7.2 Технологія діагностування кшм та грм двигунів транспортних засобів

Технічний стан спряжень у поршневій групі залежить від таких структурних параметрів як: зазор між поршнем і компресійним кільцем по висоті канавки; у замку поршневого кільця; між циліндром (гільзою циліндрів) і поршнем у верхньому поясі.

Стан кривошипно-шатунного механізму визначають: зазори між шийками колінчастого вала і корінними та шатунними підшипниками; між поршневим пальцем і втулкою верхньої головки шатуна; осьові зазори корінних підшипниках колінчастого вала.

На стан газорозподільного механізму впливають такі структурні параметри як: фази газорозподілу: зазор між розподільчим валом і підшипниками; спрацювання направляючих втулок клапанів; зазор між клапаном і сідлом клапана, клапаном і коромислом.

Найбільшого поширення при діагностуванні цих структурних пара­метрів набули діагностичні методи, що базуються на: віброакустичному аналізі; вимірюванні параметрів картерного масла, визначенні герметич­ності надпоршньового простору і інші.

Інформативну здатність кожного з діагностичних методів можливо оцінити коефіцієнтом інформативності К_інф. Коефіцієнт К_інф. показує динаміку зміни значень параметрів в функції пробігу автомобіля і дозво­ляє порівнювати між собою інформативну здатність параметрів, що ма­ють різну фізичну основу з врахуванням максимального Х_max і мінімального Х_min значень параметра при граничному стані вузла, ме­ханізму чи деталі. Якщо зміни у технічному стані немає, то Х_тах = Х_тіп і інформація відсутня, К_інф. = 0. У випадку прямування Х_min  0, К_інф.= 1.З збільшенням К_інф. росте і розв'язувальна здатність засобів вимірювання тих чи інших параметрів. Слід вважати достатньо за­довільними К_інф.>0,5. Розглянуті методи діагностування мають інформативність, що наведена у табл.7.1.

Інформативність діагностичних параметрів.

Таблиця 7.1

Діагностичний параметр	Значення параметра Пар		Кінф.
	Хтах	Хтіп
Угар масла, г/год	180	10	0,945
Компресія, МПа	0,8	0,55	0,313
Витрати картерних газів, л/хв	250	74	0,704
Розрідження на всмоктуванні, мм. рт. ст	450	400	0,111
Втрати повітря з циліндрів, %	85	25	0,706
Потужність двигуна, кВт	86,9	81,6	0,06

Розглянемо засоби і методи визначення технічного стану циліндро-поршневої групи. Ступінь негерметичності циліндро-поршневої групи визначають за кількістю газів, що прориваються у картер двигуна, величину яких визначають приладами КИ-4887-ІІ, ППГ-1 і газовим лічильником ЗГКФ-6, або приладом К-69М, що фіксує витрати стиснено­го повітря через нещільності камери згоряння. Можливо також викори­стовувати компресиметри і компресографи, які вимірюють тиск у циліндрі в кінці такту стиску.

Перевірку компресії двигуна проводять у такій послідовності: спочат­ку прогрівають двигун до температури охолоджуючої рідини, рівної 80...90°С, потім зупиняють його, повністю відкривають дросельну і повітряну засувку карбюратора і від'єднують високовольтні дроти від свічок запалювання. Очищують і продувають стисненим повітрям заглибини навколо свічок запалювання, викручують їх і приєднують компре­симетр чи компресограф гумовим наконечником до отвору під свічку чи форсунку одного з циліндрів двигуна.

Провертають колінчастий вал дви­гуна стартером на 10... 12 обертів. Вели­чину компресії фіксують по шкалі манометра компресиметра чи за графіком, що викрес­лює голка компресографа. Знову вста­новлюють прилади на нульову відмітку і проводять аналогічні вимірювання декілька разів і для інших циліндрів. Різниця в показах компресії окремих циліндрів не повинна перевищувати величини 0,1 МПа для карбюратор­них двигунів і 0,2 МПа - для дизельних. Мінімальна допустима величина компресії встановлюється заводами - виготівниками двигунів і стано­вить: для двигуна автомобіля ЗИЛ-130 - 0,7 МПа; ГA3-53A-0,76; у двигу­на ЯМЗ-236 і КамАЗ-740 - 3 МПа.

Однак даний метод діагностування має і суттєві недоліки: значний розряд акумуляторної батареї під час діагностування; неможливість порівняння величини компресії у різних двигунів з-за різних пускових обертів; утруднення у встановленні безпосередньої причини низької ве­личини компресії.

Більш однозначну оцінку технічному стану циліндро-поршневої групи можна отримати за допомогою приладу К-69М НИИАТ (рис 7.1).

