Вы еще доверяете показаниям компрессии для оценки состояния двигателя?

На модерации Отложенный
От себя: статья открывает глаза на заблуждения многих, что замер компрессии - надежный метод оценки состояния двигателя. Ниже в статье есть подробная таблица с показаниями компрессии для разной степени ушатанности моторов. На мой дилетантский взгляд, лучший метод - комплексная оценка (осмотр стенок цилиндров + компьютерная диагностика + анализ выхлопа + компрессия)
 
Степень сжатия - величина относительная, относительность степени сжатия проистекает из того, что она представляет собой отношение двух объемов - полного объема цилиндра (поршень находится в нижней точке на такте сжатия, клапана уже закрыты)- и объема камеры сгорания (тот же такт сжатия поршень в верхней точке)- и показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра, при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.

во сколько раз уменьшается объем цилиндра, при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней

n= V2/V1

Это параметр конструктивный, раз и навсегда присущий данному типу двигателя и не изменяющийся в процессе эксплуатации (в этой формуле не учитывается утечки, мы имеем дело с двумя объёмами, по этому теоретически он не изменен - ход поршня не меняется объём камеры сгорания тоже).

Компрессия это максимальная величина давления создаваемого в камере сгорания в верхней мёртвой точке (очень похоже на степень сжатия и здесь мы имеем дело с теми же объёмами, но только заполненными воздухом, топливом или смесью топлива и воздуха, а так как они имеют определённую плотность то после сжатия стремятся принять прежнее состояние - это и составляет давление). При нагреве, за счет увеличения расстояния между атомами линейные размеры тела увеличиваются. По этому при сборке приходится оставлять как минимум тепловые зазоры между деталями, иначе при нагреве их просто заклинит (что часто и происходит, надиры на поршнях и гильзах в основном являются следствием теплового расширения). Поэтому даже полностью исправная цилиндропоршневая группа всегда имеет зазоры в которые и стремится при сжатии проникнуть воздух из камеры сгорания, например в картерное пространство.

Возможные пути утечек давления.(см. рис.2)

схема возможных путей утечек давления

Основные места утечек воздуха из камеры сгорания:

а) в зазор между кольцами и поверхностью цилиндра или в зазор в замке колец;

б) в зазор по торцевым поверхностям колец и канавок поршней;

в) в зазор между седлом и клапаном;

г) в зазор между поврежденной прокладкой и плоскостью головки или блока;

д) в трещину в стенке камеры сгорания.

По этому компрессия могла бы быть меньше степени сжатия, но за счёт всё того же расширения при нагреве, при сжатии происходит обратный процесс- повышение температуры, времени на процесс сжатия отводится крайне мало, поэтому тепло, не успевает полностью поглотиться стенками ЦПГ. Оно просто идет на расширение газа или, другими словами, на дополнительное увеличение давления того же воздуха. В итоге повышается давление и температура (в дизельных двигателях на столько что этого достаточно для воспламенения топлива, впрыск происходит в верхней мертвой точке и топливо загорается соприкасаясь с горячим воздухом, свечи накаливания в большей степени компенсируют поглощение тепла ЦПГ и предкамеры, где и стоит свеча). При не достаточной компрессии в дизельном двигателе просто не хватает температуры для возгорания, что и проявляется в холодное время, в бензиновом двигателе труднее происходит воспламенение как правило они с трудом и перебоями но заводятся. В случае сжатия максимальное возможное давление в конце такта сжатия ("компрессия") оценивается согласно уравнению Пуассона

PVx=const

показатель степени для идеального двухатомного газа составляет x=1,4. Таким образом, для двигателя со степенью сжатия 8.5 максимальное давление составляет примерно 20 атм. Кстати, очень похожая цифра (16-17 атмосфер) получается у двигателя с идеально притертыми клапанами при измерении компрессии "с маслом", когда кольца (и замки колец) герметизированы залитым в цилиндр моторным маслом. Недостающие 3-4 атмосферы получаются, например, за счет того, что начальное давление меньше 1 атм. При измерении компрессии без масла давление составляет 12 атмосфер, за счет вытекания горючей смеси из цилиндра при сжатии через замки колец и в зазор между кольцами и цилиндром, который имеется в силу конструктивных особенностей (например сетка Хона), что на 4 атмосферы больше чем с маслом (запомните эту цифру). Поэтому обычно говорят, что «компрессия исправного двигателя в 1.2 -1.3 раза больше степени сжатия».

До тех пор пока двигатель работает исправно, все эти данные просто никому не нужны, даже авторемонтникам. Они становятся интересны лишь во время диагностики неисправности. Хотел бы в общих чертах попробовать объяснить как вообще происходит ремонт и диагностика в том числе. Прошу простить за юмор, но тем не менее когда вы стоите рядом с неисправным автомобилем в компании бывалого авторемонтника или начинающего (на нем в принципе не написано ведь), на самом деле в этот момент у вас гораздо больше информации об этом авто чем у ремонтника, он то его первый раз видит. А вы ездили на нём и могли слышать или чувствовать что либо, что ему как раз и не мешало бы знать. В любом случае, анализируя ваши слова и симптомы неисправности, диагност на основании знания устройства автомобиля предполагает неисправность. По сути он её придумывает. Потом проверяет правильность своих соображений. И только потом ремонт.

Фундаментом для диагностики является знание процессов происходящих при работе автомобиля. Попытаюсь на примере компрессии описать износ цилиндра поршневой группы. Исправный двигатель – компрессия 12 атмосфер, хоновая сетка присутствует на стенках гильз и поршне (царапины равномерно нанесённые на всю площадь гильзы и круговые риски на поршне). В этих углублениях остается смазка ослабляющая трение. До тех пор пока есть хон износ идёт медленно. При эксплуатации постепенно хон истирается. В середине гильзы в первую очередь, так как верхний край трет только верхний край поршня, а нижний только нижний. Середину трёт верхний, нижний край поршня и середина. Постепенно цилиндр гильзы начинает превращаться в бочку (в середине больший диаметр). Это приводит к прорыву газов пока не значительному, но компрессия может упасть немного 0.5… 0.6 атмосферы на работе двигателя почти не сказываются. Но в этот момент начинается износ поршневых канавок, потому что кольцо при каждом ходе поршня в середине гильзы немного выходит из поршня и потом заходит назад. Когда появляется износ в поршневых канавках, гильза тоже к этому времени немного подтачивается, прорыв увеличивается значительно- компрессия падает до 10 атмосфер. В принципе это уровень компрессии большинства подержанных иномарок. Японцы в силу малого пробега чуть лучше. Дальше увеличивается лишь степень износа и в тот момент когда компрессия должна была бы упасть ещё на 1..2 атмосферы за счёт большого количества масла попадающего в середину гильзы, так же надо отметить что маслосъёмные кольца к этому времени не справляются со своей задаче полностью, компрессия повышается на те самые три четыре атмосферы (на которые я просил обратить ваше внимание выше)- 12 атмосфер, компрессия нового двигателя (естественно это всего лишь показания, двигатель уже начинает работать заметно хуже). Правда потом компрессия начинает падать снова, но уже начинают становиться заметны следы масла на свечах и излишние нагары. Вывод не утешителен, компрессия может быть рассмотрена лишь как косвенный показатель в ряду других: потеря мощности (косвенный), повышенный расход, нагары, прорыв картерных газов и т.д.

Тем не менее, существует большое количество не исправностей которые можно определить при помощи этого косвенного показателя (компрессия).

Некоторые дефекты и неисправности бензиновых двигателей, выявляемые измерением компрессии

Неисправность Признаки неисправности Компрессии, МПа
полностью открытая заслонка закрытая заслонка
Полностью исправный двигатель Отсутствуют 1,0-1,2 0,6-0,8
Трещина в перемычке поршня Синий дым выхлопа, большое давление в картере 0,6-0,8 0,3-0,4
Прогар поршня Цилиндр не работает на малых оборотах 0,5-0,5 0-0,1
Залегание колец в канавках поршня Цилиндр не работает на малых оборотах 0,2-0,4 0-0,2
Задир поршня и цилиндра Возможна неустойчивая работа цилиндра на холостом ходу 0,2-0,8 0,1-0,5
Деформация клапана Цилиндр не работает на малых оборотах 0,3-0,7 0-0,2
Прогар клапана Цилиндр не работает на малых оборотах 0,1-0,4 0
Зависание клапана Цилиндр не работает на малых оборотах 0,4-0,8 0,2-0,4
Дефект профиля кулачка распредвала (для конструкций с гидротолкателями) Цилиндр не работает на малых оборотах 0,7-0,8 0,1-0,3
Повышение количества нагара в камере сгорания в сочетании с изношенными маслосъемными колпачками и кольцами Повышенный расход масла с синим дымом выхлопа 1,2-1,5 0,9-1,2
Естественный износ деталей поршневой группы Повышенный расход масла с синим дымом выхлопа 0,6-0,9 0,4-0,6
Из таблицы следует что не всегда низкая компрессия является причиной износа ЦПГ. При измерении компрессии нужно обращать внимание на исправность системы пуска.

Необходимые обороты коленчатого вала производимые стартером частотой 200-250 оборотов в минуту. Чем выше обороты коленчатого вала тем менее страшны утечки, именно по этому автомобиль почти всегда заводится с толкача (например дизель зимой).

