Low Speed Pre Ignition (LSPI) - преждевременное воспламенение смеси в цилиндре.

[Oilfan 118]

Low Speed Pre Ignition (LSPI) - преждевременное воспламенение смеси в цилиндре.

 

Статья Infineum.(перевод гугл транслэйт)

LSPI и самовоспламенение масел.

 

Низкоскоростное предварительное зажигание ( LSPI ), форма ненормального сгорания, которая может привести к деструктивному супер-удару в двигателях меьшего размера, является серьезной проблемой для нескольких производителей оборудования. Доктор Сесиль Перо, Infineum, Performance Testing Лидер, обсуждает потенциальную связь между свойствами сгорания смазки и LSPI механизмами, которые она недавно представленными на UNITI Mineral Oil Technology конгресс.

 

LSPI усугубляется в двигателях с высокой удельной мощностью и является явлением, которое автомобильная промышленность изучает уже более десяти лет. Но, как это ни парадоксально, хотя LSPI не может быть устранен в двигателе, его непредсказуемая природа делает его чрезвычайно трудным для воспроизведения в управляемом тестовом двигателе.

Несмотря на то, что было выявлено несколько сложных взаимодействий, включая технологии двигателей, условия эксплуатации и свойства топлива и смазки, все еще нет единого мнения о механизме (механизмах) LSPI . В предыдущих статьях Insight были рассмотрены причины возникновения LSPI и некоторые воздействия компонентов добавок, включая моющие средства и антиоксиданты. Работа, рассмотренная на недавней конференции UNITI, была несколько иной, сосредоточив внимание на сгорающей части механизмов LSPI . Чтобы понять потенциальную роль смазки, ее склонность к самовоспламенению была измерена с помощью специального прибора для проверки качества зажигания.

Фокус горения

LSPI - это ненормальный цикл двигателя, наблюдаемый при высоких нагрузках и низких оборотах двигателя в двигателях с турбонаддувом и искровым зажиганием, чаще всего с прямым впрыском. LSPI включает три этапа, каждый из которых основан на конкретном процессе сгорания.

Шаг 1 - Предварительное зажигание, вызванное «горячими точками» в камере сгорания.
Источник предварительного возгорания не полностью известен. Некоторые группы исследований и разработок показали капли жидкого топлива / смазки, в то время как другие выделяли твердые отслаивающиеся отложения. Это предварительное зажигание происходит до момента зажигания, но само по себе не повреждает двигатель.

Шаг 2 - Последующее распространение пламени.
Эта стадия аналогична распространению пламени после нормального искрового события при нормальном сгорании и не приводит к повреждению двигателя. Проблема здесь в том, что его время не контролируется, что приводит к чрезмерному давлению в цилиндре и высокой температуре.

Шаг 3 - Индуцированный супер-стук в несгоревшей топливно-воздушной смеси.
Самовоспламенение очень похоже на общеизвестный стук, но гораздо более серьезное из-за более раннего (неконтролируемого) времени сгорания и того факта, что в нем задействована большая масса несгоревшей смеси.

LSPI включает три этапа, каждый из которых основан на конкретном процессе сгорания

Следуя теории сгорания ^1, можно охарактеризовать переход между безопасным распространением пламени и разрушительной детонацией в двигателе. Приведенная выше сложная диаграмма сочетает характеристики горячей точки (в зависимости от склонности к самовоспламенению топлива / смазочного материала), свойства сгорания топлива и реакцию двигателя через акустическую связь.

 

 

Дефлаграция на детонационный переход в современных двигателях

Диаграмма выше подчеркивает необходимость характеризации склонности к самовоспламенению топливно-масляных смесей. Тестер качества зажигания (IQT), устройство, используемое для измерения самовоспламенения дизельного топлива и авиационного топлива, был приспособлен для выполнения этой работы.

Тестер качества зажигания

IQT был использован для измерения абсолютного времени задержки воспламенения, в LSPI - движок-соответствующие условий, а также захватить часть физико-химического связывания гипотез , ответственную за LSPI . Горячие точки (шаг 1), создаваемые самовоспламенением смеси смазка / топливо, были целевыми. Измерение IQT, основанное на методе ASTM (D6890), потребовало нескольких повторных испытаний.

Для соответствующих результатов без изменчивости топлива суррогат бензина был определен на основе эмуляции самовоспламенения и нескольких ключевых свойств топлива ² . IQT показал, что добавление смазки в топливо значительно способствует самовоспламенению.

Моющая химия

Влияние детергентов на основе кальция и магния на LSPI уже было предметом исследований Infineum. Было показано, что моющие средства на основе кальция сильно стимулируют LSPI, в то время как моющие средства на основе магния, по-видимому, почти не влияют на LSPI . Однако было обнаружено, что различные концентрации кальция и магния не имеют статистически измеримых различий в IQT для самовоспламенения газообразного топлива / масла / воздуха.

Перекись была смешана с маслом, чтобы сосредоточить исследование самовоспламенения IQT на разветвлении и цепи распространения процесса сгорания. Это добавление пероксида увеличивало реакционную способность, но снова не проявляло чувствительности к содержанию кальция или магния. Эти результаты, по-видимому, указывают на то, что кальций не играет роли ни в инициирующих, ни в разветвленных химических реакциях самовоспламенения масла в газовой фазе.

Выбор базового запаса

Наибольшее влияние на самовоспламенение, измеренное с помощью IQT, было вызвано общим химическим составом базового материала. В этом тесте различные качественные базовые запасы были добавлены к образцам топлива.

Выбор базового запаса оказывает значительное влияние на самовоспламенение

Испытания IQT показали, что склонность к самовоспламенению увеличилась с группы I до группы IV. Мы также отметили , что некоторые группы V препараты очень устойчивы к самовоспламенению (нет эффекта продвижения самовоспламенения по сравнению с чистым топливом), которые могут быть интересны для LSPI резистентных составов.

Выводы

LSPI - чрезвычайно сложное явление, включающее множество сложных муфт, причем горение является лишь одним из этих элементов. Тем не менее, многие вопросы остаются без ответа, в частности , почему кальций имеет  LSPI -promoting эффект , а магний не делает. Возможно, дальнейшая модификация IQT для обеспечения твердофазного самовоспламенения (самовоспламенение, катализируемое твердым отложением) может помочь ответить на этот вопрос.

Между тем, этот эксперимент позволил нам лучше понять роль базового запаса в механизмах LSPI . В зависимости от конкретных условий работы двигателя и типа LSPI , выбор базового запаса может быть существенным фактором при разработке смазок, устойчивых к LSPI.

 

Я хотел бы поблагодарить соавторов этой работы из Принстонского университета: доктора Санг Хи Вона, профессора Фредерика Драйера, доктора Фрэнсиса Хааса

Ссылки

1 Статьи по теории горения - [Norbert et al. SAE Paper 2013-01-1109] и [Bradley and Kalghatgi, Combust Flame 156, 2307-2318, 2009]

2 Суррогат бензина [Pera et al Fuel 96, 59-69, 2012].

 

https://www.infineuminsight.com/en-gb/articles/passenger-cars/lspi-and-lubricant-auto-ignition/

 

[Аргентум 6 407]

44 минуты назад, Normet сказал:

это явление возникло сильно позже после того, как первые моторы получили прямой впрыск топлива

 

на самом деле - кальций и барий (тем более) всегда искрили. С 1950х (когда почти все масла стали детергентными). Но просто так никто и не доказал - что это рушит поршни.

 

Конечно, турбины + gdi + egr сделали проблему острее - но ведь и датчики стали лучше.

А детонация от повышенного содержания зольных детергентов была всегда. Другой вопрос - что сейчас движки(ECU) должны уметь реагировать на изменения давления и неправильное горение. 

 

А вот детергенты-провокаторы - более того - это основание для некоторых двигателей никогда не включать в масло зольные мыла.

Изменено 4 марта 2024 пользователем Аргентум

[Nordman 2 135]

2 часа назад, Аргентум сказал:

А детонация от повышенного содержания зольных детергентов была всегда

Это вызывало калильное зажигание, что не детонация в прямом понимании, когда раскаленный кокс (отложения) на поршне и камере сгорания вызывал преждевременное не от искры воспламенение, как во время работы, так и после остановки двигателя-подергивания со стуком как детонация. В движении такое воспламенение снижало мощность, водитель давит на газ еще подливая топлива, в итоге прогар поршей там где пошла уже термическая реакция горения кокса и металла.

[Аргентум 6 407]

45 минут назад, Nordman сказал:

Это вызывало калильное зажигание, что не детонация в прямом понимании, когда раскаленный кокс (отложения) на поршне и камере сгорания вызывал преждевременное не от искры воспламенение, как во время работы, так и после остановки двигателя-подергивания со стуком как детонация. В движении такое воспламенение снижало мощность, водитель давит на газ еще подливая топлива, в итоге прогар поршей там где пошла уже термическая реакция горения кокса и металла.

