- Przedwczesny zapłon powoduje spalanie stukowe, tyle że wyjątkowo intensywne
- Standardowe zabezpieczenia przeciwstukowe silników z LSPI sobie nie radzą
- Regularna wymiana oleju i stosowanie paliw wysokiej jakości ograniczają ryzyko problemów
- Jazda "ekologiczna", na niskich obrotach , zwiększa ryzyko zniszczenia silnika
Moda na downsizingowe silniki ostatnio nieco osłabła, od kiedy wprowadzono bardziej życiowe metody badania emisji spalin i okazało się, że po zmianie metodologii małe i mocne silniki nie wypadają już tak świetnie w oficjalnych testach.
Nie zmienia to jednak faktu, że w ciągu ostatniej dekady na drogi trafiły miliony aut z silnikami o niewielkiej pojemności, ale wysokiej mocy osiąganej głównie dzięki wysokiemu ciśnieniu doładowania. 150 KM z litra czy 200 KM z półtora litra pojemności? W dobie silników TSI, TFSI, EcoBoost czy Tce nikogo już nie dziwi! Kiedyś taki stosunek mocy do pojemności miały silniki aut wyczynowych, których trwałość liczono raczej w godzinach niż w setkach tysięcy kilometrów. Czy dzisiejsze, małe i wysilone jednostki, mimo olbrzymich obciążeń, mają przed sobą dłuższy żywot? Tak, ale...
Coraz częściej do serwisów trafiają poważnie uszkodzone downsizingowe silniki, w przypadku których mechanicy często nie są w stanie od razu określić bezpośrednich przyczyn awarii. Fachowcy znają już jednak odpowiedź – tym, co zabija wysilone jednostki z bezpośrednim wtryskiem jest zjawisko nazywane LSPI czyli "Low Speed Pre-Ignition" – przedwczesny zapłon przy niskich obrotach.
Dlaczego dochodzi do przedwczesnego zapłonu?
Problem dotyczy doładowanych silników benzynowych o wysokim stopniu sprężania i z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Największe zagrożenie występuje przy nierozgrzanym silniku, który przy niskich obrotach poddawany jest wysoki obciążeniom, np. podczas podjazdu pod wzniesienie czy po prostu przy przyspieszaniu na wysokim biegu, od niskich obrotów. Powód leży po części w budowie takiego silnika. Końcówki wtryskiwaczy znajdują się wewnątrz komór spalania, a nie w kolektorze dolotowym. Skutek tego jest taki, że wtryśnięta benzyna ma bardzo mało czasu na odparowanie i wymieszanie się z powietrzem w komorze spalania. Dla porównania – w silnikach z wtryskiem pośrednim proces ten odbywa się w drodze z kolektora dolotowego do cylindrów. Jeśli benzyna w ułamku sekundy nie odparuje w pełni (bo silnik jest zbyt zimny), mieszanka robi się punktowo zbyt bogata.
Skutek uboczny jest jednak taki, że nie dochodzi do całkowitego spalenia wtryśniętego paliwa – część zostaje w formie nagarów, często na samym wtryskiwaczu i tuż obok niego. Szczególnie w przypadku aut używanych głównie na krótkich trasach ilość osadów zbierających się z czasem w cylindrach bywa zastraszająca. Wtryskiwacze są tak nimi oblepione, że paliwo nie jest poprawnie rozpylane i do cylindrów trafia go zbyt mało. W końcu dochodzi do nadmiernego zubożenia mieszanki. Na tym jednak nie koniec – zebrane nagary w miarę nabierania temperatury zaczynają się żarzyć. To bardzo niebezpieczne, bo żar działa jak świeca, zapala wtryskiwane paliwo. Tyle, że robi to w zupełnie nieodpowiednim momencie, na długo przed precyzyjnie wyliczoną przez sterownik silnika iskrą ze świecy. Silnik zaczyna stukać podobnie, jak przy źle ustawionym zapłonie albo nieprawidłowej jakości paliwa – tyle, że to spalanie stukowe zachodzi tu ze znacznie większą intensywnością. Dlatego właśnie w wielu źródłach LSPI nazywane jest spalaniem "superstukowym" (super knock).
