Диагностирование по шумам и вибрациям. Шумы в работающем двигателе возникают вследствие стуков коренных и шатунных подшипников, поршневых пальцев, поршней, вибрации клапанов, колебания распределительного вала и кулачков от импульсов крутильных колебаний коленчатого вала, колебания газов, на впускном и выпускном трубопроводах, детонации в бензиновом двигателе, соударения различных деталей, трения в подвижных соединениях.
По характеру стука или шума и по месту его возникновения можно определить некоторые неисправности двигателя (увеличение зазоров в подшипниках коленчатого вала, между поршнем и цилиндром, клапанами и толкателями, клапанами и втулками, в подшипниках распределительного вала).
Перспективным методом диагностирования технического состояния газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов являются виброакустические методы с применением специальной измерительной аппаратуры. Для виброакустического диагностирования используют колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе механизмов. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы (сгорание, выпуск, впуск), регулярные механические соударения в сопряжениях за счет зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и, взаимодействуя, образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическое диагностирование из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра. Распространение колебаний в упругой среде (твердые тела, жидкости, газы) носит волновой характер. Параметрами колебательного процесса являются частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза (положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма). Уровень измеряют смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением, возникающим в ней, или же мощностью колебательного процесса. Между параметрами колебательного процесса существуют переводные масштабы. Воздушные колебания принято называть шумами (стуками), воспринимающимися при помощи микрофона. Колебания материала, из которого состоит механизм, называют вибрациями. Параметры вибрации воспринимают при помощи пьезоэлектрических датчиков, затем усиливают и регистрируют.
Виброакустическая диагностика позволяет расшифровать колебательные процессы, так как каждая соударяющая пара порождает свои собственные колебания, которые по своим параметрам резко отличаются от колебаний газодинамического происхождения и колебаний, вызванных трением. Мощность колебаний резко изменяется при изменении зазоров. Это объясняется тем, что изменение зазоров вызывает изменение энергии соударения. При этом изменяется также длительность соударений. Принадлежность колебаний соударяющихся пар определяют по фазе относительно опорной точки (верхняя мертвая точка, посадка клапана и др.).
Существует несколько методов виброакустического диагностирования. Наиболее распространена регистрация уровня колебательного процесса в виде мгновенного импульса в функции времени (или частоты вращения коленчатого вала) при помощи осциллографа. Уровень и характер спада колебательного процесса в сравнении с нормативным позволяют определить неисправность диагностируемого сопряжения. Более универсальным методом виброакустического диагностирования являются регистрация и анализ всего спектра, т. е. всей совокупности колебательных процессов. Колебательный спектр снимают на узком, характерном участке процесса при соответствующих скоростном и нагрузочном режимах работы диагностируемого механизма. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров (подобно настройке радиоприемников на соответствующую волну). Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения в сравнении с нормативами (эталонами).
Увеличение зазоров в коренных и шатунных подшипниках, между втулкой и поршневым кольцом, в механизме газораспределения и других деталях двигателя приводит к росту амплитуды вибрации, вызывает в блоке цилиндров стук, который прослушивается при работе в соответствующих зонах и на определенных режимах.
Одним из наиболее простых методов определения места возникновения стука двигателя, является выключение отдельных цилиндров. Если после этого стук уменьшается, то вероятнее всего, его причина – от износа шатунных подшипников или втулки верхней головки шатуна, вследствие чего уменьшается нагрузка на шатун.
Для точного обнаружения места возникновения стука и шума используют стетоскопы типа медицинского. Более совершенным является электронный стетоскоп (рис. 10.2), который состоит из длинного металлического стержня с рукояткой, внутри которой установлены пьезоэлектрический преобразователь механических колебаний в электрический сигнал с усилителем на транзисторах и элементы для его питания. Шумы прослушивают с помощью телефона, соединенного с усилителем. Применение электронных стетоскопов расширяет возможности контроля технического состояния, однако не позволяет объективно оценить шумы и стуки, усиливая их, что не исключает влияния субъективных факторов. При отсутствии стетоскопа можно использовать обычный деревянный брусок или кусок шланга.
