admin / 26.08.2018

Степень сжатия

О степени сжатия, компрессии и езде по лужам

Двигатель «троит». Что делать? На любом курсе обучения автодиагностов вам обязательно расскажут, как поступать в подобной ситуации: измерить компрессию, проверить искру и подачу топлива.

Тут вроде бы все просто, но хотелось бы проговорить это все еще раз. Прежде всего нужно уяснить банальную, казалось бы, вещь: троение – это следствие того, что в разных цилиндрах отличаются условия работы. Поэтому менять прошивку в блоке управления или измерять давление топлива совершенно бесполезно, нужно искать причину разницы в условиях работы цилиндров.

Чем могут отличаться эти условия? Перечислим по порядку:

  • Зажигание. Совершенно очевидно, что любой дефект в системе зажигания приведет к пропускам воспламенения в цилиндре. Проверку системы зажигания лучше всего выполнять мотортестером по вторичной цепи, обязательно резко открывая дроссельную заслонку. В этой ситуации наполнение цилиндров максимально, и все дефекты сразу себя проявляют.
  • Механическая часть, или «железо». Проверяется чаще всего компрессометром. Разброс компрессии по цилиндрам не должен превышать 1 бар. Также важна скорость набора давления: она не должна визуально отличаться в разных цилиндрах. Однако компрессометр – инструмент по сути оценочный: серьезные выводы из его применения сделать невозможно.

    Компрессия либо есть, либо ее нет, третьего не дано. Само значение компрессии оценивать нельзя, потому что оно зависит от целого ряда факторов.

  • Топливные форсунки. Лучший метод проверки – на проливочном стенде. Если такового в наличии нет, можно выполнить тест баланса форсунок, основанный на падении давления в рейке при поочередной подаче на форсунки управляющего импульса.

Последовательность, в которой изложены причины троения, взята не с потолка. Как показывает многолетняя практика, причиной троения чаще всего бывает именно система зажигания, чуть реже – механическая часть, и уж совсем редко двигатель троит из-за форсунок.

Вышеперечисленные факторы – это то, что знают почти на каждом сервисе. Да что там на сервисе! Об этом знают даже особо продвинутые клиенты. Честно говоря, лучше бы они об этом не знали…

Но самый интересный момент не знают ни те, ни другие. Да и не на всех курсах диагностов вам об этом расскажут. Есть еще одна причина троения, и называется она снижение реальной степени сжатия в одном или нескольких цилиндрах. Происходит это при преодолении автомобилем глубоких луж. Жидкости в отличие от газов несжимаемы, и попав в цилиндр, вода попросту не дает поршню дойти до верхней мертвой точки. А двигатель-то работает! В итоге под воздействием коленчатого вала гнется шатун, сокращается его длина, увеличивается объем камеры сгорания и – увы и ах! – снижается степень сжатия.

Если в таком цилиндре измерить компрессию, то она там будет. А почему бы и нет? Клапаны целы, кольца – тоже, а то, что снизилась степень сжатия – ну, чуть упадет компрессия относительно других цилиндров, и что? Вполне может уложиться в допуск. Но цилиндр при этом работать нормально уже не будет.

Возникает вопрос: хорошо, а можно ли измерить реальную степень сжатия? До недавнего времени прибора для измерения степени сжатия при диагностике двигателя просто не существовало. Теперь измерительный инструмент есть. Это тест Рх Андрея Шульгина, реализованный в мотортестере Autoscope, известном еще как осциллограф Постоловского. Давайте рассмотрим один интересный случай, рассказанный нашим коллегой, автодиагностом Никитой Напреевым. Предоставляю ему слово.

Этот случай ввел в шок не только клиента, но и всех, кто находился в очереди на диагностику. Автомобиль Ford Fusion, двигатель 1,6 л. Подхожу к авто, слышу, что двигатель явно троит. Казалось бы, что тут сложного? Но все было не так-то просто…

Клиент оказался из продвинутых: «Свечи, катушка, форсунка, нет компрессии». Ну я ему в ответ «Если все так просто, делали бы сами». Не люблю таких. Но он сразу успокоился и спросил, а может ли быть что-то еще? Я возьми да ляпни «Степень сжатия еще может быть снижена». Как в воду глядел.

Клиент сразу проникся ко мне уважением и отстал со своими дурацкими расспросами, а я взял в руки датчик давления от Автоскопа и установил его в первый цилиндр. Выполнил тест Рх. Расчетная степень сжатия 9,1! А компрессия при этом 12,5 бар…

Тут же делаю тест в соседнем цилиндре и вижу степень сжатия 11,2:

Далее состоялся примерно такой диалог:

— У вас в первом цилиндре снижена степень сжатия. В рабочем цилиндре 11, а в этом 9.

