Компрессия и экономичность
Многие автолюбители, переоценив свои возможности при покупке, и не выдержав затем груза свалившихся проблем, с чувством глубокого разочарования расстаются с некогда таким долгожданным приобретением и вновь переходят в категорию пешеходов. Такого печального финала можно избежать при принятии мер по повышению экономичности автомобиля.
Экономичность автомобиля определяется реальными расходами на его эксплуатацию и поддержание работоспособности в приемлемом временном интервале 3 - 5 лет (порядка 50 - 100 тыс. км пробега). Эти расходы складываются из трех основных составляющих:
- стоимости потребляемого топлива;
- стоимости моторного масла;
- стоимости профилактических и ремонтных работ.
Увеличение расхода топлива для данного двигателя прямо пропорционально снижению величины компрессии в его цилиндрах. Так для большинства автомобилей европейского производства рассчитанных на работу с бензином марок А-95 и А-98 номинальная компрессия в цилиндрах равна 13 – 14 атм. и средний расход топлива (для 4 - х цилиндровых двигателей объемом 1,5 – 2 л) составляет около 7л на 100 км. При снижении компрессии в среднем на 30% (до 10 - 11 атм.) расход топлива соответственно увеличивается на 30% и достигает 9 л на 100 км.
Влияние снижения величины компрессии в цилиндрах на расход масла и ускорение изнашивания деталей двигателя обусловлено двумя причинами:
- разбавлением масла несгорающими фракциями топлива,
- нарушением температурного режима работы двигателя.
Не менее опасны (хотя и более растянуты во времени) последствия локальных перегревов масла в зазорах цилиндр-кольцо.
Оптимальная температура масляного слоя на поверхности цилиндров находится в диапазоне 80-120 оС. Верхний и нижний пределы этого интервала ограничены действием двух факторов. С понижением температуры резко возрастает вязкость моторного масла, а при повышенных температурах начинается десорбция (испарение) масла с рабочих поверхностей.
При низких температурах из-за повышенной вязкости затруднен съем избыточного масла со стенок цилиндров маслосъемными кольцами. Кроме того, при работе двигателя в низкотемпературном режиме пары воды, образующейся при сгорании смеси, конденсируются на стенках цилиндров, и начинается коррозионно-механическое изнашивание цилиндров и колец.
При повышенных температурах происходит интенсивная десорбция молекул масла с поверхности цилиндров на такте впуска под действием температуры и возникающего в цилиндре разряжения. В такой ситуации наряду с увеличением расхода масла на угар (и повышением дымности выхлопных газов) уменьшается толщина масляного слоя вплоть до критической величины 1-2 мкм, при которой увеличивается вероятность непосредственного контакта металлических поверхностей, а значит, развиваются процессы механического изнашивания, задиры и усталостное выкрашивание
Обычно повышенная дымность выхлопных газов на холодном двигателе свидетельствует о неудовлетворительном съеме масла с поверхностей цилиндров (в результате износа маслосъемных колец или повышенного уровня масла в картере). Поддымливание же на горячем двигателе (при исправности сальников и направляющих втулок клапанов) связано с перегревом или низким качеством масла.
При уменьшении компрессии в цилиндрах увеличивается продолжительность сгорания топлива; зашлаковываются рабочие поверхности, а значит, ухудшается теплоотвод и повышается трение в паре кольцо-цилиндр. Под влиянием этих факторов температура в смазочном слое на поверхностях трения повышается до 150 0С и более, что существенно превышает измеряемую среднюю температуру моторного масла в картере (около 90 0С). Такие локальные перегревы масла могут быть первопричиной увеличения расхода масла на угар, а также ускоренного изнашивания колец, цилиндров и других деталей двигателя.
Таким образом, снижение компрессии в цилиндрах однозначно приводит к повышению расхода топлива, масла и в конечном итоге – к необходимости ремонта двигателя.
На примере одной из наиболее распространенных в России и Украине подержанных иномарок FORD sierra (рядный 4 - цилиндровый карбюраторный двигатель объемом 1,6 л) оценим основные расходы на эксплуатацию автомобиля за 50 тыс. км пробега при двух вариантах состояния двигателя.
В первом контрольном автомобиле после пробега около 140 тыс.км двигатель был обработан по технологии «КЭСОН» и компрессия в цилиндрах равнялась 13 -14 атм.
Во втором контрольном автомобиле с примерно таким же исходным пробегом (120 тыс. км) двигатель не подвергался восстановлению и значения компрессии в цилиндрах находились в интервале 10 -11 атм.
Для двигателя с величиной компрессии в цилиндрах 13 -14 атм. потребление бензина было меньше 7 л на 100 км, что составило на пробеге 50 тыс. км - 3500 л. При средней цене бензина А-95 примерно 1 $ за 1 л расходы на бензин равны $ 3 500.
Для двигателя с исходной компрессией 10 -11 атм. среднее потребление бензина 9 л на 100 км, а при пробеге 50 тыс. км суммарный расход достиг 4500 л или в денежном выражении - $ 4 500.
I- Двигатель обработан по технологии «КЭСОН» (компрессия 13-14 атм.)
II - Двигатель без обработки (компрессия 10 -11 атм.).
Рис. 11. Структура расходов на эксплуатацию автомобилей FORD sierra при разной величине компрессии в цилиндрах двигателей.
Вторая статья расходов на эксплуатацию - это расходы на моторное масло. В обоих случаях применялось импортное минеральное масло типа SAE 15 W - 40 стоимостью около $ 6 за 1 литр. Замена масла проводилась через 8 тыс. км. На пробеге 50 тыс. км расход масла на замену составил в обоих случаях 25 л (примерно $ 150).
Однако расходы масла на долив были различны: если в первом случае потери масла (на угар и внешние протечки) не превышали 0,5 % от расхода топлива, что составило на рассматриваемый пробег около 15 л или в стоимостном выражении $ 90, то во втором случае при расходе масла до 2 % от расхода топлива пришлось доливать около 70 л масла, а денежные потери соответственно составили $ 420.
Повышенный расход масла во втором варианте по сравнению с первым был обусловлен пониженными значениями вязкости масла в процессе эксплуатации под действием температурного фактора (локальных перегревов) и разбавления несгорающим топливом.
Таким образом, основные расходы на эксплуатацию первого автомобиля (с величиной компрессии в цилиндрах 13 - 14 атм.) за рассматриваемый пробег составили $ 3740.
Соответствующие расходы на эксплуатацию второго автомобиля были равны $ 5070. При пробеге около 160 тыс.км двигателю этого автомобиля потребовался капитальный ремонт, что обошлось в дополнительные расходы порядка $ 500. Общие расходы для данного автомобиля составили $ 5570.
Суммарные расходы по эксплуатации второго автомобиля на $ 1 800 превысили соответствующие расходы для первого автомобиля. А причина таких разных расходов на первый взгляд незначительная - всего лишь пониженные значения компрессии в цилиндрах второго автомобиля.