Определение мощностных характеристик в условиях эксплуатации в основном производится безтормозными методами на установившемся и неустановившемся режимах.
Наиболее простой метод заключается в использовании для нагружения механических потерь в самом двигателе. Метод применяется для четырехцилиндрового двигателя. При этом отключается подача топлива в три цилиндра и работающий цилиндр полностью нагружается, причем его нагрузка равна суммарным механическим потерям.
Состояние отельных цилиндров двигателя можно определить по отключению отдельных из них из работы и определению падения частоты вращения коленчатого вала двигателя при этом. Такая методика предусмотрена в мотор-тестерах и называется проверкой баланса мощности.
При поочередном отключении i цилиндров измеряют частоту вращения холостого хода двигателя. Выключенные цилиндры нагружают двигатель за счет компрессирования в них топливно-воздушной смеси. Чем ниже мощность, развиваемая цилиндром, тем меньше изменяется частота вращения при его отключении:
Dwi = wн — wi,
где wн – начальная частота вращения, с-1</sup>;
wi – частота вращения коленчатого вала при отключении i-го цилиндра, с-1.
При проверке устанавливают частоту вращения, примерно равную 0,5 от номинальной частоты (частота вращения, на которой двигатель развивает наибольший крутящий момент). Для легковых автомобилей она составляет 1500…1800, для грузовых – 800…1000 об/мин. Отключение цилиндров происходит автоматически, номер отключаемого цилиндра индицируется на экране дисплея в процессе измерения.
По окончании измерений на индикаторе высвечивается значение, равное 100 % минус относительное падение частоты вращения при отключении каждого из цилиндров. Измеренное значение для четырехцилиндровых двигателей должно быть в пределах 82…88 %, для 6-цилиндрового двигателя – 86…92 %, для 8-цилиндрового двигателя – 90…95 %.
Неодинаковую работу цилиндров можно объяснить частично механическими дефектами, частично неисправностью электрооборудования. В практике чаще всего встречаются следующие неисправности: отказы свечей зажигания; нарушения герметичности клапанов и поршневых колец; изменения зазоров распределительного механизма; неполадки в системе питания.
Диагностирование по разнице частоты вращения коленчатого двигателя отдельных цилиндров.
Этот метод применяется для общей оценки работы цилиндропоршневой группы и системы зажигания. Такая методика предусмотрена в мотор-тестерах.
Результаты измерений выводятся в виде гистограмм и числовых значений на экран монитора мотор-тестера по каждому из цилиндров (рис. 10.13). Нулевое значение шкалы соответствует текущей частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Столбики гистограммы показывают насколько больше или меньше частота вращения коленчатого вала по каждому из цилиндров, чем общая скорость вращения двигателя.
Диагностирование двигателя по эффективной мощности и мощности механических потерь.
В настоящее время широко применяют бестормозной метод оценки мощности двигателей по угловому ускорению вращения коленчатого вала, измеренному в режиме свободного разгона без внешней нагрузки от минимально устойчивой частоты вращения до максимальной при быстром (резком) увеличении подачи топлива в цилиндры до максимума. Такая функция имеется практически в любом мотор-тестере и данный метод с небольшой погрешностью заменил дорогостоящие стенды для проверки тяговово-экономических качеств автомобиля.
При такой проверке применяют тест «Баланс индикаторной мощности» (иногда его называют «Разгон-Выбег»), который подразделяется на два теста – тест «Составляющая механических потерь баланса индикаторной мощности» и тест «Эффективная составляющая баланса индикаторной мощности». Индикаторная мощность — это мощность, полученная от сгорания топлива в цилиндрах. К сожалению, использовать ее полностью невозможно, так как часть мощности расходуется на преодоление сил трения и пр. Эти потери мощности составляют «механические потери», а то, что осталось, составляет «эффективную мощность». Составляющая механических потерь определяется как отношение мощности механических потерь к индикаторной мощности. Эффективная составляющая определяется как отношение эффективной мощности к индикаторной мощности (фактически это механический КПД) двигателя – для современных автомобильных двигателей, как правило, не превышает 0,70…0,85. При диагностировании мотор-тестером (без применения мощностного стенда и глубоких ходовых испытаний) эти параметры определяются условно и приближенно через обсчет времени ускорений и замедлений (в микроциклах разгона-выбега) коленчатого вала в районе определенных заданных оборотов.
Примерная технология проверки следующая. Запускают двигатель и после появления на индикаторе дисплея мотор-тестера команды «РАЗГОН» резко нажимают на педаль акселератора и удерживают ее в нажатом до упора состоянии до появления на индикаторе команды «ВЫБЕГ» (при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала примерно 4000…4500 об/мин блокируется система зажигания и двигатель перестает разгоняться).
При появлении на индикаторе команды «ВЫБЕГ» отпускают педаль акселератора. При уменьшении частоты вращения примерно до 1000 об/мин включается система зажигания и двигатель работает на минимальной частоте вращения коленчатого вала холостого хода.
Операцию «РАЗГОН – ВЫБЕГ» повторяют еще два раза, после чего высветится таблица результатов измерений мощности (рис. 10.14).
Эффективная мощность двигателя должна соответствовать паспортной. Мощность механических потерь должна составлять примерно 5…12 % от эффективной (паспортной) мощности.
Если эффективная мощность меньше паспортной более чем на 7%, необходимо проверить все системы двигателя и качество залитого топлива.
Если мощность механических потерь составляет более 12 % паспортной мощности для данного двигателя, необходимо проверить цилиндропоршневую группу двигателя, коренные и шатунные подшипники.
Если мощность механических потерь меньше 5 % паспортной мощности двигателя, необходимо проверить компрессию в цилиндрах.
Для измерения мощности двигателя автомобилей некоторых марок в памяти прибора хранятся коэффициенты условных моментов инерции. Для двигателей других автомобилей этот коэффициент можно устанавливать экспериментально для каждого типа двигателя и вводить вручную с клавиатуры прибора. Для этого следует ввести произвольный коэффициент инерции, например, 50, затем провести измерение мощности. Мотор-тестер определит некоторое значение мощности, например, 150 л.с. Предположим, что паспортное значение мощности для данного автомобиля 120 л.с.
Определяем истинное значение коэффициента инерции:
50 х 120: 150 = 40.
Кроме указанных проверок при использовании мотор-тестера можно определять состояния цилиндропоршневой группы и по другим тестам.
Тест «Относительная компрессия» при установившемся режиме работы проверяется в процентах относительная компрессия по цилиндрам. Компрессия при этом определяется по амплитуде пульсаций тока, потребляемого стартером при прокрутке коленчатого вала в момент, когда поршень в исследуемом цилиндре приближается к ВМТ (рис. 10.15, 10.16).
Чем лучше состояние цилиндра, тем больше будет сила тока, потребляемого стартером.
— Тест «Давление в цилиндре» – в какой-либо из цилиндров вместо свечи вкручивается датчик давления. По снятой осциллограмме пульсаций давления в цилиндре, при наложении на нее сетки нормативных фаз открытия и закрытия клапанов определяется правильность работы газораспределительного механизма;
— Тест «Разрежение во впускном коллекторе». Первый вариант теста дает возможность просмотреть значение разрежения во впускном коллекторе при работающем двигателе и по его колебаниям сделать вывод о работе клапанов.
Для проверки разряжения необходимо подключить шланг из набора принадлежностей ко входу мотор-тестера для измерения разряжения, другой конец шланга подключается непосредственно к точке измерения давления.
В окне измерения (рис. 10.17), отображаются текущие значения нескольких величин и график изменения измеряемого давления во времени
— Тест «Давление в выпускной системе». Тест проводиться с использованием таких же датчиков, как и предыдущий. Тест помогает выявиться неработающий или плохо работающий цилиндр. Тест также проводиться как при заведенном двигателе, так и при прокрутке двигателя стартером;
— Тест «Давление картерных газов». Тест проводится с использованием таких же датчиков, как и предыдущие. В процессе выполнения теста отслеживаются пульсации давления картерных газов в привязке к работе (тактам сжатия и рабочего хода) отдельных цилиндров. Чем больше увеличивается давление при работе цилиндра – тем больше газов прорывается из надпоршневого пространства – следовательно, у данного цилиндра хуже состояние поршневых колец и/или стенок поршня;
— Тест «Фазы газораспределения». Тест проводится с использованием таких же датчиков, как и предыдущие. При этом тесте регистрируется и выводится с запоминанием на экран монитора кривая пульсирующего разрежения и кривая роста давления в цилиндре. По фазовым сдвигам, форме и амплитудным значениям кривой пульсирующего разрежения (в идеале это сигнал синусоидальной формы), можно судить о состоянии привода распределительного вала (ремень, цепь), зазорах и герметичности клапанов, наличии больших отложений и нагара на впускных клапанах, приводящих к ухудшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью.