Компрессия и долговечность двигателя
- абразивным действием пыли при подсосе нефильтруемого воздуха,
- высокой температурой из-за близости камеры сгорания,
- агрессивным действием компонентов топлива,
- повышенным давлением компрессионного кольца на стенку цилиндра,
- недостаточным поступлением масла в эту область,
- смывом масляной пленки топливом.
Из-за неравномерного износа верхней части цилиндров с формированием конусности и эллипсности увеличивается утечка топливовоздушной смеси на такте сжатия через зазор цилиндр –кольцо и снижается величина компрессии (давления, до которого сжимается топливовоздушная смесь перед воспламенением). При уменьшении компрессии ухудшается сгорание рабочей смеси и очистка цилиндров от продуктов сгорания, что ведет к ухудшению работы двигателя. Часть несгоревшего топлива по стенкам цилиндров стекает в картер и разбавляет моторное масло. Разбавленное топливом масло теряет герметизирующие и смазывающие свойства: повышается прорыв газов в картер, увеличивается расход и снижается давление масла, начинается износ кривошипношатунного и газораспределительного механизмов. Двигатель на этой стадии эксплуатации неудержимо приближается к необходимости капитального ремонта.
![](img/image17.gif)
Рис.1 Снижение компрессии в цилиндрах при эксплуатации различных марок автомобилей
Реальная долговечность двигателя зависит от качества его изготовления, сборки и обкатки; режимов эксплуатации; состояния топливной системы и системы зажигания; применяемых топлива и моторного масла. В России, Украине и других странах СНГ предкризисное состояние бензиновых двигателей ( при котором величина компрессии в одном или нескольких цилиндрах снижается до значений меньших 10 атм) наступает при среднестатистических пробегах у автомобилей : Таврия -40-60 тыс.км , ВАЗ-2109 -около 120 тыс.км , FORD SIERRA - 160 тыс.км, BMW –320 –порядка 200-250 тыс.км.
Почему же величина компрессии в 10 атм является тем пороговым значением, после достижения которого двигатель вступает в предкризисную стадию эксплуатации с быстрым ухудшением всех рабочих параметров (перерасход топлива, расход масла на угар, снижение мощности и приемистости, повышение дымности и токсичности выхлопных газов)?
В бензиновых двигателях (с принудительным воспламенением от искры) топливо в камере сгорания для полного сгорания должно находиться в газообразном состоянии. Степень испарения топлива перед воспламенением зависит от температурных пределов его выкипания (фракционного состава) и температуры, до которой разогревается рабочая смесь в процессе сжатия.
В настоящее время с целью увеличения выхода бензина из нефти расширен фракционный состав бензинов. Если согласно ранее действовавшим ГОСТам компоненты бензина должны испаряться в диапазоне 35- 185 0С - для зимних и 195 0С - летних бензинов, то по действующим стандартам конец выкипания бензинов сдвинут до 215 0С для всех бензинов.
![](img/image2.gif)
Рис.2 Влияние температуры конца кипения бензинов на износ цилиндров
Утяжеление фракционного состава топлива крайне отрицательно сказывается на ресурсе двигателей. Повышение температуры конца перегонки бензина со 195 0С до 215 0С приводит к ускорению износа цилиндров в 1,5 –2 раза, а при повышении этой характеристики топлива до 250 0 С износ увеличивается более чем в 5 раз.
Такой характер данной зависимости объясняется следующим. При снижении компрессии в цилиндрах одновременно уменьшается и температура, до которой разогревается топливная смесь в процессе сжатия. Для дизелей роль этого фактора на ухудшение работы очевидна: при снижении компрессии и, соответственно, температуры сжимаемой смеси ниже критического порога самовоспламеняемости (для дизельного топлива примерно 300-400 0С) дизель просто не запускается.
Разогрев топливной смеси в процессе сжатия не менее важен и для работы бензиновых двигателей с принудительным воспламенением от искры. При уменьшении температуры, до которой разогрета смесь перед воспламенением, увеличивается количество топлива, находящегося в камере сгорания не в газообразной, а в жидкой фазе. В результате этого замедляется скорость горения и уменьшается полнота сгорания топлива.
Для двигателей с высокими значениями компрессии в цилиндрах утяжеление фракционного состава топлива менее чувствительно. Для двигателей же с пониженной компрессией (при конструктивно заложенной невысокой степени сжатия, а также при уменьшении компрессии после более-менее продолжительной эксплуатации) ситуация оказывается более критичной.
![](img/image3.gif)
Рис.3 Зависимость температуры рабочей смеси (1) и жидкофазной доли топлива в камере сгорания перед воспламенением (2) от величины компрессии в цилиндре
Как видно из рисунка 3, при величине компрессии 16 атм температура рабочей смеси в конце такта сжатия достигает 250 0С (в результате чего возможно самовоспламенение бензина без искры, с чем сталкивались многие механики при измерении компрессии на двигателях иномарок в отличном состоянии при отключенном зажигании, но без отключения подачи топлива). При таких значениях компрессии и температуры все компоненты бензина (с температурой кипения до 215 0 С) находятся перед воспламенением в газообразном состоянии.
При величине компрессии 14 атм температура топливной смеси перед ее воспламенением превышает 180 0 С, и в этом случае примерно 90 % топлива в камере сгорания находится в газообразной фазе, что обеспечивает как хорошие пусковые свойства, так и высокую полноту сгорания топлива.
При давлении в надпоршневом объеме 12 атм температура смеси ниже 120 0С; т.е. компоненты топлива с температурой кипения превышающей это значение (до 50 % от количества подаваемого бензина ) находятся в жидком состоянии. Поэтому приемистость, мощностные характеристики и расход топлива таких двигателей уступают соответствующим характеристикам двигателей с более высокими значениями компрессии.
При компрессии меньшей 10 атм повышение температуры смеси в камере сгорания составляет всего 50 0С, а значит до 90 % бензина находится в жидком состоянии. В этом случае бензин может заливать свечи при запусках, а часть топлива, конденсируясь на охлаждаемых стенках цилиндров, смывает масляную пленку с цилиндров и стекает в картер.
Попадание бензина в масло происходит в любом случае при пуске холодного двигателя; однако легкокипящие фракции топлива из масла испаряются по мере прогрева двигателя. Тяжелые же компоненты бензина (с температурой кипения свыше 160- 180 0С) накапливаются при эксплуатации в моторном масле с ухудшением его герметизирующих и смазывающих свойств. Этот процесс сопровождается постепенным увеличением расхода масла через некоторое время после его замены, снижением давления масла в системе и износом тяжелонагруженных узлов кривошипношатунного и газораспределительного механизмов. Продолжительность предкризисной стадии эксплуатации для разных двигателей различна, но ее финал одинаков - необходимость капитального ремонта.
Таким образом, высокая компрессия в цилиндрах - это барьер на пути попадания топлива в масло и залог долголетия двигателя. Уменьшение же компрессии хотя бы в одном цилиндре ниже критических значений (менее 10 атм) запускает процесс разрушения в области двигателя, где ранее моторное масло надежно справлялось со своими защитными обязанностями.