6-лекции. Курс лекций по дисциплине Техническое диагностирование транспортных машин Костанай 2010 ббк 39. 27Я. 73
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
Тема 9 Проверка газораспределительного механизма На автомобилях устанавливают тепловые двигатели внутреннего сгорания поршневого типа. Двигатель автомобиля состоит из нескольких самостоятельных механизмов и систем, которые обеспечивают процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу. Основной процесс преобразования одного вида энергии в другой происходит в кривошипно-шатунном механизме двигателя, который является основой двигателя. По техническому состоянию кривошипно-шатунного механизма определяют, нужен ли капитальный ремонт двигателя. Чаще всего в двигателе выходит из строя кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм состоит из подвижных и неподвижных деталей. К неподвижным деталям относятся цилиндры с головками, картер двигателя и картер маховика. К подвижным поршни с поршневыми кольцами и пальцами, шатуны, коленчатый вал и маховик. При работе двигателя цилиндры подвергаются воздействию высоких температур (средняя температура внутри цилиндра 600—1000°С), высоких давлений (до 100—120 кгс/см2), больших сил трения, возникающих при движении поршня в цилиндре, и газовой коррозии. Давление газов при сгорании смеси и сжатии в цилиндре меняется по величине и направлению в очень короткие промежутки времени, так что нагрузка имеет ударный характер. Поршень воспринимает давление газов и осуществляет подготовительные такты. На поршень действуют газы, имеющие среднюю температуру 650—1100° С и давление 25—120 кгс/см2, силовая нагрузка близка к ударной. Поршень воспринимает примерно 60—70% тепла, возникающего от трения. На каждом поршне установлены поршневые кольца двух видов: компрессионные, уплотняющие зазоры между цилиндром и поршнем, и маслосъемные удаляющие масло со стенок цилиндра. Поршневые кольца размещаются в канавках головки поршня и для обеспечения нормальной работы должны перемещаться в своих канавках. Но наличие осевого зазора между кольцом и канавкой приводит к попаданию масла в камеру сгорания вследствие насосного действия колец. Поршневые кольца должны точно подгоняться в канавках и при работе не должно быть большого износа их. При большом износе колец масло, сгорая, образует нагар, пригорают кольца в канавках и нарушается герметизация над поршневого пространства, в результате чего происходит утечка (прорыв) газов (рабочего тела) в картер, что ухудшает рабочие характеристики двигателя. Поршневой палец соединяет поршень с шатуном и воспринимает ударные нагрузки, износ его может привести к стукам и иногда к поломкам. Шатун передает усилие от поршня на. коленчатый вал. При работе двигателя на шатун действуют силы давления газов и силы инерции. Шатун чаще всего изнашивается в верхней головке (соединение с поршневым пальцем) и в нижней головке (соединение с шатунной шейкой коленчатого вала). Быстрее всего изнашивается сопряжение коленчатый вал нижняя головка шатуна, и его техническое состояние (увеличенный зазор) часто является причиной ремонта. При увеличении износов в нижней головке шатуна увеличиваются ударные нагрузки, разрушаются подшипники, нарушается поверхность шатунной шейки коленчатого вала, появляются стуки и снижается давление масла в магистрали. Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и передает их маховику, а последний агрегатам силовой передачи. Коленчатый вал нагружен периодически действующими силами от давления газов, силами инерции и центробежными силами, которые вызывают в нем деформации скручивания, изгиба, сжатия и растяжения. Вращается коленчатый вал в подшипниках скольжения, установленных в блоке двигателя. Сопряжение подшипник коренная шейка коленчатого вала одно из наиболее ответственных сопряжений двигателя и часто наравне с цилиндропоршневой группой определяет годность двигателя к дальнейшей эксплуатации. При увеличении зазора в этом сопряжении увеличиваются ударные нагрузки, разрушаются подшипники, нарушается смазка, появляются стуки и снижается давление масла в системе смазки. Непосредственного влияния на рабочие характеристики двигателя коленчатый вал не оказывает, но его состояние определяет необходимость капитального ремонта двигателя. Непосредственное влияние на рабочие характеристики двигателя оказывает техническое состояние и в первую очередь износ деталей цилиндропоршневой группы цилиндров, поршневых колец и поршней. Неисправность этих деталей также определяет необходимость ремонта двигателя. Капитальный ремонт автомобильных двигателей определяется в первую очередь износом цилиндров, а текущий необходимостью замены поршней и поршневых колец (иногда замены только поршневых колец). Одновременно с ремонтом цилиндров ремонтируется коленчатый вал и заменяются другие детали кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, причинами ремонта двигателя являются увеличенный расход масла на доливки, дымление из сапуна (прорыв газов в картер), резко увеличенный расход топлива, резкое снижение мощности двигателя и трудности запуска зимой. В процессе нормальной эксплуатации постепенно нарастают износы деталей кривошипно-шатунного механизма, но с определенным темпом. Номинальные структурные параметры для этого механизма устанавливаются заводами-изготовителями. По абсолютной величине номинальные значения зазоров в подшипниках коленчатого вала 0,025-0,09 мм, в замке поршневых колец 0,3-0,6 мм. Номинальные значения зазоров у новых двигателей разных марок различаются незначительно: у двигателей с большими деталями и зазоры несколько больше. Мало различаются величины зазоров шатунных и коренных шеек коленчатого вала каждого двигателя. Предельные значения зазоров (структурных параметров) в сопряжениях кривошипно-шатунного механизма установлены менее точно, чем номинальные. Это объясняется различными условиями и требованиями, которые следует учитывать при определении предельных величин зазоров и различным подходом к определению их. Предельные значения зазоров в кривошипно-шатунном механизме автомобильных двигателей с учетом различных источников приводятся в табл.10. 