— Это что, компрессия?

— Нет, это разные вещи. Мало кто понимает разницу. Но суть в том, что в первом цилиндре с вероятностью 95% погнут шатун.

— Не может такого быть! Что вы мне ерунду рассказываете, ищите дальше!

— Хорошо. Давайте так. Мы снимем головку блока, вынем шатун. Если там все в порядке, то мы соберем все обратно за свой счет. Если же нет – вы доплачиваете 35% от общей стоимости работ. Идет?

— Хорошо, согласен.

Начинаем разбирать двигатель, клиент, как и положено, стоит над душой. Вытащили шатун, вот фото:

Сложно описать, что было дальше. Клиент был в восторге, бегал по сервису и всем удивленно рассказывал, как подобную неисправность увидели, не разбирая мотора, и наверно, нигде бы больше не нашли. Я ответил ему, что грамотный диагност нашел бы, если бы имел в наличии осциллограф Постоловского.

Шатун он взял с собой, чтобы показать друзьям. Но в итоге оставил нам на память, посоветовав показывать таким неверующим, как он. Спросил, почему это могло возникнуть, и после наших объяснений вспомнил, что его дочь действительно недавно влетела на машине в лужу и двигатель заглох. Собственно, это было последним недостающим штрихом.

Остается только добавить, что мотортестер – это сила! У кого его нет, нервно курят в сторонке.

Комментарий Алексея Пахомова

Несмотря на кажущуюся простоту, вопрос о различиях между степенью сжатия и компрессией вызывает много недопонимания среди авторемонтников. На самом деле это два абсолютно разных понятия.

Степенью сжатия называется отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vс и обозначается греческой буквой ε:Степень сжатия – параметр геометрический, заданный при проектировании двигателя. Являясь отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, степень сжатия представляет собой величину безразмерную. Она не зависит от состояния двигателя и особенностей его эксплуатации.

Компрессия – это максимальное значение давления в цилиндре, измеренное компрессометром при прокрутке двигателя стартером. Соответственно, имеет размерность, чаще всего это кгс/см² или bar. Измеренное значение компрессии зависит от состояния двигателя, от его температуры, вязкости масла, состояния аккумулятора и стартера. Другими словами, компрессия – это практический измеряемый параметр, зависящий от многих факторов.

Конечно, если взять два одинаковых исправных двигателя, отличающихся только степенью сжатия, и провести замер компрессии, то при прочих равных условиях компрессия в двигателе с большей степенью сжатия будет выше. Но это ни в коем случае не говорит о том, что понятия «компрессия» и «степень сжатия» имеют что-то общее.

Степень сжатия.

В теории есть понятия геометрической и действительной степеней сжатия.

Геометрическая степень сжатия есть отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ.

Действительная степень сжатия есть отношение объема цилиндра в момент закрытия впускного клапана к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ.

В какой степени сжимается рабочее тело при ограничении наполнения цилиндра (то есть при дросселировании) в теории не анализируется. Так, при работе бензинового ДВС на холостых оборотах количество воздуха, поступающего в цилиндр, меньше примерно в 5 раз, чем при работе без ограничения наполнения. Фактическое сжатие воздуха при этом в 5 раз меньше.

Современная теория ДВС дает такую трактовку степени сжатия, которая не отражает реального характера рабочих процессов, которые происходят в ДВС. Для устранения этого недостатка степень сжатия должна подразделяться на следующие категории: 1. Степень сжатия двигателя (арифметическая)-это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ. 2. Геометрическая степень сжатия двигателя- это отношение объема цилиндра в момент закрытия впускного клапана к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ. 3. Действительная или текущая степень сжатия- это отношение находящегося в замкнутом цилиндре двигателя объема воздуха или горючей смеси в состоянии соответствующем давлению окружающей среды к объему камеры сгорания. Реальный объем воздуха или горючей смеси должен определяться при давлении равном давлению окружающей среды. Действительная степень сжатия в рабочем процессе двигателя величина переменная, регулируемая. Но при рассмотрении отдельного рабочего цикла эта величина должна рассматриваться, как константа. Например: степень сжатия двигателя 20, геометрическая степень сжатия 18. Действительная степень сжатия при расходе 50% воздуха составит приблизительно 9, при расходе воздуха, допустим, 80%- приблизительно 14.4. При расходе 100% воздуха действительная степень сжатия может быть больше, меньше или равна геометрической степени сжатия.

При работе двигателя со степенью сжатия 20.5 на стенде при частоте 2000 об/мин на внешней скоростной характеристике наполнение цилиндра составляло в среднем 384 мг смеси, или 343 см3. Это составляет 87% от полного объема цилиндра. При работе двигателя с частотой 3200 об/мин. наполнение составляло около 470 мг смеси, или 420 см3. Это составляет 105% от полного объема цилиндра.

