|
Это слегка отредактированный репост моего майского сообщения - дело общее, поэтому расчитываю на понимание.
Хочу продолжить обсуждение известной проблемы с рассказа о простейшей, на первый взгляд, процедуре – замере компрессии двигателя. Она многократно описана в различных книгах и пособиях, но теоретические основы процесса очень часто упрощаются и опускаются. Есть общеизвестные нормы, записаны в Эльзе, от 11 до 15 Bar для нашего и аналогичных по степени сжатия движков 1,6L – вот и предлагают сравнивать с ними. При этом увеличение давления сверх этой нормы при отсутствии масложора на двигателе многие, даже специалисты АР, почему-то считают допустимым явлением на ваговском двигателе. Однако, имхо, для роста компрессии есть свои причины.
На такте впуска и сжатия классический четырехтактный двигатель можно рассматривать как обычный и древний поршневой насос – поршень при движении вниз засасывает воздух (или ТВС), при движении вверх (к ВМТ) – сжимает.
Для начала упрощенно представим этот процесс для абсолютно герметичных по уплотнениям клапанов и пары поршнень-цилиндр. Теоретически и виртуально, при очень МЕДЛЕННОМ сжатии полного начального объема воздуха в этом своеобразном «шприце» в 10,5раз получим максимальное давление в цилиндре =11,5Bar.
Что может повлиять на УМЕНЬШЕНИЕ этого исходного значения давления на идеальной герметичной поршневой паре конкретного насоса:
1)Уменьшение давления воздуха на впуске – начальное уменьшение массы сжимаемого воздуха. Вдруг вы будете замерять компрессию на высоте 2000м, подавать воздух через забитый воздушный фильтр или не полностью открытую дроссельную заслонку. Для получения абсолютных значений воздушный фильтр необходимо снимать. Но для оценки разницы давлений по цилиндрам это не так обязательно.
2)Зависимость плотности воздуха от его начальной температуры - влияет на конечный результат, но только при действительной разнице при замерах градусов в 30…40. Аналогично и с влажностью воздуха – при высокой влажности максимальное давление сжатия падает. Почему - немного позже.
3) Влияние фазы перекрытия клапанов – поршень начнет полноценно всасывать свежий воздух только после закрытия выпускного клапана, а он полностью закрывается только через 10…15 градусов поворота КВ после ВМТ. Момент закрытия впускного клапана происходит значительно позже прохождения поршнем НМТ (на 30...40 градусов) - поршень уже давно должен сжимать воздух, а он еще сифонит в обратную сторону во впускной коллектор. Но это плата за хорошую наполняемость цилиндра свежим зарядом воздуха при работе двигателя на высоких оборотах, поэтому приходится с этим примирится. На исправном двигателе все это более важно для непосредственной работы двигателя, а в процессе замера компрессии ее уменьшение начнет появляться только при значительном смещении от нормы фаз газораспределения.
4)Конструкция самого компрессометра, а именно – где расположен невозвратный воздушный клапан. Если клапан находится на корпусе манометра и с цилиндром он соединен длинной воздушной трубкой, то к рабочему объему камеры сгорания прибавляется при каждом такте сжатия объем соединительного трубопровода, что равнозначно снижению степени сжатия двигателя. Если невозвратник находится непосредственно на начале вкручиваемой или прижимаемой к свечному колодцу удлинительной трубки – то это много правильнее для конечных абсолютных значений, но надо понимать, что в начале замера давление в удлинительной трубке-ресивере будет набрано за несколько тактов.
Теперь о главном – что влияет на УВЕЛИЧЕНИЕ давления сжатия в цилиндре и почему в Эльзе указано верхнее значение компрессии всего 15Bar. Первоначально мое описание медленного сжатия исключило важнейший процесс – при сжатии сжимаемый газ НАГРЕВАЕТСЯ, что общеизвестно по жизни и описывают очень давно установленные законы термодинамики. Нагрев – увеличение температуры сжимаемого объема газа (постоянного для определенного литража двигателя и конструктивного значения степени сжатия двигателя) – тоже постоянная величина!!! Нагрев газа приводит к дополнительному приращению конечного давления в цилиндре, для нашего случая с CFNA конечное значение увеличивается с 11,5Bar до 14…16…18Bar. Эмпирическая формула расчета максимального давления в цилиндре тоже давно известна – степень сжатия двигателя в степени 1.2…1,4 (коэффициент политропности процесса, описывающий теплопотери сжимаемого газа). Для степени сжатия 10,5 получается возможный диапазон компрессии от 16,8 до 26,9Bar. Допустимый теоретический разброс значений очень велик и отражает главный недостаток формулы – она не может точно учесть реальные тепловые потери при сжатии разного объема газа для двигателей с одинаковой степенью сжатия, но с разными цилиндровыми объемами (например, для объема 0,4 литра или 8 литров). Чем больше начальный объем сжимаемого воздуха, тем меньше площадь теплообмена (почти кубическая зависимость), и тем выше конечное максимальное давление. Для 1,6L вполне допустимо принять значение политропы 1.2 – значит максимально возможное теоретическое давление сжатия при неизменной степени сжатия (1/10,5) не будет превышать 16,8Bar.