1. Цилиндры двигателей внутреннего сгорания изнашиваются по ходу поршня и окружности неравномерно. То же самое можно сказать об износе шеек коленчатых. Предельные зазоры в сопряжениях кривошипно-шатунных механизмов отечественных автомобильных двигателей Таблица 10.1
Примечание. Точность обработки цилиндров на заводе-изготовителе высокая: отклонение от номинального диаметра размера цилиндра должно быть не более 0,012 мм, конусность и овальность не более 0,020 мм. Валов; износ их показан на рис.10.1. В поперечном сечении шейки имеют эллипсность, а по длине конусность, как результат неравномерного действия сил при работе двигателя. Большое влияние на неравномерность износа шеек коленчатого вала, оказывает система смазки. Наиболее распространенная величина эллипсности шеек коленчатых валов двигателей ГАЗ-51 и ЗИЛ-120, поступающих в ремонт, составляет 0,04—0,08 мм.  Поршневые кольца изнашиваются неравномерно: верхнее компрессионное, воспринимающее почти всю нагрузку от продуктов сгорания, изнашивается значительно больше остальных. Увеличенный износ компрессионного верхнего кольца приводит к пропуску газов из надпоршневого пространства в картер двигателя.Рис 10.1 Замена поршневых колец при незначительных износах цилиндров (0,20—0,30 мм «на конус» и около 0,1 мм «на овал»), практикуемая как текущий ремонт, может улучшить рабочие характеристики двигателя уменьшить расход масла и прорыв газов в картер, несколько уменьшить расход топлива и повысить мощность двигателя. Однако менять поршневые кольца рекомендуется не более 1—2 раз, поскольку при износе цилиндров, близком к предельному, новое поршневое кольцо не может приспособиться к искаженной форме цилиндра, следовательно, не улучшит герметичность этого сопряжения. Контролировать изменение структурных параметров в процессе эксплуатации автомобиля без разборки двигателя в настоящее время пока практически невозможно. Поэтому определять техническое состояние сопряжений кривошипно-шатунного механизма двигателя целесообразнее методами технической диагностики, измеряя диагностические параметры (прорыв газов и картер, стуки, прокачивание масла, утечку воздуха и другие параметры), которые более доступны и отражают состояние кривошипно-шатунного механизма. Газораспределительный, механизм служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в карбюраторном двигателе и воздуха в дизеле) и выпуска из цилиндров отработавших газов. Распределительный механизм должен обеспечить наилучшее наполнение цилиндров двигателя, наиболее полную очистку цилиндров и надежную изоляцию внутреннего пространства цилиндров от окружающей среды. Распределительный механизм должен быть прост по устройству и доступен для обслуживания и ремонта. На автомобильных двигателях наиболее распространен распределительный, механизм клапанного типа с верхним и с нижним расположением клапанов. Привод распределительного механизма осуществляется от коленчатого вала, чем достигается взаимосвязь их работы на любых режимах. Детали газораспределительных механизмов работают в условиях резко меняющихся скоростей и ускорений, а некоторые детали подвергаются воздействию высоких температур. Резкое изменение скоростей вызывает ударные нагрузки (результат значительных по величине сил инерции), а повышенный нагрев деталей ухудшает условия смазки и вызывает их ускоренный износ. Неисправности распределительного механизма автомобильного двигателя составляют всего 7% от общего количества неисправностей, но влияние этого механизма на работу двигателя очень большое. Газораспределительный механизм состоит из клапанов, направляющих втулок клапанов, клапанных пружин, толкателей, распределительного вала и привода его. Наиболее изнашиваемые детали механизма клапаны (рабочая фаска поверхность, герметизирующая полость цилиндра), их направляющие и толкатели. На рабочие характеристики двигателя большое влияние оказывает состояние рабочей фаски и тепловой зазор между стержнем клапана и толкателем, который можно регулировать. Клапаны выдерживают большую температурную нагрузку (головка выпускного клапана нагревается до 900° С, а впускного до 400°С), ударную нагрузку, коррозирующее действие кислот, щелочей и серы, которые имеются в топливе и масле, подвергаются эрозии (скорость газа, проходящего через клапан, достигает 150—600 м/сек) и работают практически в условиях сухого трения. Герметичность прилегания головки клапана к седлу в блоке цилиндров обеспечивается соответствующей обработкой этих поверхностей, а для того, чтобы избежать неполной посадки клапана в седло при нагреве клапана и некотором искажении деталей механизма, устанавливается тепловой зазор между толкателем и стержнем клапана. Величина этого зазора в процессе эксплуатации может уменьшаться или увеличиваться. Уменьшение величины зазора (номинальная величина 0,2—0,25 мм) может быть в результате износа седла и большого утопления клапана