Τεχνικό θέμα: Μετρώντας τη συμπίεση του κινητήρα
Η µέτρηση της συµπίεσης του κινητήρα, είναι µία βασική εργασία που πολλοί κατασκευαστές προτείνουν να γίνεται περιοδικά. Τουλάχιστον µία φορά ετησίως.
Δείχνει την εσωτερική κατάσταση των βασικών µηχανικών µερών του κινητήρα. Εάν υπάρχει κάποιο αναπτυσσόµενο πρόβληµα µία µέτρηση συµπίεσης θα το αποκαλύψει και µπορούµε να προλάβουµε κάτι πρίν γίνει σοβαρότερο.
Αρκετοί πουλούν τον κινητήρα τους καθώς αντιλαµβάνονται ότι οι φθορές του σταδιακά θα οδηγήσουν προς το συνεργείο. Μια επικείμενη γενική επισκευή στο µηχανουργείο όμως ρίνει την τιµή του κινητήρα. Η µέτρηση της συµπίεσης είναι µία συχνή εργασία του επαγγελµατία µηχανικού. Μία απλή εργασία όμως που µπορεί να κάνει οποιοσδήποτε ερασιτέχνης. Εάν δεν ανήκετε στους τελευταίους, ζητήστε από το µηχανικό σας να ελέγχει τη συµπίεση τουλάχιστον µία φορά στα µεγάλα σέρβις. Η πρόληψη είναι πάντα καλύτερη της θεραπείας. Παρακάτω παραθέτουµε πληροφορίες για όσους θέλουν να µάθουν περισσότερα. Αλλά και για όσους σκέφτονται ότι πιάνουν αρκετά τα χέρια τους για να το δοκιµάσουν µόνοι τους.
Γιατί απαιτείται να ελέγξω την πίεση συµπίεσης του κινητήρα µου;
Εάν η συµπίεση δεν είναι επαρκής, ο κινητήρας θα εκκινεί δύσκολα, θα έχει µειωµένη ιπποδύναµη και θα καίει λάδι. Καταστάσεις οι οποίες είναι παντελώς ανεπιθύµητες.
Παράδειγµα:
Για να αντιληφθούµε την έννοια της συµπίεσης («κοµπρεσιόν» στην καθοµιλουµένη των µηχανικών), θα παραπέµψουµε σε µία σύριγγα.
Η σύριγγα αποτελείται από το κέλυφός της (σώµα) που περιέχει µέσα κάποιο υγρό, και το έµβολό της. Το έμβολο συνήθως έχει στην άκρη του ένα µαύρο στεγανοποιητικό λάστιχο. Εάν το λάστιχο είναι σε καλή κατάσταση, η σύριγγα θα αναρροφά άµεσα και εύκολα υγρό. Επιπλέον, όταν πιέζουµε το έµβολο, θα µπορεί να το ψεκάσει µε πίεση. Τι θα γίνει όµως εάν το λαστιχάκι του φθαρεί; Η σύριγγα τότε δύσκολα θα αναρροφά υγρό, και αν πατήσουµε το έµβολό της, δε θα εκτιναχθεί ένας ισχυρός πίδακας.
Με τον ίδιο τρόπο µπορούµε να αντιληφθούµε και τη λειτουργία του 4χρονου κινητήρα µας. Το έµβολο ανεβοκατεβαίνει (παλινδροµεί) εντός του κυλίνδρου στεγανά. Στο χρόνο συµπίεσης, το µίγµα αέρα-καυσίµου που µπήκε από τις βαλβίδες συµπιέζεται και ο όγκος του µικραίνει (Σχ.1). Εάν το έµβολό µας ή τα ελατήριά του (Φωτ.1) δεν είναι σφιχτά µέσα στον κύλινδρο, τότε θα έχουµε απώλεια αερίων. Δηλαδή µειωµένη ιπποδύναµη και αναθυµιάσεις λαδιού από το κάρτερ προς τα επάνω.
