LSPI arba kaip “džedajai” alyvos kompoziciją keitė

LSPI arba kaip “džedajai” alyvos kompoziciją keitė

Kaip sakė vienas variklių korifėjus – “reikia suformuluoti konkrečią užduotį”. Ir šiuolaikiniai inžinieriai, konstruojantys variklius ją turi: mažinti emisijas, mažinti kuro sąnaudas, didinti efektyvumą ir t.t. Nors jau sunkiai liežuvis verčiasi vadinti tai “užduotimi”. Tai jau kažkoks sadistinis rankų sukinėjimas, kurį panašu, kad artimiausiu metu teks sumažinti. Na, o kol dar užduotys nėra supaprastintos, variklių kūrėjai iš kailio neriasi, kad įvykdyti keliamus ekologijos reikalavimus. Kad ir išsukinėtomis rankomis, bet vis dar šviesiomis galvomis, inžinieriai “pagimdo” GDI (Gasoline Direct Injection) – liaudyje pakrikštytas kaip “džedajus” (tie patys FSI, TFSI, EcoBoost, D4 ir t.t.). Nieko ypatingo, visi dviračiai jau seniai išrasti: blokas, galva, stūmokliai, turbina, aukštas kuro slėgis, tiesioginis benzino įpurškimas ir t.t. Seni ingredientai, receptas naujas, atitinkantis šiuolaikinius reikalavimus. Tik, nuo tokio recepto mūsų “džedajui” kartais, nei iš šio nei iš to paleisdavo vidurius. Tiesiogine ta žodžio prasme – arba švaistiklis per pusę, arba stūmoklis į gabalus. Vieną kartą… nu OK. Du kartus – bala nematė. Bet kai tai pradėjo kartotis dažniau – teko kreiptis pas daktarus. O tie nustatė – naują ligą LSPI – Low-Speed-Pre-Ignition. Liga nauja, vaistų nėra… Grynai kaip koks Covid-19. Bet… apie viską nuo pradžių…

Deflagracija (angl. deflagration) – medžiagos degimas, kai degimo zona sklinda iki garsinių greičių dėl šiluminio laidumo (degančios medžiagos šiluma įkaitina gretimas dar šaltas sritis, dėl ko šios irgi užsidega). Dažniausiai deflagracija vadina sprogimo tipo degimą, kai sprogimo sklidimas neviršija garso greičio toje medžiagoje. Inžinerijoje deflagraciją naudojama objektams judinti besiplečiančių dujų jėga. Pvz. kulką ginklo vamzdyje, arba mūsų atveju – stūmokliui cilindre. Benzino ir oro mišinys dega 20-50 m/s greičiu. Kaip matote, toks greitis nelabai skiriasi nuo stūmoklio judėjimo greičio. Kitaip tariant, toks degimas yra saugus varikliui. Tokį degimą mes norime turėti visada. Bet ne visada pavyksta. Priešprieša Deflagracijai būtų Detonacija. Tai toks sprogstamasis degimas, kai sprogimo bangos greitis sklinda greičiau už garsą. Detonacija dažniausia vyksta po to, kai žvakė skelia kibirkštį ir stūmoklis jau juda žemyn. Tada iš variklio mes girdime smagų tuk tuk. Bet detonacija yra nuspėjamas ir kontroliuojamas reiškinys. Legendos byloja, kad kai kurie meistrai trumpose lenktynėse, tokiose kaip drag ar drift, specialiai taip sureguliuoja variklį, kad jis šiek tiek detonuotų . Bet čia legendos. Žodis detonacija turi ir kitą reikšmę – muzikinę – atlikėjo nukrypimas nuo užduoto tono. Sprendimas, kaip kontroliuoti detonaciją – irgi muzikinis. Tiesiog prisukti prie variklio keletą “mikrofonų” – knock sensor. Mikrofonai įdėmiai klausosi variklio ir jei tik prasideda detonacija, jie perduoda signalą į ECU, kuris pakoreguoja variklio darbą – degimo kampą, kuro kiekį ir pan.

O tai kas tas LSPI? Low speed pre ignition, tai toks degimas, kai kuro mišinys užsidega dar prieš tai, kai žvakė skelia kibirkštį.