в головку или блок цилиндров, а также в результате самопроизвольного нарушения регулировки этого зазора. При уменьшенном зазоре клапан не будет полностью садиться в седло и герметичность цилиндра нарушится. При увеличении зазора будут увеличиваться ударные нагрузки на это сопряжение. Значительно возрастает скорость толкателя в момент подъема клапана и скорость посадки клапана в седло. Вследствие особой формы кулачка распределительного вала скорости толкателя и посадка клапана в седло с увеличением зазора возрастают в степенной зависимости. С увеличением зазора появляется сильный звонкий стук клапана (слышится стук посадки клапана в седло). Кроме этого, увеличение зазора в клапане уменьшает «время сечения» клапана, тем самым ухудшается наполнение и очистка цилиндров. Сильный, ясно слышимый, стук клапанов появляется при увеличении зазора до 0,45-0,50 мм, что можно считать предельной величиной. Зазор измеряют щупом, не разбирая механизм. В результате выработки рабочей фаски и седла, подгорания фиски, перекоса головки клапана из-за износа направляющей клапана или деформации стержня клапана и при уменьшенном тепловом зазоре в газораспределительном механизме нарушается герметичность посадки клапана в седло. Бывают случаи, когда клапан не садится в седло, потому что теряет подвижность в направляющей втулке (задиры, коробление, обильное нагарообразование, перегрев и попадание посторонних частиц нагара). Для определения состояния клапанов существуют несколько способов, позволяющих определить их герметичность, которая выражается диагностическими параметрами. Негерметичность клапанов влияет на рабочие характеристики двигателя. При значительной негерметичности сильно снижается величина давления в конце такта сжатия и при такте расширения, что уменьшает мощность двигателя, затрудняет пуск, увеличивает расход топлива. Кроме того, при негерметичности впускного клапана воспламененная смесь попадает в систему питания, а при негерметичности выпускного клапана свежая смесь при такте сжатия поступает в выпускной тракт, скапливается в глушителе, вызывая взрывы. Негерметичность клапанов и износы цилиндропоршневой группы двигателя ухудшают рабочие характеристики двигателя, поэтому контролю технического состояния этих деталей уделяется так много внимания и диагностика их осуществляется наиболее совершенными методами. При эксплуатации автомобиля двигатель работает в очень различных нагрузочных, температурных, динамических и других условиях. Изнашивание деталей происходит в каждый период неравномерно, и это обязывает диагностов осуществлять планомерный контроль за состоянием двигателя с учетом изменившихся условий эксплуатации. Условия эксплуатации оказывают решающее влияние на сроки службы машин и деталей, при неблагоприятных условиях машина может быть выведена из строя в очень короткий срок. К неблагоприятным условиям относятся тяжелые дорожные условия, сравнительно короткие пробеги с частыми пусками и продолжительными остановками двигателя, безгаражное хранение, несвоевременный текущий ремонт и уход за механизмами. В результате исследований было установлено, что большая партия автомобилей с двигателями ЗИЛ, работавшая на коротких рейсах с большими простоями, без утеплительных капотов, через 4 месяца работы вышла из строя вследствие сильного износа цилиндров двигателей. Дорожные испытания, проводившиеся Горьковским автомобильным заводом, показывают, что интенсивная работа машин с точки зрения уменьшения износа более выгодна, чем работа машин с такими же пробегами, но более длительная. 16 двигателей ГАЗ-51, пробег которых составил за 1—3 месяца работы 10—20 тыс. км, показали средний износ цилиндров в 3,5 мк на 1000 км. Такой же пробег за 1,5—:2 года дал высокий износ цилиндров; по данным испытаний 35 двигателей ГАЗ-51 их износ составил 8,3 мк на 1000 км, т. е. в 2,3 раза больше. Стендовые испытания машин и двигателей дают аналогичный результат. Влияние качества топлива на износ двигателей. Износ деталей двигателя ЗИЛ при работе на утяжеленном бензине (с повышенной температурой начала и конца испарения) больше, чем при работе на стандартном в 2—5 раз, в том числе: цилиндров в 5 раз, поршневых колец в 2 раза, шатунных шеек в 3 раза. При повышенном содержании в топливе серы износ деталей двигателя, особенно цилиндров и колец, резко увеличивается. Соединения серы образуют кислоты, вызывающие коррозию. Испытания по износу малолитражного двигателя при работе его па бензине с содержанием серы 0,15% показали, что. износ оказался в 5 раз выше, чем при работе двигателя на бензине с содержанием серы 0,03%. При содержании 0,2% серы в дизельном топливе износ гильз цилиндров составлял 2,5 мк на 1000 км пробега, при содержании серы—1,2%—износ составил 13 мк на 1000 км пробега, I. е. вырос в 5 раз. Влияние нагрузочного и скоростного режимов на износ двигателя. При повышении относительных скоростей движения сопряженных деталей увеличивается трение, а следовательно, и износ. При увеличении числа оборотов с 800 об/мин до 1600 об/мин износ деталей двигателя ГАЗ увеличился в 1,5 раза; при повышении числа оборотов с 1600 об/мин до 2400 об/мин износ возрос в 3 раза. Следовательно, чрезмерно большие числа оборотов коленчатого вала, не вызванные необходимостью, являются причиной повышенных износов. Карбюраторный двигатель, меньше всего изнашивается при работе в диапазоне 30—60% от максимального числа оборотов. В этом» диапазоне наблюдаются наибольшие значения крутящего момента двигателя. Увеличение нагрузки больше сказывается на темпе изнашивания, нежели увеличение скоростных режимов. На двигателях ГАЗ при увеличении нагрузки от холостого хода до 65% от максимальной мощности двигателя, интенсивность изнашивания возросла в 5—7 раз. Следовательно, для карбюраторных двигателей, при увеличении нагрузки износы возрастают почти вдвое быстрее, чем при увеличении числа оборотов. Аналогично и при работе дизельных двигателей. Прицепная нагрузка увеличивает износы двигателей. Наиболее чувствительны к действию прицепной нагрузки двигателя ЗИЛ-120. Установлено, что у автомобилей ЗИЛ-150, работавших с прицепами, износы деталей двигателей, выше, чем у одиночных. Износ деталей двигателя автомобиля ГАЗ-63, -замеренный по количеству железа в масле, у тягача приблизительно на, 30% больше, чем у двигателя одиночного автомобиля. Увеличение нагрузки оказывает также влияние на темп изнашивания и других агрегатов. Износ сцепления тягача автопоезда примерно в 2,5 раза больше, чем у одиночного автомобиля. Влияние своевременности и качественности технического обслуживания и ремонта на износ двигателя. Как показывает опыт, интенсивность изнашивания сопряжений зависит от технического состояния машины. В двигателе ГАЗ-51, имеющем удовлетворительное техническое состояние, интенсивность изнашивания деталей в течение 80 ч его работы оставалась постоянной. В изношенном двигателе за первые 30 ч работы интенсивность нарастания износов увеличивалась в 4 раза, а в следующие 70 ч — в 7 раз. Следовательно, своевременный текущий ремонт или регулировки могут задержать темп износа. Значительно возрастают износы при несвоевременном и некачественном техническом обслуживании, примером чего может служить следующий эксперимент, проведенный Горьковским автозаводом: у 49 двигателей, эксплуатировавшихся со своевременным техническим обслуживанием, средний износ цилиндров на 10000 км пробега составил 4,84 мк, у 35 двигателей, эксплуатировавшихся в мелких автохозяйствах, при нерегулярном техническом обслуживании средний износ цилиндров составил 8,31 мк на 10000 км пробега. Из приведенных данных видно значение качества и своевременности технического обслуживания и ремонта на износостойкость агрегатов машин. Влияние режима обкатки на износостойкость. Новая машина еще не может работать с полной нагрузкой. Это происходит потому, что в первый период работы машины должны быть устранены все дефекты, которые могли иметь, место при сборке. Наконец, и это самое важное, необходимо, чтобы поверхности деталей приработались, т. е. чтобы были устранены такие геометрические дефекты поверхности, как овальность, конусность, волнистость и т. д., которые могли образоваться при обработке деталей, а поверхность получила бы надлежащую шероховатость и упрочнение. Все эти процессы в машинах индивидуального производства, например турбинах и т. п., происходят на заводе, и потребитель получает машину, в которой эти процессы в основном завершены. В машинах же массового производства, каковыми являются автомобиль и трактор, эту, по существу, последнюю операцию технологического процесса производства выполняет потребитель. У непроработанных поверхностей в отдельных точках контакта удельные давления превосходят нормальные в десятки и даже сотни раз, потому что фактическая площадь контакта V сопряженных поверхностей в начале приработки меньшая. По мере срабатывания неровностей площадь контакта увеличивается, и удельные давления уменьшаются. Это значит, что нельзя допускать больших нагрузок в период приработки, иначе под влиянием износа схватыванием и теплового износа произойдут значительные изменения качества поверхности: возможно появление, вырывав, задиров, наволакивании, царапин поверхности оторванными упрочненными частицами металла и т. п.; качество поверхности не будет отвечать требующемуся для данных условий работы; надлежащего уплотнения поверхностного слоя не произойдет. Темп изнашивания такой поверхности резко возрастает. 15 период обкатки возрастает опасность абразивных износов частицами металла, оторванного от поверхностей, и частицами, попавшими в масло при сборке, что требует частой смены масла и промывки деталей. В среднем продолжительность обкатки составляет для автомобилей 1000—1500 км пробега; для тракторов не менее 60 ч работы. Каждая марка машины в соответствии с ее конструктивными особенностями требует своего порядка обкатки: определенной смены скоростей движения, нагрузки и определенного технического обслуживания. Необходим индивидуальный контроль технического состояния каждого двигателя средствами диагностики. Литература: 8, с.80-91 Вопросы для самопроверки: Как делят сигнал по виду измеряемой величины? Как подразделяют датчики с электрическим выходным сигналом? Какие датчики относятся к генераторным? Какие датчики относятся параметрическим? Как разделяют датчики по конструктивному исполнению? В каких условиях работают датчики? Что такое порог чувтсвительности датчика? Что такое чувствительность датчика? Что такое вариация выходного сигнала? Тема 10 Роль диагностики автомобиля в обслуживании автомобилей Диагностика технического состояния машин устанавливает причину того или иного состояния машины и ее отдельных элементов. Техническая диагностика, как и контроль технического состояния машин, включает обязательно операции измерений. Заключение о техническом состоянии машины или ее элемента дается на основании сравнения измеренного параметра или признака с величиной параметра, который определяет ее состояние. На практике применяются три основных метода