Πως επιτυγχάνεται η στεγανότητα;
Για να επιτευχθούν όλα τα παραπάνω, θα πρέπει το έµβολο εντός του κυλίνδρου να κινείται όσο το δυνατόν πιο στεγανά. Τα έµβολα είναι κυλινδρικά (σαν ανάποδα ποτήρια), και γύρω τους φέρουν κυκλικά µεταλλικά δακτυλίδια (Φωτ.1, Φωτ.2), τα οποία καλούνται «ελατήρια». Μέσω των ελατηρίων επιτυγχάνεται και η στεγανοποίηση µε τον κύλινδρο. Εφόσον φυσικά αυτά εφαρµόζουν σφιχτά στον κύλινδρο και δεν αφήνουν ελεύθερη την διέλευση αερίων.
Στον χρόνο της συµπίεσης, το έµβολο έχει ανέβει τελείως επάνω, και οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής είναι κλειστές. Για να δοθεί ο σπινθήρας από το µπουζί και να γίνει η ανάφλεξη του µίγµατος αέρα βενζίνης είναι προφανές ότι:
• Αν κάποια από τις βαλβίδες δεν κλείνει στεγανά στην έδρα της (καµένη-Φωτ.3), τότε υπάρχει απώλεια πίεσης συµπίεσης.
• Αν έχουµε κάποια διαρροή, πχ. χαλασµένη-καµένη φλάντζα κεφαλής, κάποιο ρήγµα εντός του κυλίνδρου, εκδορές στον κύλινδρο (Φωτ.4), ή ακόµα τρύπα στο έµβολο από βλάβη (Φωτ.9), τότε επίσης υπάρχει απώλεια πίεσης συµπίεσης.
Αν οι κύλινδροι έχουν πολλά χιλιόµετρα (αυτοκίνητο, µοτό κ.α.) ή πολλές ώρες λειτουργίας (εξωλέµβιοι, χορτοκοπτικά, γεννήτριες κ.α.) έχουν φθορές. Δεν είναι πια κυλινδρικού σχήµατος. Έχουν οβάλ αντί για κυκλική διατοµή και κωνικότητα κατά το µήκος του κυλίνδρου. Εάν συνυπάρχει φθορά των ελατηρίων εµβόλου χάνουμε τη στεγανότητα. Φθαρµένα-κολληµένα ελατήρια ή φθαρμένο έµβολο (Φωτ.5), σηµαίνουν απώλεια στεγανότητας , άρα και συµπίεσης.
Πως µπορώ να µετρήσω την πίεση συµπίεσης σε έναν κύλινδρο;
Η συµπίεση σε έναν κινητήρα µπορεί να µετρηθεί µε δύο τρόπους:
1. χειροκίνητα µε ένα µανόµετρο ή συµπιεσόµετρο (όργανο µε δείκτη που µετρά πίεση)
2. ηλεκτρονικά µε ειδικό διαγνωστικό εργαλείο. Μετρά την διαφοροποίηση στροφών ανά κύλινδρο (άρα και τις µικροδιαφορές πίεσης), όταν µιζάρει ο κινητήρας.
Εδώ θα αναφερθούµε στη χειροκίνητη µέτρηση µε συµπιεσόµετρο. Εχει µικρό κόστος και µπορεί να αγοραστεί από τον οποιονδήποτε, είτε µεµονωµένα (Φωτ.6), είτε σε ειδικό κιτ (Φωτ.7) µε διάφορους αντάπτορες για κάθε τύπο µπουζότρυπας.
Η χειροκίνητη µέτρηση γίνεται πάντα µε τον κινητήρα ζεστό, έχοντας αφαιρέσει τα µπουζί, µε τέρµα ανοιχτό το γκάζι και κάποιον να µιζάρει ενώ εµείς (ή ο µηχανικός µας) κοιτάει τις τιµές στο δείκτη του συµπιεσόµετρου, έως ότου πάρει τις µέγιστες τιµές πίεσης ανά κύλινδρο. Ο κινητήρας πρέπει να πάρει τη µέγιστη ποσότητα αέρα ενώ µιζάρουµε (όπως θα δούµε παρακάτω), όποτε αν ο κινητήρας διαθέτει ντίζα γκαζιού, την αφαιρούµε και ανοίγουµε χειροκίνητα το γκάζι, ενώ σε κινητήρες µε τηλεχειριζόµενο γκάζι (ηλεκτρόγκαζο), ή θα πρέπει να βγάλουµε ένα µεγάλο σωλήνα υποπίεσης µετά την πεταλούδα, ή να βγει η φύσα επάνω από την πεταλούδα γκαζιού και να την µπλοκάρουµε πολύ προσεκτικά µε ένα κατσαβίδι (Φωτ.8) έχοντας το διακόπτη σε θέση OFF, ή ακόµα καλύτερα, να απευθυνθούµε στο µηχανικό µας για τη µέτρηση.
