Методы диагностики двигателей базируются на способах измерения параметров, наиболее приемлемых для данного механизма диагностических признаков. Для выбора таких параметров используют структурно-следственную схему диагностируемого механизма. Эта схема связывает элементы механизма с его структурными параметрами, а структурные параметры с соответствующими им диагностическими признаками и диагностическими параметрами. На рис. 3 показана такая схема применительно к узлу: поршень, кольцо, цилиндр.
На основе анализа структурной схемы выбирают наиболее эффективный метод измерения параметров диагностических признаков, т.е. метод диагностики. На рис. 4 показаны основные группы методов диагностики двигателей.
Метод диагностики по параметрам эффективности, т.е. по параметрам рабочих процессов, широко используется для комплексной оценки работоспособности двигателя. Он заключается в имитации условий и режимов работы двигателя. Применительно к двигателю это может быть измерение мощностных и экономических показателей.
Диагностика по герметичности рабочих объёмов используется для оценки технического состояния цилиндро-поршневой группы двигателя, его систем охлаждения и смазки.
Метод тепловой диагностики по скорости и температуре нагрева применяют главным образом для оценки состояния сопряжений по выделению ими тепла соответственно работе трения при заданном скоростном и нагрузочном режимах.
По геометрическим соотношениям (зазорам, смещениям) диагностируют подшипники и шкворни.
Метод диагностики по колебательным процессам (шумам, вибрациям) широко применяют для общей оценки технического состояния двигателя (по уровню шума) и для локальной проверки кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
Метод диагностики по составу эксплуатационных материалов и отработавших газов используется для общей оценки системы питания (по содержанию СО в отработавших газах), для определения интенсивности изнашивания основных механизмов двигателя (по концентрации в картерном масле
Элементы узла
Структурные параметры
Рис. 3.Структурно-следственная схема узла: поршень, кольцо, цилиндр
двигателя.
Рис. 4. Методы диагностики двигателей.
продуктов износа), исправности его систем фильтрации, годности картерного масла.
Важной характеристикой основных методов диагностики является их применение в динамике и статике, т.е. в рабочем и нерабочем состоянии механизма. В динамике применяют те методы, в которых диагностическими признаками являются рабочие или сопутствующие процессы, а в статике - геометрические соотношения и некоторые другие, доступные для прямого измерения структурные параметры при обеспечении достаточной достоверности результатов.
По способу и средствам проведения различают стационарную (стендовую) и ходовую диагностику.
При стационарной диагностике работу двигателя на заданном режиме имитируют при помощи специальных стендов, а при ходовой - путём ходовых испытаний. Кроме того, к ходовой диагностике можно отнести наблюдение за постоянно действующими контрольными приборами в процессе работы двигателя.
Стационарную диагностику осуществляют, пользуясь стендами, передвижными и переносными диагностическими устройствами. Ходовая диагностика проводится при помощи переносных диагностических приборов (десселерометр, бачок для измерения расхода топлива и т.п.) или же встроенных измерительных средств (термометр, манометр, расходомер и др.). В настоящее время наибольшее развитие получила стационарная диагностика.
Диагностику проводят по принципу «от целого к частному». Это означает, что, прежде чем делать углублённую поэлементную диагностику сложного механизма, необходимо определить его техническое состояние комплексно по показателям эффективности (рабочим параметрам). Использование этого принципа упрощает и рационализирует процессы диагностики. Совершенство методов диагностики зависит от качества применяемой аппаратуры и от уровня автоматизации процесса. При этом возможна автоматизация отдельных диагностических комплексов или всей системы диагностических работ по двигателю в целом. Степень автоматизации может быть тем выше, чем больше число объектов диагностики, т.е. в тех случаях, когда надлежащая объективность и производительность диагноза операторами невозможна или экономически невыгодна. Добротность методов и средств диагностики оценивают экономичностью, достоверностью и доступностью.
6. Место диагностики в технологическом процессе технического
обслуживания двигателей.