Прилад дозволяє по кожному циліндру двигуна визначити спрацювання кілець, втрату ними пружності або цілісності, спрацювання чи задири на дзеркалі циліндрів, втрату герметичності клапанів і прокладки головки циліндрів.

Діагностування проводимо в такій технологічній послідовності:

• рогріваємо двигун і підготовлюємо прилад до роботи, для чого стиснене повітря з повітряної магістралі під'єднуємо до приладу за допомогою швидкоз'ємної муфти 1 (рис.7.1) і регулюємо тиск на 0,3 МПа;

• викручуємо свічки запалювання зі всіх циліндрів;

• встановлюємо поршень першого циліндру в положення кінця такту стиску (за відомими методами);

• під'єднуємо штуцер 10 приладу до свічкового отвору і пускаємо повітря. По стрілці манометра 5 фіксуємо величину втрат повітря У₂ ;

• встановлюємо поршень слідуючого за порядком роботи циліндра в положення початку такту стиску;

• заміряємо величину втрат У₁ повітря через циліндр по манометру 5;

• встановлюємо поршень цього ж циліндра в положення кінця такту

стиску і заміряємо величину втрат повітря У₂;

• почергово заміряємо втрати повітря У₁, і У₂, у всіх циліндрах у відповідності до порядку їх роботи;

• вимірюємо втрати У₁, в першому циліндрі.

Оцінку стану циліндрів проводимо за величиною втрат повітря У₂ і різниці (У₂ – У₁), а про стан поршневих кілець і клапанів судимо по ве­личині втрат У₁, порівнюючи отримані дані з даними таблиці 7.2.

Допустимий % втрат повітря з циліндрів.

Таблиця 7.2.

Показники вимірювання	ГАЗ-51	ГАЗ-53	ЗИЛ-120	ЗИЛ-130
У2	25	25	40	40
У2 – У1	15	15	25	25
У1	10	10	15	15

Прорив газів у картер двигуна в значній мірі залежить від спрацюван­ня і навантаження двигуна і в незначній мірі від частоти обертання колінчастого вала. Об'єм газів, що прориваються в картер, вимірюють з допомогою газових лічильників типу ЗГКФ-6 або приладу КИ-4887-ІІ, конструкції ГОСНИТИ (рис.7.2).

Манометричний витратомір КИ-4887-ІІ, приєднується до картера двигуна і вимірює кількість газів, що прориваються у картер при роботі двигуна під навантаженням і при атмосферному тиску в картері. Атмо­сферний тиск в картері створюється за рахунок приєднання вихідною патрубка приладу до вакуумної установки або до випускної труби пра­цюючого двигуна. За рахунок зміни прохідного перерізу крана вимірювача встановлюють потрібний тиск і вимірюють кількість газів, що проривається в картер.

Рис.7.2. Прилад КИ-4887-ІІ для визначення технічного стану циліндро-поршневої групи двигуна:

І - пробка; 2, 3, 4 - канали; 5 - корпус; 6 - лімб дроселя; 7 - шланг вирівнювача тиску; 8 - впускний трубопровід; 9 - відсмоктуючий шланг; 10 - дросель; 11 - кронштейн.

Границі вимірювання витрат картерних газів приладом при роботі на основному дроселюючому отворі від 2 до 120 л/хв з похибкою до 3%. Якщо витрати газів перевищу­ють 120 л/хв, що буває у разі граничного спрацю­вання циліндро-поршневої групи, то дроселюючий отвір можливо збільшити на постійну величину при­близно на 40...45 л/хв. Цей метод діагностування має достатню інформативність (табл.7.1), однак обмеже­ний великою тру­домісткістю і досить низь­кою точністю вимірювання.

Технічний стан циліндро-поршневої групи можна оцінити по величині розрідження у впускному колекторі двигуна. Для цього застосовують вакууметри з границями вимірювання 0 - 750 мм. рт. ст., які під'єднують до впускного тракту двигуна. Порядок визначення розрідження у випускній системі слідуючий:

• від'єднують трубку, що з'єднує вакуумний автомат випередження запалювання і під'єднують її до трубки вакууметра;

• запускають двигун, прогрівають його і встановлюють частоту обертання колінчастого вала 400...500 об/хв;

• записують покази вакууметра, котрі для справного двигуна повинні, бути 60...66 кПа.

Понижене розрідження вказує на нещільність посадки клапанів, спрацювання поршневих кілець і дзеркала циліндрів, засміченість повітряного фільтра.

Витрати масла на угар з картера двигуна характеризують спрацювання двигуна і особливо поршневих кілець. Якщо у нового двигуна витрати масла на 100 км складають до 0,8% від витрат палива, то у спрацьованого двигуна вони збільшуються в 15 разів і більше.

