A Benzinmotorok Sűrítési Végnyomásának Jelentősége és Diagnosztikája
A benzinmotorok hengerének nyomásmérése fontos diagnosztikai eljárás, amely segít felmérni a motor állapotát és azonosítani a lehetséges problémákat. A mérés során kapott értékek összehasonlításával következtethetünk a motor kopottságának mértékére, a szelepek és a dugattyúgyűrűk állapotára. A motort, mint komplex egységet célszerű vizsgálni, hiszen mit sem ér a hibátlan motorvezérlő rendszer, megfelelő állapotú mechanikus szerkezet nélkül.
Sűrítési Végnyomás és Sűrítési Viszony: Alapfogalmak tisztázása
A kompresszióvégnyomás egy érték, mértékegységgel, ami azt mutatja meg, hogy a sűrítési ütem végén mekkora lesz a hengerben a maximális nyomás. A sűrítési viszony (másképpen: sűrítési arány) a lökettérfogat + sűrítési térfogat és a sűrítési térfogat hányadosa. Míg az első egy mértékegység nélküli szám, addig a másodiknak van mértékegysége is. A sűrítési viszony a két térfogat hányadosa, így esik ki a mértékegység. A két térfogat közül a számlálóban levő a henger dugattyú feletti térfogata a dugattyú alsó holtponti helyzetében, míg a nevező ugyanez, de a dugattyú felső holtponti állapotában. Fontos, hogy ebbe a térfogatba beletartozik a hengerfejben kialakított égéstér térfogata is.
A sűrítési végnyomás pedig az a "bar"-ban kifejezett nyomásérték, amit a gyertya menetébe csavart nyomásmérő mutat, ha önindítóval forgatjuk a motort. Működés közben persze nem ekkora az égési végnyomás, a kompressziómérésnél sokkal kisebb értéket mérünk, hiszen nincs égés.
A sűrítési viszony és végnyomás jellemző értékei
A sűrítési viszony klasszikus értéke 8,5-10,5 közötti érték benzineseknél, turbós benzinesek esetében lehet még kisebb, ~7,5 is, Diesel motoroknál 17 és 23 közötti érték a tipikus. Nyílván a szívó-Diesel magasabb, a feltöltött alacsonyabb. Szokásos értéke négyütemű Otto-motornál korábban ritkán volt magasabb, mint 1:10,0 mára ez egyes típusoknál eléri a 1:11,5 körüli értéket. Üzemmeleg szívó benzinmotornál, jó állapotú akkumulátorral a kompresszió végnyomás el kell, hogy érje a 10 bar-t. Ez az érték erősen típusfüggő, a gyárak megadják az elfogadható minimum értékét, ami általában 10 bar körül van, turbó motoroknál esetenként 7-8 bar környékén.
| Motortípus | Sűrítési viszony (tipikus) | Sűrítési végnyomás (bar, min.) |
|---|---|---|
| Szívó benzin | 8,5 - 11,5 | 10 |
| Turbós benzin | ~7,5 - 10 | 7 - 8 |
| Dízel | 17 - 23 | Akár 32 |
Kompressziómérés: Műszerek és Menet
A sűrítési végnyomás méréséhez több módszer áll a rendelkezésünkre. Többféle műszer létezik, benzines és dízel motorhoz más-más készülék kell. A két motorfajta közötti különbséget az okozza, hogy a benzinmotor maximális értéke 12-14 bar között van, míg a dízel akár 32 bar is lehet. A kézi nyomásmérőknek több fajtája van, de az elv azonos: valahogy tömített módon be kell vezetni a nyomást a mérőbe, ott regisztrálni a maximális értéket, és azt a kezelőnek megmutatni.