По технологическим признакам диагностика двигателей в автотранспортном предприятии характеризуется: назначением, технологическим оборудованием, режимом проведения и местом в технологическом процессе технического обслуживания и ремонта (рис. 5). По своему назначению диагностика может быть специализированной и совмещённой с техническим обслуживанием и ремонтом.
По назначению
По технологическому оборудованию
По режиму проведения
По месту в процессе технического обслуживания
Рис. 5. Технологические виды диагностики двигателей.
Специализированная диагностика представляет собой комплекс проверочных испытаний и операций, выполняемых на специализированных постах (линиях). Создание таких постов целесообразно ввиду специфичности диагностических работ и диагностического оборудования. Цель специализированной диагностики заключается в проведении установленного комплекса диагностических работ и главным образом перед ТО-1, ТО-2 и ТР, чтобы выявить потребность и объём ремонта и профилактики. Специализированную диагностику проводят в плановом порядке с периодичностью, совпадающей или кратной периодичности технического обслуживания. В некоторых случаях возможно использование специализированных постов диагностики для повторной, заключительной проверки качества проведённого технического обслуживания или ремонта.
Совмещённая диагностика проводится непосредственно на постах и линиях технического обслуживания и ремонта двигателей для обеспечения оперативного или заключительного контроля выполняемых работ. Она проводится по потребности.
Технологическая связь (рис. 6) зоны диагностики с зонами профилактики, ремонта и стоянки обусловлена самим содержанием диагностического процесса.
X S
Рис. 6. Схема технологических связей между зонами диагностики,
профилактики, ремонта и стоянки.
Диагностическое устройство (или оператор), измерив в некотором масштабе диагностическим параметром S величину структурного параметра X состояния объекта, сравнивает результат с предельным Sn и упреждающим Sу показателями. На основании этого устанавливаются технологические потоки и объёмы соответствующих работ.
Вопрос о месте диагностики в технологическом процессе технического обслуживания и ремонта двигателей решается системно с учётом условий эксплуатации, наличия и качества располагаемых диагностических средств. В принципе место диагностики в технологическом процессе технического обслуживания обусловлено целесообразностью специализации ряда диагностических работ, необходимостью оперативного контроля за качеством технического обслуживания и ремонта в процессе их выполнения, а также потребностью в заключительных проверках двигателя, связанных с доделками.
Определение места диагностики в технологическом процессе технического обслуживания и ремонта двигателей позволяет сформулировать основные требования к её средствам. Для диагностики двигателя в целом и его агрегатов необходимы стенды с беговыми барабанами для определения динамических и экономических показателей, состояния систем и агрегатов. Для поэлементной диагностики, совмещённой с техническим обслуживанием и ремонтом, должны использоваться передвижные комплексы и переносные приспособления.
Экономическая эффективность диагностики двигателей в автотранспортном предприятии зависит от совершенства применяемых методов и средств, правильного их использования, оптимальных диагностических нормативов, рациональных режимов и технологических процессов применительно к данным условиям.
Экономическая эффективность диагностики оценивается сопоставлением снижения затрат на эксплуатацию двигателя с дополнительными затратами на его диагностику. Снижение эксплуатационных затрат определяется уменьшением объёма текущего ремонта и сопутствующего ему расхода запасных частей: сокращением производственных площадей зоны ремонта, уменьшением трудоёмкости контрольных работ за счёт автоматизации, экономией топлива, повышением производительности двигателя; увеличением его ресурса и в конечном счёте повышением коэффициента готовности парка. Затраты на диагностику двигателя включают капиталовложения на приобретение и установку диагностического оборудования, стоимость занимаемых им производственных площадей и эксплуатационные затраты, связанные с проведением диагностики (зарплата операторов, уход за оборудованием, простои автомобиля при диагностике).
Снижение эксплуатационных затрат по каждой из перечисленных статей определяют опытным путём на основе результатов эксплуатации достаточно большого количества двигателей, подвергающихся диагностике на протяжении определённого пробега. Полученные при этом данные сравнивают с аналогичными затратами на двигателя, работающие в тех же условиях, но без применения диагностики.
