Стучат пальцы двигателя при разгоне
Любой посторонний шум в двигателе автомобиля должен вызывать настороженность у водителя. Даже если неисправность никак не сказывается на ходовых характеристиках автомобиля, само ее появление должно заставить владельца машины задуматься о диагностике.
Одной из проблем, которую часто игнорируют водители, является стук пальцев в двигателе. Появляется он при наборе машиной скорости, и если не обращать на это внимание, со временем могут возникнуть серьезные проблемы в работе мотора. При этом чаще всего определить причину, почему стучат пальцы двигателя при разгоне, а также исправить ситуацию, водитель может без обращения в сервисный центр.
Оглавление: 1. Что означает стук пальцев при разгоне автомобиля 2. Чем опасен стук пальцев в двигателе 3. Почему стучат пальцы двигателя при разгоне
Что означает стук пальцев при разгоне автомобиля
Само определение «стук пальцев» не совсем верно описывает ситуацию, которая происходит в двигателе при возникновении рассматриваемой проблемы. Никакие «пальцы» в моторе не стучат, а сам звук появляется от удара взрывной волны о стенки цилиндров.
При нормально работе мотора топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания, и ее взрыв происходит равномерно, начинаясь от свечи зажигания. В такой ситуации скорость, с которой взрывная волна распространяется, находится на уровне около 20-30 м/с. Если же в двигателе имеются проблемы с детонацией, то есть в него поступает излишне обогащенная смесь, то она детонирует сразу после попадания в камеру сгорания. Взрывная волна начинает хаотично распространяться и сталкиваться со стенками цилиндра на огромной скорости, вплоть до 800-900 м/с.
Чем опасен стук пальцев в двигателе
Хаотично движущиеся в цилиндре элементы сгорания топлива повышают температуру стенок цилиндров. Если двигатель будет работать в таком режиме, то на все его элементы лягут дополнительные нагрузки. Когда водитель не обращает на проблему внимания, она приводит к следующим неисправностям:
- Искривление блока цилиндров;
- Повреждения клапана или шатунов;
- Деформация поршня.
Чем дольше разносится стук пальцев в процессе работы двигателя, тем быстрее возникнет необходимость капитального ремонта мотора.
Почему стучат пальцы двигателя при разгоне
Разгон автомобиля – это стрессовая ситуация для двигателя, особенно если речь идет о резком наборе скорости. Выжимая педаль в пол для резкого набора оборотов, например, с 1000 до 5000, водитель может услышать, что стучат пальцы в двигателе, и это нормально. Для быстрого набора оборотов, в двигатель подается больше топлива с прежним количеством воздуха, что может приводить к детонации.
Однако ситуация, когда при спокойном старте автомобиля и разгоне водитель слышит, что стучат пальцы, не считается нормальной. В таких случаях нужно как можно скорее выявить причину проблемы и устранить ее, чтобы избежать серьезных поломок двигателя.
Можно назвать следующие причины, почему стучат пальцы при нормальной работе двигателя:
Стоит отметить, что стук пальцев двигателя – это не всегда приобретенная в процессе эксплуатации проблема. Бывают ситуации, когда автомобиль поставляется с завода с неправильно подключенными датчиками, что приводит к такой проблеме. Данная ситуация особенно опасна, поскольку новый двигатель может получить серьезные повреждения. Если вы услышали стук пальцев в двигателе, незамедлительно устраните проблему.
Детонация и «стук пальцев»
С таким понятием как «стук пальцев» знаком, наверное, каждый отечественный автомобилист, независимо от того, профессионал он или любитель. Однако мало кто знает, что в действительности за этим скрывается не стук поршневых пальцев, а такое явление как детонация. Объяснить почему так произошло можно следующим образом. В старые времена в двигателях стучали действительно поршневые пальцы. Под действием больших температур и знакопеременных нагрузок из-за низкой прочности и твердости деталей появлялись зазоры в посадочных местах поршневого пальца, которые и являлись источниками стука. Сейчас же благодаря использованию качественных сталей и более высокоточным методам обработки деталей этот недостаток удалось устранить. Только вот название («имя») его осталось прежним, скрывая такое явление как детонация.
