Причины детонации двигателей ВАЗ и способы их устранения

Опубликовано: 27.08.2018

Отличительная особенность Волжского Автозавода заключается в том, что на протяжении не одного десятка лет, начиная с самой первой своей модели жигулей (ВАЗ-2101), прототипом которой являлся итальянский «Фиат» и, заканчивая последними версиями, автомобили с конвейера сходят исключительно с бензиновыми ДВС.

Для обеспечения нормальной работы любого бензинового двигателя необходимо соблюдение целого ряда факторов, как то:

соблюдение правильной пропорции воздушно-топливной смеси; хорошее качество бензина; правильный угол опережения зажигания; состояние ЦПГ.

Если хотя бы один из приведенных выше пунктов не соответствует норме, двигатель может начать детонировать.

Как определить стук шатуна в двигателе

Что такое детонация

При нормальной работе ДВС сгорание ТС происходит плавно, перетекая из одного этапа в другой. Нарушение этого процесса провоцирует мини-взрывы, от которых двигатель начинает работать толчками. Такое нарушение и называют детонацией. Если автовладелец не придает значения таким толчкам и вовремя не предпринимает мер по ликвидации проблемы, для двигателя ВАЗ все может закончиться весьма плачевно – от быстрого разрушения деталей ДВС до самовозгорания даже после того как зажигание будет выключено. Теперь немного подробнее об этапах сгорания топлива – назовем их фазами (1,2,3):

Началом процесса становится момент зажигания ТС. Формируется фронт пламени, давление внутри цилиндра возрастает под воздействием выделяемого тепла. В этот момент первая фаза заканчивается. Длится она всего от 0,5 до 1 миллисекунды и за это время успевает сгореть лишь 2-3% топливной смеси, поступившей в цилиндр. Также этот отрезок по времени соответствует повороту коленвала на 10-30 градусов. Чтобы тепло выделялось своевременно, разряд тока подается на электроды свечи в самом конце хода сжатия (угол поворота коленвала 20-55 градусов). Называется он углом опережения зажигания. Основная фаза, в ходе которой пламя распространяется внутри камеры сгорания. Начинается она в момент окончания первой и заканчивается при достижении наивысшего давления в цикле. Длится эта фаза примерно 1-1,2 миллисекунды (25-30° поворота коленвала). Этого времени достаточно для выделения 75-85% тепла. К концу фазы градус рабочего тепла возрастает до 2300К, давление – до 3,5-5 Мпа. Поскольку к концу 2-й фазы процесс сгорания ТС не завершен, температура газов продолжает повышаться. На этом этапе происходит медленное догорание ТС. В этот момент достигается наивысшее давление цикла. У стенок КС теплоотвод усиливается, турбулентность ослабевает, и догорание топливной смеси происходит в условиях пониженного содержания кислорода, что собственно и объясняет замедление горения. Границы окончания третьей фазы размыты, поэтому ее длительность можно выразить весьма условно – от 1 до 1,5 миллисекунд или 20-35 градусов угла поворота коленвала.

На последнюю фазу приходится 10-15 % выделения тепла. В общей сложности за время сгорания топлива выделяется от 80 до 91% тепла, а оставшиеся 9-20% приходятся на теплоотдачу сквозь стенки цилиндра и неполноту сгорания. Температурный максимум в третьей фазе равен приблизительно 2300-2600 К.

Детонация может возникнуть во время перехода процесса сгорания ТС из 2-й фазы в 3-ю. Увеличивающиеся на второй фазе температура и давление провоцируют в несгоревшей топливной смеси быстротекущие химические реакции, которые приводят к ее воспламенению. Реакция проходит молниеносно, подобно взрыву, при котором всегда присутствуют разрушительной силы ударные волны. Они то и способствуют разрушению находящихся у стенок слоев газов.

В этот момент резко повышается уровень теплообмена, из-за чего все детали ЦПГ испытывают короткий, но сильный перегрев. Кроме газов разрушительную силу ударных волн испытывает на себе и масляная пленка, покрывающая стенки цилиндров. В итоге между ними и кольцами возникает трение.

Кроме того, эффект детонации механически воздействует на элементы ЦПГ – ударные нагрузки приходятся и на клапана, и на нижнюю часть поршней, и на стенки цилиндров. Все это приводит к их повреждению.