Benzinmotorok hőmérsékleti viszonyai
A regisztrálás történhet simán mechanikusan, ekkor a mutató nem mozdul el a maximális értékről, csak ha kinullázzuk. A másik egyszerű módszer az írótűs mutató, ekkor a mutató csíkot húz a maximális elmozdulásáig egy lapra. Az újabb kompressziómérőknél magán a mérőórán lehet leolvasni a kapott értéket, melyet célszerű feljegyezni egy papírlapra, hogy a mérés végén össze tudjuk hasonlítani a kapott értékeket a hengerek között. A nyomást a mérőbe egy egyszerű csövön át is be lehet vezetni, ilyenkor egy pisztolymarkolat-szerű kialakítást nyomunk a gyertyanyílásba. Dízelmotoroknál szinte csak a becsavarozós módszer létezik. Vagy a porlasztó helyére, vagy az izzítógyertya helyére kell becsavarni a műszer csövét.
A mérés menete (Direkt módszer)
A mérést üzemmeleg motoron hajtjuk végre a következő sorrendben:
- Mielőtt elkezdjük a mérést, az összes gyertyát ki kell szedni, hogy ne fékezze a motort a hengerenkénti sűrítés, dízeleknél meg azt a szerkezeti elemet, izzítót vagy porlasztót, ahol mérni fogunk.
- Minden hengerből kivesszük a gyújtógyertyát illetve a porlasztócsúcsot.
- Otto motornál teljesen kinyitjuk a fojtószelepet (benyomjuk a gázpedált teljesen).
- A kompressziómérőt a gyújtógyertya illetve a porlasztócsúcs furatába szorítjuk avagy csavarjuk.
- A műszer csatlakoztatása után kezdődhet a mérés.
- Az indító motorral forgatni kell a motort, és amikor a mutató már nem tud magasabb nyomásértéket regisztrálni, azt tekintjük a maximális kompresszió-végnyomásnak az adott hengerben.
- Nem kell percekig indítózni, általában öt-tíz másodperc bőven elég.
- A visszacsapó szelepet közzel lenyomjuk, így nullázzuk a műszert (nyomástalanítunk).
- A papírt léptetjük, majd a mérést megismételjük a következő hengernél.
Van pár nagyon lényeges dolog, ami meghamisíthatja a mérési eredményt. A motort lehetőleg meleg állapotában kell mérni, és az indítózás alatt a fojtószelepet - ha van - teljesen nyitva kell tartani. Az indítózási folyamat során rögzíti az egyes hengerekhez tartozó indítózási áram-, ill. feszültségértékeket. A mérés eredményére az akkumulátor és egyéb mechanikai tényezők is teljes befolyásolással bírhatnak, hiszen ezek határozzák meg az indítómotor fordulatszámát. Gondolok itt gyengébb állapotban lévő akkumulátorra esetleg kopott szénkefékre az önindítóban. Az akkumulátor kezd majd lemerülni, és csökken az indítózási fordulatszám. Ekkor a lassabb forgás miatt a résveszteségek nagyobbak lesznek, és kisebb kompressziót mérünk. A motor hőmérsékletével nő a sűrítési végnyomás értéke is a motorolaj tömítő hatása végett.
Az eredmények értékelése és hibakeresés
Ha megvan az eredmény, nézzük kritikusan. Ez egy egyszerű mérés, amely inkább összehasonlító jellegű, mint konkrét eredményt adó. A kapott eredmény egyértelműen nem alkalmazható abszolút adatként csupán a hengerek közötti összehasonlító mérésre alkalmas, kivéve, ha nagyon eltérő eredményeket kapunk, de akkor is csak következtetni lehet arra, hogy ott valami nincs rendben. Ha egy benzinesnél mind a négy hengerben kilenc bar nyomást regisztrál a műszer, akár elégedettek is lehetünk.
