Феномен калильного зажигания и как он убивает моторы

Калильное зажигание — термин вовсе не новый. Действительно существуют бензиновые моторы, в которых вместо искровых свечей используются калильные головки или трубки. Воспламенение топливовоздушной в них происходило в конце такта сжатия от предварительно разогретой калильной головки.

Но мы не об этом. Сегодня калильным зажиганием называют эффект воспламенения смеси от перегретых компонентов мотора, а не от свечи. Известно, что чаще всего воспламенение происходит от изолятора неправильно подобранной свечи, но и сам мотор может послужить причиной эффекта.

Последствия у калильного зажигания самые негативные. Оно может запросто убить двигатель. Поскольку это процесс по своей сути спонтанный и происходит в «неправильный» момент, то зачастую опережает искру свечи. Это приводит к прогоранию поршней и выпускных клапанов.

Однако не стоит путать калильное зажигание с детонацией из-за раннего зажигания. По-английский термин звучит немного заумно, но есть и аббревиатура — Low speed pre-ignition (LSPI). И этот феномен стал шоком практически для всех крупных производителей малообъемных турбированных движков с непосредственным впрыском, поскольку чаще всего он проявляется именно на них.

Ему подвержены фордовские EcoBoost, некоторые модели Ecotec от General Motors и многие другие двигатели. Отметим, что зачастую феномен проявляется и на небольших атмосферных моторах объемом до двух литров. Но причина у них разная.

Прежде всего, опытным путем выяснилось, что чаще всего эффект проявляется при низких оборотах и небольшой нагрузке. То есть мотору даже не всегда нужно быть перегретым.

Специалист компании Shell Скотт Линдхольм призывает не путать эффекты стука в моторе от детонации и калильного зажигания — это два разных эффекта. Детонацию можно убрать залив топливо с низким октановым числом, поставив так называемые «холодные» свечи и отрегулировав угол опережения зажигания. С эффектом LSPI все не так просто. Большая часть специалистов до конца не понимает механизм его возникновения.

Линдхольм описывает эффект, как громкий звук, похожий на взрыв. Повреждения у мотора могут быть капитальные. Эффект калильного зажигания приводит к повышению давления в цилиндре до 200 атмосфер или даже выше. Это приводит к разрушению поршня, разрыву поршневых колец, а в крайних случаях даже к появлению трещин в ГБЦ.

Мотористы крупнейших автопроизводителей мира в курсе проблемы. Компания Toyota, несмотря на практически полное отсутствие в линейке турбомоторов, решила подойти к изучению феномена основательно.

Журнал Fuels & Lubes International еще в 2013 году писал о наработках Сатоси Хирано, руководителя подразделения Toyota, занимающегося горючесмазочными материалами. Проведя бесчисленное количество тестов, инженеры кое-что выяснили, хотя понять процесс до конца все еще не могут.

Одним из важнейших факторов, влияющих на вероятность возникновения эффекта, как ни странно, стало масло. Согласно теории Хирано, небольшие капельки масла проникают в пространство между кольцами, где и детонируют как бы в противоход поршню. Эта же детонация провоцирует взрыв смеси в цилиндре еще до того, как срабатывает свеча.

Опыт проводился на одном из моторов Toyota, который предварительно избавили от нагара и отложений, дав поработать некоторое время на 4000 об/мин. Затем обороты снизили до 1800, чтобы замерять частоту возникновения калильного зажигания.

При этом инженеры использовали различные присадки к маслу с добавлением кальция, цинкового фосфата и молибдена в различных пропорциях. Тест показал, что кальциевые присадки провоцируют резкий рост проявлений эффекта. Причем настолько, что увеличение доли кальция с 0,1% до 0,2% в присадке поднимало частоту возникновения КЗ в три раза. При этом дальнейшее увеличение количества кальция существенной разницы не давало.

Напротив, цинковый фосфат и молибден значительно снизили частоту возникновения зажигания. А в долях 0,07% и 0,15% соответственно привели к полному исчезновению паразитного эффекта. Но стоит заметить, что эксперимент проводился на маслах как с присадками, так и без. И чистое масло в среднем показало меньшее количество случаев паразитного зажигания. То есть наличие присадок в большинстве случаев лишь увеличивает риски.

Линдхольм из Shell сходится с Хирано во мнении, что основной причиной служит состав моторного масла. По его словам, в компании пришли к выводу, что можно «отрегулировать» точный состав лубриканта для каждого из моторов, чтобы снизить вероятность возникновения калильного зажигания к минимуму.

В Shell также проводили свои опыты совместно с Ford. Результаты все еще проходят обработку, но в Shell уже постепенно находят необходимые формулы, но первые марки масел с «защитой от LSPI» появятся не ранее, чем через год-два. Это будет новый класс масел GF-6.

Но сам феномен по-прежнему изучается инженерами и по всему миру. До конца его природу пока понять не удается. Но это, конечно, не повод отказываться от литровых турботроек, которые отличаются экономичностью, чистотой и высоким крутящим моментом даже на низких оборотах.