Что такое компрессия и степень сжатия двигателя

Геометрические параметры двигателя объем и степень сжатия

Многим водителям известны такие понятия, как степень сжатия двигателя, компрессия и объем, но даже опытные автовладельцы порой смутно понимают значение геометрических показателей мотора и на что они влияют. Зачастую их просто путают между собой. В статье рассмотрим каждый показатель в отдельности и попробуем внести ясность.

  1. Объем двигателя
  2. Что такое степень сжатия
  3. Процесс сжатия в дизельных двигателях
  4. Кратко о компрессии
  5. На что влияет степень сжатия двигателя
  6. Степень сжатия и октановое число бензина

Объем двигателя

Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:

  • рабочий;
  • камеры сгорания;
  • полный.

В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.

Объемы цилиндра двигателя

Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.

По формуле это выглядит так: Vраб. = πr 2 h, где π = 3,14, r – радиус, h – длина рабочего хода поршня.

Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.

Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.

В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.

Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:

  • микролитражные (не больше 1,1 литра);
  • малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
  • среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
  • крупнолитражные (от 3,6 и больше).

Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля.

Что такое степень сжатия

Движение поршня происходит в результате давления газов, которые образуются при сгорании топливно-воздушной смеси. Перед воспламенением смесь сжимается поршнем в цилиндре. Оставшийся объем в цилиндре после полного сжатия топлива (объем над поршнем в ВМТ) называется камерой сгорания.

Степень сжатия – это отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. Она рассчитывается по формуле: ξ = (Vр + Vс) : Vс, где Vр – это рабочий объем, Vс – объем камеры сгорания.

Степень сжатия

Например, полный объем цилиндра равен 500 кубических сантиметров, а объем камеры сгорания 50 кубических сантиметров. Сжатие в 10 раз. Значит, степень сжатия будет равна 10:1.

Степень сжатия является соотношением и относительной величиной.

Процесс сжатия в дизельных двигателях

Как правило, в дизельных двигателях степень сжатия значительно выше. Если в бензиновых двигателях она в среднем составляет 10:1 – 12:1, то у дизелей значение может достигать от 15:1 до 22:1. Рабочий процесс в дизельном моторе происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к ВМТ. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Возгорание под давлением (без необходимости применения сложной системы зажигания) является главным преимуществом дизельного двигателя. Но, с другой стороны, повышаются требования к герметичности. Также необходим насос высокого давления, который является одним из слабых мест такого типа силовых агрегатов.

Кратко о компрессии

Если со степенью сжатия все понятно, то перейдем к термину компрессия. Под этим понятием понимается максимальный уровень давления, который возникает в камере сгорания в момент перед сгоранием топлива. Если степень сжатия это условная величина, то компрессия является абсолютной величиной и измеряется в атмосферах, килограммах на кубический сантиметр (кг/см 2 ).

Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические характеристики цилиндра.

Между этими двумя понятиями есть тесная связь, но на компрессию влияет не только уровень сжатия, но также герметичность компрессионных колец и клапанов, температура двигателя, температура горения топлива и многое другое. Более подробно о компрессии можно почитать в отдельной статье на нашем сайте.

На что влияет степень сжатия двигателя

Она оказывает влияние на количество работы, производимой двигателем. Чем выше степень сжатия, тем больше энергии выделяется при сжигании топливно-воздушной смеси. Соответственно, это отражается на мощности силового агрегата. В конце прошлого века автопроизводители добивались увеличения мощности именно путем повышения степени сжатия.

Производительность двигателя и степень сжатия

Этот метод имеет определенные ограничения. Дело в том, что нельзя сжимать смесь до бесконечности. Есть определенный предел и если этот предел превысить, то происходит самопроизвольное воспламенение смеси (детонация). Но это правило относится только к бензиновым двигателям.

Степень сжатия и октановое число бензина

Известно, что каждому бензиновому двигателю соответствует определенное октановое число топлива.

Октановое число бензина определяет его детонационную стойкость.

Чем выше степень сжатия и компрессия, тем большим октановым числом должно обладать топливо. Например, низкооктановое топливо вызовет детонацию в двигателе с высоким уровнем сжатия, т.к. воспламенится раньше времени. Если же компрессия и сжатие невысокое, а используется высокооктановое топливо, то двигатель не сможет достичь полной мощности, т.к. топливо с большим октановым числом обычно горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже расчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Следовательно, детали двигателя будут перегреваться, особенно клапаны и возможен их прогар.

Читайте также:  Как проверить автокондиционер

Рассмотрим двигатели с разной степенью сжатия и рекомендуемым октановым числом топлива:

Степень сжатия Октановое число
5,5 – 7 66 – 62
7 – 7,5 72 – 76
7,5 – 8,5 76 – 85
10 92
10,5 – 12,5 95
12 – 14,5 98

Как видно, степень сжатия является важным параметром двигателя. От нее во многом зависит мощность двигателя. Со степенью сжатия также напрямую связано октановое число топлива и другие параметры. Каждому автолюбителю имеет смысл разбираться в этом понятии и иметь представление о его значении.

Компрессия в цилиндрах двигателя

Признаками износа двигателя являются большой расход масла и плохой запуск в холодную погоду. Смазка при этом расходуется более 150 г на 1000 км. Если выявлены указанные признаки, то вначале контролируется компрессия в цилиндрах. Она помогает точнее выяснить работоспособность силового агрегата: клапанов, поршней и цилиндров. Для проведения диагностики достаточно купить специальный манометр. Обращаться в автосервис совсем не обязательно.

Какая должна быть компрессия

Для выявления момента предельного износа деталей двигателя, нужно знать допустимые значения давления. Оно связано со степенью сжатия прямо пропорционально – чем больше, тем выше давление.

Сегодня можно встретить в эксплуатации 3 типа двигателей с отличающимися характеристиками:

  1. Старые моторы с небольшой степенью сжатия – до 8,5.
  2. Бензиновые современные двигатели, в которых топливовоздушная смесь уменьшается в объеме до 9-11 раз.
  3. Дизельные моторы, способные сжать топливную смесь от 16 до 24 раз.

Камера сгорания двигателя, работающего на дизельном топливе, характерна небольшим объемом. Поэтому мотору не требуется электрическая искра, достаточно сильного сжатия.

На величину компрессии влияют разные факторы:

  • герметичность посадки клапанов;
  • трещины в посадочных местах клапанов;
  • наличие смазки в цилиндрах;
  • износ колец;
  • износ деталей цилиндропоршневой группы.

Норма и минимум

Путем испытаний получены данные оптимального давления в цилиндрах для разных типов моторов. Когда двигатель достиг рабочей температуры, аккумулятор полностью заряжен, то компрессия должна быть:

  1. На старых моторах, оснащенных карбюраторами, наименьшее значение – 1 мегапаскаль. В старых единицах – 10 бар. Если двигатель новый, то давление может достигать 13 бар.
  2. Оптимальное давление в бензиновом моторе – 1,5 мегапаскалей. Минимальный уровень – 1,1 МПа.
  3. Для дизеля нормальное значение – 2,4-3 МПа.

Важно знать! Анализ замеров параметров позволяет установить закономерность, что степень сжатия с коэффициентом 1,5 дает оптимальное давление в цилиндрах.

Если точнее определить указанный коэффициент, то для 4-тактных бензиновых моторов он находится в пределах 1,2-1,3, для дизеля – 1,7-2.

Признаки плохой компрессии

Выявление нижнего предела компрессии свидетельствует о повышенном износе двигателя. Между кольцами поршня и цилиндром происходит трение, которое увеличивает зазор между деталями. По этой причине компрессия снижается.

По следующим признакам можно определить, что компрессия недостаточна:

  1. Из сапуна выходит много дыма. Это клапан, который служит для отвода картерных газов инжекторных и карбюраторных моторов.
  2. Снижение мощности силового агрегата, особенно заметное на небольших двигателях.
  3. Из выхлопной трубы выходит много дыма, так как моторное масло сгорает в большом объеме.
  4. Большой расход масла из-за износа маслосъемных колец и колпачков.

Если замечен хотя бы один из указанных признаков, то есть повод провести полную диагностику двигателя. Это позволит вовремя принять меры по восстановлению его работоспособности.

Если рассматривать причины снижения компрессии, то можно выделить основные:

  1. Эксплуатация автомобиля на непрогретом моторе, поломка термостата.
  2. Перегрев силового агрегата.
  3. Применение смазки низкого качества.
  4. Несвоевременно проводится техобслуживание и замена масла.
  5. Выработан срок службы двигателя.

Если прогорела прокладка головки, повреждены клапаны, то замена смазки не поможет. В этих случаях потребуется ремонт двигателя с заменой деталей поршневой группы и других элементов.

Допустимая разница компрессии в цилиндрах

Если измеренная компрессия отличается в цилиндрах, то это усложняет дело. Двигатель придется разбирать и проводить капитальный ремонт. Потребуется не только замена колец, клапанов и уплотнительных колпачков.

Компрессия меньше минимального значения в одном цилиндре означает, что есть дефекты в поршне или цилиндре. При этом обычно меняют все элементы цилиндропоршневой группы, иначе разница в компрессии останется, и проблема не уйдет.

