Какая степень сжатия у дизельного двигателя?

Дизельные двигатели

Прогресс дизеля за последние десятилетия впечатляет. Из нерасторопного работяги, он превратился в мощного атлета, готового потеснить бензиновых снобов, став новым эталоном современного двигателя. Какой путь проделали дизельные моторы, чем они отличается от бензиновых, и какие задачи они ставили перед инженерами, мы и постараемся выяснить.

История моторов с воспламенением от сжатия, началась в конце 19-века. Именно тогда, Рудольф Дизель загорелся идеей создания эффективного двигателя, коэффициент полезного действия которого смог бы превысить 10-12%, то есть показатель паровых машин. С конструкцией и принципом работы будущего мотора Дизель определился достаточно быстро: это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от высокой температуры сжимаемого газа. Однако в процессе создания рабочего экземпляра возникли трудности: высокое давление и температура в камере сгорания мотора приводили к прогоранию поршней, поломкам газораспределительного механизма, а иногда и к взрывам. В итоге на доработку и придание агрегату достаточной надежности ушло несколько лет. Но 1897 году цель, наконец, была достигнута: огромный пятитонный двигатель, развивал 20лс при 173об/мин и обладал КПД в 26%. Даже перспективный двигатель Отто с принудительным зажиганием обеспечивал всего 20%!

Отчего же дизельные моторы получились настолько экономичнее? У этого есть две фундаментальные причины.

Первая заключается в более высокой степени сжатия дизельных двигателей: от 13 до 25 против 12 у лучших бензиновых представителей. Эти цифры не стоит недооценивать, ведь от них зависит КПД мотора: чем они выше, тем в большей степени расширяются раскаленные отработавшие газы, и, соответственно, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую. Поэтому, если сравнивать современные дизельные и бензиновые моторы, то первые способны усвоить 38-50% процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, а вторые – лишь 25-38%.

Возникает резонный вопрос: а что же мешает поднять степень сжатия бензиновых моторов? Мешает детонация, то есть самопроизвольное воспламенение топливно-воздушной смеси от сильного нагрева при излишне большом сжатии. При этом мало того, что сгорание происходит не в тот момент, когда нужно, так еще оно сопровождается чрезвычайно резким нарастанием давления в цилиндре, что приводит к стукам, перегреву и высокой токсичности выхлопа.

То ли дело дизель, в котором поднятие степени сжатия лишь увеличивает надежность воспламенения впрыскиваемого топлива: ведь чем горячее будет воздух в цилиндре – тем быстрее оно испарится и тем скорее начнется процесс сгорания. Хотя, конечно, пределы совершенству есть и здесь. Только обусловлены они уже требованиями к чистоте отработавших газов, да механической прочностью элементов двигателя.

Но помимо степени сжатия есть и второе не менее важное обстоятельство – это низкое сопротивление впускной системы дизеля. Ведь, в отличие бензинового мотора, ему не требуется “перекрывать кислород” дроссельной заслонкой – управление мощностью в дизеле осуществляется простым дозированием впрыскиваемого горючего: нужна большая отдача – подаем больше топлива. А уж насколько избыточно количество воздуха в цилиндре – дело десятое, главное чтобы его хватало для окисления.

С бензиновым же мотором такой трюк не пройдет: если воздуха окажется слишком много, то есть концентрация паров бензина в нем будет очень низкой, то от искры смесь просто не вспыхнет. Из-за этого и приходится ставить на впуске заслонку, регулирующую расход воздуха, и, опосредованно, количество подаваемого топлива. А потому, при небольших нагрузках, например, в толчее пробок, бензиновые автомобили тратят силы на всасывание воздуха сквозь едва приоткрытую дроссельную заслонку, создавая огромное разряжение во впускном коллекторе. “Дыхание” же дизеля всегда свободно!