По жизни такое значение компрессии мы можем получить только при наличии дополнительного уплотнения компрессионных поршневых колец маслом (или увеличением степени сжатия, даже независимо от нашего желания) - и название этому соответствующее "масляная компрессия". Но если кольца дополнительно не уплотнять маслом, то мы никогда не достигнем идеального уплотнения в паре поршень-цилиндр (клапана пока продолжим считать герметичными), прорыв газа на низких оборотах всегда существуют. Поэтому на основе многолетнего опыта эксплуатации ДВС от теоретической величины 16,8Bar все производители убирают пару атмосфер и получают верхнее значение даже для нового движка = 15Bar. Все что выше этого значения на практике требует разбирательства и установления причин повышения компрессии сверх нормы.
Что такое теплопотери при сжатии и почему так важно их учитывать при измерении компрессии. С одной стороны сжимаемый газ нагревается по объему, с другой стороны - он тут же начинает отдавать свою температуру из прилегающих слоев более холодным алюминиевым стенкам камеры сгорания – днищу поршня, зеркалу цилиндра и ГБЦ. Именно поэтому при очень медленном сжатии воздуха в цилиндре время на теплообмен большое, охлаждение разогреваемого газа настолько сильное, что конечная температура сжатого воздуха будет лишь немного превышать его начальную, и к давлению конструктивной степени сжатия (11,5bar) добавка получится очень небольшая. При увеличении скорости сжатия воздуха (оборотов двигателя) время на теплообмен за каждый такт сжатия уменьшается. В процессе многократно повторяющихся тактов сжатия температура составляющих КС постепенно повышается, газ в большей степени сохраняет свою температуру и прирост давления – результат замера компрессии будет выше. Именно поэтому важно проводить замер компрессии на прогретом двигателе, тепловые потери сжимаемого газа будут меньше, замеры выше и стабильнее. И очень важно для сравнения результатов по цилиндрам иметь почти постоянные обороты прокрутки двигателя – АБ должна быть заряжена и держать обороты двигателя при замере на всех цилиндрах не ниже 180RPM. При этом необходимо учитывать, что для получения правильных ОТНОСИТЕЛЬНЫХ значений компрессии замеры на каждом цилиндре необходимо проводить за одинаковое время – например по 10 секунд прокрутки на каждом цилиндре. Соблюдая такие простые правила пару месяцев назад я получил на своем трехлетнем, но свободном от нагара, двигателе значение компрессии по цилиндрам от 14,2 до 14,7Bar (+0,2Bar дал прибавку клапан на компрессометре – постоянная погрешность его измерения). И совсем не сильно отличается от нового двигателя CFNA Шкоды, при этом легкость раскрутки до высоких оборотов и наличие тяги (высокого крутящего момента) в широком диапазоне средних оборотов очень хорошая. И это на все тех же старых и поначалу стучавших поршнях.
Можно ли говорить о типичности разброса компрессии на новом двигателе по результатам замеров [1-15,6; 2-14,6; 3-14,2; 4-16] уважаемого Евгения? Разбег в 1,8Bar на чистом двигателе может показывать технологический разброс размеров ШПГ или увеличенное и разное время прокрутки при замере на 1 и 4 цилиндрах; лучшую посадку компрессионных колец для их поршней или судя по темному окрасу юбки свечей можно предположить о появлении небольшого нагара – мне пока не совсем понятно какая из этих причин главная. Поэтому и спрашивал для выявления достоверной статистики по компрессии про возможность проведения замера на нескольких двигателях. Фото разобранного нового двигателя в книге 3Рима тоже показывает неравномерный нагар по цилиндрам, но корни этого идут от неравномерности формирования ТВС по цилиндрам. Данные по замеру компрессии уже походивших двигателей дают примерно такой же результат по разбегу между цилиндрами, но общий рост компрессии сразу бросается в глаза. Еще больше данных можно было бы получить от известного по многим публикациям на техсайте suslikrusa, но у них даже после замены поршневой «не принято» замерять компрессию.
Почему же на двигателе АР компрессия получилась за 18Bar, если компрессометр у них был исправен. Самой достоверной причиной можно назвать именно наличие нагара в КС и на днище поршней. Еще раз повторюсь – наличие нагара не только физически уменьшает размер КС и фактически увеличивает степень сжатия двигателя, но и уменьшает тепловые потери при сжатии воздуха – температура сжимаемого воздуха лучше сохраняется, что приводит к сильной прибавке давления в цилиндре. Но даже в этом случае, нагар у АР лег не ровно - вероятно типичный утренний стук только на паре поршней.
Нагар – хороший теплоизолятор, что в случае сжатия холодной ТВС до высоких значений при запуске такого же холодного двигателя – большой плюс. Но после запуска двигателя и его работе на прогревочном и нагрузочном режимах от него одни минусы, усиливающиеся при наличии именно неравномерных нагара, давления и скорости сгорания ТВС по цилиндрам. При работе двигателя распределение температур и величина давления при сгорании ТВС намного выше (до 40...50Bar), чем при простой прокрутке на воздухе. До калильного зажигания от перегретого в КС нагара мы вероятно не доходим, но то, что ТВС при излишнем пережатии начинает сгорать после подачи искры более быстро, чем рассчитывали конструлеры Вага, приводит к ускорению роста давления в КС и резкому увеличению нагрузки на ШПГ. Стук на одном-двух цилиндрах при холодном запуске, поначалу в узком диапазоне температур -5…+10 грС – лишь показатель неравномерного и ускоренного сгорания ТВС в этих цилиндрах при прохождении «слепой» программы прогрева, рассчитанной на исправный двигатель. На рабочих режимах при явном появлении детонации на проблемных цилиндрах мозги конечно откатят УОЗ по сигналам ДД на более поздние значения, но пострадает крутящий момент двигателя и увеличится общий расход топлива. Но и без появления детонации воздействие резко увеличивающегося давления на поршень сильно отличается от нормального. Представьте – вместо достаточно плавного и равномерного повышения давления после поджигания ТВС за 30 градусов (приведено как пример для получения оптимального крутящего момента на определенных оборотах и значениях нагрузки) до прихода поршня в ВМТ и ее нормального времени горения для подобранного ЭБУД стехиометрического состава, получим при уже более позднем УОЗ (а значит и неоптимальном для создания крутящего момента) резкий, сильный и короткий всплеск давления в проблемном цилиндре быстросгорающей из-за пережатия и высокой температуры ТВС. Помимо повышенной нагрузки на узлы трения ШПГ, сам поршень будет более резко перекладываться в ВМТ и далее более СИЛЬНО за короткий промежуток существования максимального давления прижиматься к рабочей стороне цилиндра – отсюда имхо появление задиров и потертостей на зеркале цилиндра в средней части рабочего хода поршня. На сколько эти процессы повлияют на самую напряженную часть двигателя по удельному давлению – верхний шатунный вкладыш и поршневой палец с бобышками – мне неизвестно, поршня же меняют в сборе.
Нагар постоянно живет в цилиндре по своей сути, но в зависимости от сезона, характера эксплуатации авто и типа применяемого топлива может и нарастать, и убавляться. Фото чумазых поршней с заметной коркой нагара на днищах и жаровом поясе, заменяемых по причине стука, вы все видели, и такие они не только на CFNA.
Что способствует появлению нагара в CFNA? Помимо качества применяемого бензина на появление нагара влияет качество формирования ТВС и полнота его сгорания. Но качество у нас всегда страдает из-за наличия неравномерного заброса ГОРЯЧИХ ОГ в соседние цилиндры и даже ранеры (трубы) впускного коллектора через тракторный выпускной коллектор и дополнительное отражение выхлопных газов от близко расположенной банки КНОГа. А полнота сгорания зависит от степени гомогенизации ТВС непосредственно в цилиндре, чему очень хорошо способствует теплый воздух на впуске двигателя. Возможно, что (не смотря на конструктивный недостаток выпуска) второе на практике побеждает первое.
Попадалось мне интересное видео разборки уже немецкими автожурналистами двигателей трех авто после 100ткм – поршня дизельного двигателя были абсолютно чистыми, на ваговском TSI такие же чернющие, как у нас, а на третьем – французком атмосфернике 1,6л, на днищах поршней присутствовал лишь легкий коричневатый окрас, который я с недавних пор наблюдаю и у себя, но только после установки так недостающего имхо в холода подогревателя впускного воздуха.
Естественно, хочу предупредить – усложнение любой системы приводит к уменьшению ее надежности, поэтому требует внимательного отношения к технике. По закону Мерфи «самое худшее – случается». Поэтому , если решитесь на повторение нашего опыта с подогревом впускного воздуха, проверяйте работоспособность терморегулятора до установки, контролируйте его работу во время эксплуатации и проводите ему ТО в летнее время.
P.S.: в мае снимал на пару недель термостабилизатор впускного воздуха чтобы сравнить значение Т воздуха во впускном коллекторе со стоком при длительном толкании в пробках - оказалось одинаково высокое, под 70грС. Поставил обратно, на трассе +32.
|
.. такая...)Сейчас уволился...и время сразу появилось заняться машинкой 