На основе этого определяют затраты, связанные с диагностикой в удельном исчислении, и срок окупаемости диагностических средств.
Диагностика двигателей как одно из важнейших средств совершенствования их технического обслуживания имеет широкие перспективы. Перспективы её развития связаны с изысканием и освоением новых методов, средств и технологических процессов диагностики, увязанных с техническим обслуживанием и ремонтом двигателей, а также повышением их контролеспособности. Повышение качества поиска неисправностей механизмов, прогнозирования ресурса и постановки диагноза в большой степени зависит от широкого использования электроники и средств автоматизации процессов диагностирования.
7. Диагностика двигателя.
Диагностика двигателя включает ознакомление с учётными данными, осмотр и опробование пуском, измерение мощности, диагностику кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и системы охлаждения. По результатам диагностики проводят необходимые регулировочные, крепёжные или ремонтные работы.
Ознакомление с учётными данными двигателя охватывает следующие
сведения: пробег автомобиля и ресурс работы двигателя; ремонты, которым подвергался двигатель; его топливную экономичность; заявки водителя о надёжности работы двигателя. Эти сведения, освещая «техническую биографию» двигателя, позволяют дать предварительную оценку его технического состояния и в дальнейшем более целеустремлённо проводить его диагностику.
Осмотр и опробование двигателя пуском состоит в визуальном обнаружении подтеканий масла, топлива, охлаждающей жидкости, оценке лёгкости пуска, дымления на выпуске, прослушивании его работы с целью обнаружения резких шумов, стуков, оценке равномерности и устойчивости работы и др. Эта проверка позволяет выявить очевидные дефекты двигателя без применения диагностических средств и определить дальнейший технологический процесс его технического обслуживания.
Измерение мощности двигателя производится на динамометрическом стенде при диагностике автомобиля в целом, а при его отсутствии, бестормозным методом, методом разгона или по разрежению во впускном трубопроводе. Принцип бестормозной проверки мощности двигателя заключается в том, что нагрузка на поочерёдно проверяемые цилиндры создаётся за счёт отключения свечей зажигания. Выключенные цилиндры нагружают коленчатый вал двигателя главным образом за счёт компрессии. При этом угловая скорость коленчатого вала двигателя снижается тем больше, чем ниже мощность проверяемых цилиндров.
Полученную скорость сравнивают с нормативной и на этом основании определяют номинальную мощность, развиваемую каждым из цилиндров и двигателем в целом.
Методом разгона мощность двигателя автомобиля определяют по приросту углового ускорения коленчатого вала в установленном диапазоне его оборотов без нагрузки и при полном открытии дросселя.
По разрежению во впускном трубопроводе мощность двигателя определяют как произведение разрежения на скорость вращения коленчатого вала. Мощность двигателя зависит от большого числа факторов: износов цилиндро-поршневой группы, угла опережения зажигания, мощности искры, производительности жиклёров и т.д. Поэтому в случае её отклонения от нормы приступают к поэлементной диагностике систем и механизмов двигателя.
7.1. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы.
Диагностика этих механизмов является весьма ответственной и сложной операцией. Исследования показывают, что на эти механизмы приходится около 30% отказов двигателя, а на устранение отказов - около половины трудоёмкости ремонта и обслуживания. При отсутствии диагностики этих механизмов значительное число двигателей может поступать в ремонт преждевременно с недоиспользованным ресурсом или же с неисправностями аварийного характера. Сложность диагностики кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя обусловлена многочисленными структурными связями между их деталями. Методы диагностики механизмов двигателя базируются на измерении характерных диагностических параметров, сопутствующих его работе и функционально связанных со структурными параметрами его основных элементов. Зная измеренные и нормативные значения диагностических параметров, можно определить без разборки потребность в ремонте двигателя. Наиболее распространённые методы диагностики кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя показаны на рис. 7.
Диагностику по герметичности надпоршневого пространства цилиндров двигателя производят по компрессии, прорыву газов в картер двигателя, угару масла, разрежению на впуске, по утечкам сжатого воздуха и по сопротивлению прокручиванию коленчатого вала.
Компрессия двигателя резко увеличивается при увеличении его температуры до + 700С и скорости вращения коленчатого вала до 250 об/мин. Поэтому, чтобы получить сопоставимые результаты, необходимо компрессию Рс определить на прогретом двигателе, а скорость вращения п коленчатого вала принимать такой, какую для данного двигателя обеспечивает исправная заряженная батарея. В зависимости от степени сжатия минимально допустимая компрессия для карбюраторных двигателей составляет 4,5-8,0 кГ/см2. Резкое снижение компрессии Рс (на 30-40%) указывает на поломку колец
Элементы механизмов
Параметры технического состояния
Диагностические признаки и диагностические параметры
Рис. 7. Структурная схема диагностики кривошипно-шатунного и
газораспределительного механизмов двигателя.
или же на залегание их в поршневых канавках. Компрессию измеряют при помощи компрессометра (манометра, фиксирующего максимальный показатель) или компрессографа (записывающего манометра), сообщая его с цилиндром двигателя через отверстие для свечи зажигания. Коленчатый вал вращают стартером. Компрессия зависит как от состояния цилиндро-поршневой группы, так и от герметичности клапанов, поэтому полученные результаты необходимо дифференцировать. Для этого можно повторить замер, повысив герметичность колец заливкой в цилиндр небольшого количества масла.
Угар масла определяется по доливам в процессе эксплуатации. Он зависит, с одной стороны, от износа колец, поршня и цилиндра и, с другой - от герметичности клапанов. Кроме того, возможно подтекание масла. Допустимая норма угара масла составляет не более 4% от расхода топлива. Повышенный угар масла сопровождается заметным дымлением на выпуске.
Недостатками указанного метода являются: трудность учёта величины угара масла в эксплуатации, зависимость расхода масла не только от износов колец, но и от износов направляющих втулок клапанов и утечек.
Прорыв газов в картер также зависит от износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателя или соответственно от пробега автомобиля. Его измеряют на динамометрическом стенде или на низшей передаче под нагрузкой, создаваемой притормаживанием вывешенных ведущих колёс автомобиля. Объём прорывающихся газов измеряют газовым счётчиком или же реометром. Прибор присоединяют к маслоналивной горловине, а картер гер-метизируют (закрывают вентиляционную трубку и отверстие для масло-измерительного щупа). Для того чтобы убедиться в отсутствии утечек газов через сальники коленчатого вала двигателя, необходимо одновременно из-мерять давление в картере. Более точно прорыв газов можно измерить при-бором ГосНИТИ. Принцип работы этого прибора основан на измерении сте-пени дросселирования канала (через который вакуум-насос откачивает газы), необходимой для устранения в картере избыточного давления. При этом ошибки, связанные с утечкой газов, помимо прибора, исключаются. Между прорывом газов в картер и давлением в нём существует функциональная связь. Поэтому давление в картере двигателя может также характеризовать состояние цилиндро-поршневой группы и служить диагностическим параметром.
Разрежение во впускном тракте и его постоянство зависит от скоростного напора воздуха и потерь напора, обусловленных компрессией, сопротивле-нием воздушного фильтра, неплотностью клапанов, неравномерностью ра-бочих процессов и т.д. Поэтому величина и стабильность разрежения во впускном трубопроводе двигателя может характеризовать его техническое состояние и рабочие процессы. Разрежение измеряют при помощи вакуум-метра, присоединяемого к впускному трубопроводу. Перед проверкой состояния механизмов двигателя предварительно устраняют неис-правности систем питания и зажигания. Ориентировочными нормативами разрежения при исправном состоянии двигателя являются при про-вёртывании коленчатого вала стартером - 380-430 мм рт. ст. и при оборотах холостого хода 480-560 мм рт. ст. (положение стрелки должно быть стабильно).