 

формально - это не имеет значения, что именно вызывало горение (не тогда - когда надо).

Накалившийся оксид металла/отложений (то что ты зовешь калильным) - или горячая частица CaO+CO2 (еще хуже) в TGDI как LSPI.
В основе - там всегда были металлы. И гораздо реже - "кокс" (углерод).

Просто чаще эту проблему заявляли не совсем в PCMO -

 

 

 

и в этой области - масла так и остались "без мыла" (без золы). Ввиду того, что именно оксиды щелочноземельных металлов (такие как CaO) и давали больше всего проблем (как в рекламе выше - отложения, преждевременное зажигание и детонация в том числе).

Мыло должно бороться с отложениями - но не все так просто в реальности. Очень часто - именно мыло цементирует и создает отложения. Это еще не рассматриваем - когда микрокапли масла смешиваются с топливом и горят прямо в камере (образуя из мыла - чудовищ)

 

Само же "неожиданное" (преждевременное) зажигание

 

 

во все времена считалось чем-то отдельным от детонации, даже более опасным - ввиду того, что могло создать не просто детонацию, а якобы "супер-детонацию".

^ как написано на картинке (это до всяких LSPI) -

 

"В отличие от обычной детонации, понятия легких вариантов преждевременного зажигания не существует. Это состояние представляет серьезную угрозу во всех его проявлениях, так как приводит к серьезным повреждениям двигателя. Необходимы немедленные действия для выявления и устранения его коренной причины."

 

В эпоху "до датчиков" - такие варианты вообще считались самыми опасными. И, возможно, они также вызывались именно мылом.

Другой вопрос, что далеко не каждый двигатель может создать условия - для того, чтобы частицы мыла стали CaO и чтобы этот оксид преодолел какую-то температуру (я точно не помню, кажется ему надо 1100C чтобы начать искрить).

Изменено 4 марта 2024 пользователем Аргентум

[Nordman 2 135]

31 минуту назад, Аргентум сказал:

формально - это не имеет значения, что именно вызывало горение (не тогда - когда надо).

Дружище, механизмы раннего  воспламенения то разные! И причины разные! И методы борьбы разные, поэтому это имеет значение! 

Детон, это влияние октанового числа на быстрое, детонационное горение топлива, оно от преждевременного, по сути околозвукового распространения фронта сгорания топлива разрушительного действия. Влияние масла здесь никакое, если конечно его не льется литрами через цпг. Но поджиг то осуществляет свеча вовремя!!

 

Калильное, по своей сути это ранний поджиг до искры! от раскаленных частиц углерода, которые в результате термического разогрева прожигают поршень или сам фронт пламени раннего зажигания механически разрушает поршень как при детоне. Сам механизм лспи ближе к калильному, тк топливо поджигает не свеча, а горящие частицы кальция в часности 

[Аргентум 6 407]

1 час назад, Nordman сказал:

 

Калильное, по своей сути это ранний поджиг до искры! от раскаленных частиц углерода, которые в результате термического разогрева прожигают поршень или сам фронт пламени раннего зажигания механически разрушает поршень как при детоне. Сам механизм лспи ближе к калильному, тк топливо поджигает не свеча, а горящие частицы кальция в часности 

 

1. я уже написал - что не обязательно от углерода, чаще от золы (мыла) - в авиации всегда явно обвинялась именно зола (не углерод), как источник - преждевременного зажигания и детонации. Дословно - X/C contains an ashless dispersant additive to help prevent combustion chamber deposits that may contribute to detonation, pre-ignition.

Посему в таких маслах - нет мыла.

 

2. LSPI - это и есть ранний поджиг до искры. Что мы обсуждаем? С чем у тебя спор?

LSPI может приводить к супер-детонации. Так считается. Это не доказано, но риск есть.

 

Механизм вызова искры у LSPI - ничем не отличается от того, что ты зовешь "калильным" - это частица золы (оксид Ca), которая перегревается+получает дополнительный химический разогрев (CaO+CO2) = искра = преждевременное зажигание.

 

p.s.

Pre-ignition without the occurrence of mega knock, behaves as a regular combustion, as expected, but with a slight increase in pressure rise rate at an early stage, although this is not always the case; these events are invisible to modern combustion performance monitoring technology, as will be detailed later;

A fast burning cycle (due to cycle-to-cycle variation and ignited by the spark plug) displays a very similar behaviour to LSPI without mega knock.