Πόση είναι η πίεση συµπίεσης που πρέπει να έχει ο κινητήρας µου;
Σα γενικός κανόνας, οι περισσότεροι 4χρονοι κινητήρες έχουν συµπίεση από 140 έως 160 psi. Για να αντιληφθούµε το µέγεθος, η µέση πίεση συµπίεσης είναι δηλαδή περίπου τετραπλάσια από την πίεση που φουσκώνουµε ένα µέσο λάστιχο αυτοκινήτου.
Ένας γενικός κανόνας είναι επίσης, ότι η διαφορά πίεσης από κύλινδρο σε κύλινδρο (σε ένα πολυκύλινδρο κινητήρα) δεν πρέπει να ξεπερνά το 10% µεταξύ δύο κυλίνδρων, οπότε αν πχ. κάποιος µετρήσει συµπίεση στον πρώτο κύλινδρο 150 psi και ο δεύτερος µετρηθεί στα 130 psi, υπάρχει πρόβληµα, καθώς το 10% του 150 είναι 15 psi, άρα 150–15=135 psi και όχι 130. Άρα ο κύλινδρος µε τα 130 psi έχει κάποιο πρόβληµα στεγανοποίησης και χάνει συµπίεση.
Συμβουλευτείτε το εγχειρίδιο κάθε κατασκευαστή
Ας έχουµε κατά νου ότι οι παραπάνω τιµές είναι ενδεικτικές, και το σωστότερο είναι να κοιτάξουµε τις τιµές από το εγχειρίδιο επισκευών του κατασκευαστή, στην παράγραφο “Compression Test”. Εκεί θα δείτε τις ελάχιστες και µέγιστες τιµές µε ακρίβεια, καθώς κάποιοι κινητήρες µπορούν να ξεπεράσουν τα 200 psi και να είναι ειδικά κατασκευασµένοι για υψηλές τιµές συµπίεσης. Κινητήρες όπως πχ. οι Suzuki DF90/115T, έχουν πίεση συµπίεσης από 185 έως 242 psi, µε µέγιστη διαφορά 14 psi από κύλινδρο σε κύλινδρο.
Παρόλα αυτά, αν ο κατασκευαστής σας πληροφορεί ότι η µέγιστη τιµή συµπίεσης είναι πχ. 160 psi και εσείς µετρήσετε σχέση συµπίεσης 190 psi, τότε υπάρχει πρόβληµα.
Πιθανά να έχει συσσωρευτεί αρκετή καπνιά στο πάνω µέρος του εµβόλου (κορώνα-Φωτ.10) και το θάλαµος καύσης (το χώρο επάνω από το έµβολο, όπου βρίσκεται το µπουζί-Φωτ.11), και να έχει µειωθεί ο διαθέσιµος όγκος, άρα να έχει αυξηθεί η πίεση. Η υψηλή συµπίεση εκτός ορίων θα προκαλέσει ανώµαλες αναφλέξεις (πειράκια), καθώς η βενζίνη δε θα αντέχει την υψηλή συµπίεση και θα αναφλέγεται µόνη της, χωρίς σπινθήρα από το µπουζί.
Αυτό αποτελεί σοβαρό πρόβληµα και πρέπει να επιλυθεί το συντοµότερο (ξεκάπνισµα κινητήρα, είτε µε χηµικά, είτε µε γενική επισκευή και τρίψιµο-γυάλισµα των εξαρτηµάτων –Φωτ.12, για να φύγουν τα κατάλοιπα άνθρακα), αλλιώς µπορεί να καταστραφεί ο κινητήρας. Αν αντιληφθείτε τέτοιο πρόβληµα, προσωρινά γεµίστε το ρεζερβουάρ µε βενζίνη 100 οκτανίων που αντέχει υψηλότερη πίεση συµπίεσης, έως ότου διορθωθεί το πρόβληµα από το µηχανικό σας.
Οι πετρελαιοκινητήρες εργάζονται µε πολύ υψηλές πιέσεις που ξεπερνούν τα 350 psi, αλλά διαθέτουν εκ φύσεως ογκώδη κατασκευή για να αντέχουν, και επιπλέον το πετρέλαιο δεν απαιτεί µπουζί και σπινθήρα, αλλά αναφλέγεται από την πολύ υψηλή συµπίεση. Οι πετρελαιοκινητήρες απαιτούν ειδικό εξοπλισµό για να µετρήσει κανείς την πίεση συµπίεσης τους.
Πρακτικά παραδείγµατα
Παρακάτω θα δώσουµε δύο παραδείγµατα, για έναν 4χρονο και ένα 2χρονο κινητήρα (Suzuki DF90 και Johnson 70PL αντίστοιχα).
Κίνδυνοι και κανόνες ασφαλείας
Η µέτρηση συµπίεσης απαιτεί την αφαίρεση των µπουζί (Φωτ.13). Όταν τα βγάλετε όπως θα περιγράψουµε παρακάτω, ακουµπήστε τα κάπου προσεκτικά για να µη σπάσει η ραγίσει η πορσελάνη τους. Ακόµη και αν βγάλετε το µπουζί, τα ισχυρά ηλεκτρονικά συστήµατα ανάφλεξης µπορούν να παράγουν σπινθήρα που θα διαπηδήσει από την πίπα των µπουζί προς οποιαδήποτε µεταλλική επιφάνεια.
Εάν αυτά είναι κοντά στις τρύπες των µπουζί, και καθώς εσείς µιζάρετε για τις µετρήσεις πεταχτεί έξω από τους κυλίνδρους βενζίνη, τότε αυτή θα αναφλεγεί τοπικά και θα υπάρξει φωτιά. Για να µην υπάρξει τέτοιος κίνδυνος, µπορείτε να κάνετε τα ακόλουθα:
• Αφαιρέστε το κλιπ ανάγκης µε το κόκκινο σπιράλ, από το διακόπτη του χειριστηρίου ή της λαγουδέρας. Με αυτόν τον τρόπο δε θα πηγαίνει ρεύµα στα µπουζί. Σε παλαιότερους κινητήρες χωρίς κλιπ, βάλτε χοντρό νάυλον ή λαστιχένια τάπα µέσα στις µπουζόπιπες και αποµακρύνετέ τις από το χώρο του κινητήρα, είτε βάλτε τις µέσα σε µία παλιά δερµάτινη ή στεγνή υφασµάτινη τσάντα. Το ρεύµα στις µπουζόπιπες δεν είναι θανατηφόρο, αλλά το υψηλό βολτάζ µπορεί να προκαλέσει πρόβληµα σε ένα άτοµο µε βηµατοδότη. Μία άλλη λύση είναι να τις γειώσετε (µε «κροκοδειλάκια» από τα καταστήµατα ηλεκτρονικών) επάνω στον κινητήρα.
Ακόµη και αν αποσυνδέσετε τα µπουζί και δε δίνουν πια σπινθήρα στους κυλίνδρους καθώς θα γυρνάτε τη µίζα, στους κινητήρες µε ψεκασµό ενδέχεται να ψεκάζουν βενζίνη τα µπεκ, η οποία θα βγαίνει από τους κυλίνδρους σαν σπρέυ. Σε κινητήρες έσω και έσω-έξω (έρχονται και στους εξωλέµβιους στο µέλλον) µε καταλύτη, αυτό µπορεί να τον καταστρέψει.
Για να µη γίνεται κάτι τέτοιο, µπορείτε να αφαιρέσετε την ασφάλεια ή το ρελέ του ψεκασµού (Fuel Injection) ή να αποσυνδέσετε την ηλεκτρική αντλία βενζίνης από το σχετικό ρελέ (Fuel Pump Relay), αφαιρώντας το ρελέ. Έτσι η ηλεκτρική αντλία δε θα προωθεί καύσιµο στα µπεκ. Στους καρµπυρατεράτους κινητήρες δεν υπάρχει πρόβληµα, καθώς η βενζίνη αναρροφάται από τα καρµπυρατέρ µέσω της καθοδικής κίνησης των εµβόλων που προκαλούν υποπίεση. Με ανοιχτή την τρύπα των µπουζί, δε θα υπάρχει επαρκής υποπίεση για να µπει καύσιµο στον εκάστοτε κύλινδρο.