LSPI czyli zabójczy dla silników przedwczesny zapłon
Niekontrolowany przebieg procesu spalania to coś, co może niezwykle szybko zniszczyć silnik. W przypadku wystąpienia LSPI do zapłonu mieszanki w cylindrze dochodzi na długo przed tym, kiedy tłok znajdzie się w górnym martwym punkcie, czego efektem jest zwielokrotnienie sił działających na tłok i korbowód. Niekiedy dochodzi wręcz do rozerwania tłoka! Podczas występowania przedwczesnego zapłonu maksymalne ciśnienie w komorach spalania może być nawet 5-6 krotnie wyższe od występującego podczas normalnej pracy silnika! Na skutek tego zjawiska może dojść do uszkodzenia pierścieni (czego skutkiem jest z reguły znaczny wzrost zużycia oleju), zniszczenia tłoków, korbowodów, panewek, wału korbowego czy turbosprężarki. Warto mieć świadomość, że nowoczesne silniki są projektowane z założeniem stosunkowo niewielkich rezerw wytrzymałości – chodzi o oszczędności kosztów produkcji i wagi silników.
Problemy przez złe (za dobre?) oleje
Innym czynnikiem, który znacząco zwiększa ryzyko wystąpienia LSPI, są stosowane w wielu nowoczesnych silnikach oleje o skrajnie niskiej lepkości, np. 0W 16 czy 0W 20. Niska lepkość pomaga uzyskać bardzo niskie opory toczenia. Niestety, tego typu oleje znacznie łatwiej "przechodzą pod pierścieniami" i trafiają w ten sposób do komór spalania. A mieszanina oleju i paliwa w niekorzystnych warunkach jest bardziej podatna na samozapłon niż mieszanina benzyny z powietrzem, bo ma znacząco niższą liczbę oktanową.
Zatkany dolot w silnikach z bezpośrednim wtryskiem
Oleje o niskiej lepkości mają też tę niebezpieczną właściwość, że ich pary w znacznych ilościach trafiają przez odmę olejową do kolektora dolotowego silnika i tworzą w niej grube warstwy osadu. W silnikach z wtryskiem pośrednim nie byłoby to problemem, bo osady na bieżąco są rozpuszczane przez wtryskiwaną do kolektora benzynę. W silnikach z wtryskiem bezpośrednim efekt ten nie występuje, kolektory w szybkim tempie zapychają się osadem przypominającym smołę. Silnik ma coraz gorsze osiągi, mogą występować zakłócenia jego pracy sygnalizowane kontrolką "check engine". Kiedy pogarszają się osiągi, kierowca odruchowo dodaje więcej gazu, przez co do cylindrów trafia jeszcze więcej paliwa, które nie jest w pełni spalane, przez co z kolei przybywa niebezpiecznych osadów w cylindrach – spirala zniszczenia dalej się nakręca.
Czym różni się LSPI od "zwykłego" spalania stukowego
Wszystkie współczesne silniki wyposażone są w czujniki spalania stukowego. W razie jego wykrycia (np. po zatankowaniu paliwa nieodpowiedniej jakości) sterownik tak przestawia zapłon, żeby kosztem osiągów silnik zminimalizować ryzyko nadmiernego obciążenia silnika. Tyle, że w przypadku LSPI to zupełnie nie działa – przestawianie zapłonu nie ma sensu, bo to nie iskra ze świecy zapala mieszankę. Inną różnicą między LSPI a spalaniem stukowym jest to, że nie występuje ono w sposób ciągły, tylko z reguły pojawia się i znika, za to stukanie jest znacznie mocniejsze.
Jak uniknąć ryzyka LSPI?
- Do czasu rozgrzania silnika nie należy unikać jazdy na niskich obrotach przy dużym obciążeniu.
Generalnie dla trwałości silnika umiarkowanie wysokie obroty są bezpieczniejsze niż jazda z obrotami zbliżonymi do obrotów biegu jałowego. Czasem trzeba wybierać między niskim zużyciem paliwa, a bezpieczeństwem silnika!
- Regularna wymiana oleju, szczególnie w autach używanych na krótkich trasach, zmniejsza ryzyko wystąpienia LSPI.
Często warto skrócić interwały zalecane przez producenta auta nawet o połowę! Uwaga! Wielu producentów skróciło już interwały w przypadku niektórych modeli – warto sprawdzić, czy nasze auto jest obsługiwane według aktualnego schematu
- Należy używać odpowiednich olejów – renomowani producenci wprowadzają na rynek oleje o formulacjach redukujących ryzyko wystąpienia LSPI.
Warto korzystać z narzędzi do doboru oleju znajdujących się na stronach renomowanych firm petrochemicznych!
- Należy dbać o czystość silnika – paliwa premium z reguły zawierają dodatki usuwające z silnika groźne osady. Warto też raz na jakiś czas sprawdzić (lub zlecić taką usługę w serwisie) czy w kolektorze dolotowym nie zebrały się już niebezpieczne osady.