From the reasons above, it is possible to conclude the difficulty in classifying pre-ignition independently of early and/or fast combustion cycles. Also, given the non mega knocking cycles neutral impact on engine durability, manufacturers focus their interest in capturing and understanding the large/damaging events. One can also argue that this emerges by the difficulty in capturing such non mega knocking cycles.

 

=======================

 

формально - искрящие частицы даже снимают

 

а вот теория развития супер-детонации уже сложнее

 

 

 

 

p.s. p.s.

САМО СОБЫТИЕ LSPI (повышение давления) не приводит обязательно к разрушению поршня и супер-детону. Надо разделять LSPI с самой детонацией (которой может и не быть, а если она и есть - то она именно что детонация)

Изменено 4 марта 2024 пользователем Аргентум

[Nordman 2 135]

3 часа назад, Аргентум сказал:

LSPI - это и есть ранний поджиг до искры. Что мы обсуждаем? С чем у тебя спор?

У меня нет спора, просто здесь прозвучало что детон это твоя цитата

 

4 часа назад, Nordman сказал:

А детонация от повышенного содержания зольных детергентов была всегда

Это не так... детон это только оч, зольные детергенты могут влиять только на скорость волны горения, но это для поршневой не имеет значения по сути. Если детергенты провоцируют ранний поджиг до искры, то это калильное...

Возьми тот же дизель, там нет искры, но там есть своевременный поджиг смеси который зависит от ЦЧ. А если накопился углерод, то тоже будет другой процесс именно раннего поджига смеси от перегретых частиц, вызывающих тот же процесс калильного зажигания и разрушения цпг. 

Изменено 4 марта 2024 пользователем Nordman

[Аргентум 6 407]

29 минут назад, Nordman сказал:

У меня нет спора, просто здесь прозвучало что детон это твоя цитата

 

Это не так... детон это только оч, зольные детергенты могут влиять только на скорость волны горения, но это для поршневой не имеет значения по сути. Если детергенты провоцируют ранний поджиг до искры, то это калильное...

Возьми тот же дизель, там нет искры, но там есть своевременный поджиг смеси который зависит от ЦЧ. А если накопился углерод, то тоже будет другой процесс именно раннего поджига смеси от перегретых частиц, вызывающих тот же процесс калильного зажигания и разрушения цпг. 

 

ничего, кроме пояснений к подобному (мы в теме LS pre-igntion) -
 

 

я  не пишу. Это 1991 год. Преждевременное зажигание - связывается с детонацией или тяжелым knock (как вариант - детонация здесь означает плохие последствия).

А как я уже писал - источником преждевременного зажигания pre-ignition (ты упорно называешь его калильным) - всегда была зола. И в случае lspi - это именно она (CaO)

То есть, формально, в этой части - кривое горение (левые искры) всегда относили к провокаторам детонации.

Началось это буквально с 1950х. С распространением масел с детергентом (мылом).
 

Я не вообще о любой детонации пишу же - а только о связанной с этим самым "неправильным горением", именно по сабжу.

 

 

Изменено 4 марта 2024 пользователем Аргентум

[bmwservice 553]

Я прям немного в шоке от подписи под расплавленной сбоку алюминиевой болванкой… Рядовой Свистулькин мог бы такое придумать, но чтобы где-то в приличном месте существовал идиот, полагающий, что можно ударным воздействием капель бензина сфокусированно-точечно проплавить силуминовую чушку… СБОКУ — эпический дегенерат, нет слов. Там поршень проплавлен глубоко под уплотняющее кольцо — такое объяснение мог только студент «изобрести»… он реально может себе чай петардами заваривает… 

Изменено 4 марта 2024 пользователем bmwservice

[Аргентум 6 407]

7 минут назад, bmwservice сказал:

Я прям немного в шоке от подписи под расплавленной сбоку алюминиевой болванкой… Рядовой Свистулькин мог бы такое придумать, но чтобы где-то в приличном месте существовал идиот, полагающий, что можно ударным воздействием капель бензина сфокусированно-точечно проплавить силуминовую чушку… СБОКУ — эпический дегенерат, нет слов. Там поршень проплавлен глубоко под уплотняющее кольцо — такое объяснение мог только студент «изобрести»… он реально может себе чай петардами заваривает… 

 

я хотел сначала отрезать поршень, чтобы тебя не нервировать ) но оставил.