а, в – обычный; б – электронный; 1 – наушник; 2 – элемент питания; 3 – транзисторный усилитель; 4, 5 стержни; 6 – наконечники.
Зоны прослушивания шумов и стуков в двигателе приведены на рис. 10.3. В нижней части блока цилиндров (зона I) прослушивают стук коренных подшипников коленчатого вала, в верхней части блока цилиндров (зона II) – стук шатунных подшипников, а также поршней и цилиндров. На боковых поверхностях в головке цилиндров (зона III) прослушивают стук клапанов и клапанных седел, на боковых стенках крышки клапанов (зона II) – стуки подшипников распределительного вала, а на стенке крышки распределительных звездочек и шестерен (зона V) – шум цепи и звездочек или шум распределительных шестерен.
I, II – нижняя и верхняя части блока цилиндров; III – головка блока цилиндров; IV – крышка клапанов; V – крышка распределительных звездочек (клапанов)
С т у к к о л е н ч а т о г о в а л а возникает при повышенном износе шеек и вкладышей коренных и шатунных подшипников, а также из-за осевого перемещения коленчатого вала при повышенном износе упорных полуколец. Стук коренных подшипников бывает глухой, низкого тона, а шатунных – более высокий и резкий. Эти стуки хорошо прослушиваются на холостом ходу при резком открытии дроссельных заслонок. Частота стуков увеличивается с повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чрезмерный осевой зазор коленчатого вала вызывает звуки более резкого тона с неравномерными промежутками, особенно заметными при плавном увеличении или уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя.
С т у к ю б к и п о р ш н е й появляется в результате увеличения зазоров между поршнями и цилиндрами, а также между поршневыми пальцами и канавками в поршне. Стук поршня из-за увеличения зазора между ним и цилиндром обычно приглушенного тона. В отличие от остальных стуков он лучше всего прослушивается на непрогретом двигателе при малой частоте вращения коленчатого вала и работе двигателя под нагрузкой. По мере прогрева двигателя стук поршней уменьшается.
С т у к п о р ш н е в ы х п а л ь ц е в возникает в результате увеличения зазоров между пальцем и отверстиями в бобышках поршня, а также втулкой верхней головки шатуна. Стук поршневых пальцев обычно звонкий, хорошо слышный на холостом ходу.
С т у к к л а п а н о в появляется при увеличенных зазорах в клапанном механизме из-за нарушения регулировки зазоров клапанов, а также поломки клапанной пружины и износа кулачков распределительного вала. Стук клапанов хорошо прослушивается на минимальной частоте вращения коленчатого вала. Он происходит обычно с равномерными интервалами с меньшей по сравнению с другими стуками двигателя частотой, поскольку распределительный вал, приводящий в действие клапаны, вращается в два раза медленнее коленчатого вала.
С т у к р а с п р е д е л и т е л ь н о г о в а л а слышен в верхней части двигателя и появляется при повышенном износе его шеек и подшипников. Этот стук лучше прослушивается на прогретом двигателе при малой частоте вращения коленчатого вала.
На практике наиболее распространен метод определения технического состояния цилиндропоршневой группы по давлению в цилиндрах в конце такта сжатия (т. е. определение компрессии).
Степень сжатия представляет собой отношение двух объемов – полного объема цилиндра и объема камеры сгорания и показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра, при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.
Это параметр конструктивный, раз и навсегда присущий данному типу двигателя и не изменяющийся в процессе эксплуатации.