Μέτρηση συµπίεσης σε κινητήρα Suzuki DF90
Εδώ θα παραθέσουµε τις πληροφορίες σύµφωνα µε το βιβλίο του κατασκευαστή
• Πίεση συµπίεσης: Στάνταρντ 1300 -1700 kPa ,13-17 kg/cm2 , 185–242 psi
• Μέγιστη διαφορά µεταξύ ενός κύλινδρου από οποιοδήποτε άλλο κύλινδρο: 100 kPa, 1.0 kg/cm2 , 14 psi
Σηµείωση: Τα παραπάνω νούµερα είναι γενικά και δεν αποτελούν απόλυτα νούµερα για να βγάλετε το συµπέρασµα ότι ο κινητήρας είναι στα όρια επισκευής
Η χαµηλή πίεση συµπίεσης µπορεί να σηµαίνει ένα από τα ακόλουθα:
• Υπερβολικά φθαρµένους κυλίνδρους
• Φθαρµένα έµβολα ή ελατήρια εµβόλων
• Κολληµένα ελατήρια εµβόλων (δεν περιστρέφονται στις εγκοπές των εµβόλων)
• Κακή στεγανοποίηση των βαλβίδων
• Καµένη η προβληµατική φλάντζα κεφαλής
∆ιαδικασία µέτρησης συµπίεσης
• Εκκινήστε τον κινητήρα, αφήστε τον να ζεσταθεί, και στη συνέχεια σβήστε τον.
• Αφαιρέστε τα πλαϊνά τµήµατα του κινητήρα, για ευκολότερη πρόσβαση στα µπουζί.
• Αφαιρέστε όλα τα µπουζί.
• Βρείτε τον κατάλληλο βιδωτό αντάπτορα, ίδιο µε το σπείρωµα του µπουζί, και συνδέστε τον µε το συµπιεσόµετρο στεγανά (Φωτ.14) και σφιχτά. Βιδώστε τον αντάπτορα στην τρύπα του µπουζί, σφίγγοντας χωρίς εργαλείο, παρά µόνο µε το χέρι.
• Αφαιρέστε το κλιπ ανάγκης -µε το σπιράλ- από το σχετικό διακόπτη. Αυτό θα αποτρέψει παραµένουσες εντός των κυλίνδρων ποσότητες βενζίνης, να αναφλεγούν τυχαία.
• Αφαιρέστε τη ντίζα γκαζιού από το µηχανισµό ανοίγµατος γκαζιού στον κινητήρα.
• Ανοίξτε τέρµα την πεταλούδα γκαζιού µε το χέρι (Φωτ.15).
• Ενώ µιζάρει κάποιος τον κινητήρα, παρατηρήστε τη µέγιστη τιµή που θα δείξει το συµπιεσόµετρο, και καταγράψτε την σε ένα χαρτί µε το νούµερο του προς εξέταση κυλίνδρου.
• Αφού µετρήσετε όλους τους κυλίνδρους, επανατοποθετήστε στη θέση τους τα µπουζί, τις πίπες, τα πλαϊνά καπάκια κλπ.
Μέτρηση συµπίεσης σε 2χρονο/3κύλινδρο κινητήρα Johnson 70 PL
Εδώ ο κατασκευαστής δε µας δίνει τιµές συµπίεσης. Ο λόγος είναι ότι ο 2χρονος κινητήρας δε διαθέτει βαλβίδες, αλλά θυρίδες (τρύπες εντός των κυλίνδρων). Μας δίδεται όµως η µέγιστη διαφορά των κυλίνδρων για να εντοπίσουµε το πρόβληµα. Οι οδηγίες είναι ίδιες µε την παραπάνω περίπτωση.