Думаю - когда Серж то уже ответит, блин.

Я тут за него - его тему разбираю пол дня.

 

p.s.

твоя версия, что детонацию невозможно (благодаря датчикам же ? кажется так?) серьезно создать даже в условиях "левого искрения" - никем пока не оспорена всерьез ) , кроме любителя "термической струи".

Изменено 4 марта 2024 пользователем Аргентум

[bmwservice 553]

Тут лично пробовать, чтобы «понять» — что такое оплавить поршень. И сколько энергии туда уйдет:

 

[Аргентум 6 407]

9 часов назад, bmwservice сказал:

Тут лично пробовать, чтобы «понять» — что такое оплавить поршень. И сколько энергии туда уйдет:

 

 

«термической струей» - пытался создать LSPI? 

 

[bmwservice 553]

6 минут назад, Аргентум сказал:

«термической струей» - пытался создать LSPI? 

Стремительный...

[blingo 122]

17 часов назад, Аргентум сказал:

 

 

 

 

 

p.s. p.s.

САМО СОБЫТИЕ LSPI (повышение давления) не приводит обязательно к разрушению поршня и супер-детону. Надо разделять LSPI с самой детонацией (которой может и не быть, а если она и есть - то она именно что детонация)

 

!, I'd guess.

 

Однажды я потерял поршень и, в конечном счете, двигатель для классического стука, поэтому, извините, когда я не готов представить себе так много недостающего звена между связанным с Ca PI/стохастическим предварительным зажиганием/LSPI - и какими-то повреждениями. Отдельные события предварительного воспламенения не должны немедленно производить все виды энергии до тех пор, пока они могут повторяться до такой степени, что (супер) стук обеспечивает (локализованный) перегрев, приводящий к более консолидированному предварительному воспламенению и вероятному выходу из-под контроля. Для стука это, кажется, устоявшаяся теория. Все дело в реализации себя по закону больших чисел.

I had once lost a piston and ultimately the engine to classic knock, so, excuse me when I'm not prepared to imagine so much of a missing link between Ca-related PI / stochastic pre-ignition / LSPI – and some sorts of damage. Individual events of preignition need not produce all kinds of energy immediately as long as they can repeat to an extent which via (super)knock provides for (localized) overheating leading to more consolidated pre-ignition and plausible run-away. For knock this seems to be established theory. The whole thing be a matter realizing itself according to a law of large numbers.

(Otherwise by "stochastic" I'd be triggered to think thoughts about cycle fatigue in ring lands or whatever, but nobody else seems to be, so we may not have to be that imaginative.)

 

 

[blingo 122]

Кажется, что GDI при 4500 об/мин оставляет достаточно времени на цикл, чтобы позволить убежать (они даже используют мой невежественный язык).

 

GDI @4500 rpm seem to leave enough time per cycle to allow for run-away (they even kind of use my clueless language): https://www.researchgate.net/publication/311973982_Analysis_of_Pre-ignition_Combustions_Triggered_by_Heavy_Knocking_Events_in_a_Turbocharged_GDI_Engine

 

Billard. Spiel über Bande und Takte. Translations.

[Аргентум 6 407]

13 минут назад, blingo сказал:

Однажды я потерял поршень и, в конечном счете, двигатель для классического стука, поэтому, извините, когда я не готов представить себе так много недостающего звена между связанным с Ca PI/стохастическим предварительным зажиганием/LSPI - и какими-то повреждениями.

 

а кстати, при обсуждении поршня Ford V6 страницей ранее - я дал видео от Ходоса - где какой-то джентельмен делает выводы о детонации ) по книжке KS (разработчик сплава этого поршня, кстати). 

 

https://www.oil-club.ru/forum/topic/21943-low-speed-pre-ignition-lspi-преждевременное-воспламенение-смеси-в-цилиндре/?do=findComment&comment=2732569

 

Интересно мнение @bmwservice , а то вдруг - это оно и было (как он любит - сбоку, между колец).

 

Если же чуть серьезнее - детонацию, которую исключает в современных моторах @bmwservice, которая образуется затем - ввиду преждевременных эффектов - и считают источником проблемы, якобы.

 

И тут вопрос тогда к тебе и Сержу - а она (детонация) есть, вообще, или ее нет? На самом тесте IX фиксируют не то, что рушит поршни - а только потенциальный источник теории разрушения.

Изменено 5 марта 2024 пользователем Аргентум