То есть, при частоте 2000 об/мин действительная степень сжатия смеси в двигателе составляет около 17.8, а при частоте в 3200 об/мин- 21.5.

Рассмотрение рабочего цикла бензинового двигателя с точки зрения действительной степени сжатия рабочего тела показывает следующую картину:

1.Двигатель со степенью сжатия 10.

При расходе 40% смеси от максимального наполнения для данных оборотов в цилиндре оказывается в 2.5 раза меньше воздуха, чем при полностью открытой дроссельной заслонке. В момент закрытия впускного клапана давление в цилиндре составит 0.4 от давления окружающей среды (степень максимального наполнения цилиндра для данных оборотов считается равной 1). То есть, величина 0.4 составит степень наполнения цилиндра для данного рабочего цикла. Такт сжатия при этих условиях состоит из 2-х этапов: первый- это доведение давления в цилиндре до давления окружающей среды. Для этого поршень должен совершить 0.54 длины своего хода от НМТ в сторону ВМТ. Второй этап- это непосредственно сам процесс сжатия. Он будет совершаться в оставшиеся 0.36 величины хода поршня. Действительная степень сжатия смеси при этом составит 4.6.

2.Для двигателя со степенью сжатия 25 действительная степень сжатия воздуха или горючей смеси при тех же условиях составит 10.6. То есть, рабочий процесс в нем будет иметь такой же характер, как в двигателе со степенью сжатия 10, но только при степени наполнения последнего в 1.04.

Как утверждает теория, если происходит процесс уменьшения объема рабочего тела, находящегося в состоянии разрежения, такой процесс все равно называется сжатием. В частности, в двигателе со степенью сжатия ε =25 при наполнении цилиндра на 0.4 его объема процесс сжатия якобы начинается в НМТ. Все расчеты параметров рабочего тела производятся исходя из величины степени сжатия 25. При этом выходит следующая картина: Рс = 251.4 ∙ 0.4 = 36.24 кг/см2. Тс = Та∙εk-1= 320∙ 250.4= 11590К. Реальная картина параметров рабочего тела в конце сжатия при действительной степени сжатия εд =10.6 следующая: Рс= 10.61.4 ∙ 1= 27.25 кг/см2 (меньше на 8.99 кг/см2). Тс = Та∙εk-1= 320∙ 10.60.4= 8220К (меньше на 3370 С). То есть, принятая в теории методика расчета параметров рабочего тела при частичном наполнении цилиндра не дает представления о том, что реально происходит в цилиндре двигателя.

В двигателе со степенью сжатия 10 при степени наполнения 1 и угле опережения зажигания 25о максимальное давление цикла Рz при 3500 оборотах в минуту достигается в 15о ПКВ после ВМТ.

В двигателе со степенью сжатия 25 равнозначное максимальное давление цикла Рz будет достигнуто при степени наполнения в 0.385. При дальнейшем увеличении наполнения снижается угол опережения зажигания. При этом точка, в которой достигается максимальное давление цикла Рz, преобразуется в линию, начало которой по мере увеличения действительной степени сжатия будет смещаться в сторону ВМТ, а конец в сторону НМТ. Так, при степени наполнения в 0.385, действительной степени сжатия в 10.6, угле опережения зажигания 25о, Рz достигается при 15о ПКВ и является в координатах диаграммы цикла точкой. При степени наполнения 1, действительной степени сжатия 25, угле начала тепловыделения 0о, Рz будет достигнут в 0о ПКВ и в координатах диаграммы цикла преобразуется в линию от 0 до 35о ПКВ после ВМТ.

В двигателе, в котором Рс= Рz, первая фаза тепловыделения должна протекать с ограничением количества вводимой в рабочее тело теплоты. В виду этого по мере повышения степени сжатия до сверхвысоких величин длина линии изотермного расширения будет увеличиваться до 50-550 ПКВ.

Действительная степень сжатия в предложенном варианте будет реально отражать характер процессов, происходящих в цилиндре при каждом рабочем цикле.

В теории ДВС есть ни чем не обоснованные предположения о том, что допустимые пределы степени сжатия бензиновых двигателей находятся в районе 13-14, а дизельных двигателей в районе 23-25. Также имеются предположения о том, что при превышении некоей величины степени сжатия количество отрицательной работы цикла начнет превышать количество положительной работы. Но формулы, которая позволила бы рассчитать величину наивыгодной степени сжатия, в теории ДВС нет.

