Давление в камере сгорания бензинового двигателя

Компрессия в цилиндрах двигателя – норма и алгоритм измерения

Первые признаки износа мотора – затрудненный запуск «на холодную» и увеличенный расход масла (свыше 150 мл на 1 тыс. км пробега). При появлении подобных симптомов выполняется проверка компрессии в цилиндрах двигателя, помогающая точнее определить техническое состояние цилиндропоршневой и клапанной группы. Чтобы провести такую диагностику, необязательно ехать в автосервис: достаточно обзавестись специальным манометром и понимать, какой должна быть компрессия в исправном силовом агрегате.

Что понимают под компрессией?

Одна из основных характеристик двигателя, приведенная в инструкции по эксплуатации автомобиля, – степень сжатия. Это безразмерный коэффициент, показывающий, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь перед воспламенением. Рассчитывается так: объем одного цилиндра (с учетом камеры сгорания) делится на величину хода поршня. Данный параметр является постоянным и меняется только при глубоком тюнинге мотора – расточке цилиндров, установке другого коленвала и так далее.

Степень сжатия несведущие автолюбители путают с компрессией – реальным давлением, создаваемым поршнями при вращении коленчатого вала стартером (200–300 об/мин). Характеристика меняется по мере износа деталей и измеряется в таких единицах:

  • Атм (атмосфера);
  • кгс/см 2 (килограмм-сила на сантиметр) = 0,97 Атм;
  • МПа (мегапаскаль) = 9,9 Атм;
  • Бар = 0,99 Атм.

Чтобы выявить неисправность главных элементов двигателя, нужно померить компрессию во всех цилиндрах и сопоставить полученные значения с оптимальной величиной. Почему в процессе эксплуатации мотора компрессия снижается:

  1. Рабочие поверхности колец, поршней и цилиндров истираются, зазор между ними увеличивается. Когда коленвал крутится стартером, поршень не успевает «накачать» давление в камере сгорания – часть воздуха уходит через щели в картер.
  2. Тарелки клапанов постепенно подгорают, неплотно садятся в седло и пропускают газы.
  3. «Подвисший» клапан либо полностью прогоревший поршень не позволяет создать давление в цилиндре.
  4. Царапины и задиры на цилиндрах также ведут к утечкам газов.

Указанные процессы аналогично протекают во время работы мотора: топливо не догорает, газы проникают в картер, а масло – в камеру сжигания. То есть, величина компрессии отражает реальную картину внутри двигателя.

Оптимальное давление в цилиндрах

Чтобы определить момент критической изношенности цилиндропоршневой группы, нужно знать, какая норма компрессии считается удовлетворительной. Здесь прослеживается взаимосвязь со степенью сжатия – чем она выше, тем большее давление возникает в камерах сгорания при вращении коленчатого вала.

На данный момент встречается 3 разновидности моторов с различными параметрами:

  • старые силовые агрегаты с низкой степенью сжатия (до 8,5);
  • современные двигатели на бензине, где топливная смесь сжимается в 9–11 раз;
  • дизели с величиной сжатия 16–24.

Камера сгорания дизельного мотора отличается малыми размерами, поэтому воспламенение солярки происходит от сильного сжатия.

Оптимальные значения давления в цилиндрах различных силовых агрегатов получены на основании многократных практических замеров. Когда мотор нагрет до рабочей температуры, аккумулятор заряжен и нет проблем со стартером, компрессия в двигателе должна быть следующей:

  1. На дизеле – от 2,4 до 3 МПа. Первый показатель – минимально допустимый, при каком автомобиль способен завестись.
  2. Оптимальное давление в цилиндрах инжекторного силового агрегата – 1,4–1,5 МПа. Допускается уменьшение компрессии до уровня 1,1 МПа.
  3. В старых карбюраторных двигателях ВАЗ и других марок минимальный порог составляет 1 МПа или 10 Бар. Агрегат в отличном состоянии должен показать результат 13 Бар.

Примечание. Если проанализировать данные замеров, то можно выявить следующую закономерность: оптимальное давление равно степени сжатия, умноженной на коэффициент 1,4–1,5.

Чем нужно измерять?

Для оценки технического состояния цилиндропоршневой группы и плотности прилегания клапанов применяется диагностический прибор для измерения компрессии. В состав комплекта входят следующие детали:

  • манометр стрелочный со шкалой 0–2,4 МПа (для дизеля – 0–4 МПа);
  • гибкий патрубок с наконечником, вкручивающимся на место свечи зажигания;
  • клапан обратный;
  • ручной клапан сброса воздуха;
  • насадки – переходники под различные резьбы.

Простейший вариант компрессометра – манометр с обратным клапаном и резиновой насадкой в виде конуса. В процессе измерения прибор необходимо прижимать к свечному отверстию и удерживать рукой, а не вкручивать.

Если назначение манометра понятно, то функции остальных элементов требуют пояснения. Обратный клапан не дает воздуху покидать корпус прибора, пока поршень накачивает максимальное давление, что происходит за 5–10 тактов. Затем показания обнуляются путем сброса воздуха кнопкой. Поскольку компрессия в дизельном двигателе меряется через отверстия для форсунок или свечей накала, прибор комплектуется различными переходниками.

Как часто проверять давление?

В профилактических целях проводить диагностику следует вместе с заменой свечей зажигания бензинового мотора. В зависимости от марки авто, технического состояния и качества изделий такая операция проводится с интервалом 25–50 тыс. км.

Поводом для внеочередной проверки компрессии служат такие симптомы:

  • силовой агрегат начал «поедать» масло в количестве 150 мл на 1 тыс. км и более;
  • заметен сизый дым из выхлопного тракта;
  • автомобиль стал плохо заводиться «на холодную»;
  • на холостом ходу мотор глохнет и трясется.

Последний признак может указывать на неисправность системы зажигания либо выход из строя 1–2 свечей. Перед измерением давления подобные неполадки желательно устранить. На дизелях износ поршневой группы и клапанов проявляется аналогичными симптомами, особенно затрудняется холодный пуск – при недостатке давления солярка попросту не вспыхивает.

Порядок выполнения замеров

Перед тем как проверить компрессию двигателя, необходимо обеспечить полный заряд аккумуляторной батареи и исправную работу стартера. Иначе вы получите заниженные показатели и возьметесь за ремонт силового агрегата вместо продолжения диагностики и поиска других причин.

Существует несколько способов измерения давления – «на холодную», «на горячую», с закрытым и полностью открытым дросселем. Практика показывает, что наиболее точные результаты дает проверка на прогретом моторе, выполняемая согласно инструкции:

  1. Запустите двигатель и доведите температуру охлаждающей жидкости до 70 °С.
  2. Снимите высоковольтные провода и выверните все свечи, на дизеле – форсунки.
  3. Отключите форсунки от контроллера, отсоединив соответствующий разъем. Другой вариант – обесточить бензонасос, вытащив нужный предохранитель.
  4. Вкрутите насадку компрессометра в отверстие 1-го цилиндра, откройте дроссельную заслонку, нажав педаль газа, и проверните коленвал стартером 5–10 раз.
  5. Снимите показания и повторите операцию на остальных цилиндрах.

Если вы не хотите касаться электроники, то форсунки бензинового двигателя можете не отключать, на точность показаний это не повлияет, но при диагностике в масляный картер попадет небольшое количество горючего. Топливоподача на дизеле с механическим ТНВД отключается с помощью рычага отсечки.

По результатам измерений делаются следующие выводы:

  1. Если показатели замеров отличаются не более, чем на 1 Бар и близки к оптимальным, поршневая группа и клапаны исправны.
  2. Та же ситуация, но показатели близки к минимальному порогу. Ресурс силового агрегата практически исчерпан, можно ездить дальше и доливать масло, но готовиться к ремонту.
  3. Когда давление в одном из цилиндров на 2–3 Бар ниже остальных, сделайте повторную проверку, залив в свечное отверстие 5 мл моторной смазки. Компрессия выросла – значит, неисправна поршневая группа, поскольку масло уплотнило прилегание колец. Показания остались прежними – виноват прогоревший клапан.

Если давление во всех цилиндрах ниже нормы, придется делать капитальный ремонт. Тест с добавлением масла проводить бесполезно – двигатель все равно нужно разбирать.

Как проверить компрессию в двигателе

Как проверить компрессию в двигателе автомобиля и как определить причину низкого давления. Для правильной диагностики неисправности. Какой способ замера даёт более полное представление о возникшей проблеме. Для того чтобы ответить на эти вопросы. Можно сделать замеры двумя методами. При помощи компрессометра и прибора для замера давления в цилиндрах.

Причины падения давления в цилиндрах

Двигатель автомобиля теряет мощность. Неравномерно работает. Троит. При замене свечей работает какое-то время нормально потом снова начинает троить. Увеличивается расход бензина. На холодную двигатель заводится нормально. Но на горячую двигатель завести уже проблема. Все это говорит о том, что возможно возникли проблемы в цилиндро-поршневой группе.

Износ поршневых колец. Прогорание клапанов. Выработка в сёдлах и самих клапанах. Прогорание прокладки головки блока. Это одни из немногих причин которые приводят к неэффективной работе двигателя. Проблемы с цилиндро-поршневой группой можно диагностировать.

Как проверить компрессию в двигателе компрессометром

Одним из способов диагностики является замер компрессии возникающей в камере сгорания при достижении поршнем верхней мертвой точки в такте сжатия.

На всех двигателях устанавливается раннее зажигание. Топливо воспламеняется до того как поршень дойдет до верхней мертвой точки. В ВМТ уже горящее топливо сжимается возникает давление, при котором топливо сгорает наиболее эффективно. Происходит как бы взрыв топлива. То есть в результате горения газы начинают мгновенно расширяться. И если давления сжатия не достаточно. То интенсивного горения не происходит. Топливо в цилиндре сгорает не полностью. Двигатель теряет мощность. Для бензиновых двигателей давление которое поршень должен создавать в ВМТ соответствует 10- 13 bar. Если давление ниже 9 bar можно сказать что в двигателе возникли серьёзные проблемы. Связанные с прогоранием клапанов поршневых колец или прокладок.

Фактически замерив компрессию в цилиндрах, мы можем определить наличие или отсутствие серьезных проблем с двигателем. Замерить компрессию можно при помощи специального прибора компрессометра. Он представляет собой манометр, который герметично соединяется с полостью камеры сгорания. И при вращении двигателя стартером. Замеряет возникающее давление в камере сгорания.

Для того чтобы произвести замер необходимо выполнить несколько условий.

Условия проведения замера

  1. Двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры. Потом у что тепловые зазоры должны соответствовать именно той температуре, в которой двигатель эксплуатируется.
  2. Необходимо вывернуть свечи со всех цилиндров. Что бы компрессия, возникающая в цилиндрах, не оказывала сопротивление на стартере. С помощью, которого будет проворачиваться двигатель. В противном случае не сможет создать максимально возможный крутящий момент. И измерения будут неправильными.
  3. Необходимо отключить катушку зажигания, что бы при вращении не образовывалась искра достаточно снять разъём с катушки или модуля зажигания. Потом у что возникающее напряжение будет образовывать искру в любом месте. И это могут оказаться обмотки катушки зажигания. Может повредиться изолирующий слой проводов. Или диэлектрических элементов катушки. В результате пробоя катушка выйдет из строя.
  4. Заслонка акселератора должна быть открыта полностью. Что бы не создавалось сопротивление поступающего в камеру сгорания воздуха. Любое сопротивление снизит фактическое показание компрессии в камере сгорания.
Читайте также  Масло для четырехтактных двигателей с воздушным охлаждением

Как померить компрессию в двигателе

Прибор для измерения компрессии присоединяется к свечному отверстию. Вращается стартер. На манометре возникает давление. По максимально возросшему давлению судят о состоянии цилиндро поршневой группы.

Анализ измерений

Существует мнение, что разность показания манометра между цилиндрами в 0,5-1 bar говорит о неисправности в поршневой группе. И двигатель требует ремонта. Но на самом деле с точной уверенностью сказать этого нельзя. Потому что изначально цпг не герметичная система. Потери давления присутствуют даже на совершенно новом обкатанном двигателе. Речь идет о среднем допустимом давлении, при котором происходит воспламенение и расширение горящих газов. Стартер создает небольшое количество оборотов. На заведенном двигателе даже на холостых оборотах картина изменится в лучшую или худшую сторону.

По этому с уверенностью можно только сказать. Что если компрессия ниже 9 bar то существует проблема требующая вмешательства. Но нет возможности определить в каком именно месте возникла проблема.

Дедовский способ определения источника проблемы. Заключается в следующем. При замере компрессии обнаружено низкое давление в цилиндре. Добавляют 5-10 моторного масла в камеру сгорания.

  • Если давление повысилось. Проблема в гильзе или поршневых кольцах.
  • Давление осталось неизменным значит причина в клапанах или прокладке.

Но это не правда. Потому что давление повысится в любом случае. Так как масло уплотнит поршневые кольца с гильзами. И давление возрастет даже если существует прогар клапанов или прокладки.

Говорить о детальной диагностике неисправности цилиндро-поршневой группы при использовании компрессометра не приходится. Детально определить неисправност возможно если применить другой прибор. Для измерения давления камере сгорания.

Тестер для замера потери давления в цилиндрах двигателя

Устройство тестера

Выглядит тестер следующим образом. Два манометра подключены к общему каналу. В канале установлен жиклер который. Жиклер дает возможность подавать фиксированное количество воздуха в камеру сгорания. Которое измеряется манометром в процентном соотношении от допустимой нормы потери воздуха в цилиндре. Первым прибором мы устанавливаем давления воздуха идущее от компрессора. Для бензиновых двигателей оно составляет 5 bar. Второй прибор показывает давление, создаваемое в цилиндре. С учетом возможных потерь. Шкала разделена на три зоны:

  • Зеленая — допустимые потри давления
  • Желтая — критичное падение давления
  • Красная — не допустимое падение давления

Применение тестера

Тестер подключается к компрессору. Который создает необходимое давление воздуха. С другой стороны шланг соединяется с камерой сгорания через переходники в свечное отверстие.

Условия проведения замера

Они такие же как и при использовании компрессометра. Добавляется толь ко то что замер производится при нахождении поршня цилиндра в ВМТ такта сжатия. Как и при регулировки клапанов. То есть клапана должны быть полностью закрыты. Для проведения измерения давления придется в каждом цилиндре выставлять поршень в такте сжатия.

После того как поршень в измеряемом цилиндре подведён в ВМТ прибор соединяется с камерой сгорания и на него подается давление воздуха от компрессора. При помощи крана выставляется давление в 5 bar. На первом манометре. Второй прибор уже показывает потерю давления.

В зеленой зоне все нормально

Желтая зона требуют внимания.

Красная зона требуется ремонт

Анализ показаний прибора

С применением данного прибора уже можно сориентироваться где именно возникла потеря давления. Прорывающийся воздух будет создавать шум

  • Если воздух слышен при открытии масло заливной пробки. Значит потеря давления происходит через поршневые кольца в картер двигателя
  • Потери воздуха слышны в выхлопной трубе. Нет герметичности в выпускном клапане
  • Воздух во впускном коллекторе значит проблема с впускным клапаном.
  • Бурление в расширительном бачке системы охлаждения. Прогорела прокладка либо трещина в гильзе или головке блока.

Тестер для замера давления в цилиндрах как диагностический прибор даёт больше информации чем просто проверить компрессию в двигателе. Можно уже диагностировать конкретную неисправность. И планировать возможный ремонт.

Принцип работы автомобиля

Работа двигателя. Процессы горения и передачи тепла

У бензиновых двигателей после прохождения поршнем ВМТ давление и температура в цилиндре за счет сгорания топливо-воздушной смеси достигают максимума — давления порядка 3-6 МПа и температуры свыше 2500 К. Весь процесс сгорания происходит вблизи ВМТ, длится 4060° угла поворо­та коленчатого вала (ПКВ), объем камеры сгорания при этом изменяется мало. Именно поэтому бензиновые двигатели с искровым зажиганием в литературе называют иногда двига­телями с подводом тепла при постоянном объеме или двига­телями Отто (работающими по циклу Отто).

Для дизелей условно принимают, что часть теплоты под­водится при постоянном объеме, а часть — при постоянном давлении. Поскольку у дизелей степень сжатия существенно выше, чем у бензиновых двигателей (е = 21-22), то макси­мальное давление при сгорании также выше и достигает 5,5 МПа. При этом температура газов в цилиндре меньше и, как правило, не превышает 20005-2200 К.

Процесс сгорания топливо-воздушной смеси в двигателе очень сложен и до конца не изучен. При горении происходят химические реакции с выделением тепла и образованием продуктов сгорания. Процесс горения существенно зависит от большого числа физических явлений в цилиндре: от геоме­трии (формы) камеры сгорания до состава, скорости и на­правления движения смеси в цилиндре в данный момент вре­мени в данной точке.

Для осуществления процесса горения необходимо, чтобы количество топлива, подаваемого в цилиндр, строго соответ­ствовало количеству воздуха, поступающего в цилиндр на такте впуска. Соотношение количеств воздуха и топлива в смеси определяется коэффициентом избытка воздуха. где 15 — постоянный (стехиометрический) коэффици­ент для данного топлива — теоретически необходимое количе­ство воздуха (кг) для полного сгорания 1 кг топлива. При а = 1, когда количество топлива точно соответствует количеству воздуха, необходимому для полного сгорания этого топлива, состав смеси называют стехиометрическим.

При сгорании коэффициент избытка воздуха а смеси для бензиновых двигателей традиционных конструкций должен находиться в интервале от 0,70-0,75 до 1,05-1,15 в зависимо­сти от режимов работы двигателя. Для этого система питания двигателя должна строго дозировать топливо. Например, при разгоне целесообразно иметь, а меньше 1 («богатая» смесь и большой крутящий момент), в то время как для установивше­гося режима движения автомобиля желательно, чтобы а бы­ло близко к 1 (нормальная или слегка обедненная смесь, вы­сокая экономичность, а также приемлемая токсичность отработавших газов).

Для воспламенения и горения смеси у двигателей тради­ционных схем необходимо, чтобы топливо хорошо испарилось и перемешалось с воздухом еще на также сжатия, т. е. перед искровым разрядом. Это достигается внешним смесеобразо­ванием, т. е. подачей топлива заранее во впускной трубопро­вод (с помощью карбюратора или форсунок системы впрыс­ка). При этом топливо успевает практически полностью испа­риться перед воспламенением. После воспламенения смеси искровым разрядом образуется фронт пламени, распростра­няющийся по объему камеры сгорания.

Коэффициент избытка воздуха а существенно влияет не только на экономичность и мощность, но и на состав отрабо­тавших газов. Например, если основная часть продуктов сго­рания — это углекислый газ СО2 и водяные пары Н20, то при работе на богатых смесях двигатель выделяет повышенное ко­личество оксида углерода СО, а также несгоревшие углеводо­роды CnHm (СН). На некоторых режимах продукты сгорания содержат также повышенное количество оксидов азота NOx, что особенно характерно для двигателей с высокой степенью сжатия (оксиды азота образуются при высоких температурах).

Очень важное значение для состава отработавших газов имеет конструкция головки блока двигателя и особенно каме­ры сгорания — пространства между головкой и днищем порш­ня. От того, как организовано движение смеси по камере сго­рания перед и во время сгорания, сильно зависит количество вредных выбросов типа СО, NOx и СН.

В конечном счете, все указанные факторы влияют и на ко­личество выделившегося при сгорания тепла — чем оно боль­ше, тем выше основные параметры двигателя. Например, двигатель, имеющий на определенном режиме большое коли­чество СО и несгоревших углеводородов СН в отработавших газах, вряд ли обеспечит на этом режиме хорошую мощность или экономичность. С другой стороны, сгорание должно так­же происходить в строго определенной фазе цикла — слишком раннее или позднее сгорание приводит к уменьшению давле­ния в цилиндре и, в конечном счете, к ухудшению основных параметров двигателя.

При сгорании в цилиндре выделяется большое количество тепла. Часть его уходит с отработавшими газами, другая часть передается в стенки головки и гильзу цилиндра, в пор­шень. Если бы конструкция поршня не позволяла от­водить тепло от днища, то поршень очень быстро бы распла­вился и прогорел. В самом деле, температура газа в камере сгорания превышает 1800-2000°С, в то время как рабочая температура деталей из алюминиевого сплава не должна быть больше 300-350°С. Для работы в таких условиях наибо­лее важна передача тепла через поршневые кольца в стенки цилиндра. При этом через верхнее кольцо уходит до 50-60% всего тепла, переданного из камеры в поршень, а через среднее — до 15-20%. Для того, чтобы обеспечить передачу тепла через кольца, необходимо точное (плотное) прилегание коль­ца к канавке поршня и к поверхности цилиндра. Дефекты кольца (плохое прилегание к цилиндру, поломки) и поршня (деформация или разрушение перемычек) приводят к сниже­нию потока тепла от поршня и, соответственно, к его перегре­ву с последующим разрушением. Другая часть тепла от порш­ня передается через его юбку в стенку цилиндра, а также че­рез палец в шатун и далее рассеивается в картере. Незначи­тельная часть тепла уходит в картер в результате вентиляции внутри поршневого пространства при возвратно-поступатель­ном движении поршня.

Читайте также  Как правильно заводить дизельный двигатель с турбиной?

Тепловое состояние (т.е. распределение температуры) поршня в значительной степени зависит от его конструкции и материала. Эти факторы влияют на такие параметры, как за­зор между поршнем и цилиндром, износ юбки и др. Чем хуже отвод тепла, тем больше температура поршня, тем больше его тепловое расширение и тем больше необходимый зазор. Если зазор между поршнем и цилиндром окажется меньше, чем на­до, поршень в цилиндре может заклинить. При очень малом зазоре увеличивается трение юбки поршня о стенки цилинд­ра, из-за чего вместо отвода тепла может происходить его подвод (разогрев юбки от трения). После заклинивания и по­следующего остывания поршень, как правило, деформируется (сжимается по юбке), а на поверхности цилиндра появляются глубокие царапины (задиры), иногда со следами алюминия, перенесенного с поршня на материал гильзы.

При определенных условиях в эксплуатации бензиновых двигателей могут возникать нарушения процесса сгорания. К ним относятся детонация и преждевременное воспламенение.

Явление детонации широко известно. Внешние проявле­ния детонации — характерный стук, появляющийся при работе на низкооктановом топливе с увеличением нагрузки (т. е. при открытии дроссельной заслонки).

Суть детонации заключается в ненормально быстром (в сотни раз быстрее обычного) сгорания части смеси. При этом образуются ударные волны, с большой скоростью распростра­няющиеся по камере сгорания. В ударной волне происходит скачкообразный рост давления и температуры среды, в кото­рой распространяется волна. А это вызывает воспламенение смеси не в результате обычного распространения пламени (скорость порядка 20-30 м/с), а из-за ее разогрева в ударной волне, движущейся со скоростью более 1000 м/с.

Механизм возникновения детонации поддается изучению с большими трудностями. Опытным путем установлено, что компактные камеры сгорания с вытеснителями имеющие форму, близкую к сферической, менее склонны к образова­нию детонационных процессов, чем длинные и узкие камеры с острыми углами и выступами. Однако в каж­дом конкретном случае при разработке нового двигателя оп­ределить наилучшую форму камеры сгорания — дело очень от­ветственное, долгое и кропотливое.

В эксплуатации детонация наиболее часто возникает на низкооктановом топливе при малых и средних частотах враще­ния и больших нагрузках. Детонация изменяет характер проте­кания давления в цилиндре по углу поворота, резко увеличивает максимальное давление, температуру и нагрузки на детали дви­гателя. Последствия длительной работы двигателя с детонацией весьма тяжелы. В первую очередь это — поломка поршней и пор­шневых колец из-за ударных нагрузок. Наиболее подвержены поломкам перемычки поршней между канавками колец. Удар­ная волна, вызывая резкое повышение давления в зазоре меж­ду днищем поршня и цилиндром, бьет по верхнему поршневому кольцу. Удар передается на перемычку поршня, причем одно­временно не по всей окружности кольца, а в конкретной доста­точно узкой области, что облегчает поломку деталей.

Детонация вызывает не только поломку перемычек, но и перегрев и разрушение краев днища поршня (каверны на по­верхности), поломку поршневых колец. Последующий перегрев поршня обычно настолько велик (из-за уменьшения теплоотвода через кольца), что выгорает огневой пояс поршня от днища до верхнего и даже нижнего поршневого кольца.

После поломки деталей падает давление в цилиндре и мощность двигателя, увеличивается прорыв газов в картер (и давление в картере), расход масла. Результатом длительной работы двигателя с детонацией может быть также износ по торцу верхней канавки поршня и верхнего кольца, износ по­верхностей сопряжения поршня и поршневого пальца. Эти случаи встречаются довольно часто, но ускоренные износы не всегда удается связать с детонацией.

Режимы детонации ограничивают углы опережения зажи­гания на некоторых режимах. Это значит, что при увеличении опережения зажигания основные параметры двигателя повы­шаются, однако, работа на этих режимах недопустима из-за опасности поломки деталей. Электронные системы управле­ния двигателем точно отлеживают эти режимы, в том числе с помощью датчиков детонации.

На некоторых двигателях (TOYOTA, NIS­SAN) вместо одной свечи устанавливают две на один цилиндр. Такая конструкция является достаточно эффективной для уменьшения склонности двигателя к детонации при повышении степени сжатия за счет сокращения длины пути фронта пламе­ни по камере сгорания. Снижает вероятность возникновения детонации более низкая температура поверхностей камеры i сгорания и днища поршня. Это достигается интенсификацией i охлаждения камеры путем уменьшения толщины стенок, увеличения скорости течения охлаждающей жидкости у стенок и даже некоторым снижением уровня температуры охлаждающей жидкости (например, с 90-95°С до 80-85 0 С) за счет схемы и конструкции системы охлаждения двигателя.

