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

[Oilfan 118]

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/

 

[malykh 186]

Вот оригинал: http://digitaleditions.walsworthprintgroup.com/publication/?i=257835&p=114

===

Those of us who attended the 2015 Fuels and Lubes Conference and Exhibition in Singapore in March heard from many stakeholders on the subject. Teri Kowalski, principal engineer for Vehicle Regulation & Certification Engineering at the Toyota Technical Center, explained some of the reasons for the delay. She said, “While each new GF specification required some updating of the required tests, GF-6 will require replacement of four of the test sequences and at least two new tests, specifically to address concerns with timing chain wear and low-speed pre-ignition.” While some uncertainty remains, it now appears the earliest introduction of GF-6 will be in January 2018.

===

Т.е. ожидать в самое ближайшее время GF-6 не стоит.

[Elena RAV 124]

я тут читал журнальчик один, в статье говорилось о новом стандарте 0W-16 Ilsac GF-6.

Что она имела ввиду под низкая скорость раннего зажигания я сам не понял, может "на низких скоростях"

 

Это проблема раннего воспламенения в GDI моторах турбированных. Поршень идёт вверх, а ему навстречу бабах! Нам показывали на обучении в Германии на RAVENOLe анимацию как и почему это происходит. Это учтено в рецептурах RAVENOL EFE 0W-16, RAVENOL ECS 0W-20, RAVENOL SFE 5W-20.

Изменено 23 июня 2015 пользователем Elena RAV

[roxi 482]

Это проблема раннего воспламенения в GDI моторах турбированных. Поршень идёт вверх, а ему навстречу бабах! Нам показывали на обучении в Германии на RAVENOLe анимацию как и почему это происходит. Это учтено в рецептурах RAVENOL EFE 0W-16, RAVENOL ECS 0W-20, RAVENOL SFE 5W-20.

Не могли бы Вы подробнее написать, раз уж заикнулись, как и почему это происходит в турбированных GDI моторах и как это учтено в рецептурах RAVENOL?

[Elena RAV 124]

Не могли бы Вы подробнее написать, раз уж заикнулись, как и почему это происходит в турбированных GDI моторах и как это учтено в рецептурах RAVENOL?

 

Струя топлива при впрыске бьёт в стенку цилиндра на которой масляная плёнка. Отрываются микрокапли смеси топлива с маслом и это провоцирует ранее воспламенение. Так же влияние на это оказывают продукты износа в камере сгорания. Усиливается эффект так же с деградацией масла и повышением кислотного числа. Нейтрализуется эффект присадкой.

[dimm7777 5 746]

Струя топлива при впрыске бьёт в стенку цилиндра на которой масляная плёнка

так вроде у дизеля впрыск идёт в конце такта сжатия, т.е. когда поршень около ВМТ, соответственно, там и масла быть не может - это же выше поршневых и маслосъёмных колец.

Да и у впрысковых бензиновых аналогичная ситуация - топливо при попадании в цилиндр образует, т.н., топливо-воздушную смесь, по сути - газ.

Хотя, может быть вы не автомобильные ДВС имеете в виду?

[malykh 186]

По поводу LSPI есть неплохая презентация 2014 года:

(The Impact of Low Speed Pre-Ignition on Next Generation Engine Oils)

Там есть про связь LSPI и масла (что будет учтено в GF-6).

[Elena RAV 124]

ну ну :D

 

Вот примерно то, что с 19 страницы этой афтоновской презентации нам и показывали, только в виде анимации.

 

Я примерно так и объяснила, а вы сразу ржать надо мной! :down:

[torcon 81 523]

@malykh, большое спасибо за документ наглядно и понятно.

Low Speed Pre-ignition (природа возникновения - картинками все показано в документе выше)

1) LSPI происходит реже на ПАО, нежели на кряке, минералке II группы.

2) Больше кальция в масле - чаще самовоспламенения LPSI

3) Больше молибдена - меньше LPSI

Вот этот тест на LPSI и должен был быть включен в Sequence для Ilsac GF-6.

 

Полнозольники без молибдена скоро нельзя будет спокойно лить в японцев корейцев.

[torcon 81 523]

@Elena RAV, все верно мадам, здесь вы знали больше меня. Про LSPI первый раз сегодня услышал. За сим пардон, был дураком.

[power1 36 121]

Я одного не пойму. Эти двигатели уже как двадцать лет выпускают, а о преждевременной детонации заговорили только сейчас. Почему раньше молчали?

ну об этом феномене раннего самовоспламенения у двигателей с компрессором и (или) турбиной известно уже порядка 10 лет, правда причины еще не окончательно ясны, ведь это проявляется только на относительно низких оборотах, а обратили внимание в связи с существенным увеличением парка машин с такими моторами -

 

http://pceo.com/GDI_and_Turbocharging_Rinek

 

http://www.ukintpress-conferences.com/uploads/SPEX12/Day1_6_Rik_Alewjinse.pdf

 

http://papers.sae.org/2014-01-2688/

[Палыч314 1 332]

@torcon, теперь ясно почему в спортивных маслах низкое TBN (мало кальция) и для чего там молибден.

[torcon 81 523]

Палыч да какой мало кальция? Посмотри:

Valvoline VR1 Racing 5W-50 - кальция 3200ppm

liqui Moly Molygen 5W-50 - 3200ppm

Аmsoil Signature Series Synthetic 5W-30 - 3800ppm

Mobil1 5W-50 - 3300ppm

 

Я бы не мешал это сюда GDI и без LSPI проблемные в плане засирания впускных клапанов и поршней. Им от природы надо меньше кальция-золы.

[Oilfan 118]

Если коротко, Кальций увеличивает вероятность LSPI, а цинк с фосфором и молибденом наоборот прекращают. В статье есть даже концентрации в масле определенные экспериментальным путем. С учетом этой информации проанализировав составы масел, вижу, что разработчики все это учитывают и соблюдают баланс элементов в маслах для турбомоторов!

 

Чем больше Мо и цинка с фосфором и меньше кальция, тем устойчивее масло к лспи. Но не забываем, что кальций хорошая моющая присадка и выше 2000 мг вреда от него не возрастает. Так лучше его нейтрализовать, чем убрать. Это к тому, что не стоит гнаться за безкальцевыми маслами, когда есть не мало прекрасных масел с кальцием и без вреда от него.

Изменено 5 февраля 2016 пользователем Oilfan

[Oilfan 118]

Решил еще Форд Формулу 5W30 посчитать, на этом масле ни одна сотня сломанных поршней.

 

Кальций 3020, Цинк 829, Фосфор 706, Молибден 106. Тут просто огромный дисбаланс в сторону Кальция! Может поэтому на нем Экобусты гробятся! Нет, конечно это не значит, что сразу и все и у всех, но возможно на нем запаса прочности не много. К тому же эта LSPI возникает при стечении определенных обстоятельств, но все же возможно не зря дилеры его в Экобусты стараются больше не лить.

Изменено 5 февраля 2016 пользователем Oilfan