Витрати масла на угар перевіряють при швидкості руху 35...45 км/год. Середні експлуатаційні витрати масла встановлені для карбюраторних двигунів 4 % від витрат палива, для дизелів - 5 %. Якщо витрати масла тільки на угар досягають цих значень, то двигун слід направляти в ре­монт. Звичайно угар масла повинен складати 0,5... 1,0 % від витрат палива.

Кривошипно-шатунний механізм діагностують по величині сумарно­го зазору у кінематичному ланцюгу "верхня головка шатуна - поршневий палець, нижня головка шатуна - шатунний підшипник колінчастого ва­ла" методом створення стиску - розрідження у надпоршневому просторі заміряючи переміщення поршня. Для цього використовують пристрій ГОСНИТИ (рис.7.3).

Рис.7.3. Схема пристрою для визначення за­зорів в спряженнях кривошипно-шатунного механізму по параметрах часу при непра­цюючому двигуні:

1 – поршень спряження, що перевіряється; 2 - впу­скний наконечник з датчиком тиску; 3 - роз­подільник повітря; 4 - регулятор тиску; 5 -клапан (регулятор вакуума); 6 - вакууметр; 7 -ресивер розрідження; 8 - вакуум-насос; 9 -компресор; 10 - ресивер тиску; 11, 12 - датчики прискорення вібрації (акселерометри); 13 -блок живлення; 14 -вимірювальний прилад.

Принцип вимірюван­ня зазорів у вказаних спряженнях оснований на використанні ударних імпульсів, які виникають при зміні напрямку руху. Чим більший зазор у цих спряженнях, тим сильніший буде ударний імпульс, і тим більший буде період часу, за який деталі перемістяться з одного положення у інше. Отримані величи­ни часу з допомогою графіків переводяться у величини зазорів спря­жень, котрі діагносту­ються.

Найбільш перспек­тивним методом діагно­стування технічного ста­ну газорозподільчого і кривошипно-шатунного механізмів є віброакустичні методи основані на використанні спеціальної вимірювальної апаратури.

Сигнали, що збуджуються працюючими механізмами, носять імпульсний характер. Дослідження [4] показують, що сила акустичного сигналу деталей, що співударяються, росте із збільшенням зазору між ними. Як наслідок, амплітуда акустичного сигналу може достатньо точно характеризувати стан кінематичних пар. Використовують декілька спо­собів розділення сигналів: амплітудний, частотний, за часом. При розділенні за часом положення кожного сигнала повинно відрізнятися від положення кожного слідуючого на деякий проміжок часу. При частотно­му - сигнали від різних спряжень повинні розрізнятись частотою або періодом їх слідування. Наприклад, сигнали кривошипно-шатунного і га­зорозподільчого механізмів виникають у строгій послідовності, що обумовлена кінематикою механізму. Для виділення імпульсів, що цікавлять, необхідне стробування сигналів за часом з допомогою стробаторів - приладів, що пропускають через себе сигнал тільки в певні проміжки часу. Сигнали, що йдуть поза цими проміжками часу, подавляються.

Технічний стан окремих спряжених пар можливо визначити вимірюючи прискорення вібрації спеціальними датчиками і приладами Для цього знайшли застосування прилади ПИУ-1М з п'єзоелектричними датчиками прискорення типу ПДУ-1 і ИС-313.

Деякі комбіновані діагностичні прилади для діагностики двигунів, наприклад ЄМДП-3, містять канал вимірювання вібрації з селекцією за частотою і за часом.

Діагностування за параметрами картерної оливи дозволяє визначити темп спрацювання деталей двигуна, якість роботи повітряних і масляних фільтрів, герметичність системи охолодження, а також придатність самої оливи. Основою діагностування служить той факт, що концентрація продуктів спрацювання у оливі є практично постійною при нормальному технічному стані двигуна і різко зростає перед відмовою. Для отримання діагнозу співставляють результати аналізу оливи з допустимими і попе­редніми результатами. Перевищення допустимих нормативів концен­трації у оливі металів вказує на несправну роботу спряжених деталей, перевищення норми вмісту кремнію - на несправність системи охолод­ження, а понижена в'язкість оливи дозволяє зробити висновок про її придатність. Використання спектрального аналізу дозволяє значно підвищити точність діагнозу, однак веде до зростання вартості діагностування і по­требує кваліфікованих інженерних кадрів. Діагностування двигуна по концентрації феромагнітних часток у картерній оливі проводять відносно швидко і просто, однак менш точно. Розглянутий метод відіграє важливу роль при оперативному управлінні експлуатаційною надійністю автомобільних двигунів.

ЛЕКЦІЯ 8