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/

 

[Аргентум 6 319]

15.11.2023 в 11:51, bmwservice сказал:

 

FORD, VW, BMW и многие другие просто поменяли поршневую группу. Изменена отливка. Установлены внутренние тепловые перемычки.

 

 

@Nonconfo

1954 год, январь (самое начало года), меньше года (1953 год массового начала) - как полшли у всех именитых (типа Permalube и другие) мультики )

 

И уже - preignition решаем, норм.

 

Изменено 3 марта пользователем Аргентум

[bmwservice 466]

Да все эти "non-preigniting" там тогда на каждой второй канистре были... 

 

Вот же простофилям выкопали еще разок и продали, но на этот раз - индустрии)))

[Аргентум 6 319]

51 минуту назад, bmwservice сказал:

Да все эти "non-preigniting" там тогда на каждой второй канистре были... 

 

Вот же простофилям выкопали еще разок и продали, но на этот раз - индустрии)))

 

да чего тебе не нравится ))

Это было всегда. Детергент - давал sudden искру ) норм же порешали?

Не любишь IX? )

[Аргентум 6 319]

bmwservice а ты понял, кстати, почему именно 1953 стал расцветом мультиков?

Это тебе не дыхание Ксавье-Чейна-Стокса!

Кстати, интересно, что совпало и с расцветом детергентов (а значит и pre-ignition)  и с открытием ZDDP как противоизноски (хотя еще пройдет долгих 4 года)

Изменено 3 марта пользователем Аргентум

[Аргентум 6 319]

главная проблема - почему частицы CaO провоцируют (а MgO меньше, но не полностью исключают) LSPI в следующем -

В ряду щелочноземельных металлов (оксидов, и BeO брать не будем, он совсем мимо, но в ряду - самый "холодный" Be) - MgO + CO2 - самая холодная реакция (из применяемых в мыле карбонатов) - Дает меньше всего тепла.
 

Более того, образование частички MgO из MgCO3 - отнимает больше тепла у частицы MgCO3 (которая превращается в MgO + CO2), то есть на момент реакции - фрагмент MgO холоднее сходного (в сходных условиях) фрагмента CaO.
 

Итого - более разгоретый фрагмент CaO встречает CO2 на впуске (от EGR), далее следует мощная тепловая реакция CaO+CO2, нагретая уже частица - буквально вспыхивает искрой (маленькой, но есть).

Известно это с 1970х ))). Но вспомнили в 2010 )

Изменено 3 марта пользователем Аргентум

[Buran 3 361]

5 часов назад, Аргентум сказал:

главная проблема - почему частицы CaO провоцируют (а MgO меньше, но не полностью исключают) LSPI в следующем -

В ряду щелочноземельных металлов (оксидов, и BeO брать не будем, он совсем мимо, но в ряду - самый "холодный" Be) - MgO + CO2 - самая холодная реакция (из применяемых в мыле карбонатов) - Дает меньше всего тепла.
 

Более того, образование частички MgO из MgCO3 - отнимает больше тепла у частицы MgCO3 (которая превращается в MgO + CO2), то есть на момент реакции - фрагмент MgO холоднее сходного (в сходных условиях) фрагмента CaO.

 

 Хорошая теория, главное что опровергнуть ее сложно или невозможно. Грамотное обоснование бурной деятельности и зарабатывание ачивок на "иновации".  

 

5 часов назад, Аргентум сказал:

Итого - более разгоретый фрагмент CaO встречает CO2 на впуске (от EGR), далее следует мощная тепловая реакция CaO+CO2, нагретая уже частица - буквально вспыхивает искрой (маленькой, но есть).

Известно это с 1970х ))). Но вспомнили в 2010 )

 

 Разве в 70-х :

ЕГР был в бензинках?

GDI + Turbo?

Ca-Mg пакет уже задолго до SN Plus/SP был в HDMO и некоторых PCMO. 

 

Это не оспаривающий коммент, а уточняющий.

[Аргентум 6 319]

32 минуты назад, Buran сказал:

Разве в 70-х :

ЕГР был в бензинках?

GDI + Turbo?

Ca-Mg пакет уже задолго до SN Plus/SP был в HDMO и некоторых PCMO. 

 

в 1970х нашли почему магний "холоднее", формально.

Это больше касалось именно распада соединений магния до оксида (они отбирали много тепла).
 

А вот теория с CaO+CO2 появилась не так давно (тут уже есть связь с EGR). Это, в общем, развитие тех теорий.

Я случайно нашел ее - разбирая диссертации по теме. Детального разбора до того не видел, так как у меня нет особого интереса к LSPI.

