Oleje odporne na LSPI

EUROL
Maciej Blum
18.7.2022
Reklama
Reklama

Spalanie detonacyjne przy niskich prędkościach obrotowych jest zjawiskiem niepożądanym, ponieważ może doprowadzić do poważnych uszkodzeń silnika. Skąd się bierze to zjawisko i dlaczego ten problem pojawił się tak późno?

Spalanie detonacyjne, nazwane również spalaniem stukowym, na pewno znane jest starszym kierowcom, którzy próbowali jechać z małą prędkością na wysokim biegu. Przy nagłym wciśnięciu pedału przyspieszenia w silniku słyszalne było wyraźne dzwonienie, które było objawem spalania detonacyjnego. W takim przypadku czoło płomienia podczas spalania mieszanki przekracza prędkość dźwięku.

Reklama

Zjawisko to jest groźne, ponieważ fala dźwiękowa generowana podczas takiego spalania wprawia w rezonans elementy silnika, które znajdują się bezpośrednio w okolicy płomienia, tj. zawory, tłok i pierścienie tłokowe. W efekcie mogą one zostać uszkodzone.

W nowszych silnikach stosuje się piezoelektryczne czujniki spalania detonacyjnego, które zmieniają kąt zapłonu w momencie wystąpienia takiego spalania. Z chwilą wprowadzenia elektronicznego sterowania zapłonem problem ten praktycznie zniknął. Wrócił jednak i to ze zdwojoną siłą.

Co to jest LSPI?

Spalanie detonacyjne niezależne od kąta wyprzedzenia zapłonu powróciło z chwilą wprowadzenia małych silników o dużej mocy, czyli w momencie wdrożenia na szeroką skalę idei downsizingu.

Spalanie to ma jednak inne źródło. Nie zależy ono w tak dużym stopniu od kąta wyprzedzenia zapłonu, lecz od ciśnienia doładowania. Normalnie w silniku zapłon następuje ok. 5–10° przed GMP, natomiast na skutek zjawiska LSPI zapłon pojawia się w sposób niekontrolowany. Co gorsza, ciśnienie podczas takiej detonacji jest znacznie większe i przyrasta znacznie szybciej.

Ciśnienie podczas spalania paliwa w silniku z zapłonem iskrowym (ZI).
Ciśnienie podczas spalania paliwa w silniku z zapłonem iskrowym (ZI). Źródło: International Journal of Engine Research

Małe silniki o wysokiej mocy (często przekraczającej 100 KM z 1 l pojemności skokowej) pracują z wyższymi ciśnieniami doładowania. W niskim zakresie obrotów (1500–2000 obr./min), przy dużym obciążeniu silnika i silnym doładowaniu powietrzem dochodzi do zjawiska zwanego LSPI. Jest to przedwczesny zapłon przy niskiej prędkości obrotowej. Innymi słowy jest to zjawisko polegające na samozapłonie mieszanki paliwowo-powietrznej podczas suwu sprężania, występujące jeszcze przed faktycznym zapłonem zainicjowanym iskrą ze świecy zapłonowej.

Jednak mieszanka nie zaczyna spalać się samoistnie. Zapłon ten zainicjowany jest pozostającymi w komorze spalania resztkami oleju silnikowego i sadzy. Sadza i nagary, żarząc się, powodują zapłon mieszanki jeszcze przed wymuszeniem go iskrą ze świecy zapłonowej. Resztki oleju silnikowego przy podwyższonym ciśnieniu ulegają samozapłonowi podobnie, jak ma to miejsce z olejem napędowym w silnikach Diesla.

Reklama

Efekt jest taki sam jak w dawnych konstrukcjach. Fala uderzeniowa powoduje rezonans, który w nowszych konstrukcjach silników jest groźniejszy, ponieważ są to konstrukcje lżejsze, mniejsze i delikatniejsze. Najczęstszym skutkiem tego zjawiska jest pękanie pierścieni tłokowych oraz półek między rowkami pierścieniowymi w tłoku.

