Цилиндропоршневая группа по-прежнему остается основным элементом, который определяет ресурс современных двигателей. Какие же основные причины повышенного износа в области соприкасания верхней части цилиндров с компрессионными кольцами?
А причины следующие:
- Абразивное действие пыли при подсосе неочищенного воздуха;
- Высокая температура;
- Враждебное действие компонентов топлива;
- Скудное поступление масла в данную область;
- Смыв масляной пленки;
- Высокое давление компрессионного кольца на стенки цилиндра.
Медленное изнашивание цилиндров, которое начинается с верхней части, постепенно втягивает в этот процесс все части двигателя.
Причина развития эллипсности и конусности цилиндра в неровном износе его верхней части. Это ведет к утечке топливовоздушной смеси на такте сжатия через появившийся зазор между цилиндром и кольцом, из-за этого-то и снижается величина компрессии двигателя. Величина компрессии в двигателе внутреннего сгорания – это давление, до которого сжимается смесь перед воспламенением. Уменьшение величины компрессии двигателя ведет к ухудшению сгорания смеси и очистки цилиндров от продуктов сгорания, что, в свою очередь, является причиной ухудшения работы двигателя внутреннего сгорания. Часть несгоревшего топлива стекает в картер по стенкам цилиндра и разжижает масло. Разжиженное масло лишается своих герметизирующих и смазывающих свойств. Из-за этого повышается попадание газов в картер, становится больше расход масла, снижается его давление, изнашиваются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. На этой ступени эксплуатации двигатель внутреннего сгорания стремительно приближается к капитальному ремонту. Действительная долговечность двигателя зависит от нескольких факторов: качество изготовления, сборки и обкатки двигателя; состояние системы зажигания; состояние топливной системы; режима эксплуатации; используемого вида топлива и моторного масла. В России и странах СНГ предкризисное состояние двигателей (это когда величина компрессии становиться меньше, чем десять атмосфер) наступает при среднестатистическом пробеге. У Таврии от 40 до 60 тысяч километров, у ВАЗ-2109 приблизительно 120 тысяч километров, у Ford Fiesta 160 тысяч километров, у BMW-320 около 200-250 тысяч километров.
По какой причине компрессия в 10 атмосфер является значением, по достижении которого двигатель вступает в предкризисную фазу эксплуатации (быстрое ухудшение рабочих параметров: снижение мощности, расход масла на угар, перерасход топлива, повышение уровня дыма и токсичности выхлопных газов)?
В бензиновом двигателе для полного сгорания топливо, находящееся в камере сгорания, должно быть в газообразном состоянии. На степень испарения топлива до воспламенения влияют: температурные пределы вскипания топлива (фракционный состав); температура, до которой в процессе сжатия нагревается рабочая смесь.
Сейчас для увеличения выработки бензина из нефти расширяется фракционный состав. По ранее действовавшим ГОСТам компоненты бензина должны испаряться от 35 до 185 градусов Цельсия (для зимних бензинов) и 195 градусов Цельсия (для летних бензинов), сейчас же конец вскипания бензинов перемещен до 215 градусов Цельсия (для всех видов бензина).
Утяжеление фракционного состава приводит к уменьшению ресурса двигателя. Увеличение температуры конца перегонки с 195 до 215 градусов Цельсия ведет к ускорению износа цилиндров в 2 раза, а если повысить эту характеристику топлива до 250 градусов Цельсия износ увеличится как минимум в 5 раз.
Чем же объясняется эта зависимость? Когда снижается величина компрессии в цилиндрах, одновременно становится меньше и температура разогревания топливной смеси в процессе сжатия. Для дизельных двигателей ухудшение работы из-за этого фактора очевидно: снижение компрессии (соответственно и температуры смеси) ниже порога самовоспламеняемости (около 300-400 градусов для дизельного топлива), ведет к тому, что двигатель попросту не запускается.
Температура смеси во время сжатия не менее важна для работы бензиновых двигателей. Из-за снижения температуры смеси до воспламенения, повышается количество топлива, которое остается в жидкой форме, а не переходит в газообразное состояние. Это служит причиной замедления скорости горения и уменьшения полноты сгорания.
Если у двигателя внутреннего сгорания высокая величина компрессии в цилиндрах, то утяжеление фракционного состава не так чувствительно. Если же компрессия у двигателя понижена (конструктивно заложена не очень высокая степень сжатия, уменьшение компрессии из-за эксплуатации) ситуация будет более критичной.
Из рисунка 3 видно, что при компрессии в 16 атмосфер рабочая смесь к концу такта сжатия нагревается до 250 градусов Цельсия (благодаря чему, возможно воспламенение бензина без искры). При данных значениях температуры и компрессии все компоненты бензина перед воспламенением будут в газообразном состоянии.
Если уменьшить величину компрессии в двигателе внутреннего сгорания до 14 атмосфер, то топливная смесь нагреется до 180 градусов. В этом случае около 90% топлива будет в газообразной фазе. Это обеспечит не только хорошие пусковые свойства, но и почти полное сгорание топлива.
При давлении 12 атмосфер температура смеси не поднимется выше 120 градусов, вследствие чего, 50% топливной смеси останется в жидком состоянии. Поэтому двигатели с такой величиной компрессии будут уступать двигателям с более высокой компрессией в мощностных характеристиках, приемистости и расходе топлива.
А в случае, когда компрессия меньше 10 атмосфер температура в камере сгорания увеличится всего лишь на 50 градусов, т.е. в жидком состоянии останется до 90% топлива. Это чревато тем, что бензин будет заливать свечи при пуске, часть топлива может смывать масляную пленку, конденсируясь на стенках цилиндра.
Бензин попадает в масло в каждом двигателе при холодном пуске, но при прогреве двигателя легкокипящие фракции испаряются. Компоненты топлива, с температурой кипения превышающей 160 градусов при эксплуатации накапливаются в масле, тем самым, ухудшая его смазывающие и герметизирующие свойства. Весь этот процесс сопровождается увеличением расхода масла после замены, износом нагруженных узлов кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и снижением давления машинного масла. Предкризисная фаза эксплуатации различна для разных двигателей, но заканчивается всё одинаково – нужно делать капитальный ремонт.
Высокая компрессия во всех цилиндрах – это залог долголетия вашего двигателя. Если давление хотя бы одного цилиндра снизится до 10 атмосфер, то двигатель начинает разрушаться. И моторное масло уже не справляется с защитой двигателя.