Причины возникновения

Такая взрывная реакция может возникнуть в любом из ДВС, независимо от модели ВАЗ, будь то 2101 или 2114. Ниже мы приведем список основных причин детонации, возникающей в двигателях автомобилей ВАЗ:

Нарушение соотношения кислорода и бензина в топливной смеси. Если количество О2 превышает положенную норму, то в отдельных местах камеры сгорания под воздействием высоких температур могут происходить окислительные процессы, которые становятся основной причиной детонации; Увеличение угла опережения зажигания. В такой ситуации процессы в цилиндрах происходят раньше еще до подхода коленвала к верхней мертвой точке двигателя. Поэтому и возникает как повышенное давление и температура, так и вызванные этим явлением химические реакции. Октановое число – это величина, указывающая на качество бензина. Выше октановое число – лучше качество топлива. Еще в советские времена водители часто прибегали к различным уловкам в целях экономии – делали так называемый топливный компот, смешивая в равных пропорциях бензин марки А-76 и АИ-93. Наиболее продвинутые товарищи использовали специальные присадки, добавление которых в бензин низкого качества, повышало его октановое число. По требованиям завода изготовителя для нормальной работы ДВС в автомобили ВАЗ необходимо было заливать бензин марки АИ-93 (сегодня эту марку уже не выпускают, вместо нее появились АИ-92, АИ-95 и АИ-98, а на смену марке А-76 пришла А-80).

От октанового числа напрямую зависит скорость воспламеняемости топлива под воздействием давления. Чем ниже этот индекс, тем выше должно быть давление. Таким образом, заливая в бак бензин с октановым числом ниже требуемого, автовладелец нарушает предусмотренный производителем цикл сгорания ТС, что и приводит к детонации.

Повышение степени сжатия сверх нормы провоцирует возникновение повышенных температур и давления, что, собственно, и является причиной возникновения нежелательных реакций в камере сгорания.

Все перечисленные причины появления детонации в бензиновых ДВС одинаково актуальны как для карбюраторных, так и для инжекторных топливных систем.

В чем отличие детонации от калильного зажигания

Бывают случаи, когда ДВС автомобиля начинает дергаться (детонировать) после выключения зажигания. Чаще всего такая реакция наблюдается автовладельцами после заправки бензином с более низким октановым индексом. По сути, ДВС продолжает работать даже после того, как прекращена подача искры. Воспламенение ТС происходит уже не от искры, а от чрезмерно разогретых (раскаленных) деталей ЦПГ. Такой эффект называется калильным зажиганием. Понятия эти не следует путать, поскольку причины воспламенения ТС разные.

Последствия и методы борьбы с ними

В ДВС карбюраторного типа детонацию сопровождает металлический стук. Особенно этот звук выражен под нагрузкой. Многие автолюбители путают его со стуком «пальчиков». В действительности же этот звук вызван взрывной волной. Если своевременно не принять соответствующих мер по устранению неполадки, последствия могут быть весьма плачевными для силовой установки авто:

быстрее изнашиваются элементы цилиндропоршневой группы; прогорают поршни; разрушаются перемычки между кольцами; выгибается шатун; подгорают тарелки клапанов; может произойти пробой ГБЦ.

Есть несколько способов борьбы с детонацией. Первое и самое главное – ни заправлять автомобиль бензином с октановым числом ниже рекомендованного производителем. Если требуется топливо марки АИ-92, не стоит экономить и заливать А-80. Также старайтесь заправляться на проверенных АЗС.

В случае, когда с качеством бензина все в порядке, а двигатель все равно детонирует, проверьте зажигание и при необходимости настройте угол опережения, повернув трамблер, сделайте его более поздним.

В случае возникновения детонации на ДВС инжекторного типа, кроме железного стука появляются и другие признаки, по которым можно выявить проблему. Но из-за того, что система подачи топлива контролируется блоком управления с применением встроенных датчиков и угол опережения выставляется автоматически, самостоятельно выставить зажигание невозможно.

Появление детонации в инжекторном ДВС отслеживается при помощи встроенного датчика (ДД). Если устройство работает исправно, возникновение детонационного сгорания ТС отслеживается, сигнал передается на ЭБУ (Электронный Блок Управления) и причина устраняется автоматически, путем уменьшения угла опережения зажигания.

