Zjawisko detonacyjnego spalania (LSPI) w bezpośrednim wtrysku benzyny na przykładach Alfa Romeo, DS3, BMW, Opel, Mercedes i innych współczesnych samochodów
Od wielu lat były próby zastosowania bezpośredniego wtrysku w silnikach benzynowych. Jedną z nielicznych firm, która wprowadziła taki układ do niedużej, jednak seryjnej produkcji była marka Mercedes. Mercedes w pięćdziesiątych latach posiadał taki model silnika w Gulwingu i innych luksusowych atutach.
Bum na ten system przyszedł na przełom XX i XXI wieku. W samochodach podwyższono stopień sprężania, a zarazem ciśnienie sprężania i wprowadzono do komory spalania elektronicznie sterowany wtryskiwacz.
Po za wszystkimi plusami, jak i budową układów ja skupię się na występującym problemie pracy detonacyjnej silnika, prowadzącej do uszkodzenia tłoków, a co za tym idzie poważnej awarii silnika.
![Citroen DS3 1,6 THP Racing Citroen DS3 1,6 THP Racing](https://www.hoffman.auto.pl/wp-content/uploads/Citroen-DS3-1.6THP-Racing-300x200.jpg)
W systemach wtrysku bezpośredniego zaczęło występować zjawisko samozapłonu i spalania stukowego, nazwane zjawiskiem LSPI. Zdarzenia LSPI występują w silnikach benzynowych w przypadku przedwczesnego zapłonu głównej dawki paliwa. Najczęściej jest spotykane w silnikach T/C DI pracujących w warunkach niskiej prędkości i dużego obciążenia. Mówiąc w skrócie, chodzi głównie o silniki turbodoładowane, które już od początkowych niskich prędkości obrotowych uzyskują dużą wartość mocy.
Zjawisko jest także więcej zauważalne na silniku niedogrzanym i ma to wiele czynników składowych. Należy do nich np. szybkość uwalniania ciepła, czy właściwości paliwa, oraz sposób narastania wtrysku paliwa. Te elementy, które wymieniłem są zawarte w konstrukcji, oprogramowaniu, oraz właściwościach benzyny, a my nie mamy na to wpływu. Producenci samochodów, aktualizują oprogramowanie układów sterowania silnikiem, a czasem nawet posuwają się zmian niektórych elementów mechanicznych jak wzmocnienie tłoków, zaworów, pierścieni, lub wtryskiwaczy itp.
![Tłok z Citroena DS3 po usterce spowodowanej poprzez zjawisko LSPI Tłok z Citroena DS3 po usterce spowodowanej poprzez zjawisko LSPI](https://www.hoffman.auto.pl/wp-content/uploads/Wypalony-tlok-w-skutek-spalania-detoancyjnego-LSPI-Citroen-DS3-16-THP-Racing-300x200.jpg)
Kolejnym elementem występowania tego zjawiska LSPI, jest zastosowany olej. Podczas badań wyszło na jaw, że praca stukowa wynikająca od niekontrolowanego spalania mieszanki następuje w innych punktach, niż dotychczas sądzono (dotychczas zjawisko powstawało w okolicy denka tłoka). Tutaj zauważono spalanie na okręgu tłoka, tuż przy krawędziach. Niekontrolowane siły wybuchu gazów występują dokładnie pomiędzy tłokiem, a płaszczem cylindra i uszkadzają najpierw pierścienie wraz z rowkami pierścieniowymi, co w następstwie prowadzi do uszkodzeń i pęknięć tłoków, płaszcza tłoka i części pierścieniowej.
Przyczynę znaleziono w stosowanych olejach silnikowych
Jednym z czynników, za które odpowiada olej to tworzenie tzw. filmu olejowego, czyli mikroskopijnej warstwy pozostającej na elementach silnika, w tym na powierzchni cylindra tłokowego. Tak też się dzieje, kiedy tłok jest w pozycji suwu pracy i oczywiście takie jest zadanie oleju. Okazało się jednak, że część elementów składowych oleju pozostających w formie filmu olejowego ulega rozcieńczeniu z mocno rozpylonymi cząsteczkami benzyny i następuje samozapłon. Stąd skutki uszkodzeń płaszcza tłoka i pierścieni.
Dowiedz się wszystkiego o silniku 1.2 TCe, Nissan DiG/Ti, Dacia 1,2 TCe, Mercedes Citan 112
![Nastawniki zmiennej fazy rozrządu w silniku 1.2 TCe Nastawniki zmiennej fazy rozrządu w silniku 1.2 TCe](https://www.hoffman.auto.pl/wp-content/uploads/Nissan-Silnik-12-Turbo-Renault-Łańcuch-rozrządu-1024x683.jpg)
Jak się ustrzec i zminimalizować usterki związane z LSPI – spalaniem stukowym w bezpośrednim benzynowym wtrysku paliwa ?