Признаки детонации
Детонацию очень легко определить на слух — она, как правило, проявляется в виде звонкого металлического стука. Кроме того, ее сопровождают и заметное снижение мощности, перегрев и неустойчивая работа двигателя, кратковременное появление черного дыма из выхлопной трубы, снижение температуры отработавших газов.
Что такое детонация?
Детонация — это самовоспламенение горючей смеси в камере сгорания, которое имеет характер взрывной волны. Наиболее часто она появляется при резком повышении нагрузки, например, при резком ускорении или же при движении на подъем. В этой ситуации водитель, как правило, со всей силой жмет на педаль газа, чем обеспечивается подача богатой смеси в цилиндры двигателя. Попав в цилиндры и заполнив все его объемы, на богатую горючую смесь начинают воздействовать высокие температура и давление. Высокое давление в камере сгорания создается по двум причинам: во-первых, при такте сжатия поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, т.е. повышает давление, во-вторых, после воспламенения основной части горючей смеси волна пламени, распространяясь по всей камере сгорания, создает фронт высокого давления, который также способствует повышению давления.
Под воздействием высоких давления и температуры в местах скопления несгоревшей горючей смеси образуются активные соединения (перекиси, альдегиды, спирты и т.д.). Достигнув критической величины, между этими соединениями начинают возникать цепные окислительные реакции, которые в итоге приводят к самовоспламенению смеси, имеющей к тому же взрывной характер. В месте взрыва происходит значительное повышение температуры и образование взрывной волны, фронт пламени которой распространяется со скоростью 1000 — 2300 м/с. Для сравнения, скорость распространения фронта пламени при нормальном сгорании горючей смеси — 20-30 м/с. Двигаясь с такой огромной скоростью взрывная волна ударяется о стенки цилиндров и камеры сгорания, при этом образуя все новые очаги самовоспламенения. В результате таких процессов в цилиндрах появляется большое количество взрывных волн, которые являются источником возникновения колебательных процессов в цилиндрах, вызывающих вибрации двигателя.
Что касается звонкого металлического стука, называемого в народе «стуком пальцев», а в теории двигателей — детонацией, то он появляется именно в результате многократно повторяющихся ударов взрывных волн о стенки цилиндров.
Последствия детонации
Бытует мнение, что увеличение давления за счет роста скорости распространения фронта пламени должно положительно отразиться на повышении мощности двигателя. На самом же. деле все происходит наоборот. Взрывные волны «живут» очень мало — меньше 0,0001 с, и на столько же времени происходит повышение давления на поршень, поэтому повлиять на повышение мощности за столь короткий промежуток времени они просто не успевают. А вот чтобы принести огромный вред этого времени, к сожалению, достаточно.
Ударяясь с огромной скоростью о стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, которая предохраняет детали цилиндро-поршневой группы от сухого трения и коррозионного износа под воздействием активных элементов продуктов сгорания. Давление фронта взрывной волны достигает величины более 70 кгс/см2, что может привести к механическим повреждениям деталей двигателя. При наличии ударных волн резко возрастает отдача тепла от сгоревших газов к стенкам цилиндров, что вызывает перегрев двигателя. А перегрев, в свою очередь, становится причиной разрушения некоторых деталей двигателя: прокладки между головкой и блоком, обгорания кромок поршней, свечей зажигания. В сумме все эти негативные влияния приводят к значительному уменьшению моторесурса двигателя.
Кроме механических повреждений, детонация несет в себе и ухудшение эксплуатационных показателей работы двигателя, о которых мы уже упоминали, — снижается мощность двигателя, ) повышается расход топлива.
Факторы, влияющие на появление детонации
Появлению детонации способствуют много факторов, и все они имеют одну общую черту — уменьшают задержку самовоспламенения несгоревшей части горючей смеси, удаленной от свечи зажигания или, проще говоря, в камере сгорания создаются благоприятные условия для более быстрого протекания окислительных реакций горючей смеси. Итак, появлению детонации способствуют следующие факторы:
Во-первых — состав горючей смеси. Так, богатая смесь, имеющая соотношение воздух — топливо, равное 9,0, при попадании в камеру сгорания под действием высокого давления и температуры формирует в ее отдаленных уголках очаги возникновения окислительных реакций, которые являются (источниками самовоспламенения — детонационного сгорания топлива.
Во-вторых — угол опережения зажигания. Его увеличение приводит к сдвигу пика максимума давления в процессе сгорания горючей смеси ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), из-за чего происходит увеличение давления в камере сгорания. А увеличение давления, как мы уже знаем, входит в число основных виновников «рождения» детонации.
В-третьих — октановое число топлива. Чем ниже октановое число топлива, тем больше вероятность детонационного сгорания горючей смеси. Объясняется это ростом химической активности топлива к окислению при снижении его октанового числа. Именно поэтому мы наиболее часто и слышим «стук пальцев» при использовании 76-го бензина в двигателях, которым рекомендуется бензин с октановым числом 92 и более.
В-четвертых степень сжатия. Для начала напомним: степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Увеличение степени сжатия приводит к повышению давления и температуры в камере сгорания и, естественно, к созданию благоприятных условий для детонационного сгорания топлива. По этой причине для всех двигателей с высокой, степенью сжатия должен использоваться высокоэтилированный бензин.
В-пятых — конструкционные недостатки. К ним можно отнести: а) более плохие условия охлаждения несгоревшей, удаленной от свечи зажигания части горючей смеси; б) замедленный процесс догорания смеси из-за неудачной конструкции камеры сгорания; в) плохой отвод тепла от центра поршня к стенкам цилиндра, например, из-за выпуклой конструкции днища поршня, где теплу требуется пройти больший путь, чем при плоской конструкции днища; г) большой диаметр цилиндров с одной стороны ухудшает отвод тепла, с другой — камера сгорания получает большее количество удаленных от свечи зажигания зон, чем увеличивается вероятность появления очагов детонационного сгорания горючей смеси.
Барьеры на пути детонации
Хорошо, что в противовес факторам, способствующим появлению детонации, существуют и факторы, препятствующие ее возникновению. Все они, как правило, ускоряют сгорание несгоревшей части горючей смеси во фронте пламени, идущей от искры зажигания, или же замедляют протекание окислительных реакций — источника самовоспламенения.
Это, во-первых, повышение числа оборотов двигателя. За счет этого уменьшается время на протекание окислительных реакций, соответственно уменьшается и вероятность самовоспламенения.
Во-вторых, турбулизация (вращение) потоков смеси в камере сгорания. Организация вращения потоков горючей смеси в камере сгорания ускоряет распространение фронта пламени от искры зажигания, чем предупреждается появление детонации.
В-треть их, уменьшение пути проходимого фронтом пламени. Это скорее конструкционное решение проблемы. На практике оно выражается в уменьшении диаметра цилиндров или же в установке двух свечей зажигания на один цилиндр.
В недалеком прошлом в борьбе с детонацией большой популярностью у некоторых наших автолюбителей-рационализаторов пользовались «капельницы» — устройства, подающие воду в цилиндры двигателя. Они действительно снижали вероятность появления детонации, однако из-за малой надежности конструкции, а главное из-за негативных свойств воды (коррозионная активность, высокая температура замерзания) не получили дальнейшего распространения.
Успешным примером борьбы с детонацией в отечественном автомобилестроении может стать форкамерно-факельное зажигание, используемое в двигателе автомобиля ГАЗ-3102 «Волга». Камера сгорания такого двигателя состоит из двух полостей — большой и малой. В малой полости происходит образование богатой горючей смеси, а в большой — бедной. В момент подачи искры в малую полость происходит воспламенение и сгорание богатой смеси, а образовавшийся фронт пламени, попадая через специальные отверстия в большую полость, воспламеняет бедную смесь. Этим и исключается появление детонации.
За рубежом борьба с детонацией идет еще более активно. Развитие электроники позволило создать микропроцессорные системы управления двигателем. Их интеллектуальные возможности позволяют с помощью специальных датчиков следить за происходящими внутри цилиндров процессами и влиять на их протекание путем изменения состава горючей смеси и угла опережения зажигания.
Самым последним и, пожалуй, эффективным достижением в борьбе с детонацией стало создание двигателя, способного работать на сверхобедненных смесях, имеющего в среднем по всему объему камеры сгорания значение соотношения воздух — топливо 40:1 у Mitsubishi или даже 50:1 у Toyota.
Калильное зажигание
Очень часто среди владельцев автомобилей возникают споры относительно того, чем отличается детонация от калильного зажигания. С детонацией, я думаю, мы уже разобрались, теперь познакомимся с калильным зажиганием, которое также хранит в себе массу опасностей для автомобильного двигателя. Напомним, что калильное зажигание — это воспламенение топлива (горючей смеси) в камере сгорания от нагретых деталей двигателя (головок выпускных клапанов, электродов свечей зажигания) или же от раскаленных частиц нагара. Воспламенение может происходить преждевременно, т.е. до подачи искры на свечу зажигания или после воспламенения основной части топлива.
Основным отличием калильного зажигания от детонации является скорость распространения фронта пламени. При воспламенении горючей смеси от накаленных поверхностей скорость распространения фронта пламени почти такая же, как и при воспламенении от искры свечи зажигания. Поэтому калильное зажигание не несет в себе той разрушительной силы, которая скрыта во взрывной волне при детонации. Тем не менее оно также таит неприятности. При преждевременном воспламенении смеси происходят резкие обратные удары на коленчатый вал, иногда вызывающие его поломку. Как и при детонации, при преждевременном воспламенении от накаленных деталей происходит увеличение отдачи тепла от отработавших газов к стенкам камеры сгорания из-за увеличения нахождения этих газов в камере сгорания. А это вызывает перегрев двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Определить на слух калильное зажигание трудно, так как оно выражается в глухих стуках и на фоне общего шума его почти не слышно. Легче всего его обнаружить при выключении зажигания. Если двигатель продолжает работать значит топливо воспламеняется от нагретых поверхностей деталей или частиц нагара, т.е. «работает» калильное зажигание. Для борьбы с этим недостатком, основным виновником которого является нагар, в настоящее время имеется множество средств (присадки к топливу, аэрозолей и т.д.). Самым же простым «дедовским» методом в борьбе с калильным зажиганием считается режим движения автомобиля в течение 5-10 мин., при котором он полностью загружен и движется с максимальной скоростью на прямой передаче. Этого времени ему вполне достаточно для выгорания скопившегося нагара в камере сгорания. Если же источником калильного зажигания являются раскаленные детали двигателя, ищите причину перегрева, не забыв при этом о детонации, как источники перегрева.
Что означает выражение «стучат пальцы»?
В знаменитом фильме «Трактористы» 1939 года главный герой Николая Крючкова прислушивается к работе двигателя трактора и выносит вердикт: «стучит палец в третьем цилиндре». С тех пор это выражение стало крылатым и нередко используется мастерами применительно ко всем звукам из моторного отсека. Однако это далеко не всегда правильно. Стук пальцев в моторе отличается от многих других и, как правило, свидетельствует о сильном износе деталей или о неквалифицированном «колхозном» ремонте цилиндро-поршневой группы, который и имелся ввиду в культовом советском фильме. Так что же такое «стук пальцев» и о чем он свидетельствует?
Статья по теме
Износ деталей
Поршневой палец является составным элементом кривошипно-шатунного механизма. Эта деталь представляет собой металлическую ось внутри головки поршня для закрепления шатуна. Пальцы позволяют создать подвижное соединение шарнирного типа, на которое передается вся нагрузка при работе цилиндра. В результате сгорания топливно-воздушной смеси энергия взрыва давит на поршень и шарнир. Параллельно на палец воздействует сила инерции, а также усилие на изгиб.
Чаще всего стук поршневых пальцев возникает по причине катастрофического износа деталей. Также возможен вариант, когда во время ремонта двигателя и установки новых поршневых элементов мастерами были допущены ошибки. К примеру, были выбраны детали не по размеру, из-за чего пальцы не соответствуют посадочному месту, что возможно только из-за низой квалификации работников сервисного центра. В результате возникшего люфта наблюдаются удары внутри узла при нахождении поршня в верхней или в нижней точках своего хода. Тем самым при перекладке поршня растут нагрузки, а вместе с ними и выработка материала. На пальце и в мягком алюминиевом гнезде появляются канавки, которые еще больше усиливают вибрации и посторонние звуки.
Диагностировать эти стуки можно на слух. На первых порах опытные мотористы могут определить даже небольшой люфт с помощью медицинского стетоскопа, который прикладывают к стенкам блока цилиндров. Мотор выслушивают, как больного человека.
Если проблема уже застарелая, то стук настолько силен, что превышает по интенсивности и звону шумы работающих механизмов мотора и хорошо прослушивается без всяких приборов.
Детонации в двигателе
Еще одна причина сильного стука пальцев — это детонации мотора из-за низкооктанового топлива. Дело в том, что в силовом агрегате топливо должно сгорать с заранее просчитанной температурой и отдавать поршням ровно то количество энергии, что необходимо. Однако если в бак залит бензин с низким октановым числом, то при цикле сжатия, когда поршень сдавливает смесь, происходит преждевременная детонация горючего. Возникает серия взрывов внутри камеры сгорания, препятствующая правильному ходу поршня. При взрыве температура в камерах подскакивает в десятки раз, а детали переживают разрушающую ударную волну. Значительно растут нагрузки на головку поршня и на поршневые пальцы. В результате поршень буквально «шатается» в цилиндре и бьет юбкой по стенкам гильзы. Водитель при разгоне автомобиля может слышать отчетливый металлический звон в двигателе. Параллельно с этим снижается мощность мотора, двигатель начинает дымить и вибрировать. Причем из-за неправильного бензина «стук пальцев» появляется не в одном цилиндре, а сразу во всех. В итоге стенки цилиндров обрастают задирами, кольца оплавляются, а в соединениях пальцев появляется люфт.
В современных автомобилях со сложными системами самодиагностики есть датчики детонаций, которые по вибрациям фиксируют первые опасные подрывы смеси и изменяют угол опережения зажигания, чтобы защитить технику и воспрепятствовать описанному эффекту. Но если часто раскручивать двигатель до красной зоны, то детонаций все равно не избежать. Уже к 150 тыс. км пробега накапливается столько повреждений, что при частой езде на низкооктановом топливе мотору необходим капитальный ремонт.
Вопрос-ответ
Перекос шатуна
Еще стуки пальцев могут появляться при значительной выработке цилиндра в верхней части или при большом количестве сажевых отложений. Появляется препятствие, которое при перемене направления хода поршня в верхней точке заставляет его головку смещаться в боковом направлении, из-за чего шарнир перекашивается, и юбка бьется о стенку.
Также удары по стенкам могут появиться из-за искривления шатуна вследствие пережитого когда-то гидроудара. В этом случае поршень отклоняется от оси симметрии механизма и задевает юбкой стенку гильзы. Дополнительным признаком искривления детали является повышенная вибрация при работе двигателя, из-за чего силовой агрегат ощутимо трясет.
Стучат пальцы двигателя при разгоне
Любой посторонний звук в моторе машины всегда вызывает настороженность у ее владельца. Опытные автомобилисты знают, что даже небольшая поломка, оставленная без внимания, в дальнейшем может стать источником серьезных проблем в работе двигателя.
