Mechanik, který objevil nízkou kompresi, obvykle okamžitě prohlásí: „Motor je opotřebovaný, potřebuje generální opravu.“ Je všechno tak jednoznačné? Samozřejmě, že ne! Můžeme s jistotou vyjmenovat dvacet možných důvodů poklesu komprese. Patří mezi ně problémy s mechanismem časování ventilů, mechanické nebo tepelné poškození součástí motoru a zanesené pístní kroužky. A pouze jeden z nich bude spojen s katastrofálním opotřebením motoru. Je důležité umět tyto důvody rozlišovat, chápat míru jejich nebezpečí a vědět, jak s nimi bojovat.
Často slýcháte od obhájců různých aditiv, jak po další úpravě motoru vyskočila komprese. Zvyšte na 15 barů, na 17 barů! Ale měli byste mít na paměti, že za normálních podmínek, i po obnovení mezer do stavu nového motoru, nedosáhnete komprese vyšší než standardní. Odkud se berou ta čísla? Obvykle je na rozebraném motoru zřejmé, že spalovací komora po úpravě zarostla něčím neznámým a v důsledku toho se objem kompresní komory zmenšil. Tyto usazeniny však narušují odvod tepla ze spalovací komory. Proto dochází k detonaci, předčasnému zapálení atd. Takže byste se neměli radovat z nebývalého zvýšení komprese, ale naopak.
Co tedy ovlivňuje komprese? Hodně! Hlavní jsou startovací vlastnosti motoru, zejména při nízkých teplotách. V první řadě se to týká vznětových motorů, kde tlak a teplota na konci komprese určují, zda se palivo ve válci vznítí, či nikoli. Benzínové motory jsou však také citlivé na změny komprese za studena: ovlivňuje to odpařování paliva, které by se při studeném startu mělo teoreticky odpařovat cestou do válce. Ve skutečnosti se tam ale dostává ve formě nehořlavých kapek kapaliny. Snížená komprese zvyšuje tlak plynů z klikové skříně. V tomto případě větší objem olejových par letí ventilačním systémem do sání motoru. To je špatné: zvyšuje se toxicita a prudce se zvyšuje rychlost znečištění spalovacího prostoru. Nerovnoměrná komprese napříč válci způsobuje vibrace motoru, které jsou patrné zejména při volnoběhu a nízkých otáčkách.
A to zase škodí jak převodovce, tak i zavěšení motoru. A samotnému řidiči. Stručně řečeno, role komprese jako diagnostického prvku, do značné míry charakterizujícího stav motoru, je velmi velká. A naše „pohádky“ v žádném případě nevyzývají k tomu, abychom se jí vzdali – naopak! Ale touha po jejím nespoutaném zvyšování při hledání dalších „koní“ je obecně marný podnik.
Nejprve si povšimněme polohy škrtící klapky: čím více je otevřená, tím více vzduchu vstupuje do válce, tím vyšší je komprese a naopak – uzavřený ventil snižuje tlak ve válci. Množství vzduchu vstupujícího do válce je přirozeně ovlivněno i stupněm znečištění vzduchového filtru.
Kompresi ovlivňuje také porušení časování ventilů, například během montáže nebo v důsledku přeskočení řemene či řetězu pohonu vačkového hřídele. To vede ke změně okamžiku uzavření sacího ventilu, čímž se posouvá začátek komprese ve válci jedním nebo druhým směrem. Hodnoty komprese se pak budou lišit.
Mezery v pohonu ventilů (při absenci hydraulických kompenzátorů nebo jejich vadnosti) mají poměrně silný vliv na kompresi.
Malá mezera v pohonu sacích ventilů tedy povede k jejich pozdějšímu uzavření, a tedy ke snížení komprese. Malé vůle ve výfukových ventilech zároveň zvýší tzv. překrytí ventilů – hodnotu úhlu natočení klikového hřídele, při které jsou oba ventily ve válci otevřeny současně. Výsledek je stejný – sníží se komprese.
Kompresi ovlivní také teplota motoru – čím nižší je, tím více se vzduch stlačený ve válci ochladí a tím nižší bude jeho tlak. Teplota motoru ovlivňuje tepelné vůle v pohonu ventilů, což následně ovlivňuje výsledky měření.