Zużycie ścierne łańcucha rozrządu

Dodatkowo przy dużym obciążeniu silnika i dużym zapotrzebowaniu na moc przy wtrysku bezpośrednim nie dochodzi do idealnego wymieszania paliwa z powietrzem, więc powstają strefy nadmiaru paliwa. Wtedy w procesie spalania powstaje sadza, która powoduje więcej szkody, niż widać na pierwszy rzut oka. Sadza w spalinach powoduje konieczność zastosowania filtrów GPF (gasoline particle filter – filtr cząstek stałych z benzyny). Sadza z komory spalania przedostaje się również do oleju i go zanieczyszcza. To z kolei powoduje konieczność zwiększenia zdolności oleju do dyspersji sadzy, aby ograniczyć koncentrowanie się zanieczyszczeń. W ostatnich latach okazało się, że duże ilości sadzy w oleju negatywnie wpływają na trwałość łańcuchów rozrządu. Sadza działa ściernie na sworznie łańcucha, powodując jego wydłużenie.

Po co nowe normy olejowe?

Producenci silników razem z instytutami badawczymi, organizacjami międzynarodowymi tworzącymi normy jakości dla olejów (API, ACEA, ILSAC) i oczywiście producentami olejów zaczęli poszukiwać rozwiązania w celu zmniejszenia występowania zjawiska LSPI i szkodliwego wpływu sadzy.

Ostatecznie okazało się, że zastosowanie oleju skomponowanego na odpowiedniej bazie wraz ze specjalnym pakietem dodatków (często innym) niż stosowany dotychczas, może znacząco wpłynąć na obniżenie zjawiska LSPI i ochronić łańcuch rozrządu przed nadmiernym zużyciem. Problemem jednak okazało się uzyskanie odpowiednich parametrów oleju bez używania dodatków przeciwzużyciowych na bazie cynku i molibdenu. Badania laboratoryjne potwierdziły, że pominięcie tych składników sprzyja powstawaniu zjawiska LSPI. 

Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (ACEA) w 2021 r. zdecydowało się wydać nową normę ACEA C6. Łączy ona zalety energooszczędności normy ACEA C5 z dodatkowymi wymaganiami, takimi jak:

  • znaczący wpływ oleju na zmniejszenie liczby zjawisk LSPI,
  • zabezpieczenie łańcucha rozrządu przed negatywnym wpływem sadzy,
  • zmniejszenie ilości osadów i zanieczyszczeń w turbosprężarce.

Jak zabezpieczyć się przed zjawiskiem LSPI?

W kwestii zjawiska LSPI producenci olejów są jednogłośni – żeby zminimalizować częstotliwość występowania spalania detonacyjnego, konieczne jest używanie olejów, które spełniają odpowiednie normy jakościowe.

Wielu producentów zaleca też stosowanie coraz popularniejszych płukanek silnika. Wymywają one osady sadzy, które znajdują się w silniku, a co najważniejsze – te, które osadziły się w rowkach pierścieniowych.

Sadza w rowkach pierścieniowych powoduje blokowanie pierścieni (zapiekanie) i utrudnienia ich prawidłowe funkcjonowanie, czyli zbieranie nadmiaru oleju z gładzi cylindra oraz uszczelnianie komory spalania.

Wniosek jest więc jeden – regularna wymiana oleju, utrzymywanie silnika w dobrej kondycji i nieprzedłużanie interwałów wymiany oleju mogą tylko pomóc. Częstotliwość występowania zjawiska LSPI może się zwiększyć w przypadku przedostawania się oleju do komory spalania, np. na skutek zużycia uszczelniaczy zaworowych, uszkodzenia turbosprężarki lub zatkania odmy. W każdej z tych sytuacji do komory spalania będzie dostawać się mgła olejowa, która może być źródłem zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej znajdującej się w cylindrze. 

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

O Autorze

Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama