Диагностирование двигателя

Диагностирование по внешним признакам. Выявление и устранение неисправностей двигателей в большой степени зависит от опыта специалистов, выполняющих эту работу. Чем опытнее специалист, тем он быстрее находит по внешним признакам причины неисправностей и устраняет их. Однако на практике часто не умеют вовремя обнаружить неисправность по ее внешнему проявлению. В конечном итоге это приводит к авариям двигателей, необоснованным их заменам и т. п.

С целью исключения указанных недостатков разработаны методики обнаружения неисправностей по их внешнему проявлению. Цель методики обнаружения неисправностей – определить кратчайшим путем причины неисправностей на основе их внешнего проявления. Все неисправности, встречающиеся при эксплуатации двигателей, обработаны двумя способами, которые дополняют друг друга и являются обязательными этапами рассматриваемой методики.

Наиболее важным объективным показателем общего состояния двигателя является развиваемая им эффективная мощность. Эффективную мощность двигателя можно определить с помощью стенда с беговыми барабанами, который позволяет имитировать движение в любом эксплуатационном режиме. В этом случае непосредственно замерить мощность, развиваемую двигателем, не удается, так как часть её теряется на трение в механизмах трансмиссии. Поэтому эффективная мощность двигателя, определяемая на стендах с беговыми барабанами, в качестве диагностического параметра может применяться только в качестве комплексного параметра, отражающего работоспособность двигателя в целом.

Нагружение ведущих колес автомобиля в силовых стендах осуществляется за счет применения тормозного устройства. В качестве тормоза используются устройства, позволяющие менять в широких пределах тормозное усилие. Чаще всего для этой цели применяются вихревые электродинамические и гидродинамические тормозные устройства, реже электродвигатели, работающие в генераторном режиме. В инерционных стендах для нагружения ведущих колес использованы в качестве маховых масс массы роликов (барабанов) и специальные тяжелые маховики, соединенные с роликами стенда через редуктор. В стендах с комбинированным нагружением применяются как тормозные устройства, так и маховики.

В соответствии со способом нагружения автомобиля диагностирование на стендах ведется либо в скоростном, либо в нагрузочном режимах. Скоростной режим реализуется с помощью инерционных маховых масс в процессе разгона системы автомобиль — стенд. Нагрузочный режим осуществляется в силовых стендах. Для этого режима характерно постоянство скорости движения автомобиля и тормозных сил, развиваемых стендом.

По типу опоры колес одной оси автомобиля на барабаны (ролики) стенды бывают трех видов — однобарабанные, двухбарабанные и четырехбарабанные (по два барабана на каждое колесо). Стенды с последним типом опорных устройств нашли наибольшее применение. В стендах для легковых автомобилей наибольшее применение нашли моноблочные конструкции опорных роликов (барабанов).

Существует бестормозной метод испытаний двигателей. Сущность метода заключается в том, что в качестве нагрузки на работающий двигатель используются механические потери самого двигателя в сочетании с отключением отдельных цилиндров и созданием дополнительных сопротивлений в системах.

Важным показателем оценки работы двигателя в целом является состав выхлопных газов. Данный метод диагностирования основан на том, что в зависимости от состава рабочей смеси изменяется и состав выхлопных газов. Обычная практика контроля работы двигателя внутреннего сгорания – проверка состава выхлопных газов с помощью четырех- или пятикомпонентного газоанализатора. Для проверки выполнения норм на токсичность определяется содержание в выхлопных газах углеводорода (СН), окиси углерода (СО) двуокиси углерода (СО ₂) и кислорода (О₂).

Для определения содержания СО широко распространены приборы, определяющие количество теплоты от сгорания СО на каталитически активной платиновой спирали. К объему газа, отбираемого для анализа, в определенном соотношении подают чистый атмосферный воздух. Отработавшие газы сжигают, нагревая платиновую нить. Повышение их температуры в это время при определенных условиях пропорционально содержанию СО в выхлопных газах.

Другую группу приборов называют альфамерами. К ним относят газоанализаторы, принцип работы которых связан с изменением теплопроводности выхлопных газов. В приборах этого типа часть газа пропускают через нагретую платиновую проволоку. Одновременно с этим через другую нагретую платиновую проволоку пропускают воздух. Сопоставление температур охлаждения обеих проволок позволяет судить о содержании СО в выхлопных газах. Точность рассмотренных приборов невысока, однако достаточна для регулирования системы питания двигателя. Широко распространены более точные газоанализаторы, работающие по принципу инфракрасного излучения. Действие таких газоанализаторов основано на принципе избирательного поглощения инфракрасных лучей в определенных областях длин волн (инфракрасное излучение представляет собой часть электромагнитного спектра в диапазоне длин волн 2…8 мкм).

Кроме рассмотренных вредных веществ в выхлопных газах автомобильных двигателей определяют и другие соединения, такие как NО_х. Соотношение указанных компонентов зависит от коэффициента избытка воздуха, времени, прошедшего с момента сбора выхлопных газов до начала анализа, и наличия других компонентов, содержащихся в остаточных газах.

Для определения содержания NО_х, используется возбуждение хемилюминисценции в инфракрасной области при помощи реакции окисления NO _х с последующим определением ее интенсивности. В этом случае реакция окисления NO_х протекает в атмосфере озона с выделением лучистой энергии светового спектра. Количество выделенной энергии пропорционально содержанию NO_х в анализируемой пробе газа.

Диагностирование системы питания дизельных двигателей с помощью анализа остаточных газов упрощается тем, что количество более важных компонентов и сажи (дымность), находящейся в выхлопных газах, почти пропорционально коэффициенту избытка воздуха. Поэтому на практике для получения надежных результатов вместо проведения газового анализа определяется степень задымленности в выхлопных газах или содержание сажи.

Для дизельных двигателей, находящихся в эксплуатации, основным нормируемым параметром является дымность отработавших газов. В настоящее время дымность дизельных двигателей определяется с помощью анализаторов отработавших газов (дымомеров), работающих на использовании принципа определения поглощения света отработавшими газами. Основным измеряемым параметром дымности является натуральный показатель ослабления светового потока K (м⁻¹), вспомогательным – коэффициент ослабления светового потока N (%).

Принцип измерения дымности отработавших газов в дымомерах основывается на том, что отработавший (дымовой) газ дизельного двигателя обладает определенной степенью черноты и в зависимости от ее интенсивности пропускает меньше света, чем воздух. Это свойство используется в приборе для измерения дымности отработавших газов посредством абсорбционной фотометрии.

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 во впускном и выпускном трубопроводах, детонации в карбюраторных двигателях, соударения различных деталей, трения в подвижных соединениях.

По характеру стука или шума и по месту его возникновения можно определит некоторые неисправности двигателя (увеличение зазоров в подшипниках коленчатого вала, между поршнем и цилиндром, клапанами и толкателями, клапанами и втулками, в подшипниках распределительного вала).

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 характера спада колебательного процесса в сравнении с нормативным позволяют определить неисправность диагностируемого сопряжения. Более универсальным методом виброакустической диагностики являются регистрация и анализ всего спектра, т. е. всей совокупности колебательных процессов.

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 (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.

Важным показателем технического состояния двигателя является давление масла в системе смазки. Давление масла снижается с увеличением зазоров в подшипниках коленчатого вала. Для бесперебойного снабжения маслом всех трущихся поверхностей и поддержания надёжного масляного слоя между сопряженными деталями необходимо некоторое минимальное давление в системе, величина которого зависит от конструктивных особенностей и вязкости масла. При снижении давления ниже минимального допустимого возникает опасность появления граничного трения, сопровождающегося интенсивным разрушением поверхностей деталей. Давление масла контролируется при помощи манометра, который имеется на щитке приборов каждого автомобиля. Для более точного измерения можно использовать контрольные манометры.

Диагностирование по герметичности надпоршневого пространства цилиндров двигателя. Эти работы проводят по компрессии, утечке сжатого воздуха, прорыву газов в картер двигателя, угару масла и др.

Диагностирование по компрессии. Компрессия – фактическое давление, создаваемое в камере сгорания работающего двигателя в конце такта сжатия. Давление газов в цилиндре в конце такта сжатия зависит от изнашивания цилиндропоршневой группы, вязкости масла, частоты вращения коленчатого вала, герметичности клапанов и др. Компрессию измеряют компрессометром или компрессографом (записывающим манометром), установленным в отверстие для свечи или форсунки.

Диагностирование по утечке сжатого воздуха. Причины падения компрессии можно определить по утечке сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя через отверстие для свечи или форсунки неработающего двигателя. В зависимости от степени и места утечки сжатого воздуха определяют неплотное прилегание клапанов к седлам, неисправность (изношенность) цилиндропоршневой группы; повреждения прокладки головки блока. Утечку сжатого воздуха из цилиндра определяют при помощи специального переносного прибора, который позволяет определить техническое состояние цилиндров, поршневых колец, клапанов и прокладок головок блока цилиндров.

Проверку состояния поверхностей цилиндров и поршней можно производить с помощью промышленного эндоскопа. Прибор, состоящий из тонкой стальной трубки и бинокулярного микроскопа, вставляется в двигатель через отверстие для свечи зажигания или форсунки. Миниатюрная электрическая лампочка на конце трубки освещает поверхности. Оптическая система, вмонтированная в трубку, передает изображение в микроскоп. В результате можно оценить состояние поверхностей.

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. Объем прорывающихся газов измеряют при помощи газовых счетчиков или приборов типа реометров.

По системе охлаждения проверяют прямые (структурные) диагностические параметры: установившуюся температуру охлаждаемых поверхностей двигателя, производительность водяного насоса, охлаждающую способность теплообменника, герметичность системы охлаждения, разряжение срабатывания воздушного клапана, давление срабатывания парового клапана крышки теплообменника.

Основные контрольно-диагностические работы по системе охлаждения двигателя включают: определение теплового состояния системы и ее герметичности, проверку натяжения ремня привода насоса охлаждающей жидкости и вентилятора, исправность термостата и других деталей.

Тепловое состояние системы охлаждения определяют по температуре охлаждающей жидкости в головке блока, измеряемой термометром с электродатчиком.

Герметичность системы охлаждения определяют визуально, по наличию подтеканий охлаждающей жидкости. Подтекания в местах сопряжения шлангов устраняют подтяжкой хомутов крепления, а в случае повреждения шлангов – их заменой. Подтекания водяных насосов устраняют заменой сальниковых уплотнений. Устранить утечку охлаждающей жидкости вследствие дефекта в радиаторе можно использованием герметика для радиатора. В случае подтекания воды из радиатора его ремонтируют (как исключение допускается временная заглушка отдельных трубок).

Исправность термостата определяют, опуская его в подогреваемую воду.

Уровень охлаждающей жидкости в радиаторе проверяют ежедневно (перед началом работы). Одновременно контролируется исправность пробки радиатора. В случае хранения автомобилей без охлаждающей жидкости (в зимнее время) заправка системы охлаждения производится перед пуском двигателя. Совершенно не допускаются подтекание охлаждающей жидкости и ослабление креплений деталей системы охлаждения при эксплуатации.

При поэлементном диагностировании системы питания карбюраторных двигателей проверяют следующие прямые диагностические параметры: удельный расход топлива через жиклеры, уровень топлива в поплавковой камере карбюратора, производительность топливного насоса, загрязненность воздухоочистителя. При поэлементном диагностировании системы питания дизельных двигателей проверяют следующие прямые диагностические параметры: герметичность впускного тракта; зазор между втулкой и плунжером топливного насоса; зазор между втулкой и поршнем топливоподкачивающего насоса; производительность топливного насоса; зазор по разгрузочному поясу нагнетательного клапана; жесткость пружины форсунки; угол опережения впрыскивания топлива по углу п.к.в.; цикловая подача топлива; неравномерность подачи топлива по секциям топливного насоса.