Wpływ smarowego oleju silnikowego na powstawanie przedwczesnego zapłonu w silniku o zapłonie iskrowym podczas pracy w zakresie małej prędkości obrotowej

• Autorzy: Stępień Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.12.07

Warianty tytułu

EN

The impact of engine lubricating oil on the occurrence of Low Speed Pre-Ignition in turbocharged GDI engines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W nowoczesnych, doładowanych silnikach z zapłonem iskrowym i bezpośrednim wtryskiem paliwa zwiększanie ciśnienia powietrza w układzie dolotowym jest sposobem na podwyższenie sprawności silnika i jego osiągów, ale także na optymalizację procesu spalania i zmniejszenie emisji CO2. Jednak wysokie doładowanie silników i zmniejszanie ich objętości skokowej powoduje pojawienie się problemów związanych z różnymi rodzajami nienormalnego spalania, wśród których wyróżnia się LSPI (low speed pre-ignition) – przedwczesny zapłon w zakresie małej prędkości obrotowej i dużych obciążeń silnika. Występowanie LSPI może prowadzić do poważnych uszkodzeń silnika, w tym między innymi do: pęknięcia tłoków, wygięcia korbowodów oraz innych zniszczeń elementów wewnętrznych silnika. W artykule opisano różnice pomiędzy przedwczesnym zapłonem LSPI oraz zjawiskami typowego spalania stukowego oraz tzw. superstuku. Wyjaśniono, że spalanie stukowe oraz LSPI są odrębnymi zjawiskami, różniącymi się mechanizmami powstawania. Opisano skomplikowany mechanizm powstawania LSPI. Wyjaśniono, dlaczego w przeciwieństwie do konwencjonalnego spalania stukowego występowanie LSPI jest zjawiskiem nieprzewidywalnym i nie można mu zapobiegać poprzez regulację kąta wyprzedzenia zapłonu i zwiększenie liczby oktanowej benzyny. Wyniki dotychczas przeprowadzonych badań dowodzą, że prawdopodobnie główną przyczyną występowania LSPI jest samozapłon kropelek silnikowego oleju smarowego w komorach spalania silnika. Jednak wskazują też na wiele czynników, które mogą powodować LSPI w tym: konstrukcję silnika, warunki jego pracy, a także kompozycję silnikowego oleju smarowego i paliwa. W przypadku silnikowego oleju smarowego największy wpływ na LSPI ma skład chemiczny dodatków detergentowych. W mniejszym stopniu także inne dodatki uszlachetniające i skład silnikowego oleju smarowego mogą wpływać na LSPI. Baza olejowa ma też wpływ, chociaż mniejszy, na LSPI. Ma tu znaczenie zarówno jakość bazy olejowej, jak i jej lepkość. Przedyskutowane w artykule wyniki sugerują, że opracowanie odpowiedniej formulacji smarowego oleju silnikowego może przyczynić się do ograniczenia występowania zjawiska LSPI. Jednak sama optymalizacja składu silnikowego oleju smarowego nie doprowadzi do całkowitego wyeliminowania zjawiska LSPI.

EN

: In modern DISI (Direct Injected Spark Ignited) and supercharged engines, increasing the intake pressure is a way to achieve better performance, better fuel economy and, consequently, lower CO2 emission. However, boosted DISI and downsized engines are suffering from a series of abnormal combustion problems of which the LSPI (Low Speed Pre-Ignition) is an important part. LSPI can lead to potential serious damage of the engine (e.g. broken pistons, bent connecting rods or severe engine failure). The article describes the difference between pre-ignition, LSPI, knocking and super-knocking. Knocking and LSPI are two distinct events, caused by two different phenomena. The complex mechanism occurring in LSPI has been outlined. It explains why, unlike conventional knocking, an LSPI event cannot be predicted and corrected by adjusting spark timing or increasing the octane number. More current research suggest that the auto-ignition of oil droplets is probably the major cause of LSPI. However, many factors can cause LSPI, including: engine design, engine operating conditions as well lubricant and fuel composition. With regard to engine lubricating oil, the most noticeable impact has been from detergent chemistry. Aside from the detergent system, there are many other additive and lubricant compositions that can affect LSPI. Furthermore, base oils also affect LSPI events. Both the quality of the base stock and the viscosity can have secondary effects on LSPI. The discussed results suggest that appropriate engine lubricating oil formulations may enable the mitigation of LSPI. However, the complete elimination of LSPI will hardly be achieved by modifying only the oil properties.

