Термины «стук клапана», «детонация» и «преждевременное зажигание» описывают странный треск или стук, раздающийся в двигателе. Проявляется он при разгоне под нагрузкой. Каждый из этих терминов описывает несколько разные условия, а вот результат обычно один и тот же – поломка двигателя.
Что такое преждевременное зажигание или стук клапана?
При преждевременном зажигании воздушно-топливная смесь в цилиндре воспламеняется самостоятельно, немного раньше, чем сработает свеча зажигания. В исправном двигателе поршень движется в цилиндре вниз и засасывает внутрь него воздушно-топливную смесь. В следующем такте происходит сжатие смеси, что делает ее горючей. Чем выше поршень поднимается в цилиндре, тем он сильнее сжимает топливо и воздух. И немного перед тем, как поршень достигнет верхней точки, свеча зажигания воспламеняет смесь, которая очень сильно расширяется. Это расширение и повышение давления толкают поршень в цилиндре вниз, вращая вал двигателя.
Полное сгорание воздушно-топливной смеси занимает доли секунды, поэтому воспламенение должно происходить за несколько градусов до того, как поршень в цилиндре достигнет верхней точки. Это называется моментом зажигания, который с большой точностью контролируется блоком управления двигателем. При преждевременном зажигании самостоятельное воспламенение воздушно-топливной смеси до того, как искра его воспламенит, приводит к более сильному расширению газов. Вот откуда возник термин «преждевременное зажигание». Воспламенение топлива и воздуха, происходящее до того, как смесь воспламенит искра свечи зажигания.
В этой ситуации возникшая сила пытается опустить поршень в цилиндре, тогда как коленчатый вал продолжает поднимать его вверх. Из-за возникающих в двигателе сил также используется термин «детонация». Стук во время ускорения является признаком преждевременного зажигания. И если оставить его без внимания, двигатель может быть серьезно поврежден. Повышенное давление может повредить поршни и прокладку головки цилиндра. У преждевременного зажигания множество причин и устранение всегда зависит от обнаружения и устранения конкретной причины.
Другие термины, «стук клапана», «детонация» и треск больше относятся к возникающим звукам, причины возникновения которых, в целом, те же самые.
Что такое детонация?
Часто для описания преждевременного зажигания люди используют термин «детонация», хотя условия возникновения этих явлений и отличаются. При правильно работающем зажигании свеча зажигания воспламеняет воздушно-топливную смесь. Пламя распространяется по камере сгорания, сжимая и нагревая несгоревшие газы перед собой. Горение продолжается, пока вся смесь не будет израсходована. В результате получается плавное нарастание давления. Детонация, в свою очередь, это взрыв газов на завершающей стадии после того, как началось сгорание топлива. При детонации свеча воспламеняет воздушно-топливную смесь, как и должна. Детонация происходит после зажигания и вызывает взрыв смеси, а не плавное ее сгорание. Этим отличается детонация, но проблемы, создаваемые ею, те же, что и при преждевременном зажигании. Симптомы также схожи – стук во время ускорения.
Что приводит к преждевременному зажиганию и детонации?
С целью улучшения характеристик, конструкторы двигателей повышают степень сжатия. Степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Например, если объем цилиндра 1311 куб. см, а объем камеры сгорания 164 куб. см, то степень сжатия будет равняться восьми к одному. Более сильное сжатие топлива и воздуха обеспечивает большую мощность, но увеличивает шансы появление преждевременного зажигания и детонации. Именно поэтому для мощных двигателей требуется топливо с большим (от 89 до 93) октановым числом. Октан в топливе поднимает точку самовоспламенения и помогает контролировать преждевременное зажигание.
При указании требований к октановому числу топлива производители автомобилей учитывают множество фактором. Например, основные из них это степень сжатия у двигателя, настройки синхронизации работы зажигания и клапанов. Топливо с подходящим октановым числом помогает предотвратить повреждение двигателя, замедляя скорость горения топлива. Также этим обеспечивается запас по синхронизации зажигания для увеличения мощности двигателя в будущем. Но стук может появиться даже при использовании топлива с правильным октановым числом. Для контроля преждевременного зажигания и детонации производители используют несколько систем.
Рециркуляция выхлопных газов (EGR)
Система рециркуляции выхлопных газов (EGR) – одна из систем, помогающих контролировать преждевременное зажигание и сокращать вредные выбросы в окружающую среду. Система EGR работает при появлении условий, при которых может возникнуть детонация или стук клапана. В системе открывается клапан, перенаправляющий выхлопные газы во впускной коллектор для охлаждения камеры сгорания. В выхлопных газах содержится очень мало кислорода. Добавление выхлопных газов к воздушно-топливной смеси помогает понизить температуру цилиндра. А низкая температура цилиндра, в свою очередь, помогает контролировать появление преждевременного зажигания или детонации. Это достигается увеличением точки самовоспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндре. Система EGR также сокращает выброс оксидов водорода, появляющихся при преждевременном зажигании. Что важно для экологии.
Датчик детонации
Вторая система, уменьшающая преждевременное зажигание – это датчик детонации. В случае возникновения детонации или стука клапана этот датчик передает сигнал блоку управления двигателем. Блок корректирует настройки синхронизации зажигания, а в некоторых случаях и синхронизации работы клапанов, чтобы понизить температуру цилиндра. Это способствует более позднему возгоранию воздушно-топливной смеси по отношению к положению поршня.
При отказе системы EGR или датчика детонации может произойти детонация или преждевременное зажигание, наносящие вред двигателю. В автомобилях, выпущенных после 1996 года есть система, обнаруживающая подобные отказы. Обычно водителя об отказе данных систем информирует индикатор «check engine», загорающийся на приборной панели. Но даже при исправности всех систем и правильном топливе в двигателе все равно может возникать детонация и преждевременное зажигание, если возникают другие неисправности или отказы.
Неисправности, влияющие на появление детонации или преждевременного зажигания
Использование неподходящих свечей зажигания
Использование свечей зажигания с неправильным тепловым диапазоном или конструкцией может привести к проблемам. Электрод свечи может стать настолько горячим, что воздушно-топливная смесь будет воспламеняться до появления искры. Покупные свечи могут отличаться от оригинальных. Разрекламированные свечи с несколькими электродами не помогут улучшить характеристики или экономичность двигателя, или могут не соответствовать стандартам производителя. Неправильная затяжки или покрытие резьбы свечей смазкой против закусывания могут изменить тепловые характеристики и также повлиять на возникновение преждевременного зажигания и детонации.
Неправильно уложенные провода зажигания
На двигателях со свечами зажигания, подключаемыми проводами, неправильное их размещение может оказать схожий эффект. Высокое напряжение в одном проводе может вызвать появление искры в другом. Чтобы избежать этого, производители используют строго определенный способ прокладывания проводов зажигания. Они часто перекрещивают провода, на цилиндрах, срабатывающих один за другим, под углом в 90 градусов. Это помогает избежать появления искры под влиянием другого провода. Всегда проверяйте правильность укладки проводов зажигания и не связывайте их в пучок.
Утечки вакуума и неисправные датчики
Утечка вакуума, неправильные показания датчика массового расхода воздуха (MAF), неправильные показания или неисправность датчиков кислорода (O2) также могут привести к повышению температуры цилиндра. Датчик MAF сообщает блоку управления двигателем, сколько в тот поступает воздуха. Неправильные показания с датчиков MAF или O2 могут стать причиной работы двигателя на обедненной смеси, то есть при недостаточном для поступившего воздуха количестве топлива. Работа на обедненной смеси может повысить температуру камеры сгорания и стать причиной поломки. Неисправный датчик давления топлива может завышать показания и создавать такую же ситуацию. Низкое давление топлива приводит к образованию обедненной смеси.
Перегрев двигателя
При перегреве двигатель работает в гораздо более тяжелых условиях. Воздух, попавший в систему охлаждения, при неисправном стравливании может привести к образованию точек перегрева на двигателе. И когда температура камеры сгорания станет слишком высокой, свеча также будет поджигать топливо, но до окончания его сгорания может произойти вторичная детонация. Такая детонация вызывает громкий стук. Перегрев, вместе с детонацией, может очень быстро уничтожить двигатель и часто становится причиной поломки прокладки головки цилиндра. Игнорирование неисправного термостата может также привести к образованию горячих точек и детонации.
Образование нагара
Слишком большой нагар также может стать причиной преждевременного зажигания или детонации. Нагар может образовываться при использовании топлива низкого качества или масла с неподходящей вязкостью. Нагар в камере сгорания или на клапанах может сильно нагреться и преждевременно воспламенить воздушно-топливную смесь. Также нагар может засорить клапан EGR, вызывая отказ этой системы.
Проблемы с программным обеспечением блока управления двигателем
Проблемы с программным обеспечением, контролирующим синхронизацию зажигания, также могут стать причиной. Водитель может многие километры не знать о проблемах, а гарантия к тому времени может уже закончится. Поиск бюллетеней технической службы (TSB), выпускаемых производителем автомобиля, может указать о необходимости обновления программного обеспечения. В современных автомобилях обновление производится перепрошивкой блока управления. На старых моделях может потребоваться замена микросхем памяти или даже всего блока.
Игнорирование детонации и преждевременного зажигания может привести к серьезным поломкам двигателя. А решение всегда включает в себя правильную диагностику причин.