15.1.2018. Autor: Željko Marušić

Detonantno izgaranje: metalno kliktanje koje može uništiti motor

Kod suvremenih turbobenzinaca važno je spriječiti opasne detonacije, podešavanjem kuta paljenja i količine ubrizganog goriva, a ključan je senzor kliktanja, koji radi na principu liječničkog stetoskopa

Ako ste naglim dodavanjem gasa, pri nižim opterećenjima i visokim opterećenjima izazvali metalni zveket motora benzinskog (Ottovog) motora, budite sigurni da ga niste usrećili. Čuli ste udarce klipova i karika o stijenke cilindara, koji su posljedica detonacija, odnosno detonantnih izgaranja. Riječ je o prijevremenom, nepravilnom i eksplozivnom izgaranju, koje nastaje lokalno ispred brzoširećeg sloja plamena te izaziva drastične, brze promjene tlaka izgaranja. Taj dinamički tlak stvara sile i udare koji 'napadaju' najzagrijanije dijelove, posebno ugrožene, jer im visoke temperature smanjuju tvrdoću i čvrstoću.

Paljenje benzinskih motora osiguravaju svjećice. Pri završetku drugog takta (kompresije) stlačena smjesa goriva i zraka pali se iskrom, koja preskače između elektroda. Ponekad prije preskakanja iskre dolazi do samozapaljenja smjese, odnosno do nekontrolirane eksplozije. Još je opasnije ako dođe do detonacija  nakon točke paljenja, što može poprimiti ekstremne, razmjere. Tada se naglo oslobađa velika količina topline, a brzina izgaranja raste na više od 500 m/s, desetak puta više od normalnog.

Nastaje veliko lokalno zagrijavanje cilindara, klipova i ventila, koje može prouzročiti trajna oštećenja. Dovoljno je nekoliko minuta takvog rada, da se odlomi dio klipa i ventila, probije čelo klipa, pukne klipnjača, zdrobi ležaj, ošteti koljenasto vratilo..., uništi motor. Dakle, to nije nimalo bezazleno. Detonacije često nastaju kod male brzine vrtnje i velikog opterećenja (primjerice, kad u drugom stupnju krenemo strmom serpentinom). Dobro je što ih tada čujemo te možemo reagirati - smanjiti gas i uključiti niži stupanj prijenosa.


Senzor kliktanja ugrađuje se u gornji dio boka cilindarskog bloka, funkcionira kao stetoskop liječnika, a izveden je kao širokopojasni osjetnik vibracija, koje se kroz blok motora šire brzinom zvuka

Opasnije su detonacije pri visokim okretajima, koje ne čujemo zbog buke motora i kotača te šuma vjetra. Tada ne možemo reagirati i u kratkom vremenu može nastati veliko zlo. Kako bi ga spriječili, na blok motora, sa strane usisa, ugrađuje se osjetnik detonantnog izgaranja (senzor kliktanja ili lupanja). Maleni sklop, koji izvedbom podsjeća na liječnički stetoskop, precizno registrira prve naznake detonacija u cilindrima. Dojavljuje ih u središnju upravljačku jedinicu, koja hitro mijenja radne parametre motora. No, krenimo redom...

Na detonantno izgaranje najviše utječu stupanj kompresije, oktanska vrijednost goriva i opterećenje motora. S povećanjem stupnja kompresije povećava se učinkovitost i ekonomičnost motora. Snaga mu raste, a potrošnja pada. Zbog toga suvremeni benzinci imaju stupanj kompresije i veći od 11. Opterećenje, a i iskoristivost termodinamičkog postupka povećava prednabijanje turbopunjačem, koji kod suvremenih benzinaca sve više postaje obveza.

Oktanska vrijednost benzina, odnosno oktanski broj, određuje otpornost na detonantno izgaranje. Veća oktanska vrijednost znači i veću otpornost. Kod određenog stupnja kompresije i goriva doći će prije do detonantnog izgaranja ako je veće opterećenje motora, viša temperatura usisne smjese, veći kut pretpaljenja, manji broj okretaja, viša temperatura rashladne tekućine, bogatija smjesa (više goriva), manji sadržaj vlage u zraku i povećan sadržaj gareži u motoru.

Na pojavu detonacija utječe nehomogenost smjese. Užareni produkti izgaranja šire se iznimno brzo, stvarajući val tlaka brzine zvuka, pa se  neizgorjela smjesa zagrijava dvostruko - toplinom izgaranja i rastom tlaka

To potiče stvaranje izvora (jednog ili više) naglog, eksplozivnog izgaranja, na mjestima najviše temperature (blizu ispušnih ventila i nakupina gareži). Naglo povišenje tlakova i temperatura najopasnije je za aluminijske klipove, jer imaju znatno niže talište od čelika (655 do 710°C) i manju čvrstoću na povišenim temperaturama. Problem povećava otežano hlađenje klipova, jer im se toplina odvodi samo preko prstena i mlazom ulja s donje strane.

Budući da brzinu vrtnje i opterećenje motora bira vozač, a temperature usisne smjese i rashladne tekućine te nakupljanje gareži ovise o uvjetima vožnje, na detonantno izgaranje može se utjecati s dva preostala parametra: podešavanjem kuta paljenja i količine goriva u smjesi. Kod pojave detonantnog izgaranja trenutak paljenja se, pomiče prema ranijim ili kasnijim vremenima, mjereno po kutu na koljenastom vratilu. U drastičnim slučajevima smanjuje se i količina ubrizganog goriva.

Za prepoznavanje opasne pojave služe ‘osjetnici lupanja’, koji rade poput zvučnih mikrofona. Zvučni valovi izazivaju vibracije keramičkog prstena, koji je promjenjivim strujnim kontaktom povezan s priključkom. Napon na priključku izravno ovisi o frekvenciji i amplitudi vibracija, stvorenih tlačnim valovima eksplozivnog izgaranja. Kod četverocilindarskih motora u pravilu se postavlja jedan senzor na rubu bloka, a kod višecilindarskih dva.


Podešavanje detonantnog izgaranja omogućuje povećanje stupnja kompresije, poboljšanje performansi i smanjenje potrošnje, čak i s benzinom niže oktanske vrijednosti, uz blago smanjenje snage, ali bez opasnosti oštećenja vitalnih dijelova


Tako radi senzor detonacija

- osjetnik detonantnog izgaranja vijkom je pričvršćen na usisnu stranu bloka motora

- funkcionira kao stetoskop liječnika, a izveden je kao širokopojasni osjetnik vibracija, koje se kroz blok motora šire brzinom zvuka

- u njegovoj jezgri je piezo-kristal, koji vibracije pretvara u električne impulse

- šalju se u središnju upravljačku jedinicu, koja određuje i potom mijenja radne parametre motora, prvenstveno smanjuje kut pretpaljenja





Yellow store

CHR

s

Vulkal gume