Η προ-ανάφλεξη στις χαμηλές στροφές είναι ένα μη φυσιολογικό φαινόμενο καύσης, που παρατηρείται σε χαμηλές στροφές του κινητήρα, στον οποίο το μίγμα καυσίμου / αέρα αναφλέγεται πριν από τον προβλεπόμενο χρόνο και μπορεί να προκαλέσει κτύπημα κινητήρα, σπασμένα μπουζί, τρύπια έμβολα, στραβές μπιέλες και καταστροφική βλάβη στον κινητήρα.
Τα “πειράκια” σε ένα κινητήρα είναι αποτέλεσμα κρουστικής καύσης ή προ-ανάφλεξης.
Η κρουστική καύση εμφανίζεται κατά κανόνα σε υψηλές στροφές, στο όριο απόδοσης του κινητήρα. Είναι μία κανονικά εξελισσόμενη καύση που μεταβάλλεται σε εκρηκτική και αποτελεί την αιτία που βάζει όριο στην αύξηση της ιπποδύναμης ενός κινητήρα.
Όταν όμως τα πειράκια εμφανίζονται σε μεσαίες ή χαμηλές στροφές, αιτία είναι η προ-ανάφλεξη. Αυτή είναι μία μη προγραμματισμένη ανάφλεξη του μίγματος, πριν σπινθηρίσει το μπουζί. Προκαλείται από υπέρθερμα σημεία, συνήθως από ανθρακούχες επικαθίσεις στα τοιχώματα του θαλάμου καύσης ή από το ηλεκτρόδιο του μπουζί. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται πρόσθετες εστίες ανάφλεξης με αντίστοιχα μέτωπα φλόγας, απότομη αύξηση των πιέσεων και τον χαρακτηριστικό θόρυβο στην περιοχή των 700 με 1400 Hz.
Η προ-ανάφλεξη πέρα από το γεγονός ότι περιορίζει την ιπποδύναμη που μπορεί να αποδώσει ο κινητήρας, μπορεί να έχει και καταστροφικές συνέπειες σε αυτόν. Τα πειράκια έχουν ταλαιπωρήσει τόσο τους μηχανικούς – σχεδιαστές κινητήρων, όσο και τους μηχανικούς που ασχολούνται με την συντήρηση του αυτοκινήτου. Οι τελευταίοι, στην περίπτωση εμφάνισης πειρακίων, περιόριζαν το αβάνς. Στους σύγχρονους κινητήρες αυτό δεν είναι εύκολο, αλλά δεν είναι και αποτελεσματικό ταυτόχρονα. Οι σύγχρονοι υπερτροφοδοτούμενοι βενζινοκινητήρες φτωχών μιγμάτων εμφανίζουν συχνά πειράκια από προ-ανάφλεξη στις χαμηλές στροφές ή LSPI (Low-Speed Pre-Ignition) και το πρόβλημα δεν είναι καθόλου απλό.
Οι αιτίες
Υπάρχουν διάφορες θεωρίες γύρω από την προανάφλεξη σε χαμηλές στροφές, που βρίσκονται υπό διερεύνηση. Σε πρόσφατη διεθνή συνάντηση του τμήματος Καυσίμων και Λιπαντικών του SAE, παρουσιάστηκε βίντεο υψηλής ταχύτητας που κατέγραφε το πρόβλημα.
Όταν το καύσιμο εισάγεται απευθείας στο θάλαμο καύσης, αραιώνει το φιλμ λαδιού που υπάρχει στον κύλινδρο. Αυτή η αραίωση καυσίμου μειώνει την επιφανειακή τάση και το ιξώδες του λαδιού, προκαλώντας συσσώρευση μείγματος λαδιού-καυσίμου στα επάνω σημεία του εμβόλου. Η υψηλή συμπίεση του κινητήρα αρκεί ώστε αυτή η ποσότητα λαδιού να αναφλεγεί πριν γίνει ο σπινθήρας από το μπουζί.
Κατά την παραπάνω συνάντηση, οι εμπειρογνώμονες του κλάδου κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η προανάφλεξη στις χαμηλές στροφές προκύπτει από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ λιπαντικών, καυσίμων και σχεδιασμού / λειτουργίας κινητήρα. Η επίλυση του προβλήματος πιθανόν να απαιτεί μια ολιστική προσέγγιση που να καλύπτει και τους τρεις τομείς.
Οι νέες προδιαγραφές
Με δεδομένο ότι η ποιότητα του λιπαντικού επηρεάζει την εμφάνιση κρουστικής καύσης στις χαμηλές στροφές, η GM και η Ford ξεκίνησαν να καθιερώσουν νέες προδιαγραφές για λιπαντικά που περιορίζουν το φαινόμενο LSPI.
Η νέα προδιαγραφή της General Motors, η Dexos 1- Gen2, η οποία τέθηκε σε ισχύ την 1η Σεπτεμβρίου 2017, απαιτεί νέα σύνθεση λιπαντικών, με πρόσθετα που μειώνουν αισθητά την εμφάνιση κρουστικής καύσης. Περιλαμβάνει δοκιμή κινητήρων βασισμένη σε τετρακύλινδρο κινητήρα Ecotec 2.0 λίτρων, που δοκιμάζεται και σε κρουστική καύση στις χαμηλές στροφές.
Η General Motors, ενώ μέχρι πρόσφατα πρότεινε την προδιαγραφή Dexos 2 για όλους τους ευρωπαϊκούς κινητήρες, σήμερα προτείνει λιπαντικά προδιαγραφής Dexos 1- Gen2 για όλους τους υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες βενζίνης, άμεσου ψεκασμού, κατασκευής από το 2009 και μετά.
Η αξιολόγηση της προστασίας που προσφέρει ένα λιπαντικό έναντι του φαινομένου LSPI περιλαμβάνεται βεβαίως και στη νέα έκδοση Gen 3 της προδιαγραφή άρχισε να χορηγεί άδεια κυκλοφορίας από την 01 Σεπτεμβρίου 2021. Αντίστοιχα η Ford, ενώ για όλους τους βενζινοκινητήρες προτείνει την προδιαγραφή WSS-M2C913-C, για τον κινητήρα 1.0 ECOboost και τους υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες φτωχού μίγματος, παρουσίασε την νέα προδιαγραφή WSS-M2C948-B για λάδια 5W-20.
Άμεση ήταν η απόκριση του API, που δημοσίευσε μία εξέλιξη της προδιαγραφής API SN τον Νοέμβριο του 2017. Η προδιαγραφή λαδιού API SN PLUS, ενσωματώνοντας την ειδική δοκιμή Sequence IX, αναπτύχθηκε για υπερτροφοδοτούμενους βενζινοκινητήρες TGDI (Turbocharged Gasoline Direct Injection) ως απάντηση στο αίτημα των αυτοκινητοβιομηχανιών για λάδια κινητήρα που να περιορίζουν την προ-ανάφλεξη στις χαμηλές στροφές. Το API άρχισε να χορηγεί άδεια κυκλοφορίας για την ταξινόμηση SN PLUS την 1η Μαΐου 2018.
To 2020 εμφανίστηκε και η προδιαγραφή API SP. Ο φορέας API ανέπτυξε επτά νέες δοκιμές για αυτό το πιο αυστηρό πρότυπο, συμπεριλαμβανομένων εκείνων για την προστασία της αλυσίδας χρονισμού και την πρόληψη LSPI. Το πρότυπο API SP είναι πλήρως συμβατό με προηγούμενες προδιαγραφές API, συμπεριλαμβανομένων των API SM, SN και SN Plus.
Με κάποια καθυστέρηση δημοσίευσε νέα προδιαγραφή και ο φορέας ILSAC, την GF-6, που τέθηκε σε εφαρμογή από την 1η Μαΐου 2020. Εδώ έχουμε δύο πρότυπα: α) το πρότυπο GF-6A, καλύπτει ιξώδη 0 -20, 5 W 20, 5W 30 και 10W -30 και αντιστοιχεί στην προδιαγραφή API SP, με βελτιωμένη ωστόσο απόδοση οικονομίας καυσίμου, προστασίας των συστημάτων επεξεργασίας καυσαερίων και προστασίας των κινητήρων που καίνε καύσιμο που περιέχει αιθανόλη E 85 β) το πρότυπο GF 6Β που καλύπτει τα λιπαντικά 0W-16
Η καθυστέρηση της ACEA να προχωρήσει σε αναβάθμιση των προδιαγραφών της ώθησε τους ευρωπαίους κατασκευαστές αυτοκινήτων με κινητήρες άμεσης έγχυσης βενζίνης, να ανακοινώνουν δικές τους προδιαγραφές.
