Ступінь стиснення і компресія

Ступінь стиснення - величина відносна, відносність ступеня стиснення виникає з того, що вона являє собою відношення двох обсягів - повного обсягу циліндра (поршень знаходиться в нижній точці на такті стиснення, клапана вже закриті) - і обсягу камери згоряння (той же такт стиснення поршень в верхній точці) - і показує, у скільки разів зменшується об'єм циліндра, при русі поршня від нижньої мертвої точки до верхньої.

Це параметр конструктивний, раз і назавжди властивий даному типу двигуна і не змінюється в процесі експлуатації (в цій формулі не враховується витоку, ми маємо справу з двома об'ємами, з цього теоретично він не змінений - хід поршня не змінюється обсяг камери згоряння теж).

Компресія це максимальна величина тиску створюваного в камері згоряння у верхній мертвій точці (дуже схоже на ступінь стиснення і тут ми маємо справу з тими ж обсягами, але тільки заповненими повітрям, паливом або сумішшю палива і повітря, а так як вони мають певну щільність то після стиснення прагнуть прийняти попереднього стану - це і становить тиск). При нагріванні, за рахунок збільшення відстані між атомами лінійні розміри тіла збільшуються. З цього при складанні доводиться залишати як мінімум теплові зазори між деталями, інакше при нагріванні їх просто заклинить (що часто і відбувається, Надир на порушених і гільзах в основному є наслідком теплового розширення). Тому навіть повністю справна циліндропоршневая група завжди має зазори в які і прагне при стисненні проникнути повітря з камери згоряння, наприклад в простір картера.

Можливі шляхи витоків тиску. (Див. Рис.2)

Основні місця витоків повітря з камери згоряння:

а) в зазор між кільцями і поверхнею циліндра або в зазор в замку кілець;

б) в зазор по торцевих поверхонь кілець і канавок поршнів;

в) в зазор між сідлом і клапаном;

г) в зазор між пошкодженої прокладкою і площиною головки або блоку;

д) в тріщину в стінці камери згоряння.

З цього компресія могла б бути менше ступеня стиснення, але за рахунок все того ж розширення при нагріванні, при стисненні відбувається зворотний процес-підвищення температури, часу на процес стиснення відводиться вкрай мало, тому тепло, не встигає повністю поглинути стінками ЦПГ. Воно просто йде на розширення газу або, іншими словами, на додаткове збільшення тиску того ж повітря. В результаті підвищується тиск і температура (в дизельних двигунах на стільки що цього достатньо для займання палива, уприскування відбувається у верхній мертвій точці і паливо спалахує стикаючись з гарячим повітрям, свічки розжарювання більшою мірою компенсують поглинання тепла ЦПГ і передкамери, де і стоїть свічка) . При недостатньою компресії в дизельному двигуні просто не вистачає температури для загоряння, що і проявляється в холодну пору, в бензиновому двигуні важче відбувається займання як правило вони насилу і перебоями але заводяться. У разі стиснення максимальне можливе тиск в кінці такту стиснення ( "компресія") оцінюється відповідно до рівняння Пуассона

показник ступеня для ідеального двоатомних газу становить x = 1,4. Таким чином, для двигуна зі ступенем стиснення 8.5 максимальний тиск становить приблизно 20 атм. До речі, дуже схожа цифра (16-17 атмосфер) виходить у двигуна з ідеально притертими клапанами при вимірюванні компресії "з маслом", коли кільця (і замки кілець) герметизовані залитим в циліндр моторним маслом. Відсутні 3-4 атмосфери виходять, наприклад, за рахунок того, що початковий тиск менше 1 атм. При вимірі компресії без масла тиск становить 12 атмосфер, за рахунок витікання горючої суміші з циліндра при стисненні через замки кілець і в зазор між кільцями і циліндром, який є в силу конструктивних особливостей (наприклад сітка Хону), що на 4 атмосфери більше ніж з маслом (запам'ятайте цю цифру). Тому зазвичай говорять, що «компресія справного двигуна в 1.2 -1.3 рази більше ступеня стиснення».