Принцип работы ДД

Конструкция всех датчиков детонации идентична. Находящийся в них пьезоэлемент, преображает механическое воздействие в электроток. Исправный прибор вырабатывает слабые электрические импульсы, которые, в свою очередь, проходят через встроенный в него резистор. При детонации вибрация усиливается и дает большую нагрузку на пьезоэлемент. В результате резистор перегорает, сопротивление не оказывается, и импульс проходит на ЭБУ. Блок управления реагирует на возникшую неисправность в системе и дает команду устранить ее. На всех моделях автомобилей ВАЗ, оснащенных ДВС инжекторного типа, установлены одинаковые ДД.

Как выявить неисправность датчика детонации

Выход ДД из строя влияет на работу ДВС следующим образом: ЭБУ, уловив сбои в работе датчика детонации, переводит работу силового агрегата в аварийный режим. При этом автоматически выставляется позднее зажигание, благодаря чему возможность детонационного сгорания исключается полностью. Признаки неисправности ДД на ВАЗ-2110:

ДВС на холостом ходу работает неравномерно; снижается мощность силовой установки; увеличивается расход топлива; двигатель запускается не сразу;

Налицо признаки позднего зажигания. Такие проявления при неисправности ДД можно наблюдать на всех автомобилях ВАЗ, оснащенных инжекторными движками. Вместе с тем, подобный эффект могут провоцировать и другие датчики. Поэтому следует знать некоторые нюансы, по которым можно определить совершенно точно, что именно послужило причиной нестройной работы двигателя. Как не странно, в большинстве случаев при возникновении проблем с работой ДВС автолюбители упускают из виду то, что причиной может служить именно Датчик Детонации. Проверяется все остальное, а ДД остается без внимания, в то время как именно его стоило бы проверить в первую очередь.

Как проверить ДД

Чтобы проверить датчик детонации на предмет неисправности, нужно знать, где он расположен. Место нахождения ДД зависит от типа ДВС. На 8-клапанных агрегатах датчик находится возле выпускного коллектора и напоминает внешним видом довольно массивную гайку, закрепленную болтом. Сложнее будет обнаружить датчик, а также подобраться к нему в авто оснащенных 16-клапанными моторами. За счет того, что ГБЦ здесь намного мощнее, ДД расположен под выпускным коллектором и осмотреть его можно лишь подняв авто на подъемнике или загнав на смотровую яму.

Вне зависимости от места расположения ДД, схема его подключения всегда идентична, будь то датчик на ВАЗ-2107 или на ВАЗ-2114. Существует 2 способа проверить работоспособность датчика детонации.

Способ первый (с применением тестера):

Установите прибор в режим замера сопротивления (уровень до 2 килоОМ). От датчика отсоедините колодку с проводкой. Подключите тестер к контактам ДД. Нанесите по крепежному болту несколько несильных ударов ключом, одновременно с этим следите за показаниями тестера.

После подключения тестера к датчику на дисплее возникает определенное значение, показывающее сопротивление ДД. Когда по крепежному болту датчика наносится удар, это значение должно резко возрасти, затем снова вернуться к исходному, если датчик исправен. Если же ДД вышел из строя – показания на табло тестера останутся при ударе неизменными. Также о неисправности датчика детонации может свидетельствовать увеличение параметров сопротивления при ударе с последующим «зависанием» на месте.

Способ второй – «Разведка боем»:

Этот способ проверки не нуждается в дополнительных измерительных приборах. Вместе с тем, он считается более эффективным:

Запустите двигатель и наберите 2000 оборотов. Возьмите рожковый ключ или небольшой молоток с металлической насадкой. Начните наносить по болту датчика удары и одновременно вслушивайтесь в работу ДВС.

Если мотор продолжает работать без изменений – датчик неисправен. При нормальной работе ДД удары распознаются как детонация, на ЭБУ отправляется сигнал и автоматика переключает агрегат в аварийный режим. При этом обороты двигателя снижаются. Как только вы прекратите наносить удары по болту крепления ДД двигатель должен восстановить частоту оборотов. Так должно происходить, если датчик работает нормально.

Замена неисправного датчика детонации

Сразу надо отметить, что вышедший из строя ДД ремонту не полежит. Его можно только заменить. Процедура эта довольно проста. Единственная проблема состоит в труднодоступности датчиков на 16-клапанных моторах. В остальном же все предельно просто. Для работы понадобится лишь подходящий по размеру к крепежному болту рожковый ключ и новый датчик.

Обратите внимание на то что, приступая к откручиванию болта крепления, следует предварительно снять колодку с проводами. Далее, откручиваете крепежный болт, снимаете вышедший из строя датчик, на его место устанавливаете новый и закручиваете болт на место. Присоединяете колодку и работа закончена.