Specifikus hibák diagnosztizálása
Ha nem kielégítő a kapott eredmény, egyszerű módszerekkel következtetni lehet a hiba okára, pl. dugattyúgyűrű illetve hengerfal kopás, vagy szelep, esetleg hengerfej tömítés. Ebbe a hengerbe motorolajat fecskendezünk, nagyjából 5-10 millilitert, majd ismét megmérjük. Ha növekedett az értékünk, valószínűleg a gyűrűk kopottak, vagy a gyűrűhézag nagy. Ha semmit nem változott, akkor vagy kevés a benyomott olaj, vagy a szelepek egyike nem zár jól. Ha az így mért eredmény jóval magasabb, mint előtte, akkor feltehetően dugattyúgyűrű ill. hengerfalkopás a gyenge eredmény oka. Ha az eredmény nem változik jelentősen, valószínűleg a szelepek zárása nem megfelelő, esetleg a hengerfej tömítés sérült (ilyenkor következik a fonendoszkópos vizsgálat). Ha két, egymás melletti hengerben a többitől jelentősen alacsonyabb értékű kompresszió végnyomás mérhető, jó esély van arra, hogy a hengerfejtömítés a két henger között átégett. Ilyenkor a két henger "összedolgozik".
Toyota Auris hibrid részletes adatok
Nagyon eltérő eredménynél van csak szükség a motor megbontására, de annak már általában szokott előjele lenni, mint pl. megnövekedett olajfogyasztás, teljesítménycsökkenés stb. Még mielőtt bárki levenné a hengerfejet egy rosszabb érték végett, előtte ajánlott veszteséget mérni, mellyel egy pontosabb képet kaphatunk az erőforrásunk belső állapotáról.
Nyomás veszteség mérés, folyamata, mérőműszer alkalmazása
Nyomásveszteség mérés (Leak-down teszt)
Nyomásveszteség mérésre akkor lehet szükség, ha a kompressziómérésnél eltérő értéket kapunk a gyáritól, illetve a mérést megelőző hibajelenségekből való következtetéskor, ha hengerben lévő hibákat ki szeretnénk zárni. Milyen hibajelenségek lehetnek ezek? Megnövekedett olajfogyasztás, erőtlen motor, egyenetlen járás (három hengerezés) stb. Nyomásveszteség több helyen léphet fel: dugattyúgyűrűknél, szelepeknél. Vegyük figyelembe: a mélyen a hengerfejben ülő gyertyák miatt a műszerig hosszabb cső vezet. A műszer és a gyertya menete közötti megnövekedett hosszúságú csőben a levegő összenyomható, ez a mérés pontatlanságát fokozza (kisebb kompresszió végnyomás értéket fog mutatni a műszer).
A veszteségmérés menete
A mérést üzemmeleg motoron, sűrítés munkaütemben (forgásirányba forgatva) a felső holtpont előtt megállított dugattyúhelyzetben kell elvégezni. Ennek az oka, hogy a szívó és kipufogó szelep csupán ebben a helyzetben zárt. A hengerkopások feltérképezése céljából lehetőség van arra is, hogy a mérést az alsó holtponttól (a szívószelep zárásától) a felső holtpont felé haladva több ponton is elvégezzük. A mérést fonendoszkóppal kiegészítve a levegőszivárgás helye is felderíthető, mellyel pontosabbá tudjuk tenni a diagnosztikai információt. A teszter M12 x 1,25 és M14 x 1,5 gyújtógyertya-menetű benzinmotorokhoz használható. A teszter segítségével többek között kimutatható: dugattyúgyűrű sérülés, a befecskendező vagy a fúvóka sérülése, henger tömítés sérülése.
A fojtások csoportosítása
A fojtásokat a vizsgálat szempontjából két csoportba osztjuk:
- Megengedett motorfojtások: a dugattyúgyűrű, gyűrűhorony, hengerhüvely közötti fojtás.
- Nem megengedett motorfojtások: rosszul záró szelep-szeleptányér, hengerfejtömítés.
A munkateret határoló fojtások.
Az eredmények kiértékelése
A hengertömítettséget általában %-os mérőszámmal értékeljük ki. A csökkenés százalékos értéke azonban hengerfuratfüggő hiszen, nagyobb hengerfurat átmérő esetén nagyobb a henger körüli körgyűrű felület amelyen a levegő normál esetben is megszökhet, ezért itt nagyobb százalékos nyomásesés engedhető meg. Ezzel indokolható, hogy a mérés kiértékelése hengerfurat intervallumok szerint történik. Lehetővé teszi a motor kopásának vizsgálatát azáltal, hogy sűrített levegőt juttat a hengerbe, és meghatározza a hengerszivárgás okozta nyomásesés százalékos mértékét. Mértünk már 180000 km futás után BMW 525-ön 4-6% veszteséget - ami igen jó érték - de nemritkán 100.000 alatti km teljesítménynél 30-40 % veszteséget is, ami viszont szerelőért kiált. Ez a módszer - márcsak pontossága okán is - prioritást élvez. Az olajfogyasztás is csalóka dolog. A kopott gyűrűk mellett az olajteknőbe kerülhet - nemkívánatos módon - a befecskendezett-beporlasztott benzin egy kis része. A motorolaj így természetesen felhígul, de a mennyisége a természetes olajfogyás ellenére még akár még nőhet is, ami megtévesztő lehet.
Alternatív kompressziómérési módszerek
Relatív kompressziómérés
Az ún. relatív kompressziómérés az előzőekben taglaltakhoz képest egy indirektebb, pontatlanabb mérési módszer, azonban bizonyos hibák esetén célravezetőbb lehet ezt használni. Lényege, hogy egy digitális oszcilloszkóp az e célra fejlesztett szoftver segítségével az indítózási folyamat során rögzíti az egyes hengerekhez tartozó indítózási áram-, ill. feszültségértékeket. Amelyik hengerben relatíve kisebb a sűrítési végnyomás a többihez képest, az önindítónak az adott hengerhez tartozó sűrítési ütemben mért áramfelvétele kisebb. A relatív kompresszióméréshez tehát csupán az akkumulátor kapcsaihoz kell hozzáférnünk, és "műhiba" előidézésével lehetetlenné kell tennünk a motor beindulását.
A C jelű oszlopdiagramok az egyes hengerek mechanikai állapotát tükrözik, az ábra felső részén opcionálisan megjeleníthetőek az oszcilloszkópra csatlakoztatott csatornák jelei. Esetünkben A-val a felvett áramot jelöltük, B-vel az akkumulátor kapocsfeszültség alakulását. Egyértelmű hátránya a relatív kompressziómérésnek, hogy a sűrítési nyomás abszolút értékéről nincsenek információink, illetve arról sincs közvetlen információnk, hogy melyik oszlop melyik hengerhez tartozik. Ami miatt mégis kedveljük, az az időszakos hibák felderítése során nyújtott előnye a direkt méréshez képest. Előfordul, hogy pl. időszakosan nem megfelelően működő hidrotőke, vagy sporadikusan megszoruló szelepek okoznak problémát. Ezt az időigényes direkt méréssel nem tudjuk feltétlenül kiszűrni, a relatív kompressziómérés viszont a hiba fellépése után akár másodpercekkel lebonyolítható.
Dinamikus módszer
Alkalmazható még kompresszió mérésére az ún. "dinamikus" módszer. Ebben az esetben egy elektronikus nyomásszenzort csatlakoztatunk a kivett gyertya helyére, és akár menet közben figyelhetjük, hogy az adott hengerben milyen sűrítési viszonyok uralkodnak. Ez az eljárás csak egy henger megfigyelésére alkalmas, és a többi módszerrel ellentétben itt a motor (egy henger kivételével) jár, nem az önindító forgatja. Mikor előnyös? Akkor, amikor tényleg ritkán, de előfordul egy adott hengerben égéskimaradás, és meg akarunk győződni arról, hogy annak mechanikai oka van-e. Hátránya viszont, hogy nem minden esetben alkalmazható.