Согласно второму закону термодинамики КПД термодинамической системы будет равен нулю, если при протекании цикла количество отдаваемой на компенсацию теплоты будет равно количеству теплоты подводимой к рабочему телу. «Цикл» Карно является моделью точно демонстрирующей данное положение. В действительных циклах суммарная мощность механических и других видов тепловых потерь могут уравновесить индикаторную мощность двигателя. В результате этого эффективная работа может стать равной нулю.

Помимо этого формула ht =1- 1/εk-1 не запрещает считать, что теоретически степень сжатия циклов тепловых машин может быть сколь угодно большой, допустим, ε → ∞. При таком условии получается, что КПД цикла будет стремиться к ht →1. На основании этого может возникнуть предположение о том, что количество отводимой холодному источнику теплоты будет стремиться Q2 → 0 (к нулю) и второй закон термодинамики при ε → ∞ перестает действовать.

Но разграничение и расчет теплоты компенсации в теплоте, отводимой холодному источнику и удаляемой во внешнюю среду, показывает, что теоретически степень сжатия может быть доведена только до определенного идеального предела, при котором подведенная теплота полностью будет преобразована в работу и теплоту компенсации. В цикле V=Const идеальная степень сжатия составит примерно ε≈250, при которой термический КПД замкнутого цикла составит ht≈89.01%, а разомкнутого цикла htраз =83.53%. Дальнейшее увеличение степени сжатия цикла выше величины ε≈250 лишается теоретического смысла, так как свободная энергия цикла полностью преобразована в работу и в теплоту компенсации. Соответственно, в формуле ht =1- 1/εk-1 величина степени сжатия не может быть произвольной величиной.

Полное преобразование свободной (подведенной) энергии цикла в работу и в теплоту компенсации есть первый термодинамический критерий определения максимально возможной экономичности идеального цикла.

Вторым теоретическим критерием, позволяющим более точно определить предел величины степени сжатия циклов, является количество работы сжатия.

Рекомендуемые страницы:

Компрессия и степень сжатия — что это?

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. В данной статье расскажем: что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Также рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия двигателя — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.
На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц.

Для бензиновых двигателей, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Подробнее в статье: как уменьшить или увеличить степени сжатия двигателя.

Что такое компрессия двигателя

Компрессия — это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.
Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет).

По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.

При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли — причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне — в клапанах.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Если автомобильная Европа пытается усовершенствовать гибридные двигатели, то японские производители пошли другим путем, а именно улучшили эффективность традиционного двигателя. Они это сделали за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее не удавалось ни одному из производителей и было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно?

Один из важных недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее мы сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец. Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.
На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.
Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия.

Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО2 по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

Один из параметров отрегулированного двигателя – степень сжатия.

Величина этого показателя тесно связана с мощностью, детонационной стойкостью, экономичностью и другими подобными характерными особенностями двигателя. Ввиду этого, важно правильно рассчитать степень сжатия.

>Вам понадобится

  • — калькулятор;
  • — бюретка;
  • — стекло;
  • — герметик.

Инструкция

  • Степень сжатия определяется как отношение полного объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания к объему его камеры сгорания. Рассчитывают этот показатель по следующей формуле: CR=(V + C)/C, в которой V – рабочая емкость цилиндра, С – объем камеры сгорания.
  • Чтобы найти емкость одного цилиндра, нужно рабочий объем двигателя (литраж) разделить на количество цилиндров. К примеру, если рабочий объем четырехцилиндрового двигателя равен 1200 кубическим сантиметрам, то емкость одного цилиндра будет равна 300 кубическим сантиметрам.
  • Емкость камеры сгорания – это объем, который остается над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке. Он включает в себя несколько величин: объем полости в головке, объем выемки (в днище поршня), объем между верхней частью блока поршня и верхней частью блока цилиндра в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке, а также объем, равный толщине прокладки.
  • Если используемая прокладка круглая, то объем, равный ее толщине, определяется по формуле: Vcc=/1,000, где p=3,142, где L — толщина прокладки, находящейся в зажатом состоянии (в мм), D – диаметр отверстия в прокладке (в мм). Если прокладка не круглая, то для измерения объема воспользуйтесь бюреткой. Для этого приклейте прокладку с помощью герметика к стеклу, после чего поместите стекло на ровную поверхность и заполните водой отверстие в прокладке, используя для этого бюретку.
  • Зная рабочую емкость цилиндра и объем камеры сгорания, подставьте эти значения в формулу и рассчитайте степень сжатия.
  • Термическая эффективность непосредственно связана со степенью сжатия: чем выше степень сжатия – тем меньше топлива используется двигателем для получения требуемой мощности.

FILED UNDER : Статьи

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*