Компрессия – это максимальная величина давления создаваемого в камере сгорания в верхней мёртвой точке. При нагреве, за счет увеличения расстояния между атомами линейные размеры тела увеличиваются. Поэтому при сборке приходится оставлять как минимум тепловые зазоры между деталями, иначе при нагреве их просто заклинит (что часто и происходит, надиры на поршнях и гильзах в основном являются следствием теплового расширения). Поэтому, даже полностью исправная цилиндропоршневая группа всегда имеет зазоры, в которые и стремится при сжатии проникнуть воздух из камеры сгорания, например, в картерное пространство.
Возможные пути утечек воздуха изображены на рис. 10.4.
Физический смысл постепенного падения компрессии заключается в следующем. При исправном двигателе хоновая сетка присутствует на стенках гильз и поршне. В углублениях этой сетки остается смазка, ослабляющая трение. До тех пор, пока есть хон, износ идёт медленно. При эксплуатации постепенно хон истирается. В середине гильзы в первую очередь, так как верхний край трет только верхний край поршня, а нижний только нижний. Середину трёт верхний, нижний край поршня и середина. Постепенно цилиндр гильзы начинает приобретать бочкообразную форму. Это приводит к незначительному прорыву газов и в этот момент начинается износ поршневых канавок, потому что кольцо при каждом ходе поршня в середине гильзы немного выходит из поршня и потом заходит назад. Когда появляется износ в поршневых канавках, гильза тоже к этому времени немного подтачивается, прорыв газов увеличивается, и компрессия падает.
Компрессия может быть рассмотрена лишь как косвенный показатель в ряду других: потеря мощности (косвенный), повышенный расход, нагары, прорыв картерных газов и т.д. Тем не менее, существует большое количество неисправностей, которые можно определить при помощи этого косвенного показателя (компрессия).
Основные признаки снижения компрессии: затрудненный пуск двигателя, что особенно характерно для бензиновых двигателей; неустойчивая работа двигателя на всех режимах; отказ одного или нескольких цилиндров; хлопки во впускной или выпускной тракт; увеличение расхода топлива; появления дыма в отработавших газах. Причинами, приводящими к снижению компрессии, являются: износ стенок цилиндра и компрессионных колец; закоксовывание или разрушение поршневых колец; сквозное прогорание или частичное разрушение поршня; сквозная трещина в головке блока цилиндров; коробление посадочной поверхности головки блока; неправильная регулировка клапанов; повреждение гидротолкателей; износ направляющих втулок; деформация стержня клапана; прогорание клапана; нагар на стенках камеры сгорания и о днище поршня.
Компрессия измеряется с помощью компрессометра или компрессографа (рис. 10.5). Компрессометр и компрессограф представляют собой манометр с рукояткой, трубкой, наконечником и золотниковым устройством. В комплект компрессометра или компрессографа для бензиновых двигателей могут входить адаптеры для подсоединения к свечным отверстиям, а для дизельных двигателей – к отверстиям форсунок или свечей накаливания. Для того чтобы приборы были универсальными, они снабжаются несколькими адаптерами разных размеров для выполнения измерений в различных типах двигателей. Некоторые изготовители приборов предусматривают и то, что при выворачивании свечей зажигания велика вероятность повреждения резьбы свечного отверстия. Для исправления резьбы в набор входят метчики с наиболее распространенными размерами резьб.
Компрессограф обеспечивает запись показаний на специальных покрытых воском карточках, на которых остается информация о компрессии в каждом цилиндре. Он может иметь кнопку и электропроводку для подсоединения к реле включения стартера, что позволяет проверять компрессию самостоятельно, без помощника. Компрессографы удобны в работе, повышают культуру труда и облегчают сбор информации о двигателе.
Компрессографы и компрессометры для бензиновых двигателей имеют шкалу с пределом измерений 1,5…2,0 МПа, для дизельных двигателей — 4,0…7,0 МПа.