A motor kopása és a hengerfal-dugattyú hézag
A henger és dugattyú közötti, szokásos gyári beszerelési hézag a 70-80 mm névleges átmérőjű kategóriában 0,04-0,06 mm, de találunk akár 0,02 mm körüli értékeket is. Ez a dugattyúpaláston, a dugattyúcsapszeg tengelyére merőlegesen mért legnagyobb dugattyúátmérő és a hengerfurat közötti illesztési hézag. A használat során, természetes kopásként a gyári beszerelési hézag ismert módon nő: a szakmában közzétett egyes állásfoglalások szerint ennek átlagos értéke normál használat és megfelelő karbantartás mellett 10.000 km-ként 0,01 mm-rel. Típusfüggő az is, hogy a hengerfal, vagy a dugattyúpalást kopása jelentősebb. A hengerfal ráadásul nem egyenletesen kopik, részben ovális lesz (a "terhelt oldal" kopása intenzívebb) másrészt az alsó és felső holtpont közötti szakasz kopása sem egyenletes. A dugattyúgyűrűk a különböző mértékben kopott helyeken különböző mértékben képesek a tömítést megvalósítani az égéstér és forgattyúsház között úgy, hogy a levegő és az égéstermékek átáramlását megakadályozzák. Ez az oka annak, hogy különböző dugattyúhelyzetekben szeretnénk a nyomásveszteség értékéről pontos képet kapni. Ezek fontos információk lehetnek, a motor megbontása nélkül kapunk jól használható adatot annak kopottságáról - sajnos nem beleértve a fekvő - illetve hajtórúd csapágyakat. Ha a hengerfejet levettük, a hengerfal-dugattyúpalást közötti kopás közelítő értékéről némi információt kaphatunk egyszerű hézagmérővel is.
A kompresszió hatása a motorműködésre és teljesítményre
Az előzőekből következik, hogy a kompresszió növelésével plusz teljesítmény nyerhető, hiszen a nagyobb sűrítéshez nagyobb sűrítési végnyomás és hőmérséklet tartozik, majd az égés erről a pontról indul el. És mivel az égés előtti nyomás és hőmérséklet is magasabb, így az égési csúcsnyomás is magasabb lesz, ami a dugóra ható nagyobb erő miatt plusz nyomatékot jelent a főtengely végén. Ez számszerűen: egy ~7-es értékről ~10-11-re való növelés +10-12%-ot jelent. Tehát oltári növekedésre azért nem kell számítani ezáltal, de sok kicsi sokra megy!
A benzinesek esetében pont ellentétes a cél: sohasem gyulladhat be magától a keverék, tehát azt a lehető legmagasabb kompresszió-viszonyt kell megtalálni, amikor még stabilan kívül lehet maradni az öngyulladás tartományán. Régebben, az 50-es évek előtt és körül az üzemanyagok minősége miatt még rendszeres volt a 6-7 körüli viszony is, de napjainkra már átlagban 10 lehet egy szívóbenzines értéke. Sportmotorok esetében ma akár 12 körüli érték is előfordulhat, de ehhez már különleges, magas kopogás-állóságú üzemanyagra van szükség, valamint a gyújtás nagyon finom szabályozhatóságára.
Következő kérdés lehet, hogy feltöltött motorok esetében miért alacsonyabb a kompresszió? A feltöltés miatt ugyanis nagyobb tömegű levegő kerül a hengertérbe és ennek a sűrítése miatt magasabb nyomás és hőmérséklet jön létre, ami egyre inkább kedvez az öngyulladásnak. És mivel ezt el akarjuk kerülni, növeljük azt a térfogatot, amekkorára össze fogja sűríteni a dugattyú a keveréket, így nagyobb lesz a sűrítés utáni térfogat, így kisebb lesz mind a nyomás, mind a hőmérséklet, tehát alatta tudtunk maradni az öngyulladás tartományának. De mivel több levegőhöz több üzemanyagot is lehet elégetni, ezáltal nyerünk a látszólag kedvezőtlen kompresszió-csökkentés ellenére plusz teljesítményt.
tags: #suritesi #csucsnyomas #benzin #magyarázat