Одной из самых распространенных неприятностей считается так называемый “стук пальцев двигателя”, за которым в реальности скрывается детонация, возникающая вследствие постоянно повторяющихся ударов взрывной волны о внутренние поверхности цилиндров при самовозгорании горючего в камере внутреннего сгорания.
В стабильно работающем моторе характерные звуки сопровождают резкое увеличение нагрузки, когда водитель выжимает педаль газа, быстро набирая скорость. При этом в двигатель поступает больше горючего с прежним объемом воздуха, а в цилиндрах образуется больше взрывных волн, которые вызывают его вибрации.
Проблемной становится ситуация, когда стучат пальцы ДВС при обычном старте и постепенном разгоне авто. В этом случае необходимо как можно раньше определить источник неисправности и нивелировать его. Сделать это можно самостоятельно или обратиться за помощью к мастерам сервисного центра.
Детонация и стук пальцев: что происходит в реальности
На заре автомобилестроения и в более поздние годы стук поршневых пальцев в двигателях машин был довольно частым явлением. Источниками звука становились зазоры в посадочных местах пальцев, образовавшиеся под давлением высоких температур и больших нагрузок на детали небольшой прочности и устойчивости к износу.
Современные автомобили изготавливаются из стали высокого качества с использованием специальных технологий обработки деталей, которые практически полностью исключают вероятность повреждения поршневых пальцев. Однако название неисправности сохранилось. Сегодня оно определяет характерные звуки, возникающие от ударной волны, которая образуется при взрыве горючего в камере внутреннего сгорания, или детонацию двигателя.
Проблема требует быстрой диагностики и своевременного вмешательства. В противном случае небольшая поломка способна привести к серьезным последствиям и дорогостоящему ремонту.
Множественные взрывные волны резко увеличивают теплоотдачу от сгоревшего топлива к поверхностям цилиндров, вызывая перегрев двигателя и уменьшая его эксплуатационные показатели (падает мощность двигателя, увеличивается расход горючего).
Сталкиваясь с внутренними поверхностями цилиндров, взрывные волны нарушают целостность масляной пленки, которая защищает элементы от коррозии и износа. В результате искривляются цилиндрические блоки, повреждаются клапаны, шатуны, деформируются поршни, свечи зажигания, уплотнители.
Самые тяжелые последствия детонации проявляются в необходимости проведения капитального ремонта двигателя, который может выйти из строя в короткое время.
Почему стучат пальцы двигателя
Появлению детонации предшествует ряд факторов, которые ускоряют окислительные процессы горючего в камере внутреннего сгорания:
- использование некачественного или не рекомендованного производителем топлива с более низким октановым числом провоцирует проблемы сжатия, а следовательно, увеличение способности горючего к окислению;
- неверно определенный угол опережения зажигания приближает точку максимального сгорания бензина к верхней мертвой точке (ВМТ), увеличивая давление в камере внутреннего сгорания;
- сбой в работе определителя расхода воздуха нарушает цепочку передачи сигналов в электроблок управления.
Кроме того, детонация в двигателе может возникнуть как следствие конструкционных недостатков — неверно присоединенных датчиков, большого диаметра цилиндров и прочих. В этом случае необходимо срочно исправить недочеты во избежание серьезных поломок двигателя.
Как устранить неисправность
При первых признаках детонации двигателя рекомендуется проверить его состояние и нивелировать причину неисправности:
- для проверки зажигания карбюраторного мотора автомобиль разгоняют до 40 км/ч, включают 4-ю передачу и выжимают педаль газа в пол — при исправной работе ДВС детонирует на протяжении нескольких секунд, после чего явление исчезает;
- если стучат пальцы холодного мотора сразу после заправки, лучше слить некачественное горючее, заменив его бензином с более высоким октановым числом;
- снижение чрезмерных нагрузок на двигатель при низких оборотах и контролируемая нагрузка увеличат его работоспособность и существенно снизят риск возникновения детонации — именно поэтому городским жителям рекомендуется иногда выезжать на трассу и разгонять машину, сжигая мусор в камере внутреннего сгорания.