Компрессию в бензиновых двигателях проверяют при прогретом двигателе и снятых свечах зажигания. Наконечник компрессографа или компрессометра вставляют в свечное отверстие и предохраняют двигатель от запуска. В целях исключения запуска двигателя отсоединяют от прерывателя-распределителя провод подачи низкого напряжения на катушку зажигания. У двигателей, оборудованных только распределителем зажигания, отсоединяют центральный провод от крышки распределителя и соединяют его с “массой”. Для соединения с «массой» используют провод, имеющий зажимы в виде “крокодильчика”. Если на двигателе установлена система впрыска топлива, обесточивают топливный насос снятием соответствующего предохранителя и проворачивают коленчатый вал стартером с частотой 200…250 об/мин, что обеспечивается полностью заряженным аккумулятором.
При проверке компрессии в бензиновых двигателях воздушная заслонка должна быть всегда открыта, а дроссельная может быть, как открыта, так и закрыта.
Компрессию в дизельных двигателях проверяют как при прогретом, так и при холодном двигателе (температура 20 С). Для этого топливные трубки высокого давления отсоединяют от форсунок, предварительно ослабив их крепление и соблюдая осторожность, так как в трубках может быть остаточное высокое давление. После этого от форсунок отсоединяют трубку для слива топлива и выворачивают их. Затем в отверстие проверяемого цилиндра с помощью переходника подсоединяют компрессометр или компрессограф и отсоединяют разъем от электромагнитного клапана прекращения подачи топлива (для исключения подачи топлива в процессе проверки). Выполнив все это, до отказа нажимают педаль акселератора и с помощью стартера проворачивают коленчатый вал двигателя.
Проверка компрессии должна производиться по возможности быстро, не более 10 с, при этом необходимо, чтобы произошло не менее семи тактов сжатия.
При измерениях величины компрессии следует учитывать динамику нарастания давления. Если на первом такте компрессия низкая (0,3…0,4 МПа), а при последующих тактах резко возрастает, это свидетельствует об износе поршневых колец. Напротив, если на первом такте достигается умеренное давление (0,7…0,9 МПа), а при последующих тактах оно практически не увеличивается, это косвенно свидетельствует о наличии утечек через клапаны, прокладку головки блока, трещины в блоке и его головке. Пониженное давление в двух соседних цилиндрах, не повышающееся при повторной проверке, указывает на пробой прокладки головки цилиндров. Если компрессия у одного цилиндра ниже, чем у других, на 20 %, а двигатель неравномерно работает на холостом ходу, это может свидетельствовать о износе кулачков распределительного вала. Увеличение компрессии является причиной образования нагара в головке камеры сгорания.
Компрессия в цилиндрах является индивидуальным параметром для каждого двигателя и составляет 0,9…1,2 МПа для бензиновых двигателей и 2,6…3,4 МПа для дизельных. Разница в показаниях между отдельными цилиндрами не должна превышать 0,1…0,2 МПа для бензиновых двигателей, и 0,2…0,5 МПа для дизельных. Если данные о величине компрессии для конкретного двигателя отсутствуют, а известна степень сжатия, для приблизительной оценки величины компрессии можно использовать коэффициент 1,3. Степень сжатия умножают на этот коэффициент и получают приблизительную величину компрессии для данного конкретного двигателя.
Для более полной оценки технического состояния двигателя при снижении давления в конце такта сжатия нужно залить в проверяемый цилиндр 10 г моторного масла и произвести повторное измерение. При этом следует помнить, что для двигателей с небольшим объемом камеры сгорания и дизельных двигателей количество заливаемого масла должно строго контролироваться, потому что избыток масла может привести к гидравлическому удару. Если давление в конце такта сжатия возросло, это указывает на износ поршневых колец, если же оно осталось прежним, то на неплотное прилегание клапанов к седлам или подгорание клапанов.
