkooktanového paliva se ve spalovací komoře intenzivně tvoří uhlíkové usazeniny, které následně mohou způsobit jev, jako je žhavení. V tomto případě motor běží i po vypnutí zapalování. Důvody jeho výskytu spočívají v tom, že směs paliva a vzduchu není zapálena jiskrou, ale horkými elektrodami zapalovací svíčky nebo sazemi.

— Vliv konstrukčních prvků:

• Příčiny detonace mohou spočívat v konstrukčních prvcích motoru.
Tyto zahrnují:

• kompresní poměr;
• tvar spalovací komory;
• tvar koruny pístu;
• přítomnost přeplňování;
• umístění zapalovacích svíček.

• Čím vyšší je kompresní poměr, tím je spalovací motor náchylnější k detonaci. Totéž lze říci o systémech přeplňování („přeplňované“ motory vyžadují vysokooktanový benzín).

— Vliv provozních podmínek:

• Důležitou roli hrají také podmínky, ve kterých je stroj provozován. Při jízdě na vyšší rychlostní stupeň při nízké rychlosti může dojít k detonaci. Pokud se tedy pokusíte vyjet horu na čtvrtý rychlostní stupeň rychlostí 30 km/h, okamžitě se zpod kapoty ozve charakteristické kovové klepání.

• Svůj vliv má správná činnost zapalovacího systému (pracovní směs ve válcích detonuje při předčasném zážehu), provozuschopnost chladicího systému motoru a přítomnost karbonových usazenin na pístech a spalovacích komorách. Majitelé aut, kteří se snaží jakýmkoliv způsobem snížit apetit vozu, se vystavují nebezpečí. Za tímto účelem je elektronická řídicí jednotka „přeflashována“, aby připravila chudší směs, než je nutné. V důsledku toho se dynamika vozu zhoršuje a při zvýšeném zatížení dochází k detonaci.

Benzín s nižším oktanovým číslem, než doporučuje výrobce, je atraktivní svou cenou. Většina motoristů se však neuchýlí k pochybným úsporám, protože se obávají takového jevu, jako je detonace. Co je to za zvíře? Mnoho lidí věří, že se jedná o spontánní, bezjiskrovou „exploze“ paliva ve válci benzínového motoru. To je špatně. Jiní naznačují, že jde o stejný „výbuch“, ale způsobený jiskrou. A to není tak úplně pravda. A není správné nazývat detonační spalování „výbuchem“, ne nadarmo dáváme tento termín do uvozovek. Pojďme zjistit, co je to detonace. Pokusíme se to co nejsrozumitelněji vysvětlit a předem se omluvíme odborníkům za provedená zjednodušení a ne zcela správné používání speciálních výrazů.

Detonace

Benzín, stejně jako motorová nafta, má vlastnost samovznícení při vysokých teplotách. Ne nadarmo existují vícepalivové vznětové motory, které umožňují použití nízkooktanového benzínu. U benzínových motorů by nemělo docházet k samovznícení paliva – tlak a teplota na konci kompresního zdvihu jsou k tomu nedostatečné. Směs benzínu a vzduchu se zapálí jiskrou ze zapalovací svíčky. Výsledné čelo plamene se šíří od zapalovací svíčky do okrajových oblastí spalovací komory relativně nízkou podzvukovou rychlostí. Tlak a teplota v komoře se zvyšují a v těchto velmi okrajových oblastech vznikají podmínky pro samovznícení. Ale to se nestane – směs se podaří vyhořet v normálním režimu. Pokud je nádrž naplněna nízkooktanovým benzínem nebo je motor přehřátý, stále dochází k samovznícení směsi na obvodu spalovacího prostoru. Vznikne tak rázová vlna, která stlačí směs a zapálí ji. Kromě toho dochází ke spalování za pohybující se vlnou, která ji dále urychluje. Tohle je detonace. Rychlost šíření detonační vlny je několikanásobně nebo i řádově vyšší než rychlost šíření plamene při normálním spalování. Slyšíme dopad vlny pohybující se vysokou nadzvukovou rychlostí na část spalovací komory jako kovové zvonění. Moderní motory pracují v režimech velmi blízkých detonačnímu prahu – tak je dosaženo maximální účinnosti spalování paliva. Proto je nezbytné používat značku benzinu doporučenou výrobcem. Faktem je, že i když jsou dosaženy podmínky pro samovznícení, benzín se nezapálí okamžitě – potřebuje velmi krátkou dobu, aby proběhly určité „přípravné“ procesy. Tato doba se nazývá zpoždění zážehu. Vysokooktanové benziny mají delší zpoždění (odtud víra, že takové benziny hoří déle), nízkooktanové benziny mají zpoždění kratší. První se nestihnou samovolně vznítit, ale ty druhé ano, což vede k detonaci. Detonace je extrémně škodlivý proces. Při provozu v tomto režimu motor ztrácí trakci, zahřívá se a mechanické zatížení se prudce zvyšuje. Nejčastěji je obětí píst. Může vést k jeho zničení se všemi z toho vyplývajícími důsledky.

Jiné anomálie

Kdo řekl, že se směs musí vznítit od jiskry? Někdy k tomu dochází v důsledku přehřátých částí motoru: okraje pístů, ventily, elektrody zapalovacích svíček. Nebo dokonce z ložisek žhavého uhlíku. Zdá se, že nedochází k samovznícení, dochází ke vznícení, ale ze špatného zdroje, na nesprávném místě a ve špatný čas. Tento proces se nazývá doutnavé zapalování. Existuje dokonce i speciální typ motoru se žhavicím zapalováním, ale ty se v autech nepoužívají. Na správně fungujícím, správně seřízeném a čistém motoru by se takový nešvar stát neměl. Během doutnavého zážehu se teplota v oblasti zdroje tohoto abnormálního vznícení prudce zvyšuje. Výsledkem může být roztavený píst, spálený ventil nebo spálená elektroda zapalovací svíčky. Někdy se předzápalu říká úplně jiný proces – když je vypnuté zapalování, ale motor dál běží nestabilně ve velmi nízkých otáčkách. Není zde žádné zapalování, ani standardní, ani žhavení. Jedná se o čisté samovznícení, kterému se říká dieseling. U moderních vstřikovacích motorů se při vypnutí zapalování zastaví i přívod paliva, ale u karburátorového motoru se to může snadno stát. Po dlouhé a těžké práci je motor dobře zahřátý, nebo dokonce mírně přehřátý – je přítomna vysoká teplota. Benzín nalitý do nádrže je neznámé kvality a není nijak zvlášť odolný proti samovznícení. Po vypnutí zapalování klesnou otáčky motoru a je dostatek času na samovolné vznícení paliva. Jeden nebo dva nepovolené záblesky – otáčky šly nahoru a samovznícení benzínu se zastavilo. Obrat začal klesat – a znovu se objevil. Tady ubohý motor cuká v křečích.

Morálka tohoto příběhu

Tento krátký vzdělávací program o abnormálních procesech spalování jsme zahájili především proto, abychom motoristům připomněli nutnost správného fungování jedné z nejsložitějších a nejdražších jednotek automobilu – motoru. Včasná, kvalifikovaná údržba, používání kvalitního paliva, oleje, zapalovacích svíček vhodných pro motor a správný provoz jsou zárukou, že se váš motor vyhne složitým poruchám a drahým opravám. A svůj život ukončí se ctí, když urazil statisíce kilometrů.