- Wskazane jest aby po uruchomieniu silnika poczekać kilkanaście sekund na jazdę
- Podczas jazdy z zimnym silnikiem jechać równomiernie, nie obciążając silnika w dolnej wartości obrotowej – czyli nie przyśpieszać mocniej od niskich obrotów (np. od 1100 obr./min.). Samochody z automatyczną skrzynią biegów można przełączyć na manual, lub w tryb sport. Generalnie preferuję zmianę kolejnego biegu powyżej 2000 obr. / min. (w pewnym sensie odwrotnie niż podaje instrukcja).
Czyli w skrócie: na zimnym silniku spokojna jazda, lecz zmiana biegu w wyższej wartości obrotów
- Kiedy zauważymy i usłyszymy pracę detonacyjną, wskazane natychmiast udać się do serwisu
- Należy stosować olej zgodny z aktualnymi zalecaniami producenta – po ich znowelizowaniu. Dawne instrukcje mogą być niewłaściwe, chociaż w przypadku niektórych producentów znowelizowano składy olejów nie zmieniając nazw oleju. Takim przykładem jest firma Motul.
- Kupować olej w pewnych miejscach, raczej unikałbym hipermarketów, w przede wszystkim internetu i przypadkowych sprzedawców
- Wymianę oleju stosowałbym częściej niż zaleca producent – np. co 10 000 km, ostatecznie co 15 000 km. (uwaga im silnik starszy, tym częściej należy wymieniać olej, ponieważ przedmuchy są większe i olej nabiera więcej niespalonych cząstek paliwa)
- Należy stosować paliwo zalecane przez producenta, nigdy nie stosować niższej oktanowo wartości paliwa
Dlaczego tłoki tak szybko ulegają awarii i pęknięciom ? … rozważania mechanika
Dla przykładu porównałem dwa silniki o pojemności 1.6
Peugeot 405 1.6 – moc 103 KM z końca lat osiemdziesiątych XX wieku.![Peugeot 405 Peugeot 405](https://www.hoffman.auto.pl/wp-content/uploads/Peugeot-405-300x214.jpg)
- Średnica tłoka 83 mm
- Wysokość tłoka 67,50 mm
- Skok tłoka 73 mm
Citroen DS 3 (DS3) 1.6 THP – moc 207 KM po roku 2012
- Średnica tłoka 77 mm
- Wysokość tłoka 49,50 mm
- Skok tłoka 85,80
Wymiary same już wskazują, że tłoki w wersji DS3 THP pomimo tej samej pojemności posiadają mniejsze gabaryty, a dodatkowo są mocno odchudzone z wagi. To oczywiście lepiej wpływa na osiągi silnika, jednak odelżona budowa tłoka ma swoje wady. Za wadę można uznać mniejszą zdolność odprowadzenia temperatury i mniejsze ścianki łatwiej ulegające na pęknięciom. To samo dotyczy reszty elementów współczesnych silników. Niektóre zmiany służą dla lepszych osiągów, niestety część z nich może wpływać na szybszą awaryjność.
Kup miernik specjalistyczny do hybryd, elektryków, wtryskiwaczy piezoelektrycznych i układów wtryskowych FSA050
Zjawisko LSPI, a układ bezpośredniego wtrysku paliwa i sterowanie silnikiem – czujnik spalania detonacyjnego, na przykładach:
- Citroen DS3 1.6THP układ Bosch, Motronic MED-17.4
- Alfa Romeo Brera 1.8TBi system Bosch Motronic MED-17.3.1
- BMW X5 (G05) xDrive Mild-Hybrid system wtrysku BMW
- BMW X3 sDrive 20i (F25) system Bosch Motronic MED-17 UDS
- Mercedes E250 T (212) system Bosch Motronic MED-17.7, MED. 17.7 V6LA, MED. 17.2
Zestaw czujnika spalania stukowego składa się z czujnika piezoelektrycznego z piezokryształem. Pod wpływem siły na kryształ przenoszone są drgania, powodujące powstawanie elektrycznych sygnałów napięciowych. Czujnik wyczuwa i analizuje niewłaściwe drgania powstające pod wpływem obecności spalania stukowego lub dzwonienia silnika.
W silniku niesprawnym pod względem mechanicznym czujnik może wyczuwać nieprawidłową pracę cylindrów i także zgłaszać usterki w systemie. Może np. analizować luzy pierścieni tłokowych lub stuki z uszkodzonych popychaczy hydraulicznych.
Tak samo będzie niewłaściwie analizować informacje, kiedy podczas różnych napraw i przeglądów naruszy się czujnik, lub przykręci z niewłaściwą siłą.
W Citroenie 1.6 THP, oraz Alfa Romeo Brera, jak i w większości modeli silników, czujnik spalania stukowego znajduje się pod kolektorem ssącym na kadłubie silnika.