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

[Oilfan 115]

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/

 

[skylander521 378]

https://mobiloil.com/en/motor-oils/mobil-super/mobil-super-synthetic

 

У 10w-30 просто офигенная температура вспышки 252°!

[kroligoff 2]

Очень неплохой документ по теме:

 

https://dspace.lboro.ac.uk/dspace-jspui/bitstream/2134/15652/1/SI%20Downsize_Shanghai_2013.pdf

[Oilfan 115]

https://mobiloil.com/en/motor-oils/mobil-super/mobil-super-synthetic

 

У 10w-30 просто офигенная температура вспышки 252°!

Линейка Super  у Мобила еще какая кальцевая, она не подходит. А про TGMO я уже писал буквально прям сразу до тебя, что это явно не то масло. Самое то из всех, которые я видел (я про анализы масла) это Mobil AFE 0W20. Хорошо тем, кому можно его лить с непосредственным впрыском. Думаю одно из самых "кошерных" в этом смысле масел. Кстати, его oil-club тестировать будет (жаль не на TGDI моторе), идет сбор средств (желающие присоединяйтесь, пишите Торкону).

[skylander521 378]

Вот просто море информации по физике изучения этого процесса Toyota

https://www.google.ru/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=0ahUKEwjC6oaPzoTLAhWmNJoKHYmxBBAQjRwIBQ&url=https%3A%2F%2Fdspace.mit.edu%2Fbitstream%2Fhandle%2F1721.1%2F100352%2F931081438-MIT.pdf%3Fsequence%3D1&psig=AFQjCNHeczLi_uVqek9PfslkypSR1FmUng&ust=1455998138401728

 

В общем там основная идея, чем меньше кальция, тем больше задержка воспламенения и капли просто не успевают взрываться.

Соответственно есть зависимость от концентрации ZDDP и Молибдена, которые тоже влияют на задержку.

 

Вот прямая ссылка

Study of lubrication oil ignition in a rapid compression machine under sporadic pre-ignition conditions

https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/100352

 

Зы

Забыл еще добавить, что скорость разбавления масла с топливом тоже играет очень важную роль, вот теперь понятна тенденция к более жидким маслам, а не просто дань экономии.

Чем быстрее масло разбавляется, тем меньше эффект я так понимаю.

The results also demonstrate. that dilution significantly

slows auto-ignition of the oil.

Изменено 19 февраля 2016 пользователем skylander521

[Oilfan 115]

Вот прямая ссылка

Study of lubrication oil ignition in a rapid compression machine under sporadic pre-ignition conditions

https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/100352

 

Зы

Забыл еще добавить, что скорость разбавления масла с топливом тоже играет очень важную роль, вот теперь понятна тенденция к более жидким маслам, а не просто дань экономии.

Чем быстрее масло разбавляется, тем меньше эффект я так понимаю.

The results also demonstrate. that dilution significantly

slows auto-ignition of the oil.

Молодец, интересный труд раскопал.

Но к сожалению вынужден тут не согласиться. Там идет речь о разбавлении газами поступающими через EGR и инертными газами в этом лабораторном эксперименте. Чем больше подается в цилиндр инертного газа, тем больше задержка LSPI, говоря простым языком, тем дальше сдвигается момент возникновения LSPI. И если в лабораторных испытаниях на специальной установке LSPI все равно происходило, то в реальном двигателе этот момент может выйти за пределы возможного и LSPI может вообще не наступить. В общем ЕГР тут друг и товарищ в борьбе с LSPI.

А что касается вязкости масла, то из этого научного изыскания скорее следует, что при прочих равных более вязкое масло меньше имеет шансов на LSPI. Но строгой зависимости нет.

И четко прослеживается снижение вероятности (до 1,5 раз) при использовании полностью синтетических масел, по сравнению с минералками и смесями.

 

General Motors (GM) has observed significantly lower SPI frequency when using a PAO

base stock (synthetic) instead of a standard hydrocrack base stock (non-synthetic)

 

Вот почему нужно выбирать ПАО при прочих равных.

Изменено 20 февраля 2016 пользователем Oilfan

[Oilfan 115]

А вот еще интересная фраза, возможно кто то из химиков объяснит как разложение перекиси молибденом и фосфором приводит к уменьшению вероятности вспышки капли масла.

 

There are four additives that have been linked to SPI promotion: calcium, iron,
molybdenum, and phosphorus. Toyota has found that the first two increased SPI through
oxidation catalysis, while the second two decreased it through peroxide decomposition [8].

 

Кстати, возвращаясь к спору, который был страниц 10 назад по поводу трактовки статьи в шапке. Это исследование подтверждает, что имеет значение не сумма Фософора и Цинка, а количество фосфора в составе ZnDDP! Смотрите таблицу 4.2 этого труда.

Масла имеющие кальция в полтора раза больше и фосфора в полтора раза больше имели примерно схожую задержку LSPI как и масла с меньшим количеством кальция но и меньшим количеством фосфора.

самое стабильное к LSPI масло в опыте в таблице 4.2 имеет (грубо) кальция и фосфора в соотношении примерно 1:1 (чуть больше 0,1%) и молибдена 0,007%.

 

Но в то же время эксперименты автора статьи, а он сравнивает свои изыскания с исследованиями Тойоты, не обнаружили корреляции концентрации Фосфора и количества LSPI. Возможно есть еще факторы, которые оказывали влияние в опыте Тойоты.

 

Calcium
decreased ignition delay, which would increase the probability of SPI, while the correlation
for molybdenum indicated that higher concentrations may be increasing delay times, which
should decrease SPI frequency. These findings agree with claims from a study done by
Toyota [8]; however, concentrations of phosphorus and iron had little effect on ignition
delay in the RCM, which does not support corresponding claims made by the same Toyota
study [8].

Изменено 20 февраля 2016 пользователем Oilfan

[Oilfan 115]

И еще интересное замечание. В этом опыте установке могла уйти дальше в давлении и в температуре, чем тот реальный двигатель, который испытывался в шапке статьи. Вспомним, там превышение кальция выше 2000 ppm не давало увеличение количества LSPI. Тут же эта зависимость сохраняет ту же линейность и дальнейшее увеличение концентрации Кальция продолжает увеличивать количество LSPI (уменьшает время задержки)!

 

А вот ни NOAСK, ни вспышка, ни вязкость не оказывают существенного влияния на эффект LSPI.

 

В общем два научных исследования однозначно пришли к выводу, что Кальций главный виновник LSPI.

Молибден уменьшает вероятность LSPI. Влияние фосфора под вопросом.

Изменено 20 февраля 2016 пользователем Oilfan

[srs3491 20]

Как пишет автор, ссылаясь на реальные исследования: https://www.drive2.ru/b/2493019/ 

влияние фосфора очень негативно на катализаторы

[Oilfan 115]

Как пишет автор, ссылаясь на реальные исследования: https://www.drive2.ru/b/2493019/ 

влияние фосфора очень негативно на катализаторы

А какое отношение к теме имеют катализаторы?

[srs3491 20]

А какое отношение к теме имеют катализаторы?

Извините, никакого.

[Oilfan 115]

А вот еще информация о треснувшем поршне (на экобусте), предположительно из-за LSPI за 2 недели до конца гарантии (тут скорее повезло, чем нет).

 

http://lr-club.com/index.php?s=&showtopic=103280&view=findpost&p=2625943

 

Человек еще не прошел акцию по перепрошивке ЭБУ. Лил раз в 13 тыс то, что дилер лил (сам он точно не знает), это Кастрол 5W30 A5 серии Эдж Профешионал.

[Дмитрий Анатольевич 373]

наглядный пример разрушения поршня на KIA T-GDI https://www.drive2.ru/l/8680665/

 

к сожалению молибден никак не спас эти два движка. масло на обоих движках было с большим кальцием и молибденом http://www.oil-club.ru/forum/topic/4827-4827/

 

и некоторые выводы автора после пречтения этой темы https://www.drive2.ru/l/9058270/

Изменено 28 февраля 2016 пользователем Дмитрий Анатольевич

[Палыч314 1 317]

Интересно, какие рекомендации по маслу для новых турбомоторов Порше?

[AndyML 1 454]

Интересно, какие рекомендации по маслу для новых турбомоторов Порше?

Mobil1 NewLife 0w-40

 

http://www.oil-club.ru/forum/topic/12553-12553/

Изменено 28 февраля 2016 пользователем AndyML

[skylander521 378]

наглядный пример разрушения поршня на KIA T-GDI https://www.drive2.ru/l/8680665/

к сожалению молибден никак не спас эти два движка. масло на обоих движках было с большим кальцием и молибденом http://www.oil-club.ru/forum/topic/4827-4827/

и некоторые выводы автора после пречтения этой темы https://www.drive2.ru/l/9058270/

Самое интересное, что мануал KIA предписывает использование любого масла любой вязкости, главное, чтоб соответствовало API SM SN. Типо хотите экономии, лейте тридцатку, а не хотите, можно хоть пятилесятку.

https://carmanuals2.com/d/59142

стр. 86

Как это так?