Основными недостатками проверки технического состояния двигателя с использованием величины компрессии являются:
— зависимость показаний частоты вращения коленчатого вала двигателя. Частота вращения при прокрутке стартером (250…350 об/мин) существенно отличаются даже от частоты вращения в режиме холостого хода (700-900 об/мин), не говоря уже о режимах частичных и полных нагрузок;
— недостаточная информативность теста для выявления не только проблемных цилиндров, но и первопричины недостаточного давления;
— невозможность проведения теста на демонтированном двигателе, частично разобранном двигателе или двигателе с неработающим стартером.
Проверка состояния ЦПГ пневмотестером. Данный метод позволяет устранить недостатки метода определения состояния ЦПГ с помощью компрессометра.
При использовании пневмотестера:
— во-первых, анализируется непосредственно герметичность надпоршневого пространства (частота вращения коленчатого вала не оказывают никакого влияния на измерения, так как он при проведении теста неподвижен);
— во-вторых, имеется возможность локализации неисправностей;
— в-третьих, имеется возможность проведения теста на снятом или частично разобранном двигателе или на двигателе с неработающим стартером.
Герметичность надпоршневого пространства (один из основных показателей механического состояния двигателя) определяется по падению давления сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр через свечное отверстие (на бензиновом двигателе) или отверстие для форсунки (на дизельном двигателе).
Схематично пневмотестер и его подсоединение для проверки к двигателю показано на рис. 10.6.
При проверке герметичности надпоршневого пространства двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры. Выворачивают свечи или форсунки и устанавливают поршень проверяемого цилиндра в верхнюю мертвую точку при такте сжатия. Фиксируют коленчатый вал от проворачивания (под колеса автомобиля ставят противооткатные колодки, включают прямую или повышенную передачу и затягивают стояночный тормоз и подают воздух к проверяемому цилиндру, предварительно отрегулировав давление подаваемого воздуха с помощью регулятора по манометру 2 в пределах 0,6-1,0 МПа. По манометру 5 снимают показания утечек воздуха.
Его шкала может быть отградуирована как в единицах давления, так и в процентах утечки от заданной величины давления подачи воздуха, или цветными секторами, показывающими области хорошего, удовлетворительного или критического состояния цилиндра.
Может применяться также пневмотестер типа К-272 (рис. 10.7), который состоит из блока питания 4, указателя 6, быстросъемной муфты 8 и гибких воздухопроводов 5, 7.
1,8 – муфты; 2 – контргайка; 3 – колпачок; 4 – блок питания; 5,7 –воздухопроводы; 6 – указатель; 9 – корундовая втулка
Блок питания представляет собой редуктор давления с фильтром тонкой очистки; указатель объединяет манометр и корундовую втулку 9 с калиброванным отверстием диаметром 1,2 мм. Втулка завальцована во входном штуцере указателя.
Быстросъемная муфта 8 служит для подключения пневмотестера к проверяемому цилиндру. Для предотвращения расхода воздуха в отключенном состоянии она снабжена запорным клапаном. Муфта 1 служит для подвода сжатого воздуха к блоку питания. С ее помощью сжатый воздух может подаваться непосредственно в проверяемый цилиндр.
Герметичность надпоршневого пространства цилиндра двигателя проверяются путем измерения в цилиндре давления воздуха, подаваемого через калиброванное отверстие корундовой втулки 9. При наличии утечки воздуха из надпоршневого пространства происходит снижение давления, которое пропорционально расходу воздуха через неплотности в цилиндре.
Так как давление воздуха до корундовой втулки поддерживается редуктором на постоянном уровне (0,16 МПа), снижение давления, наблюдаемое по манометру, будет характеризовать износ цилиндропоршневой группы, состояние клапанов и прокладки головки блока.
Герметичность надпоршневого пространства бензиновых и дизельных двигателей считается удовлетворительной, если давление будет не менее 1,1 кгс/см2.
Утечку воздуха определяют прослушиванием. Для более точного определения мест утечки в цилиндр двигателя подают воздух непосредственно от сети сжатого воздуха. Для этого муфту отсоединяют от блока питания пневмотестера и присоединяют к штуцеру цилиндра.
По шуму выходящего воздуха или визуально определить место или места выхода воздуха:
— выход воздуха из маслозаливного отверстия или гнезда масляного щупа свидетельствует о негерметичности пары цилиндр-поршень (проблема с поршневыми кольцами) или о разрушении поршня.
— выход воздуха из впускной системы свидетельствует о негерметичности в паре: впускной клапан — седло клапана (наиболее вероятная проблема — прогар или неправильная работа клапанного механизма).
— выход воздуха из глушителя свидетельствует о негерметичности в паре: выпускной клапан — седло клапана (наиболее вероятная проблема — прогар или неправильная работа клапанного механизма).
— выход воздуха из соседнего свечного отверстия свидетельствует о негерметичности прокладки головки блока цилиндров или трещине в блоке цилиндров.
— воздушные пузырьки (или резкое увеличение уровня жидкости) в расширительном бачке или радиаторе свидетельствуют о негерметичности или прогаре прокладки головки блока цилиндров или о трещине в головке блока цилиндров или самом блоке цилиндров.
Значение разрежения в цилиндре при неработающем двигателе позволяет оценить состояния цилиндропоршневой группы и произвести прогнозирование остаточного ресурса. Для этого используется специальный прибор, вакуумметр – анализатор герметичности цилиндров (АГЦ) (рис. 10.8), с помощью которого можно достоверно точно оценить по отдельности техническое состояние всего клапанного механизма, гильзы цилиндра, компрессионных и маслосъемных колец.
Диагностирование этим прибором не отличается от замера компрессии. Все измерения проводятся в процессе проворачивания коленчатого вала двигателя стартером или пусковым устройством через свечные или форсуночные отверстия. Достоинства метода измерения разряжения в том, что состояние аккумуляторной батареи не оказывает влияние не результаты диагностирования. Нет необходимости иметь номинальную величину компрессии для каждого двигателя, чтобы сравнить ее с результатами диагностирования. При использовании метода измерения разряжения необходимо знать только марку топлива, которой используется для данного двигателя. Диагностируемые параметры сверяются по диагностическим диаграммам для данного вида топлива, на основании чего происходит оценка состояния ЦПГ.
Наличие в АГЦ двух клапанов позволяет при проворачивании коленчатого вала двигателя стартером измерить с помощью вакууметра два значимых параметра: Р1 и Р2. Замер значения полного вакуума (Р1) производится в надпоршневом пространстве во время такта рабочий ход через вакуумный клапан (рис. 10.9).
Перед измерением двигатель прогревается до рабочей температуры и принимаются меры для возможности запуска двигателя. Коленчатый вал прокручивается пусковым устройством 3…5 с, чтобы очистить цилиндр от остатков продуктов сгорания. Присоединяют переходное устройство (ПУ) к свечному (форсуночному) отверстию и подключают к нему прибор.
Перед измерением, во время предыдущего такта сжатия через редукционный клапан низкого давления 1 происходит продувка цилиндра (рис. 10.10, а). При прокручивании коленчатого вала в течении 3…4 с. фиксируется величина Р1 полного вакуума (рис. 10.10, б). Полученное значение полного вакуума позволяет оценить износ стенки цилиндра (гильзы) и плотность в сопряжении клапана и седла.
Однако параметр Р1 не дает возможности оценить состояние поршневых колец. Наличие масла между кольцами и поршнем позволяет сохранить достаточно высокий вакуум в надпоршневом пространстве. Степень изношенности поршневых колец оценивается путем измерения второго параметра – остаточного вакуума Р2.
Для измерения его величины надпоршневой объем изолируется перекрытием редукционного клапана. При этом во время такта сжатия (рис. 10.10 а, б) давление повышается до максимального значения (величина компрессии) и часть сжимаемого воздуха «прорывается» через зазоры в сопряжениях поршневых колец в картер двигателя.
Измерение значения разрежения при рабочем ходе (рис. 10.10, в) через вакуумный клапан позволяет определить остаточный вакуум Р2, величина которого пропорциональна потерям компрессии при утечке воздуха. При нормальном состоянии колец значение величины Р2 крайне невелико и существенно возрастает при их износе, поломке или закоксовывании.
Сверка результатов замеров полного вакуума Р1и остаточного вакуума Р2 с диаграммой состояния ЦПГ для данного вида топлива и дает оценку о состоянии ЦПГ.
Значение разрежения во впускном коллекторе при работающем двигателе, измеренное с помощью вакуумметра позволяет оценить состояние цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма. Измеренное значение разрежения с помощью обычного стрелочного вакуумметра или электронного датчика мотор-тестера, подключенного к впускному коллектору (не считая случая явного подсоса воздуха) мало, о чем может сказать даже в сравнении с исправным однотипным двигателем т.к. на величину разрежения оказывает влияние еще и состояние воздушного фильтра, положение дроссельной заслонки и регулятора холостого хода, обороты холостого хода и ряд других факторов.
Давление в выпускной системе помогает выявиться неработающий или плохо работающий цилиндр. Данная проверка производится как при заведенном двигателе, так и при прокрутке коленчатого вала двигателя стартером. Давление проверяется с использованием датчиков (манометров).
Диагностирование по параметрам картерного масла позволяет определить темп изнашивания деталей двигателя, качество работы воздушных и масляных фильтров, герметичность системы охлаждения, а также годность самого масла, в основу диагностирования положено то, что концентрация в масле двигателя продуктов изнашивания основных деталей сохраняется практически постоянной при нормальном техническом состоянии двигателя и резко возрастает перед отказами. Диагноз ставят, сопоставляя полученные результаты анализа масла (при исправно работающих масляных и воздушных фильтрах и нормальном состоянии масла) с предельными показателями и предыдущими результатами. Превышение допустимых норм концентрации в масле металлов указывает на неисправную работу сопряженных деталей, превышение нормы содержания кремния – на неисправность системы охлаждения, а пониженная вязкость масла позволяет судить о его пригодности.
Для диагностирования двигателя по концентрации продуктов изнашивания в картерном масле (каждого металла в отдельности) применяют спектральный анализ, сжигая жидкую пробу масла в высокотемпературном пламени вольтовой дуги. Спектр регистрируют при помощи высокочувствительного спектрографа автоматизированной фотоэлектрической установки. Пары продуктов изнашивания дают линейчатый спектр, который подвергается количественному анализу. При качественном анализе обнаруживают спектральные линии, свидетельствующие о присутствии в картерном масле металлов изнашивающихся деталей, а при количественном определяют интенсивность почернения спектральных линий. Плотность почернения линий измеряют микрофотометром. Затем полученные результаты переводят в абсолютные единицы концентрации, используя тарировочные графики.
Основные детали, ограничивающие ресурс двигателя, изготовлены из ферромагнитных металлов (гильзы цилиндров, поршневые кольца и т. д.). Поэтому их неисправности приводят к увеличению в масле количества ферромагнитных продуктов изнашивания, по концентрации которых можно судить о техническом состоянии агрегата. Диагностирование двигателя по концентрации ферромагнитных частиц в картерном масле проводят относительно быстро и просто, но менее точно. Его осуществляют при помощи электрического прибора, который измеряет концентрацию продуктом изнашивания по изменению индуктивности масла за счет присутствия в нем ферромагнитных частиц.
Диагностирование по прорыву газов в картер двигателя. Прорыв газов в картер двигателя в значительной степени зависит от изнашивания и нагрузки двигателя и мало от частоты вращения коленчатого вала.
Для определения количества газов применяют специальные расходомеры различных конструкций. Расходомер устанавливают на маслозаливную горловину, предварительно загерметизировав отверстие сапуна и линейки для указания уровня масла в картере. Основным условием при проведении измерений является поддержание давления в картере близким к атмосферному. Это позволяет снизить до минимума неучтенные утечки газов через различные неплотности и исключить выход из строя сальников коленчатого вала.