Увеличенное сопротивление на впуске влечет за собой снижение наполняемости цилиндров воздухом, и как следствие,- уменьшение максимально создаваемого давления.

Основными причинами повышения сопротивления являются:

- засоренность или неправильная установка воздушного фильтра;

- присутствие и неправильная работа заслонки во впускном коллекторе;

- повышенное нагарообразование во впускном патрубке и каналах;

- присутствие посторонних предметов.

Компрессию измеряют как с открытой, так и с закрытой дроссельной заслонкой. При этом каждый из способов дает свои результаты и позволяет определять свои дефекты.

Так, когда заслонка закрыта, в цилиндры, очевидно, поступит мало воздуха, поэтому компрессия будет низкой и составит около 0,6-0,8 МПа. Утечки воздуха в этом случае сравнимы с его поступлением в цилиндр. Вследствие этого компрессия становится особо чувствительной к утечкам - даже при малых неплотностях ее значение падает в несколько раз. Эта посылка позволяет сделать выводы или предположения о следующих дефектах двигателя: не вполне удовлетворительном прилегании клапана к седлу; зависании клапана, например, из-за неправильной сборки механизма с гидротолкателями; дефектах профиля кулачка распределительного вала в конструкциях с гидротолкателями, и том числе неравномерном износе или биении тыльной стороны кулачка; негерметичности вызванной прогаром прокладки головки или трещиной в стенке камеры сгорания.

При измерении компрессии с открытой заслонкой картина будет иной. Большое количество поступившего воздуха и рост давления в цилиндре, конечно, способствуют увеличению утечек. Однако они заведомо меньше подачи воздуха. Вследствие этого компрессия падает не столь значительно (приблизительно до 0,8-0,9 МПа). Поэтому способ замеров с открытой заслонкой лучше подходит для определения более "грубых" дефектов двигателя, таких, как поломки и прогары поршней, поломки или зависание (закоксовывание) колец в канавках поршня, деформации или прогары клапанов, серьезные повреждения (задиры) поверхности цилиндров.

В обоих способах измерения желательно учитывать динамику нарастания давления - это поможет установить истинный характер неисправности с большей вероятностью. Так, если на первом такте величина давления, измеряемая компрессометром, низкая (0,3-0,4 МПа), а при последующих тактах резко возрастает, - это косвенно свидетельствует об износе поршневых колец. В таком случае заливка в цилиндр небольшого количества масла (3-5куб.см) сразу увеличит не только давление на первом такте, но и компрессию.

С другой стороны, когда на первом такте давление достигает 0,7-0,9 МПа, а на последующих тактах почти не растет, вероятнее всего налицо негерметичность клапана или прокладки головки. Разумеется, более точно установить причину можно с помощью других средств диагностики.

Компрессометр имеет довольно простую конструкцию - это манометр, который посредством промежуточной трубки соединяется с переходником, выполненным в форме форсунки или свечи накаливания, который в свою очередь вворачивается в головку блока при измерении компрессии. Для того, чтобы при проворачивании коленчатого вала не происходило сбрасывания давления, в промежуточной трубке или переходнике установлен отсечной клапан.

Однако, несмотря на простоту конструкции, результаты замеров компрессии одного и того же двигателя очень часто сильно разнятся в разных сервисах. И это объясняется не тем, что у одних манометр врет, а у других показания идеальны. Как правило, манометр здесь ни при чем. Причина, чаще всего, кроется в так называемых паразитных объемах и жесткости пружины отсечного клапана. И если для бензинового двигателя они, как правило, не играют существенной роли, то в дизельном двигателе это влияние очень существенно.

Чтобы понять, что такое паразитный объем, посмотрим на рисунок

паразитный объём

Величина степени сжатия, как известно, представляет формулу:

В случае, если отсечной клапан компрессометра установлен в переходнике, ввертываемом в свечное или форсуночное отверстие, то формула не меняется. Однако, если отсечной клапан установлен возле самого манометра, то появляется паразитный объем V3 в переходнике и переходной трубке. При этом формула приобретает другой вид:

где n - степень сжатия,

V1 - объем камеры сгорания при положении коленчатого вала в верхней мертвой точке,

V2 - объем камеры сгорания между положениями коленчатого вала в нижней и верхней мертвыми точками,

V3 - внутренний объем переходника и переходной трубки.

В бензиновых двигателях, где объем камеры сгорания, при положении коленчатого вала в верхней мертвой точке, довольно большой, прибавка дополнительного небольшого паразитного объема V3 лишь незначительно увеличивает показания степени сжатия.

В дизельных двигателях объем камеры сгорания V1 крайне мал. Поэтому, даже незначительная величина паразитного объема V3 резко изменяет величину степени сжатия.