У двигателей с впрыском топлива температура топливо-воздушной смеси на входе в цилиндр обычно меньше, чем у карбюраторных двигателей, поскольку у последних необходим подогрев смеси на впуске (иначе не будет качественного испарения и сгорания топлива). Поэтому двигатели с впрыском топлива при прочих равных условиях менее склонны к детонации, что позвопяет несколько увеличить у них степень сжатия. Аналогичное влияние оказывает промежуточное ох­лаждение воздуха у двигателей с наддувом.

Кроме детонации, на практике встречается явление преждевременного воспламенения, называемое также калильным зажиганием. При калильном зажигании происходит воспла­менение смеси не от искрового разряда свечи, а от нагретых до очень высоких температур (более 700°С) поверхностей ка­меры сгорания. В качестве таких источников воспламенения могут выступать электроды свечи зажигания, тарелка выпуск­ного клапана или частицы нагара, если нагар лежит на дета­лях достаточно толстым слоем.

Обычно калильное зажигание возникает из-за несоответ­ствия характеристики свечи, рекомендованной изготовите­лем автомобиля, в частности, когда для двигателя с высокой степенью сжатия использована «горячая» свеча от низкофор­сированного двигателя. При этом смесь в цилиндре самовос­пламеняется несколько раньше, чем происходит искровой разряд, но процесс сгорания протекает нормальным обра­зом. С ростом нагрузки и частоты вращения момент самовос­пламенения отодвигается в раннюю сторону, из-за чего теп­ловое и силовое воздействие на детали двигателя, особенно, на поршень, значительно возрастает.

Опасность калильного зажигания заключается в том, что на начальной стадии его практически невозможно отличить «на слух» от обычного сгорания, в то время как с течение вре­мени (обычно от нескольких десятков секунд до нескольких минут), когда у двигателя появляется посторонний звук и он начинает терять мощность, детали поршневой группы уже мо­гут быть повреждены. Вследствие этого на двигате­лях современных автомобилей замена свечей зажигания оказывается весьма небезопасной для двигателя, если ста­вятся первые попавшиеся свечи.

Воспламенение топлива в двигателе

Воспламенение от электрической искры (бензиновый двигатель).

В бензиновом двигателе в конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры. Эту искру в определённый момент генерирует свеча зажигания. В момент образования искры начинает образовываться очаг горения смеси. Далее этот очаг расширяется и превращается во фронт пламени, который поглощает новые порции свежего заряда.

Максимальное давление горящих газов в бензиновом ДВС может достигать 80 атм, это в 40 раз больше давления в автомобильном колесе.

Во время горения смеси давление и температура в камере сгорания повышаются, давление начинает воздействовать на поршень.

Фронт пламени разделяет камеру сгорания на сгоревшую и несгоревшую зоны.

Детонация в двигателе — процесс неконтролируемого сгорания топливовоздушной смеси (взрыва), приводящий к сильным ударным нагрузкам на шатунно-поршневую группу и провоцирующий усиленный износ этих деталей.

Нормальная скорость сгорания в двигателе равна 25м/сек, при детонации пламя распространяется со скоростью 2000м/сек, а это уже взрыв.

Детонация может быть спровоцирована чрезмерно ранним зажиганием (несвоевременный момент воспламенения рабочей смеси в цилиндре). Еще одной причиной возникновения детонации двигателя является использование топлива, октановое число которого ниже, чем это предусмотрено в технических требованиях конкретного двигателя (например, использование бензина А-76 вместо А-95). Низкооктановые бензины рассчитаны на использование в двигателях с низкой степенью сжатия, а высокооктановые бензины – с относительно высокой степенью сжатия.
В современных двигателях начало детонации контролируется датчиком детонации, и блок управления двигателем принимает соответствующие меры по предотвращению этого процесса.

Часто причиной детонации является Калильное зажигание.

Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от раскаленного нагара или перегретых деталей камеры сгорания (например — от того же электрода свечи). Калильное зажигание нарушает процесс нормального сгорания бензина, имеет непосредственную связь с развитием или возникновением детонации.

Вероятные причины возникновения калильного зажигания:

  • применение нерекомендованных производителем свечей зажигания;
  • большое количество нагара;
  • перегрев двигателя;
  • некачественный бензин;
  • чип-тюнинг.

Воспламенение от сжатия (дизельный двигатель).

В дизельном двигателе, в отличие от бензинового, сжимается только воздух. При такте сжатия воздух сжимается в 20 раз (вспомните степень сжатия), при этом воздух сильно нагревается. В конце такта сжатия в камеру сгорания посредством форсунки впрыскивается топливо под давлением 900-2000 атм.
Распыленное топливо нагревается, испаряется и затем самовоспламеняется. При этом образуется огромное количество очагов горения. Всё это происходит за очень короткий отрезок времени.

В конце сжатия в дизельном двигателе воздух нагревается до 800-900 градусов!

Максимальное давление горящих газов в дизельном двигателе может достигать 160 атм. В обычной городской водопроводной системе давление всего 6 атм, много, так вот отчего мы слышим характерный звук работы дизельного двигателя.

Сравнение бензинового и дизельного двигателей.

Что такое компрессия двигателя и на что она влияет?