Нормальной величиной считается давление 10-12 бар, в зависимости от модели автомобиля и двигателя. Но также установлена допустимая разница компрессии в разных цилиндрах. Например, во 2 и 3 цилиндрах эта величина может быть ниже на 0,5 бар, что вполне допустимо. Она зависит от нагрузки на поршни – где больше, там износ выше.

В чем измеряется компрессия

Основной параметр двигателя, который указывается в руководстве по эксплуатации – степень сжатия. Он определяет, во сколько раз топливная смесь сжимается перед сгоранием. Объем цилиндра, разделенный на ход поршня – степень сжатия. Она не изменяется, если автовладелец не сделал тюнинг двигателя, например, расточил цилиндры или поставил другой коленчатый вал.

Но нельзя путать эту характеристику с компрессией, которая означает давление поршня. Она определяется путем вращения коленвала стартером.

Компрессия со временем уменьшается из-за износа деталей. Ее единицами измерения могут быть:

  1. Бар.
  2. Атмосфера (атм).
  3. Мегапаскаль (МПа).
  4. Килограмм*сила на квадратный сантиметр (кгс/см2).
Читайте также:  Работа в такси Максим как устроиться водителем, условия подключения

Самой современной единицей измерения является Мегапаскаль, который равен 9,9 атмосферы.

Чем измерить компрессию

Чтобы оценить техническое состояние цилиндров и элементов поршневой группы, используется специальный прибор – компрессометр.

В его комплектацию входят элементы:

  1. Стрелочный манометр с градуировкой шкалы от 0 до 2,4 МПа. Для дизельного мотора потребуется прибор со шкалой до 4 мегапаскалей.
  2. Гибкий шланг с наконечником для присоединения к свечному отверстию.
  3. Обратный клапан.
  4. Устройство сброса давления.
  5. Переходные насадки для разной резьбы в свечных отверстиях.

Простая комплектация прибора – манометр, оснащенный обратным клапаном и конической резиновой насадкой. При измерении ее не нужно вкручивать, достаточно сильно прижать рукой.

Манометр служит для измерения давления. Обратный клапан предназначен для удерживания воздуха в приборе до достижения максимального давления. Оно возникает уже за 5-10 рабочих циклов. Далее показания устанавливаются на «0», сбросив давление специальной кнопкой. В дизельном моторе компрессия измеряется через отверстия форсунок, которые могут иметь разную резьбу. Поэтому в комплекте есть переходники.

Проверка без прибора

Существует простой способ измерения компрессии без специальных устройств. Если нужно узнать, какой цилиндр неисправен, можно выкрутить свечи и вращать мотор стартером. При этом отверстие закрывается пальцем и проверяется выпуск и всасывание воздуха. Если неисправность серьезная, например, прогорел клапан – то в цилиндре воздух будет слабее выталкиваться и засасываться.

Проверка маслом

Если диагностика выявила низкую величину компрессии, то можно узнать, в чем конкретная причина. Во все цилиндры заливается по 30 мл моторного масла и вновь измеряется давление.

  1. Если компрессия возросла до нормального значения – то значит проблема в износе поршней и цилиндров либо в поршневых кольцах.
  2. Если после заливки масла давление плохое только в некоторых цилиндрах – то возможны поломка колец, прогорание клапанов или поршней.

Более точная диагностика проводится только компрессометром.

Как правильно проверить компрессию в двигателе

Перед проверкой компрессии нужно полностью зарядить аккумулятор и убедиться в исправности стартера. В противном случае измерение будет неточным, а показания заниженные. В результате ошибки вы можете начать делать ремонт мотора, хотя нужно искать другие причины.

Мастера пользуются разными способами диагностики:

  • на холодном двигателе;
  • на прогретом моторе;
  • с закрытым или открытым дросселем.

Самые точные данные дает диагностика на прогретом двигателе, которая проводится в следующем порядке:

  1. Запустите двигатель и прогрейте его до температуры 70 градусов.
  2. На дизельном моторе выверните форсунки, на бензиновом – снимите провода высокого напряжения и выкрутите свечи.
  3. Отсоедините штекер проводов от форсунок или отключите бензиновый насос, сняв соответствующий предохранитель.
  4. Установите насадку компрессометра на 1 цилиндр.
  5. Нажмите педаль газа для открытия дросселя.
  6. Прокрутите мотор стартером на 5-10 оборотов.
  7. Запишите показания компрессии и повторите процедуру на других цилиндрах.

Внимание! Штекеры форсунок можно не отключать, но при измерении компрессии в картер мотора проникнет немного бензина. На точность замеров это не влияет.

Подача топлива на дизельном силовом агрегате с механическим топливным насосом отключается рычагом отсечки.

По итогам испытаний можно сделать выводы:

  1. Если в разных цилиндрах показания отличаются до 1 бара и близки к рекомендуемым, то элементы цилиндропоршневой группы в порядке.
  2. Если данные занижены и соответствуют минимальному значению, то двигатель изношен. При этом его можно эксплуатировать, заливая больше масла, но скоро придется делать ремонт.
  3. Когда компрессия в одном цилиндре меньше на 2-3 атмосферы, по сравнению с другими, нужно уточнить данные. Для повторного контроля залейте 5 г моторного масла в свечное отверстие. Если давление возросло, то поршневая группа изношена или есть поломки деталей, так как масло создало дополнительную герметичность. Если показания не изменились, значит прогорел клапан.

В случае низкого давления (меньше оптимального), то требуется капитальный ремонт. При этом проверять компрессию с заливкой масла нет смысла, так как мотор в любом случае подлежит разборке.

Как часто проверять компрессию

Для профилактики диагностика осуществляется при замене свечей зажигания. Эта процедура должна проводиться через каждые 25-50 тысяч км.

Кроме того, внеочередная диагностика проводится при следующих признаках:

  1. Двигатель расходует много масла – более 200 мл на 1000 км.
  2. Из выхлопной трубы выходит синий дым.
  3. Машина стала хуже заводиться зимой.
  4. Нестабильный холостой ход, вибрация.

Последний симптом показывает на выход из строя системы зажигания или нескольких свечей. Перед замером компрессии указанные неисправности нужно устранить. На дизельных моторах износ клапанов, поршней и цилиндров проявляется такими же признаками. Особенно заметен холодный запуск – дизельное топливо не может воспламениться.

Способы восстановления компрессии

Повысить давление в моторе в случае залегания колец, можно несколькими способами:

  1. Залить в каждый цилиндр по 100 мл моторного масла. Необходимо дать время, чтобы кольца «откиснули». Периодически нужно поворачивать коленвал.
  2. Второй способ обладает большей эффективностью. Готовится смесь из керосина, ацетона и моторного масла в соотношении 1:1:1. В каждый цилиндр заливается по 50 г, свечи ставятся на место, и мотор оставляется в покое на 10 часов. Далее свечи убираются, а мотор проворачивается стартером на несколько оборотов. После установки свечей нужно завести двигатель и прогреть до 40 градусов. Затем масло сливается, а система промывается специальным средством. Остается залить свежее масло и заменить фильтр.

Кроме того, в продаже можно найти специальную химию для нормализации компрессии. В таких средствах содержатся присадки, которые заливаются в мотор. Но эффективность их сомнительна, и ответственность за использование лежит на автовладельце.

Читайте также:  Светодиодный фонарь своими руками схемы, сборка

Процесс сжатия судового двигателя внутреннего сгорания

Процесс сжатия воздуха в цилиндре осуществляется после закрытия всех газораспределительных органов при движении поршня от НМТ к ВМТ. Существенных различий процесса сжатия двухтактного и четырёхтактного дизелей не существует.

Характер теплообмена при сжатии

Сжатие свежего заряда в цилиндре дизеля — сложный политропный процесс, зависящий от многих факторов: параметров начального состояния заряда, температурного уровня цилиндра, конструкции двигателя, плотности поршневых колец и т. д. В начальный период сжатия, как правило, температура заряда более низкая, чем температура стенок рабочего цилиндра. Поэтому сжатие протекает с подводом тепла от стенок цилиндра к заряду. Этот участок линии сжатия на диаграмме P-V (см. рис. ниже) идет круче адиабаты, показатель политропы сжатия n больше показателя адиабаты: n1 > k.

  • Факторы, влияющие на показатель политропы сжатия
  • Степень сжатия и ее влияние на параметры конца сжатия

По мере сжатия заряда его температура повышается, передача тепла от стенок уменьшается. Когда температура заряда станет равной температуре стенок (точка m на рис.), то теплообмен прекращается; в этот момент показатель политропы сжатия становится мгновенно равным показателю адиабаты: n1 = k.

В условиях эксплуатации с понижением частоты вращения главного двигателя, работающего на винт, уменьшается и нагрузка. Оба фактора одновременно воздействуют в сторону интенсификации теплообмена при сжатии, что уменьшает показатель n1 и снижает параметры конца сжатия Pс и Tс. Особенно неблагоприятны последствия этого явления при не прогретом двигателе, когда возможна работа лишь на повышенных минимальных оборотах коленчатого вала. При снижении частоты вращения двигатель «глохнет».

