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]

Сразу добавлю, что ни NOACK, ни PP, ни Фосфор, ни FP, ни вязкости масел при 100 и при 40 градусов не оказывают никакого влияния. Молибден оказывает, но очень и очень слабое, видно по графику. Каждая точка это результат одного из масел. Однозначно и четко кальций оказывает вредное влияние и чем его меньше, тем меньше шансов на LSPI.

 

Ну и концентрация масла в смеси тоже оказывает влияние (этот график я не скопировал). Чем больше масла, тем выше риск LSPI.

Но это справедливо если только верна теория, что вероятность lspi прямо зависит от задержки воспламенения. А если это не так или не совсем так или так так так, но есть нюансы? Почему производители присадок, лубризол, афтон, шеврон приводят графики, что влияют антифрикционные модификаторы на частоту эффекта? Может они лукавят, а конечно, чтобы не сесть в лужу и не потерять рынки сбыта, если их присадки не работают.

Тут мы еще забули про топливо, его испаряемость, способность растворять депозиты тоже очень влияет.

Ты понимаешь, если бы виноват был только кальций, а все эти присадки на основе цинка, фосфора, молибдена были бесполезны против lspi, то моторы ломались бы чаще и сразу.

Не все так просто. Многие ездят сейчас и на обычных маслах сотню тыс км, и ничего не происходит у них, а кто-то и 30т не проезжает.

Давай так подойдем к проблеме - виноваты депозиты с кальцием и факторы, вызывающие их появление. Я простоихочу сказать, что эксплуатационные факторы играют существенную роль. У того, кто толкается в пробках вероятность больше, а кто живет за городом ездит, меньше. Кому-то уже прошивки, обходящие режимы риска, выполнили и для них риск вообще не велик.

Используя масла с дозой кальция вдвое меньшей, мы и риски свои уменьшаем сразу в 2 раза.

ИМХО масло лучше без кальция или не больше 1000, но и обычные масла работают, пока не начинают стареть.

Что мы знаем про октановое число, что оно по сути является неким коэффициентом противодействия образованию перокидных соединений.

А ведь в процессе lspi основную нотку играют также пероксиды.

Только в случае классической детонации они образуются на промежуточных стадиях горения, а в случае lspi в результате смешения с топливом при определенном давлении и температуре.

Вспомните, что такое антидетонационные металлосодержащие присадки, это имхо что-то напрдобие нашим органическим модификаторам, содержащих бор, цинк, молибден.

Понимаете, ведь наука это математика, там все четко - при совершенно одинаковых условия происходят совершенно одинаковые процессы, другое дело, что реальшая жизнь, это бесконечное множество условий и следствий и все в этом мире зависит друг от друга. Определенные процессы влияют друг на друга, другие совсем не влияют. Наука - это наука, управлять этими процессами - это великое искусство. Поэтому Ученые, которые превносят в эту науку все новое и новое, это Великие кузнецы мира сего, а не те, кто дебет с кредитом сравнять не могут.

Ну в общем, это все очень интересно, надо почитать будет на досуге про все это, про теорию горения и курсы физической и органической химии заодно освежить. Заодно Тотек с его умт - управляемого горения разоблачить или убедится в обратном.

Вот моющие присадки в бензин, они ведь тоже влияют, и есть ли в состав их соединения кальций?

Изменено 13 марта 2016 пользователем skylander521

[VladimirR 2 510]

 

 

К сожалению подходящих малокальцеевых масел столь мало, что уже не до допусков.

ну не скажи, допуски все равно нельзя игнорировать полностью. ну не стану я в турбоВАГ лить масло  А5 или А1

[Oilfan 115]

ну не скажи, допуски все равно нельзя игнорировать полностью. ну не стану я в турбоВАГ лить масло  А5 или А1

Не нужно путать разные вещи. Тебя интересует допуск или физические свойства? Допуск это одно, а подобрать масло подходящее по физическим свойствам другое. Говоря о А5 ты подразумеваешь вязкость, а не все требования допуска в целом. (среди А5 много прекрасных масел (говоря не в фокусе LSPI), только по вязкости HTHS они не всем подойдут)

Изменено 13 марта 2016 пользователем Oilfan

[Oilfan 115]

Но это справедливо если только верна теория, что вероятность lspi прямо зависит от задержки воспламенения. А если это не так или не совсем так или так так так, но есть нюансы?