Фундаментом для діагностики є знання процесів, що відбуваються при роботі автомобіля. Спробую на прикладі компресії описати знос циліндра поршневої групи. Справний двигун - компресія 12 атмосфер, хонів сітка присутній на стінках гільз і поршні (подряпини рівномірно нанесені на всю площу гільзи і кругові ризики на поршні). У цих поглибленнях залишається мастило послабляє тертя. До тих пір поки є хон знос йде повільно. При експлуатації поступово хон стирається. В середині гільзи в першу чергу, так як верхній край тре тільки верхній край поршня, а нижній тільки нижній. Середину тре верхній, нижній край поршня і середина. Поступово циліндр гільзи починає перетворюватися в бочку (в середині більший діаметр). Це призводить до прориву газів поки не значного, але компресія може впасти трохи 0.5 ... 0.6 атмосфери на роботі двигуна майже не позначаються. Але в цей момент починається знос поршневих канавок, тому що кільце при кожному ході поршня в середині гільзи трохи виходить з поршня і потім заходить назад. Коли з'являється знос в поршневих канавках, гільза теж до цього часу трохи підточується, прорив збільшується значітельно- компресія падає до 10 атмосфер. В принципі це рівень компресії більшості старих іномарок. Японці в силу малого пробігу трохи краще. Далі збільшується лише ступінь зносу і в той момент коли компресія повинна була б впасти ще на 1..2 атмосфери за рахунок великої кількості масла потрапляє в середину гільзи, так само треба відзначити що маслос'емниє кільця до цього часу не справляються зі своєю завданню повністю, компресія підвищується на ті самі три чотири атмосфери (на які я просив звернути вашу увагу вище) - 12 атмосфер, компресія нового двигуна (природно це всього лише свідчення, двигун вже починає працювати помітно гірше). Правда потім компресія починає падати знову, але вже починають ставати помітні сліди масла на свічках і зайві нагар. Висновок не втішний, компресія може бути розглянута лише як непрямий показник в ряду інших: втрата потужності (непрямий), підвищена витрата, нагар, прорив картерних газів і т.д. Проте, існує велика кількість не справно які можна визначити за допомогою цього непрямого показника (компресія).

Деякі дефекти і несправності бензинових двигунів, які виявляються виміром компресії

З таблиці випливає що не завжди низька компресія є причиною зносу ЦПГ. При вимірі компресії потрібно звертати увагу на справність системи пуску.

Необхідні обертів колінчастого вала вироблені стартером частотою 200-250 оборотів в хвилину. Чим вище обороти колінчастого вала тим менш страшні витоку, саме з цього автомобіль майже завжди заводиться з штовхача (наприклад дизель взимку).

Збільшене опір на впуску тягне за собою зниження наповнюваності циліндрів повітрям, і як наслідок, - зменшення максимально створюваного тиску.

Основними причинами підвищення опору є:

- засміченість або неправильна установка повітряного фільтру;

- присутність і неправильна робота заслінки у впускному колекторі;

- підвищене нагарообразование у впускному патрубку і каналах;

- присутність сторонніх предметів.

Компресію вимірюють як з відкритою, так і з закритою дросельною заслінкою. При цьому кожен із способів дає свої результати і дозволяє визначати свої дефекти.

Так, коли заслінка закрита, в циліндри, очевидно, надійде мало повітря, тому компресія буде низькою і складе близько 0,6-0,8 МПа. Витоку повітря в цьому випадку можна порівняти з його надходженням в циліндр. Внаслідок цього компресія стає особливо чутливою до витоку - навіть при малих нещільності її значення падає в кілька разів. Ця посилка дозволяє зробити висновки чи припущення про наступні дефекти двигуна: не цілком задовільному приляганні клапана до сідла; зависанні клапана, наприклад, через неправильну збірки механізму з гідроштовхачами; дефектах профілю кулачка розподільного вала в конструкціях з гідроштовхачами, і зокрема нерівномірному зносі або битті тильного боку кулачка; негерметичність викликаної прогаром прокладки головки або тріщиною в стінці камери згоряння.