Ale to není všechno. Poruchy palivového systému; olej vnikající do spalovacího prostoru přes vodítka ventilů, pístní kroužky, systém odvětrávání klikové skříně a těsnění turbodmychadla; stav nabití baterie a poruchy startéru mohou ovlivnit hodnotu komprese.
Při zkoumání pracovních procesů v motorech bylo zjištěno, že pro lepší plnění válce hořlavou směsí nebo vzduchem a odvod výfukových plynů by se ventily měly otevírat a zavírat nikoli v době, kdy je píst v mrtvém bodě, ale s určitým předstihem v otevírání a zpožděním v zavírání.
Otevírací a zavírací moment ventilů je dán profilem vaček vačkového hřídele, jeho montáží vzhledem ke klikovému hřídeli a mezerami mezi ventily a zdvihátky nebo vahadlami.
Doba od okamžiku otevření ventilu (nebo okna u dvoudobých motorů) do okamžiku jeho uzavření, vyjádřená ve stupních natočení klikového hřídele, se nazývá fáze časování ventilů.
Časování ventilů závisí na otáčkách motoru. Čím vyšší jsou jmenovité otáčky klikového hřídele, tím větší jsou úhly časování ventilů.
Všechny motory mají období, kdy jsou výfukové a sací ventily otevřeny současně. Jedná se o takzvaný moment překrytí ventilů. Okamžik překrytí úhlu otevření sacího ventilu a uzavření výfukového ventilu u motorů vozidel GAZelle (kromě motorů ZMZ-4061 a -4063) je 28° a u motorů ZMZ-4061 a -4063 – 30° Při překrytí ventilů je únik plynu během této doby překrytí výfuku v důsledku krátké doby překrytí výfuku při krátké době překrytí výfuku významný.
Optimální časování ventilů pro každý model motoru je určeno experimentálně. Správné instalace časování ventilů motoru je dosaženo během montáže vyrovnáním speciálních značek na klikovém hřídeli a ozubených kolech vačkového hřídele.
Pokud se výfukový ventil otevře v okamžiku, kdy píst dosáhne BDC, pak bude muset být vynaloženo určité množství výkonu motoru k vytlačení výfukových plynů. Když se výfukový ventil otevře dříve, než píst dosáhne BDC, práce plynů se ztratí, ale spotřeba energie na vytlačení výfukových plynů se sníží. Je zřejmé, že výfukový ventil se musí otevřít v takovém okamžiku, aby ztráta práce plynu v době před výfukem a vynaložení práce při vyhazovacím zdvihu pístu byly minimální, tzn. takže preventivní otevření výfukových ventilů vede k menší ztrátě výkonu motoru, než je výkon vynaložený na vytlačení výfukových plynů, když se výfukové ventily otevřou v okamžiku, kdy píst dosáhne BDC.
Pro lepší čištění válce od zbytků výfukových plynů je vhodné zavírat výfukové ventily nikoli v okamžiku, kdy píst dosáhne TDC, ale s určitým zpožděním, protože výfukové plyny nadále vycházejí z válce setrvačností i poté, co píst přejde TDC. Čím rychlejší je motor, tím větší je úhel zpoždění uzavření výfukového ventilu.
Otevírání sacího ventilu začíná dříve, než píst dosáhne TDC. Tím je zajištěno, že ventil je téměř úplně otevřený v době, kdy píst dosáhne TDC a začne se pohybovat směrem k BDC. U víceválcových motorů se v důsledku sacích zdvihů v jiných válcích hořlavá směs nebo vzduch u dieselových motorů neustále setrvačností pohybuje po sacím traktu. Proto otevírací sací ventily budou mít připravenou hořlavou směs pro vstup do válce a jakmile se ventil otevře, začne do válce vstupovat čerstvá náplň.
Je třeba si uvědomit, že v počátečních okamžicích otevření sacího ventilu je jeho průtoková část velmi malá, takže předpoklady o možnosti propláchnutí válce čerstvou náplní hořlavé směsi nebo vzduchu u dieselových motorů a v důsledku toho o úniku části čerstvé náplně nejsou pravdivé. Překrývání okamžiků otevření sacího ventilu a uzavření výfukového ventilu umožňuje, aby proces sání začal velkou průtokovou plochou u sacího ventilu, což je velmi významné.