диагностики автомобилей, основанные на диагностических признаках: диагностика по параметрам рабочих процессов (мощность I двигателя, расход топлива, тормозной путь и др.). Эти параметры измеряются при движении автомобиля (в динамике). При этом необходимо, чтобы условия (режимы) работы механизмов соответствовали или были близки к. характерным условиям эксплуатации автомобиля; диагностика по параметрам сопутствующих процессов, которые косвенно характеризуют техническое состояние механизмов автомобиля. К косвенным параметрам можно отнести нагрев деталей, шумы, вибрации и т. п. Эти параметры также измеряются в динамике, при работе механизмов; диагностика по структурным параметрам (износ деталей, зазоры в сопряжениях и т. д.). Структурные параметры измеряются в статике, когда механизм не работает. Чтобы сделать заключение о техническом состоянии механизма (агрегата, системы) автомобиля, необходимо иметь в каждом отдельном случае не один, а несколько диагностических или диагностических и структурных параметров. Кроме того, еще пользуются статистическими данными об автомобиле и принимают во внимание наблюдения шофера. В настоящее время методы и средства Технической диагностики позволяют определить техническое состояние механизмов автомобиля на момент диагностирования и не позволяют сразу же получить сведения о техническом ресурсе их. Для прогнозирования ресурса агрегатов приходится пользоваться табличными или графическими материалами, составленными на основании данных исследований и статистики. Развитие и обоснование диагностических параметров, которые являются наиболее обобщающими и полнее отражают изменение рабочих параметров наиболее сложных механизмов, значительно облегчат процесс диагностирования. Они измеряются в совокупности работы нескольких сопряжений (узлов) в условиях, соответствующих действительным режимам работы механизма. Например, измерение только диаметрального износа цилиндров двигателя не определяет основные рабочие параметры двигателя и общее его состояние. Тогда как измерение такого диагностического параметра, как «прорыв газа в картер», позволяет достаточно верно судить о мощности двигателя (основной рабочий параметр), о расходе топлива и масла (экономический параметр), о пусковых качествах двигателя и о техническом состоянии всех деталей цилиндропоршневой группы. Рассматриваемые диагностические методы и параметры позволяют каждый в отдельности решать частные вопросы при диагностировании автомобиля, определять техническое состояние отдельных его механизмов, систем, узлов. Поэтому на практике пользуются несколькими методами и параметрами одновременно или выбирают наиболее достоверный для данного случая. Измерение потерь на преодоление сил трения в механизмах позволяет определить техническое состояние агрегатов трансмиссии автомобиля и механизмов ходовой части в целом, а также подшипников колес, рулевого управления, правильность регулировки тормозов и др. О техническом состоянии агрегатов трансмиссии судят по потребляемой мощности на их прокрутку, о ходовой части — по величине пути, который проходит автомобиль по инерции (выбег), о регулировке рулевого механизма и подшипников колес — по результатам измерения сил, потребных для их прокручивания. Определение теплового состояния механизмов и систем дает представление о работоспособности систем охлаждения и смазки двигателя, наличии качестве смазки в картерах главной передачи, коробки перемены передач, в ступицах колес, о работе механизма сцепления и т. д. Проверка состояния сопряжений и установочных размеров позволяет определить установку управляемых колес, действие приводов тормозов и сцепления, выявить нарушение регулировки различных механизмов и прочность резьбовых соединений. Надежность резьбовых соединений зависит от ряда факторов конструктивного и технологического порядка, но в общем случае прочность соединений характеризуется величиной предварительной затяжки. Величина затяжки может быть выражена величиной напряжения в деталях соединения (в стержне болта или шпильки). Уменьшение осевой силы затяжки болта является показателем ослабления болтового соединения. Определяется усилие затяжки болта (гайки) динамометрическим ключом, а ослабление затяжки можно определить нанесением на сопряжение лаковой пленки, которая будет разрушаться при ослаблении крепления. Проверка герметичности систем и сопряжений основана на измерении утечки газов или жидкостей. Результат измерения утечки газов из надпоршневого пространства двигателя дает представление о техническом состоянии деталей цилиндропоршневой группы, о герметичности клапанов газораспределительного механизма, о целостности прокладки головки блока цилиндров. Нарушение герметичности цилиндропоршневой группы приводит к повышенному угару масла в двигателе. По количеству газов (воздуха), проходящих через впускную систему двигателя, можно судить о засоренности воздушного фильтра, о герметичности впускного тракта двигателя, а по перепаду давлений воздуха во впускном тракте и о состоянии цилиндропоршневой группы, клапанов газораспределения и работе системы зажигания (угле опережения момента зажигания смеси и работе запальных свечей). По герметичности системы охлаждения можно судить о работе клапанов пробки радиатора, плотности соединений системы. По утечке тазов (воздуха) определяют состояние пневматического привода тормозов и герметичность шин. По утечке жидкости судят о состоянии систем смазки, охлаждения, питания двигателя, о состоянии гидравлического привода тормозов и