 

Тут получается двойной механизм.

Сама частица оксида магния - меньше перегрета изначально (это то, что было известно с 1970х).

Реакция же с CO2 - идет более "горячим" образом у более перегретой частицы CaO, помимо того, и сама частица CaO изначально больше перегрета.

 

Там две реакции
 

1. CaCO3 (из мыла) -> CaO + CO2 (- тепло)

2. CaO + CO2 -> CaCO3 (+ тепло и реакция более горячая чем MgO + CO2) - источник LSPI.

Изменено 3 марта пользователем Аргентум

[Аргентум 6 319]

10 минут назад, Buran сказал:

Ca-Mg пакет уже задолго до SN Plus/SP был в HDMO и некоторых PCMO. 

 

были и чисто Mg масла, даже PCMO. Только я не понял - к чему ты это..

[Buran 3 361]

20 минут назад, Аргентум сказал:

были и чисто Mg масла, даже PCMO. Только я не понял - к чему ты это..

 

Это для меня издавна загадка, т.к. нигде никаких пояснений нет. Кроме картинок про сравнительные св-ва типов мыла. Если делали Ca-Mg значит был в это умысел, но основная масса стала Ca-мыло. Потом "вдруг" вспомнили.

А был ли мальчик? Са мыло же разного типа и турбоэра давно началась, а Китай уже давно гигантскими тиражами делает GDI/Turbo. И не всегда в нем противоЛСПИшное масло, те же ваги долго ездили на Ca мыльном 502/504 A3 но нет падежа ни китайцев ни немцев.

Случаи тотала от ЛСПИ если и случаются, то это на мой взгляд редкость. Какое-то сочетание условий, конструкции, топлива - которые совместно приводят, а не только Ca-мыло. Оно может в ряду провоцирующих факторов на дальнем месте. 

[Аргентум 6 319]

9 минут назад, Buran сказал:

 

Это для меня издавна загадка, т.к. нигде никаких пояснений нет. Кроме картинок про сравнительные св-ва типов мыла. Если делали Ca-Mg значит был в это умысел, но основная масса стала Ca-мыло. Потом "вдруг" вспомнили.

А был ли мальчик? Са мыло же разного типа и турбоэра давно началась, а Китай уже давно гигантскими тиражами делает GDI/Turbo. И не всегда в нем противоЛСПИшное масло, те же ваги долго ездили на Ca мыльном 502/504 A3 но нет падежа ни китайцев ни немцев.

Случаи тотала от ЛСПИ если и случаются, то это на мой взгляд редкость. Какое-то сочетание условий, конструкции, топлива - которые совместно приводят, а не только Ca-мыло. Оно может в ряду провоцирующих факторов на дальнем месте. 

 

я понял )

Ты имеешь ввиду, что эта реакция всегда приводит к mega-knock ) ?

Я этого не утверждал (более того - это отрицает @bmwservice )

 

Эти искры - не всегда дают такой "поджиг", который всегда приводит к детонации.

Почему это стали связывать чаще? - GDI усугубило риск того, что частица мыла и CaCO3 попадет в топливо, "сгорит" и выдаст перегретую частицу CaO.

А турбина - дала больше рисков последствий (якобы).

 

Однако - между пониманием и регистрацией "событий" на тесте, типа IX - и mega-knock, который разрушает поршни - есть разница.

Формально - я так и не нашел доказанных случаев разрушения поршней от LSPI. То есть не каждое событие LSPI - дает разрушение поршней. Большинство таких событий - поршни не разрушают.

 

Тут важно то, что риски повышаются. Насколько существенны эти риски - сказать сложно.

А что касается немцев - так с них история и началась.

Терри в 2010 - ссылается на работу немцев (VW). Типа "странные события, которые портят поршни" - именно немецкая находка, именно от оверщелочного мыла, как делают вывод к 2011 году, но уже в swri.

 

В общем - смысл такой - LSPI - не всегда (возможно и никогда) не дает эту самую mega-knock. Однако, якобы, mega-knock существует (супердетонация). Связать с LSPI это можно, но доказанных случаев я пока не нашел (производители движков такие катастрофические события тоже не хотят подтверждать - иначе OEMам скажут, что их системы и датчики не умеют спасти от детонации).

Изменено 3 марта пользователем Аргентум

[Buran 3 361]

34 минуты назад, Аргентум сказал:

я понял )

Ты имеешь ввиду, что эта реакция всегда приводит к mega-knock ) ?

Я этого не утверждал (более того - это отрицает @bmwservice )

 

Эти искры - не всегда дают такой "поджиг", который всегда приводит к детонации.