V době, kdy píst během sacího zdvihu dosáhne BDC, není válec ještě zcela naplněn hořlavou směsí (nebo vzduchem u dieselových motorů) a zůstává v něm značný podtlak (tlak pod atmosférickým). Proto není vhodné zavírat sací ventil, protože i když se píst pohybuje do TDC, v důsledku přítomnosti vakua vstoupí do válce čerstvá dávka hořlavé směsi. Zpoždění uzavření sacího ventilu umožňuje využít setrvačnost pohybující se hořlavé směsi k lepšímu naplnění válce čerstvou náplní. Pokud se s rostoucími otáčkami klikového hřídele snižuje sací tlak motoru a zvyšuje se setrvačnost plnění, pak je nastaveno větší zpoždění uzavření sacího ventilu.
Pro lepší odvod výfukových plynů a plnění válce hořlavou směsí je nutný profil vačky vačkového hřídele, který by umožňoval okamžité otevírání a zavírání ventilů. Splnění této podmínky je spojeno s velkými obtížemi, spočívajícími v nárůstu setrvačných sil. V praxi je navržen profil, který zajišťuje přijatelnou velikost setrvačné síly při otevírání ventilu.
Jako příklad uvažujme pracovní proces čtyřdobého karburátorového motoru “GAZelle” s přihlédnutím k časování ventilů (obr. 4.8). Sací zdvih začíná, když píst nedosáhne TDC o 12. otáčku klikového hřídele (u motorů ZMZ-4061 a -4063 – 14°). V tomto okamžiku se sací ventily otevřou a válce jsou připraveny přijmout novou náplň. Píst dosáhne TDC a začne se pohybovat směrem dolů. Když píst dosáhne BDC, sací ventil se nezavře a píst se začne pohybovat nahoru do TDC (odpovídá kompresnímu zdvihu). Vzhledem k tomu, že ve válci je stále vakuum, stále do něj proudí čerstvá náplň. Sací ventil se uzavře, když se píst vzdálí od BDC o 60°, počítáno od otáčky klikového hřídele (u motorů ZMZ-4061 a -4063 je to 46°). Sací zdvih tedy pokračuje, počítáno od otevření sacího ventilu, 252° Po uzavření sacího ventilu začíná komprese pracovní směsi.
Rýže. 4.8. Schémata (a-c) časování ventilů motorů a polohy pístů (g) odpovídající časování ventilů: a – celkem čtyřtakt; b — ZIL-508; v — KAMAZ-740; α — úhel předstihu otevření sacího ventilu; β — úhel zpoždění uzavření sacího ventilu; γ — úhel předstihu otevření výfukového ventilu; δ — úhel zpoždění uzavření výfukového ventilu
K zážehu pracovní směsi dochází, když pístu chybí TDC o několik stupňů. To je nezbytné, aby v době, kdy píst dosáhne TDC a začne se pohybovat směrem k BDC, část pracovní směsi již shořela. Zbývající pracovní směs shoří při pohybu pístu do BDC. Pracovní směs hoří rychlostí 30-35 m/s, a pokud dojde k jejímu zapálení v okamžiku, kdy je píst v TDC, nebude možné dosáhnout maximálního tlaku na dno pístu, protože rostoucí tlak by musel dohánět unikající píst. Úhel předstihu zážehu pracovní směsi nebo sání paliva u dieselových motorů nezůstává konstantní, ale závisí na otáčkách klikového hřídele a zatížení motoru. Dieselové motory mají speciální zařízení pro změnu časování zapalování a vstřikování paliva.
Pracovní zdvih končí v okamžiku, kdy se výfukový ventil začne otevírat. U motorů GAZelle se výfukový ventil začíná otevírat, když zbývá 54°, než píst dosáhne BDC (u motorů ZMZ-4061 a -4063 je to 46°), a zavírá se, když píst překročí horní úvratu a vzdálí se od ní o 18°, počítáno podle otáček klikového hřídele (u motorů ZMZ-4061 a -4063 je to 14°). Emise výfukových plynů tedy u těchto motorů pokračuje při 252° (u motorů ZMZ-4061 a -4063 – 240°).
Pro správné nastavení časování ventilů na rozvodových kolech motoru vozidla ZIL-433100 jsou umístěny speciální instalační značky.