плотности всех картеров автомобиля. Метод утечки жидкости используется для проверки технического состояния топливной аппаратуры дизельных двигателей, проверки пропускной способности жиклеров карбюраторов, гидравлических систем и других механизмов. Методом утечки жидкости или прокачкой жидкости (масла) через зазоры в сопряжениях «вал-подшипник скольжения» можно определить величину этих зазоров как в статическом положении, так и в динамике. Этим методом определяется техническое состояние подшипников коленчатого вала двигателя, подшипников распределительного вала и других сопряжений. Между количеством масла, прокачиваемого через зазоры в сопряжении в единицу времени, и величиной зазоров имеется строго установившаяся зависимость. При этом масло должно быть определенной вязкости и прокачиваться под установившимся постоянным давлением, что нетрудно обеспечить при диагностировании. Метод очень точный, но не нашел пока широкого распространения в практике из-за трудности подключения приборов, которые регистрируют утечку масла непосредственно к подшипникам коленчатого вала. Если бы при изготовлении двигателей учитывали это обстоятельство и обеспечивали доступ снаружи двигателя к каждому, хотя бы коренному подшипнику, этот метод диагностики нашел бы свое место в практике. Пока этот метод используется только для ориентировочной оценки технического состояния указанных сопряжений по величине давления в масляной магистрали, которое также является функцией величины зазоров в подшипниках. Анализ шума и вибраций, возникающих при работе механизмов, дает возможность диагностировать все подвижные сопряжения, создающие ударные нагрузки, зубчатые и шлицевые соединения, подшипники. Этим методом можно диагностировать кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателей, агрегаты трансмиссии, подвеску автомобилей, биение колес и т. д. Метод этот перспективный, разработка виброакустической аппаратуры и методика измерений этих параметров ведется во многих научных учреждениях. В настоящее время создан, ряд приборов для акустической диагностики. Благодаря акустической диагностике можно измерять амплитуду импульсов при соударении тел (кинематической пары) и при неработающем механизме. Для этого достаточно создать заранее установленную нагрузку или скорость движения одной из деталей пары внешним воздействием. Внешним воздействием может быть сжатый воздух из компрессора, жидкость, подаваемая под давлением, механическое усилие. Акустическая диагностика механизмов в статическом их положении позволяет получать импульсы вибрации только от соударения деталей, которые подвергаются проверке. При этом отсутствуют помехи от других источников акустических сигналов, тогда как импульсы упругих колебаний от ударов в проверяемых сопряжениях четко регистрируются и разделяются по времени их возникновения при любых значениях зазоров. Анализ картерного масла двигателя и агрегатов трансмиссии также перспективный метод диагностики автомобиля, но пока еще недостаточно используется на практике. Использование его в лабораторных условиях и при проведении научных исследований дает хорошие результаты, высокую точность определения интенсивности изменения (износов) технического состояния металлических деталей. Этот метод основан на определении концентрации металлов в масле, обеспечивающем смазку подвижных сопряжений. Для определения интенсивности изнашивания деталей систематически берут пробы масла из картера и делают анализ масла па наличие в нем различных металлов, которые являются продуктами износа деталей. Зная состав деталей, можно по количеству продуктов износа судить об интенсивности изнашивания деталей. Этот метод в практику диагностики автомобилей в условиях хозяйств пока не внедрен из-за сложности аппаратуры для анализа масел и невозможности сразу же получить данные о техническом состоянии агрегата. Особое место в диагностике автомобилей занимает проверка состояния электрических и контрольных приборов. От правильной работы электрооборудования во многом зависит результат диагностирования такого сложного агрегата, как карбюраторный двигатель. Одна неработающая запальная свеча или неправильный момент зажигания рабочей смеси в цилиндрах на 15-20% снижают мощность двигателя и искажают другие рабочие параметры. При диагностике автомобиля в системе электрооборудования в первую очередь проверяют напряжение в первичной и вторичной цепях системы зажигания и бесперебойность искрообразования на запальных свечах, а также работу автоматов опережения зажигания. Проверяют угол замкнутого состояния контактов, длину искрового разряда, угол начальной установки зажигания, углы опережения, обусловленные работой центробежного и вакуумного автоматов прерывателя-распределителя, силу вырабатываемого и потребляемого тока генератором и аккумуляторной батареей и другие параметры. Для диагностики электрического оборудования используют довольно сложные электронные приборы, чаще переносного типа Наиболее перспективные методы диагностики технического состояния агрегатов автомобилей измерение утечки газов и анализ вибраций. Методом измерения утечки газов оценивается техническое состояние одного из важнейших элементов двигателя цилиндров поршневой группы. Суть этого метода заключается в следующем: при износе деталей цилиндропоршневой группы (цилиндров, поршневых колец, поршней) или при появлении другой неисправности (поломка колец, закоксовывание колец, задиры цилиндров) нарушается герметичность надпоршневого пространства цилиндров двигателя. В результате