Почему это стали связывать чаще? - GDI усугубило риск того, что частица мыла и CaCO3 попадет в топливо, "сгорит" и выдаст перегретую частицу CaO.

А турбина - дала больше рисков последствий (якобы).

 

Ну это очевидно, чисто логически, что не все реакции оксиления Ca мыла приводят к тоталразрушению.

Иначе по такой логике моторы разрушались бы и без GDI  не обладающие уязвимостью (GDI+turbo) , т.к. твоя версия про отработку газов которая в савокупности приводит "к искрению" она же не только в турбо но и в атмомоторах с EGR и перекрытием фаз валов и SkyActive. 

Может вобще не Ca мыло причина, а совсем другая.

Есть такие люди кот создают специально или вообше выуымвают несуществующую проблему, и героичеки ее решают - повышая себе и для таких же окружающих значимость.

Допустим горячая сажа из егр, ведь можно такое теоретически доказать и обосновать - а затем победно героически победить? Но нет, тогда будет виноват automotiv а они на одной ветке с масленщикми сидят, и пилить сук который их вместе держит не будут. 

 

 

 

 

Изменено 3 марта пользователем Buran

[blingo 120]

Что касается присадки топлива,... марганца... антидетонаторы (MMT) могут быть неудачными в этой области.

Regarding fuel additivation, ...manganese... anti knock treatments (MMT) might be unfortunate in the field: https://www.fuelsandlubes.com/fli-article/gasoline-quality-lags-behind-needs-of-direct-injection-engines/

 

(Love the Top Tier -trademark for the more fortunate :-)

 

Изменено 3 марта пользователем blingo

[Nonconfo 1 408]

2 часа назад, Buran сказал:

Это для меня издавна загадка, т.к. нигде никаких пояснений нет. Кроме картинок про сравнительные св-ва типов мыла. Если делали Ca-Mg значит был в это умысел, но основная масса стала Ca-мыло. Потом "вдруг" вспомнили.

Вот я щас не на свою территорию полезу, так как сложновато это для меня )

Но путь развития РСМО последние десятилетия, кажется, идет не по пути "что добавить", а по пути "что убрать" )

Были и чисто Mg масла, но потом дошли до их свойств, типа ранней реактивности, особенно с водой, всякие загущения, типа как на картинке 

(Правда точно не уверен, что за метод на этой картинке).

 

И магний "убрали".

Потом, при борьбе с золой, при нормировании в некоторых спецификациях TBN, да и в целом некоторого передергивания на него (хотя во времена того топлива это передергивание было оправдано) - магний вернулся, так как напрямую соотношение TBN/зола у него повыше, ну и как чит - он при титровании насилует метод и дает TBN еще выше, добавляя к своей эффективности еще и простой прирост просто для дурачков )

Ну и вопросы LSPI (безотносительно степени их реалистичности и опасности) окончательно оформили ренессанс магниевого мыла.

 

Потом, на мой взгляд, из-за повышения степени сжатия, широкого распространения наддува, и самое главное, массового внедрения EGR гоняющего выхлоп по кругу - пали очень крутые K и Na (но это в моей интерпретации). Вот им плохо подходит все более высокая температура в камере, еще и с повторными туда визитами

 

Барий пал еще раньше из-за токсичности для человеков.

 

В общем, нынешние масла прошли путем ограничений, и стали вот такими. Хотя немного раньше был период практически число кальциевых, потому как чисто магниевые никто особо не хотел делать, да и подмешивать не стремились.

А так, когда в условиях понижения фосфора ради катализатора, и цинка, просто потому что он вообще плох)) , стали снижать активность детергентов борированием, чтобы не так сильно мешали ZDDP - может и хорошо иметь немного Mg с его ранней реактивностью, чтобы на фоне общей "вялости" мыла что-то там шевелилось.

[Аргентум 6 319]

10 минут назад, Nonconfo сказал:

хорошо иметь немного Mg с его ранней реактивностью

 

когда начинался LSPI (отзвуки от 2008 до 2010), любимым кальцием был кальций в 3000 )

Ноги ведь - выросли у Терри - именно из Европы (VW)

 

типичный такой хороший кальций тех лет )

Решил ли что-то магний - я не знаю.

Скорее - просто баланс лушче.

Экологи, конечно. Как без них ))

A cannit say if ivrything wis deun cleva or daft like..

[Nonconfo 1 408]

24 минуты назад, Аргентум сказал:

типичный такой хороший кальций тех лет )

Вот зачем им на рубеже нулевых и десятых в Европе такое было нужно...

А так вообще, я вот это вспомнил, по теме магния