Słowa kluczowe

PL

downsizing; silnik; przedwczesny zapłon; prędkość obrotowa silnika; superstuk; ograniczenie emisji CO2; silnikowy olej smarowy

EN

engine downsizing; Low Speed Pre-Ignition; super-knock; CO2 reduction; engine lubrication oil

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 12
• Strony: 785--791
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Stępień Zbigniew

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Clifford M., Briggs T., Anderson G., 2018. Combined Fuel and Lubricant Effects on Low Speed Pre-Ignition. SAE Technical Papers, 2018-01-1669.
• Dahnz C., Spicher U., 2010. Irregular combustion in supercharged spark ignition engines: Pre-ignition and other phenomena. International Journal of Engine Research, 11(6): 485–498.
• Dingle S.F., Cairns A., Zhao H. et al., 2014. Lubricant Induced Pre-Ignition in an Optical SI Engine. SAE Technical Papers, 2014-01-1222.
• Döhler A., Pritze S., 2013. A contribution to better understanding the pre-ignition phenomenon in highly supercharged internal combustion engines with direct fuel injection. IAV Congress „Knocking in Gasoline Engines”, Berlin.
• Fraser N., Blaxill H., Lumsden G., Bassett M., 2009. Challenges for Increased Efficiency through Gasoline Engine Downsizing. SAE International Journal of Engines, 2(1), 991–1008. DOI: 10.4271/2009-01-1053.
• Li R., Xu B., Qi Y., 2019. Research on Mechanism of Low Speed Pre-Ignition and Knock Process in Boosted Direct Injection Spark Ignition Gasoline Engines. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 1176: 052069. DOI: 10.1088/1742-6596/1176/5/052069.
• Magar M., Spicher U., Palaveev S., Gohl M. et al., 2015. Experimental studies on the occurrence of low-speed pre-ignition in turbocharged GDI engines. SAE report, 2015-01-0753.
• Maitra S., Chakrabarty N., Pramanik J., 2008. Decomposition kinetics of alkaline earth carbonates by integral approximation method. Ceramica, 54(331): 268–272.
• Mayer M., Hofmann P., Geringer B., Williams J., Moss J., Kapus P., 2016. Influence of Different Oil Properties on Low Speed Pre-Ignition in Turbocharged Direct Injection Spark Ignition Engines. SAE International, 2016-01-0718.
• Qi Y.L., Xu Y.Q., Wang Z. et al., 2014. The Effect of Oil Intrusion on Super Knock in Gasoline Engine. SAE Technical Papers, 2014-01-1224.
• Ritchie A., Boese D., Young A.W., 2016. Controlling Low-Speed Pre-Ignition in Modern Automotive Equipment Part 3: Identification of Key Additive Component Types and Other Lubricant Composition Effects on Low-Speed Pre-Ignition. SAE Technical Papers, 2016-01-0717.
• Shahed S.M., Bauer K.H., 2009. Parametric Studies of the Impact of Turbocharging on Gasoline Engine Downsizing. SAE International Journal of Engines, 2(1), 1347–1358. DOI: 10.4271/2009-01-1472.
• Spicher U., Gohl M., Magar M., Hadler J., 2016. The Role of Engine Oil in Low-speed Pre-Ignition. MTZ worldwide, 77(1): 60–63.
• Takeuchi K., Fujimoto K., Hirano S. et al., 2012. Investigation of Engine Oil Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection-Spark Ignition Engines. Development & Learning in Organizations, 5(3): 1017–1024.
• Turner J.W.G., Popplewell A., Patel R., Johnson T.R., Darnton N.J., Richardson S. et. al., 2014. Ultra Boost for Economy: Extending the Limits of Extreme Engine Downsizing. SAE International Journal of Engines, 7(1), 387–417. DOI: 10.4271/2014-01-1185.
• Urzędowska W., Stępień Z., 2012a. Oddziaływanie paliwa na zmiany właściwości użytkowych oleju smarowego w silniku z ZI typu FlexFuel. Nafta-Gaz, 6: 377–387.
• Urzędowska W., Stępień Z., 2012b. Wybrane zagadnienia dotyczące zmian właściwości silnikowego oleju smarowego w eksploatacji. NaftaGaz, 12: 1102–1110.
• Wang Z., Long Y., Wang J., 2015. Research progress of pre-ignition and super-knock in boost gasoline engine. Journal of Automotive Safety & Energy, 6(1): 17–29.
• Welling O., Moss J., Williams J., Collings N. et al., 2014. Measuring the impact of engine oils and fuels on low-speed pre-ignition in downsized engines. SAE report, 2014-01-1219.
• Yasueda S., Takasaki K., Tajima H., 2013. Abnormal Combustion caused by Lubricating Oil in High BMEP Gas Engines. MTZ industrial, Special Edition MTZ: 34–39.
• Zahdeh A., Rothenberger P., Nguyen W. et al., 2011. Fundamental Approach to Investigate Pre-Ignition in Boostede SI Engines. SAE International Journal of Engines, 4(1): 246–273.