часть газов, являющихся рабочим телом, прорывается из надпоршневого пространства в картер двигателя и не участвует в рабочем процессе. Следовательно, с увеличением утечки газов в картер двигателя мощность его снижается, а расход топлива увеличивается. Кроме того, при износе цилиндропоршневой группы увеличивается перекачка масла в камеру сгорания, что приводит к увеличению угара масла при работе двигателя. Естественно, что пусковые качества двигателя с увеличением утечки рабочего тела также ухудшаются. Таким образом, диагностический параметр утечка газов из надпоршневого пространства двигателя, которую в практике называют «прорывом газов в картер»,тесно связан количественными зависимостями, имеющими почти прямолинейную связь, со структурными параметрами цилиндропоршневой группы, с другими диагностическими (угар масла) и рабочими параметрами двигателя. По прорыву газов в картер можно судить о техническом состоянии цилиндропоршневой группы двигателя. Изменения его от номинального значения до предельного имеют широкий диапазон (от 20 л/мин у новых двигателей до 130 л/мин у требующих замены цилиндро-поршневой группы), что исключает серьезные ошибки при прогнозировании запаса моторесурсов. Зависимость между прорывом газа в картер и другими параметрами двигателя представлена на рис. 5, при этом запас моторесурсов дан с учетом дорожных условий работы автомобилей. Измерение прорыва газов в картер двигателя на стенде или при ходовой диагностике не представляет трудностей, для этого имеется несколько приборов, описание которых дано ниже. Состояние цилиндропоршневой группы и герметичности клапанов газораспределительного механизма по утечке газов может быть определено и при неработающем двигателе. Эта диагностическая операция связана с пропуском воздуха, нагнетаемого в цилиндр двигателя при положении поршня в верхней и нижней мертвых точках и закрытых клапанах. Этот способ заключается в том, что с износом цилиндропоршневой группы утечка воздуха увеличивается и это будет фиксироваться прибором К-69М. Сравнение утечки воздуха, подаваемого под определенным давлением, с установленными ранее параметрами, дает представление об износе поршневых колец и герметичности клапанов. Преимущество этого способа заключается в том, что проверяется каждый цилиндр отдельно и при неработающем состоянии двигателя. Хотя последнее обстоятельство относят к достоинствам способа не все специалисты, имеющие дело с диагностикой. При неработающем двигателе искажается действительная картина работы этого механизма двигателя; зазоры не соответствуют фактическим, масляная пленка, служащая также уплотняющим материалом, выдувается. Измеряемая этим способом утечка воздуха связана только со структурным параметром. Техническое состояние цилиндропоршневой группы и клапанов газораспределительного механизма совместно, т. е. герметичность надпоршневого пространства, определяется измерением  20 40 60 80 100 160 Прорыв газов в картер, л/мин Рис. 11.1. Взаимосвязь параметров двигателя с прорывом газов в картер: /, //, /// — категории условий эксплуатации автомобиля давления воздуха в конце такта сжатия компрессиметром. В основу этого способа также заложен метод измерения утечки I азов. Чем больше негерметичность, тем больше утечка газов, а следовательно, тем меньше остается газов в надпоршневом пространстве и давление их в конце такта сжатия уменьшается. Как показали исследования, величина давления конца сжатия в цилиндре (компрессия) больше зависит от состояния клапанов газораспределительного механизма и в меньшей степени от износа цилиндропоршневой группы. Изменение величины компрессии в результате предельно изношенного состояния цилиндропоршневой группы карбюраторных двигателей не превышает 25%. Кроме того, этот способ диагностики имеет еще недостатки, которые заключаются в следующем: Замеряют компрессию при вращении коленчатого вала двигателя стартером, а не при рабочем режиме двигателя. На показания компрессиметра оказывают влияние температура охлаждающей жидкости и масла в двигателе; скорость вращения и суммарное количество оборотов коленчатого вала при замерах; степень открытия дроссельной заслонки. Следовательно, при измерении компрессии нужно соблюдать постоянство условий проверки, что не всегда возможно в условиях эксплуатации. В некоторых случаях компрессия бывает у несколько изношенного двигателя более высокая, чем у нового за счет образования нагара на стенках камеры сгорания и днища поршня. Это же явление наблюдается и при работающем двигателе за счет увеличенного расхода масла. Все эти недостатки снижают ценность этого простого способа диагностики двигателя. Угар масла как результат увеличенных зазоров в деталях цилиндропоршневой группы является одним из лучших, показатёлей износа двигателя, но и он не лишен ряда недостатков. Главный недостаток этого способа заключается в том, что для определения угара масла требуется совершить пробег автомобиля не менее 50 км на эталонном участке дороги, с определенной скоростью движения и нагрузкой, для чего потребуется около 3 ч времени. Методика замера сгоревшего в двигателе масла, при обеспечении нужной точности, сложна и трудно осуществима в обычных условиях. Использование же данных об угаре масла по доливкам в картер за период не даст конкретных данных об износе двигателя и может служить как дополнительный параметр без количественного выражения степени износа цилиндропоршневой группы. На угар масла влияет много факторов. Он зависит от скоростного и нагрузочного режимов двигателя, сорта масла, степени его разжижения топливом, от состояния системы вентиляции картера, температуры деталей двигателя и целого ряда других причин, не связанных с износом двигателя. Масло может вытекать через неплотности сальников и прокладок, а также при повышенном давлении газов в картере двигателя. Опытами установлено, что при давлении в картере около 100—120 мм вод. ст. у двигателей ЗИЛ-120 начинается обильная течь масла через сальник заднего коренного подшипника коленчатого вала. Несмотря на указанные недостатки способа и на невозможность связать угар масла с рабочими или сб структурными параметрами двигателя все же по расходу масла на угар можно в общих чертах оценить техническое состояние двигателя, что и делают часто на практике. Находит применение диагностический параметр давление в картере двигателя, замеряемое водяным пьезометром. Этот способ определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя основывается на утечке газов из надпоршневого пространства. Чем больше в единицу времени прорывается в картер двигателя газов, тем выше в нем давление, так как выходу газов в атмосферу препятствует уплотнение картера и система, соединяющая картер с атмосферой (через маслоналивную трубку), которая может осмоляться и засоряться. В современных двигателях имеется система вентиляции картера, но и она при значительной утечке газов в картер (примерно более 60 л/мин) не обеспечивает полное их удаление, к тому, же система вентиляции может осмоляться и работать не в полную силу. Таким образом, с увеличением утечки газов в картер там возрастает давление. Следовательно, давление газов в картере есть функция износа цилиндропоршневой группы, при условии, что герметичность картера двигателя будет постоянной. А вот этого условия добиться трудно. Даже у новых двигателей одной марки герметичность картеров различна, а у изношенных двигателей, подвергавшихся вскрытию картера, разница в герметичности картеров еще большая. Пока еще не удалось связать количественными зависимостями техническое состояние двигателя с давлением в картере, но для ориентировочной оценки технического состояния цилиндропоршневой группы он пригоден. Не случайно одним из признаков неисправности двигателя называют повышенное дымление из картера. Растут концентрация железа в масле, угар масла, прорыв газов в картер, число оборотов коленчатого вала при затухании двигателя с определенной скорости до полной остановки после выключения зажигания. Снижаются величина давления конца сжатия в цилиндрах (компрессия) и максимальное число оборотов холостого хода с ограничительной шайбой между карбюратором и впускной трубой. Только величина разрежения за карбюратором, измеряемая вакуумметром, осталась без изменения, несмотря на то, что двигатель имел износы цилиндропоршневой группы, значительно превышающие износы, допускаемые в эксплуатации. Например, износ цилиндров 0,35 мм, величина замка поршневых колец 7,5—8,5 мм, угар масла 3,4 кг/ч, прорыв газов в картер 210 л/мин. Прорыв газа в картер, угар масла и концентрация железа в масле изменяются в значительных пределах, и эти изменения заметны даже при незначительных износах двигателя, все остальные параметры изменяются незначительно. Кроме того, эти параметры не стабильны и зависят от многочисленных факторов, не связанных с износом цилиндропоршневой группы. Наиболее стабильны показания компрессиметра, но даже при значительных износах цилиндро-поршневой группы двигателя, соответствующих пробегу автомобиля свыше 120 тыс. км, величина компрессии изменяется только на 22—25%. Прорыв газов в картер, угар масла и концентрация железа в масле изношенного двигателя увеличились по сравнению с новым в 6—8 раз, оказались чувствительнее к износам цилиндропоршневой группы всех других параметров более чем в 50 раз- По разрежению во впускной трубе можно с достаточной точностью судить о степени загрузки двигателя в данный момент, так как величина разрежения и степень открытия дроссельной заслонки связаны прямолинейной зависимостью. Вакуумметр также хорошо реагирует на момент зажигания рабочей смеси на холостом ходу, но пригоден только для карбюраторных четырехтактных двигателей. Из краткого анализа способов определения технического состояния цилиндропоршневой группы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания дизельного и карбюраторного типов методом измерения утечки газов из надпоршневого пространства можно заключить, что не все они равноценны. Не все диагностические параметры одинаковы по объему информации. Часть из них в процессе эксплуатации изменяется значительно и более, точно отражает изменение основных структурных и рабочих параметров двигателя, но для измерения их требуются более сложные диагностические средства, что доступно крупным хозяйствам или станциям обслуживания автомобилей. Часть диагностических параметров изменяется в процессе эксплуатации автомобиля в меньших пределах, и они отражают изменение отдельных параметров агрегата или механизма, но измерение этих параметров производится без сложных диагностических средств и может быть выполнено в любых хозяйствах. Литература: 2, с.121-128 Вопросы для самопроверки: Какие параметры характеризируют техническое состояние цилиндро-поршневой группы? Для чего предназначен мотортестер? Что такое угол опережения зажигания? Как определяют угар масла? Чем измеряют объем прорывающихся газов? С помощью чего производят проверку герметичности клапанов? Что определяют при диагностировании картерного масла? | |||||||||||||||||||||