Влияние этого фактора на общую экономичность оценить легко. Сравним цифры расхода дизельных и бензиновых моторов одного объема. Например, BMW 320d и 320i. В городском цикле, когда нагрузка на двигатель невелика, дизель экономичнее почти в два раза: 6.8 л/100км против 11,3 л/100км! Неудивительно, ведь на его стороне и высокая степень сжатия, и низкие потери во впускной системе. А вот в загородном режиме, на скорости, когда нагрузка на мотор побольше, дроссельная заслонка открыта сильнее, и бензиновому двигателю становится полегче дышать, у дизеля остается только один козырь – степень сжатия. В результате и тает его преимущество в расходе топлива: лишь 4.7л/100км против 5,9 л/100км.

Впрочем, в начале 20 века все эти тонкости не особо волновали автопроизводителей. Нефть стоила дешево, и от двигателя требовалась простота конструкции и изготовления, а не чудеса экономичности. И, конечно, дизели с их сложными механизмами подачи топлива пришлись не ко двору. Правда, благодаря большому ресурсу и неприхотливости к качеству горючего эти моторы все же нашли применение в сельской технике, грузовом автотранспорте. Пригодились они и военным – ведь баки с соляркой не так пожароопасны, как плещущийся за спиной бензин, готовый взорваться от любой искры. Первый же легковой автомобиль на тяжелом топливе – Mercedes-Benz 260D – появился лишь в 1936 году, а к 1970-ому общее число выпущенных дизельных легковушек едва превысило 100 тысяч.

В общем, так бы и пылился этот двигатель на задворках автомобилестроения, если бы не подскочившие в 70-ых годах цены на нефть. И тогда на пути массовой дизелизации осталась только одна преграда – низкая мощность дизельных моторов. А от этого, как известно, существуют два средства: расширение диапазона допустимых оборотов коленчатого вала и увеличение развиваемого крутящего момента.

Но первый вариант оказывается неэффективным – высокие обороты лишь углубляют и без того насущную для дизеля проблему нехватки времени на смесеобразование. Ведь чтобы топливо активно испарялось, оно должно впрыскиваться при температуре воздуха в цилиндре не менее 500C, то есть почти в конце такта сжатия. При 5000об/мин это означает, что на испарение распыленных частиц топлива и дальнейшую химическую подготовку к воспламенению отводится не более одной тысячной секунды!

Не терпит суеты и процесс сгорания: за резким первоначальным всплеском следует растянутый период догорания, продолжающийся уже на такте расширения. Разумеется, торопить мотор в таких условиях – это в буквальном смысле слова выбрасывать горючее в трубу.

Поэтому сделать дизель мощнее можно только за счет увеличения крутящего момента. А для этого нужно развить как можно большее давление в цилиндрах, то есть сжечь больше топлива. Но опять незадача: приготовленная наспех горючая смесь дизеля отличается значительной неравномерностью распределения топлива по объему. Из-за этого во время сгорания в смеси может возникать локальная нехватка воздуха, в результате которой часть топлива не сгорает, а разлагается под воздействием высокой температуры.

Приходилось видеть, как дизельные автомобили дымят под нагрузкой? Та сажа, что они выбрасывают и есть продукт крекинга, то есть разложения несгоревшего топлива. Но это лишь визуальный эффект, а есть еще и сугубо практический в виде снижения мощности, увеличения расхода и вредных выбросов.

Как же с этим бороться? Можно так плотно заполнять цилиндры воздухом, чтобы его гарантированно хватало для сгорания даже в зонах максимальной концентрации топлива. Однако процесс распыления горючего оказался столь несовершенен, что возросшие требования к количеству воздуха не смог удовлетворить даже наддув с интеркулером, в результате чего турбодизели проигрывали в крутящем моменте даже атмосферными бензиновым моторам!

Таким образом задача увеличения мощности дизеля естественно свелась к процессу оптимизации смесеобразования, в котором решающее значение имеет давление впрыска. Разумеется, поначалу топливные насосы не могли им похвастать, из-за чего приходилось прибегать к различным ухищрениям, улучшающим распыление горючего. Например, воспользоваться завихрением сжимаемого воздуха, как было сделано вихрекамерных дизелях. Или поделить камеру сгорания на две части и использовать для смесеобразования энергию газа, перетекающего из одной половины камеры (предкамеры, где начинался процесс сгорания) в другую вследствие предварительного сгорания части топлива.