Η Johnson αναφέρει στο σχετικό εγχειρίδιο επισκευών, ότι εάν οι κύλινδροι έχουν ίδια συµπίεση, αλλά ο κινητήρας εκκινεί δύσκολα ή λειτουργεί χωρίς καλή απόδοση, τότε µπορεί να έχουν συµβεί τα ακόλουθα:
• Φθαρµένοι-γδαρµένοι κύλινδροι
• Κατεστραµµένα έµβολα
• Φθαρµένα ή κολληµένα ελατήρια εµβόλων
• Εάν από κύλινδρο σε κύλινδρο η διαφορά είναι µεγαλύτερη από 15 psi, τότε πιθανά να έχει συµβεί βλάβη ως εξής:
• Όλα ή κάποιο από τα παραπάνω προβλήµατα
• Καµένη ή προβληµατική φλάντζα κεφαλής
Άλλα συµπτώµατα
Αν δύο διπλανοί κύλινδροι έχουν την ίδια χαµηλή πίεση, τότε πιθανά η φλάντζα κεφαλής έχει πάθει βλάβη ενδιάµεσα. Αν όλοι οι κύλινδροι έχουν χαµηλή πίεση, τότε πιθανά πηγαίνει πολύ βενζίνη εντός τους (ο κινητήρας «µπουκώνει»), ξεπλένεται το λάδι που είναι διάσπαρτο στους κυλίνδρους και έτσι µειώνεται η στεγανότητα.
Εκεί καλό θα ήταν να ζητήσετε τη βοήθεια ενός επαγγελµατία, ο οποίος διαθέτει τα κατάλληλα εργαλεία και πείρα, και θα αποφανθεί εάν χρειάζεται καθαρισµός µπεκ πχ., ή έλεγχος στο σύστηµα ψεκασµού. Αν κάποιος κύλινδρος δεν έχει καθόλου συµπίεση, αυτό µπορεί να οφείλεται σε πολλές αιτίες, όπως έµβολο µε τρύπα, σπασµένα ελατήρια, βαλβίδα κολληµένη σε ανοιχτή θέση, σπασµένο ελατήριο βαλβίδας ή στραβωµένο ωστήριο, ρήγµα στον κύλινδρο ή την κεφαλή, χαλασµένη φλάντζα κεφαλής κοκ., και εκεί απαιτείται η συµβολή µηχανικού.
Αν ο κινητήρας εκκινεί, αλλά δείχνει αδύναµος και βγάζει γαλαζωπό καπνό στην εξάτµιση (οι 4χρονοι), πιθανά να έχει µεγάλες φθορές στα ελατήρια των εµβόλων και τους κυλίνδρους, όποτε αναθυµιάσεις λαδιού από τη λεκάνη λαδιού (κάρτερ) διαπερνούν τα ελατήρια και καίγονται µαζί µε το µίγµα αέρα-βενζίνης, παράγοντας καπνό στα καυσαέρια.
Υγρό τεστ µε λάδι
Σε µερικές περιπτώσεις, όταν οι µηχανικοί υποψιαστούν ότι ο κινητήρας είναι γερασµένος, µε πολλές ώρες λειτουργίας και φθορές, πραγµατοποιούν και το λεγόµενο «υγρό τεστ».
Έστω ότι µέτρησαν τον πρώτο κύλινδρο και είδαν χαµηλή συµπίεση. Ρίχνουν µέσα από την τρύπα του µπουζί λίγο λάδι (µία κουταλιά της σούπας σε ένα µέσο έµβολο) µε το λαδωτήρι και ξαναµετρούν τη συµπίεση. Εάν διαπιστωθεί άνοδος της συµπίεσης, βγάζουν το συµπέρασµα ότι είναι φθαρµένα τα ελατήρια, τα έµβολα και οι κύλινδροι, καθώς το λάδι τρυπώνει ανάµεσα για λίγο και αυξάνει τη στεγανότητα.
Εάν όµως παρά το λάδι η αρχική τιµή από το ξηρό τεστ δεν αλλάξει, τότε σίγουρα έχει κολλήσει κάποια βαλβίδα ελάχιστα ανοιχτή, ή έχει καεί (ρήγµα) και απαιτείται λύσιµο του κινητήρα για επισκευή.