Тут мы еще забули про топливо, его испаряемость, способность растворять депозиты тоже очень влияет.

 

Воспламенение это и есть смоделированное в лаборатории LSPI. Задержка воспламенения это в этом опыте это устойчивость смеси к условиям возникновения LSPI. Этот опыт с научной точки зрения более интересен, так как в отличие от опытов Тойоты и BP эта установка позволяет создать более жесткие и более идеальные условия и не зависит от программы управления ЭБУ.

 

Что касается топлива в смеси, то никто про это не забыл. Это исследование содержит десятки страниц и там рассматривается так же и смесь с топливом, да и разные другие аспекты. Все тут не выложишь.

Кто забыл, файл скачать можно на 26-й странице этой темы.

[swen 4]

Неужто здесь из числа читателей данной темы нет не одного химика?Почему именно кальций кто то может обьяснить?Какими такими нехорошими свойствами он обладает,что сложно найти ему противоядие?По идее,конструкция двигателя тоже наверное играет не последнюю роль.Ну поршень в цилиндре,это у всех,и это понятно.А вот, к примеру,зазоры у тоёты по отношению к ВАГу,меньше(конструктивно)поэтому масла пожиже и т.д.Здесь я видел два видео(моделирование) возникновения LSPI,одно где капля взрывается посреди камеры на противоходе,и второе где капли вылетают откуда то из под колец!Может это бред,но каким таким свойством обладает кальций,генерируя в зазоре этот выброс,а главное что меня интересует,как может влиять на этот процесс зазор,вернее его величина?Или наличие кальция в масле и отсутствие молибдена,фосфора и прочей хрени,ставит крест на двигателе,независимо от его конструктивных особенностей? 

[skylander521 378]

Неужто здесь из числа читателей данной темы нет не одного химика?Почему именно кальций кто то может обьяснить?Какими такими нехорошими свойствами он обладает,что сложно найти ему противоядие?По идее,конструкция двигателя тоже наверное играет не последнюю роль.Ну поршень в цилиндре,это у всех,и это понятно.А вот, к примеру,зазоры у тоёты по отношению к ВАГу,меньше(конструктивно)поэтому масла пожиже и т.д.Здесь я видел два видео(моделирование) возникновения LSPI,одно где капля взрывается посреди камеры на противоходе,и второе где капли вылетают откуда то из под колец!Может это бред,но каким таким свойством обладает кальций,генерируя в зазоре этот выброс,а главное что меня интересует,как может влиять на этот процесс зазор,вернее его величина?Или наличие кальция в масле и отсутствие молибдена,фосфора и прочей хрени,ставит крест на двигателе,независимо от его конструктивных особенностей?

 

Ну есть же заменители кальция, те же салицилаты, сульфлнаты на основе магния, но эта технология не может получить широкого распространения из-за невозможности в кратчайшие сроки модернизировать производство, логистику и т.д.

Надо радоваться, что хотя бы у Мобила такие масла есть, да и вообще чем Мобил плох, даже скорей наоборот, очень хорош.

Изменено 13 марта 2016 пользователем skylander521

[Oilfan 115]

Неужто здесь из числа читателей данной темы нет не одного химика?Почему именно кальций кто то может обьяснить?Какими такими нехорошими свойствами он обладает,что сложно найти ему противоядие?По идее,конструкция двигателя тоже наверное играет не последнюю роль.Ну поршень в цилиндре,это у всех,и это понятно.А вот, к примеру,зазоры у тоёты по отношению к ВАГу,меньше(конструктивно)поэтому масла пожиже и т.д.Здесь я видел два видео(моделирование) возникновения LSPI,одно где капля взрывается посреди камеры на противоходе,и второе где капли вылетают откуда то из под колец!Может это бред,но каким таким свойством обладает кальций,генерируя в зазоре этот выброс,а главное что меня интересует,как может влиять на этот процесс зазор,вернее его величина?Или наличие кальция в масле и отсутствие молибдена,фосфора и прочей хрени,ставит крест на двигателе,независимо от его конструктивных особенностей? 

Думаю зазор тут никак не влияет. Масло попадает в цилиндр на любом моторе и ничего тут не поделаешь и кальций в этом процессе не виноват. Сгорают они вместе со смесью особо не причиняя вреда, ну разве что катализатору. Но только в турбо с непосредственным впрыском бывает такой нехороший эффект от этих капель. Весь вопрос в том, самовоспламенятся они или нет до максимальной точки сжатия. Если нет, то они сгорят миллисекундами позже как и полагается вместе со смесью. Если да, то воспламенятся и подожгут смесь раньше свечи. Массачусетские испытания показали, что на LSPI влияют куча факторов, масло лишь один из них. Производитель может, например, уменьшить наддув на низах или открыть ЕГР посильнее и это окажет эффект гораздо больший, чем все наши танцы с маслами. Но это вне нашей власти, это должен производитель захотеть. Но это снизит крутящий и мощность на низах, то есть уменьшаются все прелести турбо движков, а значит покупатель может перестать брать турбо. В общем тут производитель будет стараться соблюсти баланс выгодный для себя.

[Oilfan 115]

Получая и анализируя новую информацию, я все больше прихожу к выводу, что LSPI конечно разрушает поршни, но не сразу. Эти деструктивные процессы, похоже, имеют свойство накапливать напряжения и повреждения в элементах ЦПГ.

Сами элементы, как правило, поршни и кольца, похоже имеют 3 порога прочности: 1.LSPI без последствий 2.LSPI накапливает повреждения и напряжения в металлах 3. LSPI разрушает. Уровень 1 лежит в пределах обыкновенной детонации от раннего зажигания. уровень 2 не приводит к поломке, но накапливает повреждения, постоянно снижая уровень 3.  Сама сила разрушений от LSPI тоже зависит от ряда факторов, таких как положение поршня, количество и состав смеси в этом момент в цилиндре, количество точек воспламенения, возможно есть и другие факторы. Вышеперечисленное может найти подтверждение в том, что как правило от LSPI ломаются двигатели на пробегах примерно от 40 тыс км, пик приходится на пробеги 60-100тыс. Дальше статистики мало.

Таким образом, мы понимаем, что LSPI как и любая детонация явление вредное. Но это скорее не мгновенная смерть от пули, а скорее смерть от яда, концентрация которого накапливается до некого критического порогового значения. Второй вывод, что LSPI полностью исключить невозможно из жизни двигателя с турбиной и непосредственным впрыском, за миллионы циклов поршня LSPI произойдет обязательно и не раз, как, впрочем, и детонация из-за топлива или тяжелого режима. Мы этого можем даже не заметить. Поэтому нам, как пользователю, не победить полностью LSPI, да нам этого в общем то и не требуется. Нам требуется, что бы этот критический порог смерти двигателя из-за LSPI сместился по времени/пробегу выше естественной смерти двигателя из-за износа. 

Давайте примем за исходное значение смерть от LSPI на 60 тыс км - тот порог, когда происходит LSPI, если лить в бак что попало, масло какое попало и менять его как дилер прописал раз в 12-15 тыс., Наша цель сместить этот порог до 240 тыс км. Для этого требуется уменьшить количество LSPI примерно в 4 раза по сравнению с количеством LSPI которые были у человека у которого движок поломался на 60 тыс км. То есть, если принять это количество LSPI за 100%, то нам нужно довести это значение хотя бы до 25%. Думаю это по силам. Давайте грубо оценим, что мы можем сделать, учитывая информацию этой темы:

1. Менять масло каждые 5-6 тыс км, а не 12-15. Снижение риска на 15%
2. Применять масла с ПАО (по возможности). Снижение риска на 10%
3. Применять масла с минимумом кальция. В реальности таких масел почти нет, поэтому следует подбирать масла с концентрацией кальция в районе 1000 -1400 ppm. – Снижение риска примерно на 40%
4. Лить 98-й бензин вместо 95-го. Думаю, даст еще 5%

Итого мы снизить количество LSPI на: 15+10+40+5 = 70%, оставив 30% риска. Тут подключается производитель (а нормальные производители уже подключились), который меняет программу ЭБУ и еще снижает существенно количество LSPI. Цель теоретически можно считать достигнутой.

Разумеется самые слабые стороны этой гипотезы это разброс этих процентов в каждом конкретном случае и неизвестная степень взаимного влияния каждого из пунктов. Возможно, пункты 1 и 2 имеют сильную связь между собой и не могут просто складываться. А как сильно изменил программу управления ЭБУ производитель тоже неизвестно. Но, даже учитывая все эти большие погрешности, считаю, что продлить срок жизни мотора до преклонного возраста (когда его пора будет вскрывать по другим причинам) вполне по силам. 

[ryb6 9]

Полностью согласен, только надо еще добавить - надо минимизировать режимы работы двигателя, при которых  увеличивается вероятность возникновения LSPI . Т.е. - низкие обороты 1200-2200, высокая передача. Понимаю, что на автомате это сложно, но тем не менее...

[skylander521 378]

Полностью согласен, только надо еще добавить - надо минимизировать режимы работы двигателя, при которых  увеличивается вероятность возникновения LSPI . Т.е. - низкие обороты 1200-2200, высокая передача. Понимаю, что на автомате это сложно, но тем не менее...

Это нереально вообще!

Как вы себе это представляете, постоянно об этом думать, рядом с рычагом КПП написать табличку в каких режимах и оборотах ездить нельзя?

Это называется "в гамаке и стоя"!

Кому-то прошивку сделали, убрали нагрузку частично, кому-то нет, ну что теперь поделаешь.

 

 

 

Изменено 16 марта 2016 пользователем skylander521

[ryb6 9]

На самом деле, все не так страшно.... Наиболее вероятнее возникновение LSPI в режиме примерно 1200-1500 оборотов, 5-6 передача, скорость 70-90 км\ч. А такой режим бывает не очень часто, в основном на трассе... В городе, при рваной езде, LSPI добиться практически не возможно....

[skylander521 378]

 

 

В городе, при рваной езде, LSPI добиться практически не возможно....

Да откуда вы знаете, что там программисты Bosch наколдовали!

Эта вам так по ощущения кажется, вы тоько педаль газа и тормоза жмете, а все остальное решает ЭБУ как и что делать!

[Oilfan 115]

На самом деле, все не так страшно.... Наиболее вероятнее возникновение LSPI в режиме примерно 1200-1500 оборотов, 5-6 передача, скорость 70-90 км\ч. А такой режим бывает не очень часто, в основном на трассе... В городе, при рваной езде, LSPI добиться практически не возможно....

Я бы еще добавил при достаточно сильно открытом дросселе. Такие режимы возникают как раз на трассе, когда турбо движок используя свои тяговые возможности аки дизель прет 130 км/ч а на тахометре около 2000 оборотов или даже меньше (смотря у кого какая коробка).

[skylander521 378]

Для самообразования хорошая статья про детонацию http://www.ab-engine.ru/abs/05_00_sgoranie.html

там еще много интересных статей (на всякий случай).

[ryb6 9]

Ха, продать машину... А где тогда еще тему найти на 38 страниц, бессонный ночи сидения в и-нете, для поиска соответствующих материалов, тему для споров,( а иногда и срача). Нет уж, это совсем не выход, машину продать... А а азарт( почти как на рулетке) , развалится поршень или нет... А слезы, выдавленные жабой, при оценке стоимости ремонта. И всего этого так просто лишиться? Да Вы, батенька, садист....