Все эти решения позволяли немного снизить требования к давлению впрыска, но в то же время отличались увеличенными тепловыми и гидравлическими потерями вследствие сложной и большой поверхности камеры сгорания. Это, конечно, вело и к ухудшению топливной экономичности моторов.

Однако в начале 90-ых годов появились системы, позволившие поднять давление до 1500бар, что положило конец массовому производству вихрекамерных и предкамерных дизелей, заменив их более экономичными моторами с непосредственным впрыском.

С этого момента и началась увлекательная погоня дизеля за бензиновым конкурентом. Системы питания common rail, сверхбыстрые пьезоэлектрические форсунки, рекордные давления впрыска – и спустя всего 15 лет дизельные моторы сравнялись по мощности с бензиновыми! Правда, в этом споре дизелю дана существенная фора – турбонаддув. Но и предел совершенствования еще не исчерпан – на походе системы впрыска под давлением в 2000 бар, а за ними еще более эффективные схемы. Так что можно быть уверенным – победное шествие дизеля продолжится.

Какая компрессия должна быть в бензиновом и дизельном двигателе

Практически каждый автомобилист сталкивался с такой неприятной ситуацией, когда мощность автомобиля снижалась буквально на глазах, машина тяжело набирала скорость, а двигатель вовсе плохо запускался. В таком случае ничего не остаётся, кроме как провести диагностику мотора. Диагностика подразумевает под собой целый ряд технических мероприятий.

Но опытные автомобилисты знают, что первым делом необходимо измерить компрессию двигателя, которая позволяет предварительно установить все проблемы силового агрегата и по возможности устранить их.

Компрессия двигателя – что это и как измеряется

Часто можно встретить, как некоторые автомобилисты путают понятие компрессии со степенью сжатия. Это две принципиально разные характеристики. Степень сжатия характеризует отношение максимального значения объёма цилиндра к минимальному, в то время компрессия – это показатель давления в цилиндрах авто, создаваемое поршнем в ВМТ своего движения в заключительной стадии такта сжатия. Как видим, ничего общего.

Степень сжатия – постоянный параметр, который может измениться только лишь в случае изменения конструктивной особенности мотора. Давление в цилиндрах двигателя может периодически меняться. Вообще компрессия является оценочным критерием состояния мотора. Какой должна быть компрессия в цилиндрах двигателя? Для каждого силового агрегата эта цифра различна, но в большой мере она зависит именно от показателя степени сжатия.

Как проверить компрессию на бензиновых и дизельных моторах

Проверка компрессии в цилиндрах двигателя различными методами позволяет более точно установить проблемное место, где следует сосредоточить свои силы. Производить замер можно в собственном гараже, не прибегая к услугам специалистов. Если вы решили собственноручно измерить этот чрезвычайно важный показатель, то необходимо вооружиться следующим арсеналом:

1. Сам прибор замера – компрессометр.
2. Заряженный автомобильный аккумулятор.
3. Свечной ключ.
4. Исправный стартер.

Специалисты зачастую проводят замер на непрогретом двигателе. Если должного опыта в проведении подобной работы нет, то предварительно необходимо прогреть мотор. После чего производится демонтаж воздушного фильтра, отключение низковольтных проводов.

Компрессометр – обычный манометр со специальным переходником. Устройство подключается к свечному отверстию и таким образом происходит замер в каждом цилиндре с одновременным запуском мотора на холостом ходу. Компрессометр удерживается несколько секунд. Как только стрелка перестаёт расти, прибор отсоединяется. Данную процедуру желательно проделать несколько раз, после чего вывести среднее значение. Вполне нормальная ситуация, когда полученные данные отличаются от заверенных производителем. Ведь в ходе эксплуатации авто происходит естественный износ деталей поршневой группы, что способствует уменьшению компрессии. Расхождение в пределах 10% считаются допустимым.

Если некоторые отклонения от нормы компрессии бензинового мотора допустимы, то для дизельного двигателя всё намного серьёзней. Производить замеры дизеля стоит не только с целью определения состояния поршневой группы, но и для того, чтобы получить рамки температурного режима, при которых возможна стабильная работа «холодного» дизельного мотора. Для того, чтобы измерить давление в цилиндрах дизельного двигателя, необходимо отключить питание, оставив в работоспособном состоянии только стартер. При замере необходимо соблюдать, пожалуй, самое важное условие – коленчатый вал должен совершать 200-250 оборотов в минуту.

Чтобы измерить данный параметр в цилиндрах дизельного мотора, необходимо соблюсти следующие условия:

• Отключить подачу топлива;
• Выкрутить одну форсунку;
• Убедиться в работоспособности аккумулятора и стартера.

Необходимо обесточить электромагнитный клапан подачи топлива по магистрали. После чего компрессометр подключается к отверстию форсунки. Прибор должен быть с пределом измерения, по меньшей мере, 60 атмосфер.

Норма компрессии в бензиновом и дизельном двигателе

Важно помнить, что компрессия не должна быть ниже нормы. Низкие показатели приводят к следующим негативным последствиям:

• Увеличение давления картерных газов;
• Ускоренное загрязнение камеры сгорания, увеличение токсичности;
• Повышенный расход топлива;
• Существенное увеличение расхода масла.

Какова норма этой характеристики? Для определения нормы давления в цилиндрах различных силовых агрегатов существует следующая формула: степень сжатия, указанная производителем в документации авто, умножается на коэффициент, который для бензиновых силовых агрегатов равен 1,2-1,3. Цифра от 7 до 12 атмосфер считается нормальной.

Компрессия в дизельном двигателе значительно выше, следовательно, и границы нормы будут другие. Для дизеля допустима компрессия от 25 до 33 кг/см2. Разница между двумя различными цилиндрами не должна превышать трёх атмосфер. Повысить этот показатель, хоть и временно, можно за счет использования различных присадок. Но также стоит понимать, что слишком низкие показатели свидетельствуют о том, что двигатель нуждается в ремонте. Чаще всего замене подлежат гильзы. Существенно увеличивает износ этих составляющих дизтопливо неприемлемого качества.

Что делать, если компрессия слишком низкая?

Давление в цилиндрах ДВС может падать по различным причинам: прогар поршня, деформация клапана, дефект распределительного кулачка, износ маслосъёмных колпачков. Если уровень компрессии упал в одном цилиндре, есть большая вероятность, что проводить капитальный ремонт мотора не потребуется. Для устранения проблемы порой хватает простой чистки камеры сгорания от образовавшегося налёта. Другая ситуация, когда компрессия ниже нормы во всех цилиндрах. В таком случае к ремонту «сердца» авто необходимо подходить комплексно. Это более тяжелый случай, ведь потребуется регулировка зазоров ГРМ, восстановление герметичности камеры сгорания, что в конечном итоге потребует капитального ремонта.

В дизельных моторах кроме проблем с гильзами также можно обнаружить износ зеркала цилиндров. При таком недуге появляется синий дым из выхлопной трубы, который образуется из-за неполного сгорания солярки. Происходит это потому, что увеличивается зазор между составляющими, что и служит причиной образования низкого давления в камере сгорания.

Заключение

Проверка компрессии в цилиндрах двигателя является обязательной процедурой для тех, кто ищет неисправности в работе «сердца» своего автомобиля. Однако профессионалы не используются результаты замеров, как абсолютные. Полученные данные подсказывают, на что следует обратить внимание в первую очередь.

Как повысить компрессию в двигателе? Способы повышения давления могут быть различными. Всё зависит от найденной неисправности. В одних случаях хватает использования более вязкого масла, различных присадок для мотора, замена колец. В других случаях требуется капитальный ремонт силового агрегата. Поэтому, увеличить компрессию возможно в тех случаях, когда была правильно обнаружена причина её снижения.

Норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя. Что и как должно быть

Автовладельцев интересует норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя. Это один из основных показателей исправности мотора. Особенно важна компрессия для дизелей. Это обусловлено особенностью их конструкции и работы. Поэтому снижение этого показателя сразу сказывается на работе силового агрегата. Очень низкий показатель может привести к полному отказу цилиндра.

Поэтому при появлении проблем с мотором, нужно обязательно проверять компрессию. Делать это нужно в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. С помощью таких несложных манипуляций можно выявить проблемы с цилиндро-поршневой группой.

Содержание

Что это такое?

Норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя вопрос довольно интересный. Для понимания этих цифр нужно знать, что из себя представляет этот показатель. И зачем его необходимо знать. Многие водители путают компрессию и степень сжатия. Хотя на самом деле это совершенно разные показатели. Но все-таки они имеют отношение к работе поршневой группы.

Для прояснения ситуации посмотрим определения этих понятий:

Степень сжатия – так называют соотношение объема пространства в цилиндре при НМТ к объему надпоршневого пространства в ВМТ;

Для бензиновых двигателей основным показателем считается степень сжатия. Именно этот показатель напрямую связан с увеличением крутящего момента, а соответственно и эффективности мотора. Компрессия у бензиновых агрегатов не является определяющим показателем, скорее это способ достижения максимально возможного сжатия. Для работы дизелей крайне важно высокое давление. Поэтому здесь на первый план выходит именно компрессия. Но в целом, степень сжатия и в дизельных моторах имеет огромное значение для оценки работы двигателя.

Признаки снижения компрессии

О проблемах с компрессией могут говорить самые разные показатели. Как правило, часть из них может быть следствием и других неисправностей. Поэтому обязательно проверьте все возможные причины неисправностей. Проверять этот показатель нужно при следующих проблемах:

• Запуск двигателя затруднен;
• Неустойчивая работа двигателя;

Норма. Для дизелей норма компрессии выше, чем для бензиновых собратьев. Связано это с более высоким рабочим давлением таких моторов, требующимся для воспламенения топливно-воздушной смеси. Все дизеля запускаются только при давлении не менее 22 кг/см3, оптимальной компрессией считается показатель 28-32 кг/см3.

Известны случаи, когда удавалось запустить двигатель при 15 кг/см3, но для этого в цилиндры заливалось трансмиссионное масло. Делать это можно только в экспериментальных целях и в том случае, когда двигатель предполагается под замену, а дотянуть до сервиса необходимо.

Измерение

Существует 2 методики замера компрессии. На бензиновых моторах применяется способ с закрытой дроссельной заслонкой. На дизелях можно применять оба метода. Из-за высокого давления положение заслонки не влияет на конечный результат.

В дизельных агрегатах желательно проверять компрессию на холодном моторе. Для более точного результата дайте мотору постоять несколько часов. За это время масло, имеющееся на стенках цилиндра стечет вниз. Ведь низкий показатель (менее 18 кг/см3) делает запуск мотора невозможным. Для проведения измерений вам понадобится компрессометр. Его можно приобрести практически в любом магазине автозапчастей. Выкрутите свечу накаливания и вкрутите на ее место прибор. После чего ваш помощник должен крутануть стартер. Ваша задача зафиксировать максимальное значение компрессии.

Если показатель выше 24 кг/см3, то это неплохо. Более низкий показатель говорит о необходимости ремонта двигателя. Компрессия больше 35 кг/см3 свидетельствует о наличии большого нагара.

Причины низкой компрессии

Заключение. Рано или поздно владельцы машин с дизелями сталкиваются с их неустойчивой работой. Для проверки причин нужно производить комплексную проверку. Чаще всего норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя оказывается выше показателей вашего автомобиля. В таком случае вам необходимо устранить причину неисправности, до момента окончательного выхода мотора из строя.