Прибором, соответствующим данным требованиям, является расходомер КИ-4887-1 (рис. 10.11).
Прибор измеряет расход отсасываемых из картера газов дроссельным расходомером постоянного перепада давления. Для нормальной работы прибора в выходном патрубке 7 создается разрежение. При отсутствии специальной компрессорно-вакуумной установки разрежение можно создать, соединив патрубок 7 с входной трубой воздухоочистителя и установить инжектор 8 на выпускную трубу двигателя. Разрежение возникает за счет потока отработавших газов, обтекающих инжектор. При помощи дросселя 6 по показаниям жидкостного манометра 3 выравнивают давление в картере с давлением окружающей среды (манометр 2). Для определения расхода дросселем 5 по манометру 4 устанавливают перепад давления Δh 15 мм вод. ст. (150 Па), при этом указатель на рукоятке дросселя покажет величину расхода картерных газов. Измерения производятся на холостом ходу при номинальной частоте вращения.
По ГОСТ 37 001 643-2002 Двигатели автомобильные. Методы измерения прорыва газов в картер» количество картерных газов составляет не более 1 % от расхода воздуха, потребляемого двигателем во всем диапазоне скоростных режимов. У современных двигателей количество картерных газов находится в пределах 0,3…0,5 % от расхода воздуха, потребляемого двигателем, при работе по внешней скоростной характеристике.
Расход картерных газов может измеряться ротаметром. Ротаметр представляет собой установленный вертикально прозрачный цилиндр, в котором скоростным напором потока картерных газов на определенной высоте удерживается поршень.
Прорыв газов в картер двигателя можно измерить также газовым расходомером на стенде тяговых качеств под нагрузкой, соответствующей максимальному крутящему моменту двигателя на прямой передаче. Диагностирование по прорыву газов в картер двигателя имеет ограниченное применение по многим причинам (большая трудоемкость, низкая точность и др.).
Косвенным методом, определяющим техническое состояние двигателя, является расход масла. Диагностирование по расходу масла применяют в тех случаях, когда отсутствует потеря масла через коренные подшипники и неплотности картера, маслосъемные колпачки.
Диагностирование плохо доступных полостей автомобиля, например, проводки и разъемов, внутренних полостей различных агрегатов автомобиля требует зачастую необоснованных затрат времени и средств. Известные методы, такие как зеркальце на штанге, вследствие ограниченной доступности, не всегда позволяет произвести необходимый осмотр. Для качественного осмотра таких полостей применяется миниатюрная цветная видеокамера с лампой подсветки, соединенную через USB-разъем с диагностическим тестером (монитором) (рис. 10.12).
Например, через свечное отверстие просматриваются стенки цилиндра, днище поршня, клапана. Этим способом можно определить износ цилиндропоршневой группы, своевременно обнаружить нагар на стенках цилиндров и днище поршня, без разборки двигателя установить наличие повреждений клапанов, со стороны камеры сгорания убедиться в отсутствии трещин головки блока и герметичности ее прокладки. Применение видео камеры позволяет даже при незначительном износе маслосъемных колпачков или поршневых колец, когда внешне еще ни один признак неполадок не проявляет себя, обнаружить следы масла на клапанах, в камере сгорания, на днище поршня и таким образом заблаговременно диагностировать неисправность.
Одно из преимуществ указанной технологии заключается в возможности проконтролировать качество сборки агрегата после окончания ремонта.
Дополнительно см. учебные фильмы
Дизель-тестер:
https://www.youtube.com/watch?v=iWTJGivAc9s
Пневмотестер:
https://www.youtube.com/watch?v=6dfrqlehHqc
Эндоскопия:
https://www.youtube.com/watch?v=E_tlbg6Zllc