Στο γκρουπ της VW για τους νέους κινητήρες TFSI και πετρελαίου TDI συνιστάται η προδιαγραφή VW 508.00, που υποστηρίζει λάδι οικονομίας καυσίμου με πρόσθετα μεγάλης διάρκειας ζωής και ιξώδες 0W-20. Το γκρουπ της PSA από την αρχή του 2020 αναθεώρησε την προδιαγραφή BS 71 2290 και χωρίς να αλλάξει την ονομασία της, προσέθεσε έλεγχο για LSPI. Το λάδι που θα επιλέξει κανείς, πρέπει να έχει πάρει πρόσφατη έγκριση για αυτή την προδιαγραφή.
Κάτι αντίστοιχο συμβαίνει και με την προδιαγραφή BMW LL-17FE+, που επίσης περιλαμβάνει έλεγχο για κρουστική καύση, απαιτεί ιξώδες SAE 0W-20 και συνήθως συνδυάζεται με τις προδιαγραφές ACEA C5 και API SP.
Τέλος η ACEA ανακοίνωσε πρόσφατα δύο νέες προδιαγραφές, ώστε να καλύψει τους κατασκευαστές που παράγουν επιβατηγά αυτοκίνητα και φορτηγά ελαφρού τύπου,στα οποία χρησιμοποιούνται υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες βενζίνης και πετρελαίου άμεσου ψεκασμού (DI), με τεχνολογία stop/start.
Η πρώτη νέα κατηγορία είναι η High SAPS A7/B7-21 με προστασία από την κρουστική καύση στις χαμηλές στροφές και τη φθορά, για υπερτροφοδοτούμενους βενζινοκινητήρες DI, καθώς και για προστασία από τις επικαθίσεις στον υπερσυμπιεστή (TCCD), για σύγχρονους πετρελαιοκινητήρες DI.
Η δεύτερη κατηγορία είναι η mid-saps C6-21 (0W20) που παρέχει προστασία από την κρουστική καύση στις χαμηλές στροφές και τη φθορά για υπερτροφοδοτούμενους βενζινοκινητήρες DI, καθώς και προστασία από επικαθίσεις στον στροβιλοσυμπιεστή για υπερτροφοδοτούμενους πετρελαιοκινητήρες (TCCD), συμβατή με προηγμένα συστήματα επεξεργασίας καυσαερίων όπως τα φίλτρα παρακράτησης σωματιδίων βενζίνης και πετρελαίου και οι τριοδικοί καταλύτες επιλεκτικής αναγωγής TWC
Οι προτάσεις μεσα απο την έρευνα και ανάπτυξη της Shell
Η οικογένεια Shell Helix διαθέτει λιπαντικά που καλύπτουν μία ή περισσότερες από τις παραπάνω προδιαγραφές, συμβάλλοντας έτσι στην αντιμετώπιση του φαινομένου LSPI.
Οι επιλογές ξεκινούν από ορυκτέλαια και ημισυνθετικά προϊόντα (Helix HX5 15W-40, Helix HX6 10W-40 , Helix HX7 10W-40) , έως πλήρως συνθετικά προϊόντα (Helix HX8 5W-40, Helix Ultra 5W-40, Helix Ultra Professional AP-L 5W-30 ). Και καταλήγουν σε νέας γενιάς λιπαντικά ιξώδους 0W, όπως τα Helix Ultra Professional AV-L 0W-20, Helix Ultra SP 0W-20 και Helix Hybrid 0W-20. Tα δύο τελευταία μάλιστα, καλύπτουν την πιο πρόσφατη προδιαγραφή API SP, ενώ συμμετέχουν και στην πρωτοβουλία της Shell για λιπαντικά μηδενικού αποτυπώματος άνθρακα.