Первое, что делает покупатель поддержанного автомобиля, — это едет в сервис и просит замерить компрессию в двигателе. По результатам делается вывод о сохранности силового агрегата и о его остаточном ресурсе. Однако не все представляют смысл этого термина и нередко путают компрессию со степенью сжатия. За что же отвечает компрессия в бензиновом двигателе и какой должна быть ее величина для нормальной работы мотора?

Читайте также  Ремонт турбины дизельного двигателя своими руками

Давление конца сжатия

Компрессия — это простонародное выражение, правильный термин — «давление конца сжатия». Оно создается в цилиндре движением поршня при выключенном зажигании и без подачи топлива.

Для измерения давления в цилиндрах мастера в технических сервисах обычно используют специальный прибор — компрессометр, который вкручивается вместо свечи зажигания. Измерительный элемент оказывается внутри цилиндра. Далее коленвал раскручивается стартером, и на шкале стрелка показывает определенное значение.

Чем выше компрессия, тем большую мощность может развить силовой агрегат. Она зависит от состояния колец поршней и их степени износа. Тарелки клапанов постепенно подгорают, неплотно садятся в седло и пропускают газы. «Подвисший» клапан либо прогоревший поршень не позволяют создать нужное давление в цилиндре.

При повреждении их газы проникают в картер, двигатель не может развить проектную мощность, и его характеристики искажаются. Если в одном цилиндре компрессия ниже, чем в других, на 25%, то необходим ремонт двигателя с полной его разборкой.

Нормальными значениями компрессии для распространенных 1,6-литровых атмосферных моторов считается 11-12 бар. В старых карбюраторных двигателях ВАЗ минимальный порог составляет 10 бар. Новый агрегат в отличном состоянии только что с конвейера должен показать 13 бар.

Бесконечно увеличивать компрессию нельзя из-за риска возникновения детонаций. Воздушно-топливная смесь при сжатии разогревается и может воспламениться произвольно еще до завершения цикла сжатия. То есть произойдет взрыв смеси раньше времени, из-за чего повреждаются детали двигателя.

Как увеличить мощность?

Увеличивают мощность двигателя за счет степени сжатия топливной смеси. Эта величина показывает отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Представим цилиндр в разрезе. Поршень ходит вверх и вниз. Когда он останавливается в верхней точке, то над ним остается свободное пространство объемом V1, где должно находиться сжатое под высоким давлением топливо и воздух, которые затем подрывается искрой.

Под силой расширяющихся газов поршень движется вниз и совершает работу. Когда он достигает нижней мертвой точки, то открывается второй объем V2, в который вновь впрыскивается смесь и начинается новый цикл сжатия.

Степень сжатия — это отношение V2/V1, то есть таким простым способом рассчитывается, во сколько раз сжимается воздушно-топливная смесь при движении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Чем больше сжимается топливо, тем выше КПД.

К примеру, если старый 6-цилиндровый 3-литровый мотор со степенью сжатия 5 развивает мощность в 100 л. с., то при степени сжатия 11 он показывает уже 130 л. с. Причем при неизменном расходе горючего.

Насколько сжимается топливо?

На заре автомобилестроения степень сжатия двигателей Отто делали в 4-5 единиц. На старых карбюраторных моторах ВАЗа смесь топлива с воздухом сжималась в 9,5-10 раз. На инжекторных моторах – в 10,5-11 раз. Сейчас на современных турбированных агрегатах она сжимается в 12-14 раз. Но бесконечно это делать невозможно. Растут конструктивные издержки.

В общем, компрессия и степень сжатия — это не одно и то же. Но обе эти величины влияют на мощность мотора. Правда, с износом поршней, клапанов и колец компрессия может падать, а вот степень сжатия — никогда.

1500 бар — самое высокое давление в машине. И где оно?

Давление (и его антипод — разрежение) может возникнуть в любой замкнутой емкости — хотя бы из-за температурных перепадов. А если при этом задействованы механизмы, то колебания давления могут быть гораздо больше.

Любопытно, что даже в салоне машины давление воздуха обычно чуть выше атмосферного! Под воздействием вентилятора отопителя или скоростного напора воздух нагнетается в салон через дефлекторы. А в некоторых узлах и агрегатах оно выше в десятки раз.

Давление — движущая сила в автомобиле. Рассказываем, насколько велика его сила и что она может.

1. Камера сгорания — 60 бар (бензиновый мотор), 75 бар (дизель)

Этот параметр часто путают и с компрессией, и со степенью сжатия. Но это давление, которое возникает в момент сгорания топлива. Сильно «задирать» его нельзя, поскольку оно может разрушить кольца, вкладыши, клапаны. Тем не менее величина этого давления серьезная — даже у гражданских автомобилей.

2. Топливная система — до 1500 бар

В баке бензиновых и дизельных автомобилей поддерживается почти атмосферное давление. От изменений температуры или вследствие расхода топлива в нем может возникать легкое давление либо разрежение. В баке размещен насос, который подает топливо к двигателю с давлением не более 4 бар. В бензиновом двигателе с распределенным впрыс­ком топливо к форсункам поступает сразу, а в дизелях и моторах с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания стоят еще топливные насосы высокого давления. У бензиновых двигателей давление перед форсунками может достигать 100 бар. У дизелей давление после ТНВД может доходить до 1500 бар, и это самое высокое давление в автомобиле.

3. Система смазки двигателя — до 4 бар

Создается масляным насосом с приводом от коленчатого вала. При высокой частоте вращения насос обеспечивает избыточную производительность, поэтому ставят редукционный клапан для его регулирования. В последнее время всё чаще ставят насосы с переменной производительностью — они отбирают у мотора меньше мощности, ­экономят топливо и сокращают выбросы вредных газов в атмосферу.

4. Давление во впускном трубопроводе — до 2,5 бар

У наддувного двигателя (и бензинового, и дизельного) на минимальных оборотах холостого хода давление сравнимо с атмосферным, так как турбокомпрессор почти не вращается. Зато по мере роста нагрузки и оборотов двигателя турбокомпрессор выдает сначала номинальное давление, а затем пытается «перенаддуть» мотор. Но электронные и механические ограничители ему не дают развить большего давления — так возникает протяженная полка крутящего момента, очень удобная для управления тягой.

5. Система охлаждения двигателя — 1,5 бара

Образуется при нагревании охлаждающей жидкости. Давление ограничивает паровой клапан пробки радиатора или расширительного бачка. Это давление снижает риск закипания двигателя и уменьшает потери на испарение.

6. Разрежение во впускном трубопроводе — 0,8 бара

У атмосферного бензинового двигателя там всегда разрежение, которое возникает из-за дроссельной заслонки и сопротивления воздушного фильтра. Максимальной величины достигает при торможении двигателем. Большое разрежение возникает при минимальных оборотах холостого хода, малое — при полностью открытом дросселе.

7. Перед турбиной — до 2 бар

Для вращения турбокомпрессора используются отработавшие газы. Давление перед турбиной ограничивают, тем самым регулируя производительность компрессора: перепускной клапан отводит часть выпускных газов мимо турбины. Бывают и турбины с регулиру­емым сопловым аппаратом, управляемым электроникой.

8. Система выпуска отработавших газов — до 1 бара

Это давление возникает после выпускного коллектора у атмосферных моторов и после турбокомпрессора в наддувных. Оно обусловлено сопротивлением сот каталитического нейтрализатора. Существенно увеличивается при разрушении и оплавлении керамических сот, а также при механическом повреждении трубы системы выпуска.

9. Управление трансмиссией — 5 бар (АКП), 7,5 бар (вариатор), 60 бар (робот)

Речь о давлении рабочей жидкости для управления элементами коробок. Здесь и поршни, отвечающие за сжатие лент и пакетов фрикционов, и перемещение конусов вариаторов, и включение передач в роботах. Такой разброс обусловлен применением в роботах отдельного электрического насоса высокого давления.

10. Тормозная система — до 180 бар

В старых автомобилях без АБС давление в контурах тормозной системы определял водитель: как нажмет на педаль, столько и получится (с учетом помощи вакуумного усилителя). Сейчас же за этой физической силой следит АБС. Ее гидронасос может создавать давление до 180 бар, но это не значит, что такое давление постоянно напрягает тормозные шланги. Это необходимо для увеличения быстродействия механизма. На практике максимальным давление бывает лишь в экстренных случаях.

11. Система кондиционирования — 4 бара (при заправке), 20 бар (рабочее)

Принцип действия основан на переходах хладагента из жидкого состояния в газообразное при изменении давления. Однако при этом начальное давление в системе также необходимо. В результате работы компрессора давление в трубках может достигать 20 бар.

12. Разрежение в вакуумном усилителе — до 0,8 бара

Разрежение в нем не всегда равно разрежению во впускном трубопроводе, хотя они и соединены шлангом. Применен обратный клапан, который позволяет вакуумному усилителю «хранить запас разрежения» даже после остановки двигателя. Его хватает еще на несколько торможений.

13. Амортизаторы — до 30 бар

Прошли времена, когда при заделке крышки амортизатора в нем оставался атмосферный воздух. Теперь в амортизаторах используют инертный газ либо с небольшим давлением, либо со значительным газовым подпором. Если шток амортизатора можно легко вдавить руками, газовый подпор не превышает 1 бар. Газовый подпор приподнимает автомобиль и делает подвеску немного жестче.

14. Пневмоподвеска — 16 бар

В пневмоподвесках автомобилей давление обеспечивает насос, забирающий атмосферный воздух через фильтр. Обычно в пневмосистемах подвески легковых ­автомобилей используются давления, не превышающие 16 бар.

15. Газовые упоры — 120 бар

В газовых упорах, которые помогают открывать двери багажных отсеков и капоты, рабочим телом является азот, сжатый в некоторых изделиях до 120 бар. Любопытно, что наполняют газовые упоры, когда они полностью собраны, через штатное уплотнение штока, работа­ющее как обратный клапан.

16. Шины — 1,8–2,8 бара

Единственное давление, за поддержание которого ответственность лежит на водителе, а потому и нуждается в достаточно частой проверке. Шины несут основную нагрузку от массы автомобиля, от правильного давления в них зависит комфорт и безопасность.

Поэтому надо соблюдать рекомендации завода-изготовителя автомобиля.

  • Вы неправильно накачиваете колеса! Есть секрет — он тут.
  • Перед началом осенне-зимнего сезона стоит обзавестись щетками с обогревом BURNER. А чтобы боковые стекла оставались чистыми, нужен водосток лобового стекла.