LSPI

LSPI – tai sudėtingas, neprognozuojamas ir sunkiai kontroliuojamas reiškinys, atsirandantis siaurame sūkių diapazone (1500 – 2500 RPM) užmynus tapkę iki dugno. Kodėl turbo GDI varikliuose? Todėl, kad jame daug planetų išsirikiavo į vieną eilę. Turbina, tiesioginis įpurškimas, bloga turbulencija degimo kameroje, degėsiais apsinešęs įpurškimo vožtuvas, benzino įpurškimas suspaudimo, o ne įsiurbimo takte, ko pasekoje benzinas turi labai trumpą laiką susimaišyti su oru ir dar daug kitų priežasčių. Maždaug 2015 metais įvairių sričių specialistai pradėjo ieškoti atsakymų į klausimą kodėl tai atsiranda ir kaip su tuo kovoti. Kadangi LSPI efektas buvo naujas ir mažai ištirtas – ne iškart pavyko jį atkurti laboratorijoje. Bet su laiku pavyko išsiaiškinti priežastis. Kadangi benzinas įpurškiamas tiesiai į kamerą, tai turi reikšmės kokių kampu jis įpurškiamas. Reikšmės turi ir kokiame takte jis įpurškiamas – įsiurbimo ar suspaudimo. Jei benzinas įpurškiamas įsiurbimo takte, tai jis neblogai susimaišo su alyva nuo cilindro sienelių. Tokio mišinio oktaninis skaičius žemesnis nei benzino. Jis gali užsidegti nuo įkaitusių paviršių ar įkaitusios žvakės. Dar viena priežastis, nuo ko ne laiku gali užsidegti kuro mišinys, tai į degimo kamerą įkritęs gabaliukas nuosėdų nuo įpurškimo vožtuvo. Kada benzinas purškiamas į įsiurbimo kolektorių, tai pro įsiurbimo vožtuvą praeina kuro mišinys, kuris gerai tą vožtuvą nuplauna. GDI atveju, kuras purškiamas tiesiai į cilindrą, o pro įsiurbimo vožtuvą įtraukiamas tik oras. Todėl visi sudegę ir nesudegę alyvos priedai ir kiti degimo produktai puikia nusėda ant įpurškimo vožtuvo.
Ką daryti? Kaip apsisaugoti? Variklių gamintojai keitė purkštuko vietą, keitė stūmoklio galvos dizainą, kad įpurkštą kurą turbulencija nukreiptų į uždegimo žvakę. Netgi pastatė papildomus purkštukus į kolektorių. Tokia sistema vadinama Dual Injection. Tuo tarpų žvakių gamintojai rekomenduoja naudoti vadinamas “šaltas” žvakes ir būtinai atkreipti dėmėsi į jų užveržimo jėgą. Na, o ką tepalistai? O jie eksperimentavo ir matavo. Buvo nustatyta, kad kalcio sulfonatai įtakoja LSPI atsiradimą. Kalcio sulfonatai – tai detergentas alyvoje, paprastai tariant: priedas kuris plauna. Pabrėžiu, kalcio sulfonatas, tai nėra LSPI atsiradimo priežastis, bet jo kiekis alyvoje gali įtakoti jo dažnumą. O pvz. ZDDP priedas, ar molibdeno junginiai, kaip tik mažina LSPI. Bet išimti kalcio sulfonatus iš alyvos ir pridėti daug ZZDP – negalima. Turi būti balansas. Alyva turi daug užduočių, kurias reikia vykdyti. Reikėjo bandyti įvairias alyvos kompozicijas, įvairias bazines alyvas ir pan. Tam reikėjo testavimo įrangos ir metodikos. Iš pradžių buvo bandyta pritaikyti testavimo įrangą skirtą dyzeliniams varikliams, bet tai nedavė norimo rezultato. Todėl buvo sukurtas Sequence IX Engine Test . Teste naudojamas 2.0 litrų Ford Explorer 2012 metų variklis. Variklyje daromos keturios iteracijos po 175 000 kuro uždegimo ciklus. Kur vidutinis LSPI atveju skaičius ne daugiau 4 per visas iteracijas, bet ne daugiau kaip 8 LSPI atvejai vienos iteracijos metu. 2017 metais atsiranda tarpinė API SN+ specifikacija, o šiek tiek vėliau API SP ir ILSAC GF6. Kas pasikeitė? Pasikeitė alyvos kompozicija. Kalcio sulfonatų sumažėjo, padidėjo magnio junginių. Alyva tapo švaresnė. Kažkokios revoliucijos neįvyko, tiesiog pasikeitė užduotis, pasikeitė ir priedų balansas alyvoje. Beje, su tuo Fordo varikliu atliekami ir kiti įdomus testavimai. Pvz Sequence X Test (Chain-wear Test) Tai testas, kaip variklio alyva gali įtakoti grandinės išsitempimą GDI varikliuose.
Tai va tai šitaip, va ir va kaip “džedajai” alyvos kompoziciją keitė…

Dalintis