Sztochasztikus előgyújtás (LSPI) – A modern TGDI motorok tribológiai és termodinamikai kihívásai

A belsőégésű motorok fejlesztésének elmúlt évtizedét a „downsizing” filozófiája uralta: a lökettérfogat csökkentése mellett a fajlagos teljesítmény és a nyomaték növelése, közvetlen befecskendezés (GDI) és turbófeltöltés alkalmazásával. Ez a technológiai irány azonban egy nem várt, destruktív égési anomáliát hívott életre, amelyet a szakirodalom LSPI (Low-Speed Pre-Ignition), azaz alacsony fordulatszámú előgyújtás néven definiál.

Ennek a cikknek a célja, hogy részletesen bemutassa az LSPI fizikai mechanizmusát, a motorolaj-formulációk (adalékolás) szerepét a jelenség kialakulásában, valamint a 2025-ben életbe lépő legújabb teljesítményszintek (ILSAC GF-7, API SQ) műszaki hátterét.

Legutóbbi cikkünkben az előírt motorolajszint fotnosságáról írtunk. Ezt a cikket IDE KATTINTVA olvashatja el

Az LSPI fizikai mechanizmusa és termodinamikája

Az LSPI alapvetően különbözik a hagyományos értelemben vett „kopogásos égéstől”. Míg a klasszikus kopogás (knock) jellemzően a gyújtószikra után, a lángfront terjedése közben, a végbázisgáz öngyulladása miatt következik be, addig az LSPI egy pre-ignition , azaz előgyújtás esemény. Ez azt jelenti, hogy az égéstérben a keverék begyulladása a szikragyújtás előtt történik meg, jellemzően a sűrítési ütem korai szakaszában.

A folyamat lefutása:

1. Működési tartomány: Alacsony fordulatszám (1500–2500 RPM) és nagy középnyomás (BMEP), azaz nagy terhelés mellett.
2. Kiváltó ok: Az égéstér faláról leváló, üzemanyaggal hígult olajcseppek, vagy izzó kokszszemcsék, amelyek „hot spot”-ként viselkednek.
3. Következmény: Mivel az égés a dugattyú felső holtpontja (FHP) előtt, még a sűrítési ütemben indul meg, a hengerben kialakuló nyomáscsúcs (Pmax) extrém értékeket érhet el (akár 120-200 bar felett), miközben a dugattyú még felfelé mozog.

Ez a kontrollálatlan nyomáshullám (super-knock) mechanikai túlterhelést okoz, amely jellemzően a dugattyúgyűrű-gátak töréséhez, a dugattyútető beszakadásához, vagy a hajtókar deformációjához vezet. A jelenség sztochasztikus (véletlenszerű) jellege miatt a motorvezérlő elektronika (ECU) hagyományos kopogásérzékelő stratégiákkal nem, vagy csak későn képes beavatkozni.

Tribokémiai háttér: A detergensek szerepe

Az LSPI kutatások korai szakaszában a Society of Automotive Engineers (SAE) és a vezető kenőanyaggyártók (pl. Infineum, Lubrizol) azonosították, hogy a motorolaj összetétele kritikus tényező. A hengerfalon lévő olajfilm és a befecskendezett üzemanyag aeroszolja interakcióba lép (fuel-oil interaction).

A vizsgálatok kimutatták, hogy a detergens (tisztító) adalékrendszerben használt fémorganikus vegyületek befolyásolják az öngyulladási hajlamot:

• Kalcium (Ca): A kalcium-szulfonátok és fenátok, amelyek évtizedekig az olajok elsődleges bázistartalékát (TBN) és tisztítóhatását biztosították, promoter hatásúak. A kalciumtartalmú részecskék csökkentik az olajcseppek öngyulladási hőmérsékletét.
• Magnézium (Mg): A magnézium alapú detergensek semlegesek vagy gátló hatásúak az LSPI szempontjából.
• Molibdén (Mo): A súrlódáscsökkentőként alkalmazott molibdén-vegyületek (MoDTC) bizonyos koncentrációban szintén gátolhatják a jelenséget.

A megoldást a formulációk kémiai egyensúlyának eltolása jelentette: a kalcium-tartalom csökkentése és magnéziummal való részleges helyettesítése, anélkül, hogy az olaj savsemlegesítő képessége (TBN) vagy tisztítóhatása sérülne.

Szabványügyi evolúció: Az SN Plus-tól az API SQ-ig

Az autóipar válaszlépései a szabványok szigorításában öltöttek testet.

• API SN Plus (2018): Bevezetésre került a Sequence IX teszt (Ford 2.0L EcoBoost motoron), amely kifejezetten az LSPI események számát méri. Ez volt az első lépés a kalciumszint korlátozása felé.
• API SP / ILSAC GF-6 (2020): Átfogóbb szabvány, amely az LSPI mellett a vezérműlánc-kopást (Sequence X) is vizsgálja, mivel a GDI motorok kormos olaja fokozott láncnyúlást okozhat.

A jelen és a jövő: ILSAC GF-7 és API SQ (2025)

A 2025. március 31-én életbe lépő ILSAC GF-7 (és a vele párhuzamos API SQ) szabvány technológiai ugrást jelent. A legfontosabb újítás a tesztelési protokoll szigorítása az olaj öregedése kapcsán.

Az újítások műszaki részletei:

• Aged Oil LSPI Protection (Öregített olaj teszt): A korábbi Sequence IX teszteket friss olajjal végezték. A gyakorlati tapasztalatok azonban azt mutatták, hogy az olaj oxidációja és az adalékok kimerülése során a kémiai védelem gyengülhet. Az új szabvány előírja, hogy az olajnak a csereperiódus végén (szimulált öregítés után) is teljesítenie kell az LSPI határértékeket.
• Sequence IIIH (Dugattyú tisztaság): Szigorított határértékek a magas hőmérsékletű lerakódásokra. A kokszosodás (soot) a dugattyú tetején vagy a gyűrűzónában parázsló gyújtópontot képezhet, ami szintén előgyújtást generál.
• Szulfáthamu (Sulphated Ash) korlát: Max. 0,9 m/m%. Ez a GPF (Gasoline Particulate Filter) élettartamának védelmét szolgálja, megakadályozva a szűrő eltömődését éghetetlen fémoxidokkal.

Veszélyeztetett motorkonstrukciók (Technical Bulletin)

Az alábbi motorcsaládoknál a konstrukciós sajátosságok (magas kompresszióviszony, közvetlen befecskendezés, turbófeltöltő karakterisztika) miatt az LSPI kockázat inherens. Ezeknél a típusoknál az API SP / ILSAC GF-6 (vagy újabb) szabványú kenőanyagok használata kritikus.

Összegzés és szakmai ajánlás

A modern kenéstechnika már nem teszi lehetővé a „viszkozitás alapján történő” olajválasztást. Az LSPI elleni védelem nem marketingfogás, hanem kémiai szükségszerűség a TGDI motorok strukturális integritásának megőrzéséhez.

Szakmai ajánlások üzemeltetők és szervizek számára:

• Specifikáció-követés: Kizárólag olyan kenőanyag alkalmazható, amely rendelkezik az adott motorhoz előírt OEM jóváhagyással, vagy ennek hiányában minimum API SP / ILSAC GF-6A (illetve a jövőben GF-7) minősítéssel.
• Adalékcsomag ellenőrzése: Kerülni kell a magas kalciumtartalmú (régi típusú Full SAPS) olajok használatát modern, kis lökettérfogatú turbómotorokban.
• Üzemanyagrendszer-karbantartás: A közvetlen befecskendezéses rendszerek tisztán tartása (PEA alapú adalékokkal) csökkenti az égéstéri lerakódásokat, ezzel mérsékelve a „hot spot” alapú gyulladás kockázatát.

A kenőanyag kiválasztása ma már majdnem mérnöki kompetencia. A megfelelő olaj alkalmazása nem csupán a súrlódáscsökkentésről szól, hanem arról, hogy megakadályozzuk a motor termodinamikai folyamatainak összeomlását.

Záró gondolatok

Az LSPI jelensége rámutat arra a technológiai paradigmaváltásra, miszerint a motorolaj a modern gépészetben már nem csupán üzemanyag-kiegészítő, hanem a motor egyik legfontosabb, folyékony alkatrésze. A 2025-ös év szabványügyi frissítései (ILSAC GF-7 és API SQ) éppen azt a célt szolgálják, hogy a kenőanyag ne csak laboratóriumi körülmények között, hanem a valós felhasználás során, a teljes csereperiódus alatt képes legyen kémiai gátat szabni a destruktív előgyújtásnak. A megfelelő specifikációjú – és nem csupán a viszkozitás alapján választott – motorolaj alkalmazása tehát nem opcionális extra, hanem az egyetlen hatékony műszaki prevenciós eszköz a nagy fajlagos teljesítményű erőforrások élettartamának megőrzésére.

A cikk szerzője: Bajomi Vilmos „Olajos Vili”

Ha kenéstechnikai tanácsadásra van szüksége, vagy segítséget keres a megfelelő kenőanyagok kiválasztásához, forduljon hozzánk bizalommal az alábbi elérhetőségeken:

E-mail: olajosvili@gmail.com

Telefon: +36 30 285 8781