При вимірі компресії з відкритою заслінкою картина буде іншою. Велика кількість надійшов повітря і зростання тиску в циліндрі, звичайно, сприяють збільшенню витоків. Однак вони свідомо менше подачі повітря. Внаслідок цього компресія падає не настільки значно (приблизно до 0,8-0,9 МПа). Тому спосіб замірів з відкритою заслінкою краще підходить для визначення більш "грубих" дефектів двигуна, таких, як поломки і прогари поршнів, поломки або зависання (закоксовиваніє) кілець в канавках поршня, деформації або прогари клапанів, серйозні пошкодження (задираки) поверхні циліндрів.

В обох способах вимірювання бажано враховувати динаміку наростання тиску - це допоможе встановити істинний характер несправності з більшою ймовірністю. Так, якщо на першому такті величина тиску, яка вимірюється компрессометром, низька (0,3-0,4 МПа), а при наступних тактах різко зростає, - це побічно свідчить про знос поршневих кілець. В такому випадку заливка в циліндр невеликої кількості масла (3-5куб.см) відразу збільшить не тільки тиск на першому такті, а й компресію.

З іншого боку, коли на першому такті тиск досягає 0,7-0,9 МПа, а на наступних тактах майже не зростає, найімовірніше наявності негерметичність клапана або прокладки головки. Зрозуміло, більш точно встановити причину можна за допомогою інших засобів діагностики.

Компрессометр має досить просту конструкцію - це манометр, який за допомогою проміжної трубки з'єднується з перехідником, виконаним у формі форсунки або свічки розжарювання, який в свою чергу вворачивается в головку блоку при вимірюванні компресії. Для того, щоб при провертанні колінчастого вала не відбувалося скидання тиску, в проміжній трубці або переходнике встановлений отсечной клапан.

Однак, незважаючи на простоту конструкції, результати вимірів компресії одного і того ж двигуна дуже часто сильно різняться в різних сервісах. І це пояснюється не тим, що у одних манометр бреше, а у інших показання ідеальні. Як правило, манометр тут ні при чому. Причина, найчастіше, криється в так званих паразитних обсягах і жорсткості пружини отсечного клапана. І якщо для бензинового двигуна вони, як правило, не грають суттєвої ролі, то в дизельному двигуні цей вплив дуже істотно.

Щоб зрозуміти, що таке паразитний об'єм, подивимося на малюнок

Величина ступеня стиснення, як відомо, представляє формулу:

У разі, якщо отсечной клапан компрессометра встановлений в переходнике, ввертати в свічковий або ФОРСУНОЧНАЯ отвір, то формула не змінюється. Однак, якщо отсечной клапан встановлений біля самого манометра, то з'являється паразитний об'єм V3 в переходнике і перехідною трубці. При цьому формула набуває іншого вигляду:

де n - ступінь стиснення,

V1 - об'єм камери згоряння при положенні колінчастого вала у верхній мертвій точці,

V2 - обсяг камери згоряння між положеннями колінчастого вала в нижній і верхній мертвими точками,

V3 - внутрішній обсяг перехідника і перехідної трубки.

У бензинових двигунах, де обсяг камери згоряння, при положенні колінчастого вала у верхній мертвій точці, досить великий, прибавка додаткового невеликого паразитного обсягу V3 лише незначно збільшує показання ступеня стиснення.

У дизельних двигунах обсяг камери згоряння V1 вкрай малий. Тому, навіть незначна величина паразитного обсягу V3 різко змінює величину ступеня стиснення.