При нормальных эксплуатационных условиях протечки свежего заряда через неплотности цилиндропоршневой группы при сжатии незначительны. Их влиянием на показатель n1 и параметры Pс, Tс можно пренебречь. Изменение степени сжатия также незначительно влияет на среднее значение политропы сжатия.

Экспериментальные исследования показали, что средние значения показателя политропы сжатия у различных двигателей находятся в пределах:

  • n1 = 1,34 — 1,37 — у мапооборотных и среднеоборотных ДВС с охлаждаемыми поршнями;
  • n1 = 1,38 — 1,42 — у высокооборотных ДВС с неохлаждаемыми поршнями.

Наибольшие значения n1 имеют двигатели, в цилиндре которых размещены специалные аккумуляторы тепла (раскаленные вставки). В этих двигателях показатель n1 может доходить до 1,8.

Среднее значение показателя n1 может быть найдено по известным параметрам работающего дизеля, исходя из формулы политропного процесса:

Текущие значения n1 можно найти, имея индикаторную диаграмму, снятую с работающего цилиндра. Разбив диаграмму на отдельные участки и определив давления на их границах, для каждого участка находится n1i:

η 1 i = 1 g ( P i + 1 / P i ) 1 g ( V i + 1 / V i )

Степень сжатия и ее влияние на параметры конца сжатия

Процесс сжатия в цилиндре дизеля начинается лишь после закрытия газораспределительных органов. В 4-тактном двигателе — после закрытия впускного клапана, в 2-тактном — после закрытия всех продувочных и выпускных органов.

В 4-тактном двигателе впускной клапан закрывается после прохождения поршнем НМТ. Однако влияние этого запаздывания закрытия клапана на параметры процесса сжатия в большинстве двигателей незначительно. Поэтому в расчетах рабочего процесса 4-тактных дизелей обычно пользуются номинальным значением степени сжатия, равным:

  • Va — объем цилиндра в момент начала сжатия;
  • Vs — рабочий объем цилиндра;
  • Vc — объем камеры сжатия.

В 2-тактных двигателях пользуются двумя понятиями: действительной степенью сжатия и степенью сжатия, отнесенной к полному ходу поршня. Действительная степень сжатия равна:

где Ψs — доля потерянного хода поршня от НМТ до момента закрытия выпускного (продувочного) тракта.

Степень сжатия, отнесенная к полному ходу поршня (иногда ее называют «условная степень сжатия»), может быть выражена следующим образом:

Параметры конца сжатия определяются из выражений:

Как видно, параметры Pс и Tс возрастают с повышением Pа, Та, и n1. Значения степени сжатия (для 2-тактных ДВС имеется в виду действительная величина) находятся в пределах:

  • ε = 10 — 13 — у малооборотных дизелей;
  • ε = 8,5 — 14,5 — у среднеоборотных дизелей;
  • ε = 15 — 19 — у высокооборотных дизелей.

Нижний предел степени сжатия выбирается из условия возможности запуска холодного двигателя. Как известно, средняя температура самовоспламенения топлива составляет примерно 280° С (553° К). Для номинального режима выбирается степень сжатия, обеспечивающая минимальную температуру конца сжатия Tс min = 700-800° К.
Дополнительный „запас“ температуры Tс в 150-250° К необходим с учетом того, что при пуске холодного двигателя температура стенок цилиндра низкая, показатель n1 уменьшается до 1,2 — 1,25, наблюдается повышенный пропуск заряда через поршневые кольца. В результате параметры Pс и Tс имеют более низкие значения по сравнению с номинальным режимом.

С понижением степени сжатия двигателя ухудшаются не только его пусковые качества, но и снижается термический КПД. Несмотря на это, при форсировании двигателей наддувом приходится снижать ε, чтобы обеспечить механическую прочность двигателя — снизить давление сжатия Pс и соответственно — максимальное давление в цилиндре Pz. Давление сжатия обычно находится в пределах:

  • = 3.0 — 5.0 мПа — у двигателей без наддува;
  • = 4.0 — 10.0 мПа — у двигателей с наддувом.

Более высокие значения ε у высокооборотных дизелей объясняется их меньшими линейными размерами и соответственно более интенсивным теплоотводом. Верхние значения ε относятся к двигателям с разделенными камерами сгорания, где относительная поверхность теплоотвода больше. Чрезмерное повышение ε, несмотря на некоторое повышение термического КПД, нецелесообразно, так как приводит к высоким Pz, увеличению потерь на трение в двигателе и к утяжелению конструкции для обеспечения механической прочности.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector