Безразборная диагностика двигателей внутреннего сгорания

— Металлический лязг , который прослушивается в нижней части блока цилиндров и при этом не изменяется при изменении нагрузки — характерный признак неполадок с самим поршнем . Может быть изношен поршневой палец . А случается , что образуется трещина и на корпусе поршня .

— Подобный же металлический лязг , но в верхней части мотора — стук клапанов. Хотя иногда схожие звуки могут появиться в связи с износом кулачков распредвала .

— Глухой внутренний ритмичный стук , напоминающий стук в закрытую дверь , который отсекается при снятии нагрузки с конкретного цилиндра (лучше отключать с помощью диагноститеского тестера) и , наоборот , усиливается при увеличении нагрузки — свидетельство износа шатунного вкладыша . Прослушивается такой звук в средней части блока . Коренной подшипник издает аналогичные звуки , которые проявляются даже при снятии нагрузки с цилиндра и локализуются в нижней части двигателя .

— Похожий звук на а\м с АКПП появляется при возникновении трещины на приводном диске . Стук будет прослушиваться в задней части агрегата при изменении нагрузки на двигатель .

— Высокочастотный стук , напоминающий звон детской погремушки , скорее всего , говорит о появлении в масляном поддоне или выпускном тракте мелкой детали , Возможно она отвалилась от какого-то механизма или попала в двигатель другим способом .

— Цокание , напоминающее удары мраморных шариков , четко локализованное в определенной части двигателя , говорит об износе деталей привода ремня ГРМ или ремней привода вспомогательных агрегатов : роликов , натяжителей и т.п. Обычно найти «виновника» достаточно легко благодаря четкой локализации звука .

— Завывающий гул , обладающий эффектом эха , который усиливается и превращается в монотонное гудение при увеличении оборотов двигателя — признак повреждения генератора .

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Важнейшим средством повышения эффективности использования ма­шин, сокращения средств на ремонт и техническое обслуживание является техническая диагностика. Задача определения технического состояния двигателя без раз­борки — одна из актуальных в системе технического обслуживания.

За последние годы разработано большое количество разнообразных встроенных, переносных и стационарных диагностических приборов и при­способлений для диагностики машин и их отдельных элементов. При этом наметилась тенденция создания диагностических комплексов для углублен­ной проверки объектов диагностирования в условиях эксплуатации. Достиг­нуты определенные успехи в создании стационарных средств — постов, стан­ций и линий диагностики.

Безразборные методы контроля технического состояния двигателей освещены в отечественной и зарубежной литературе. При этом, отмечено, что основными требованиями, предъявляемыми к безразборным методам, является прежде всего простота, надежность, точность и минимум затрат времени и средств на приобретение, монтаж и демонтаж оборудова­ния.

Для повышения качества контроля технического состояния автомобильной техники, необ­ходимо применение современных средств диагностирования.

Одним из путей решения проблем диагностирования автомобильной техники, является совершенствование известных и разработка новых методов диагностирования. Определенный интерес представляют методы дифференциальной диагностики цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Техническое состояние ЦПГ определяется набором параметров. Соглас­но ГОСТ 14846-81 (СТ СЭВ 765-77) при диагностировании двигателя долж­ны проверяться прямые (структурные) или соответствующие им косвенные (диагностические) параметры. Диагностические параметры функционально связаны со структурными, измеряемыми при функционировании объекта. К ним относятся расход газов, прорывающихся в картер, расход масла на угар и так далее.

Среди диагностических параметров можно выделить обобщающие диаг­ностические параметры [1], то есть такие параметры, которые функцио­нально связаны со многими структурными параметрами. Обобщающие диаг­ностические параметры (ОДП), измеряемые при функционировании объекта диагностирования, также называют функциональными параметрами [1,2,3]. ОДП, характеризующие состояние всех цилиндров двигателя, называют интегральными параметрами [4]. К ним относятся расход газов, прорываю­щихся в картер, расход масла на угар. На их величину оказывает влияние техническое состояние ЦПГ каждого цилиндра.

В процессе работы двигателя в камере сжатия сгорает некоторое коли­чество картерного масла, проникающего через зазоры в кольцах между поршнем и цилиндром. Чем больше эти зазоры, тем больше угар масла. Угар картерного масла можно определить путем его слива и взвешивания [5]. Предельно допустимый угар масла для всех двигателей — 4.5%. В большинст­ве случаев, если двигатель работал с первым комплектом поршневых колец,при повышенном угаре масла до 4.5% требуется замена маслосъемных колец. Если на двигателе стоял второй комплект колец, то при предельно допусти­мом угаре масла необходима замена колец, поршней и цилиндров.

Расход масла можно контролировать по уровню его в картере специаль­ным расходомером, работа которого основана на принципе сообщающихся сосудов [6].

Существует метод определения угара картерного масла с помощью ртутных индикаторов [6]. Основан он на использовании способности паров металлов, находящихся в выпускных газах в атомарном состоянии, погло­щать световое излучение определенной для данного вещества волны. Пре­имущество этого метода в том, что измерение производится в процессе рабо­ты двигателя без вмешательства в рабочий процесс и позволяет определить мгновенный расход картерного масла.

Определенный интерес представляет диагностирование по параметрам вибрации [7]. Одной из основных характеристик вибрации является ее уро­вень, измеряемой в белах и децибелах. При работе двигателя движение де­талей ЦПГ сопровождается соударением, которое вызывает вибрацию блока цилиндров. В [8] выявлено, что опознать ту или иную кинематическую пару можно по частоте следования ударов, по моменту появления импульсов и спектральному составу колебаний. С увеличением зазора в паре увеличивается величина импульса и, кроме того, импульс отклоняется от своего положе­ния.

В ЦПГ соударение происходит в двух сопряжениях: «поршень-гильза» и «поршень-кольцо». При работе или прокручивании двигателя поршни в мерт­вых точках перекладываются. Под действием нормальной силы происходит удар о гильзу поршня. В месте удара гильза деформируется, что приводит к изменению полей сил упругости, в результате возникают вибрации [8]. Эти вибрации распространяются от излучаемого по всем деталям, в первую оче­редь по блоку. Если выделить из общих вибраций импульсы, соответствую­щие соударениям в каждом из этих сопряжений, то можно определить вели­чину соответствующего зазора.

Установлено [9], что мощность вибраций, определяемая с помощью аппаратного спектрального анализа, возрастает значительно быстрее по сравнению с увеличением зазора «поршень-гильза». С увеличением зазора «поршень-кольцо» до 0,5мм энергия вибраций увеличивается более чем в два раза. С целью снижения помех, источником которых является вибрация дру­гих непроверяемых механизмов, рекомендуется диагностика ЦПГ при работе двигателя с выключением подачи топлива в непроверяемые цилиндры.

Одно из преимуществ виброакустической диагностики ЦПГ заключается в том, что она дает возможность оценить степень изношенности отдельных деталей и определить величину зазора. Интенсивность вибраций ЦПГ, диаг­ностика которой проводится по описанной методике, составляет 76% общей интенсивности вибраций. Оставшееся звено составляют вибрации отрегули­рованного механизма газораспределения, исправной системы топливоподачи, исправного коленчатого вала. В условиях эксплуатации эти механизмы имеют некоторую степень изношенности, в связи, с чем необходимо опреде­лить величину суммарных помех, ее составляющих. Вязкость масла, темпе­ратура двигателя, нагар и лакоотложения поршневых колец искажают силу удара поршня о гильзу, что оказывает существенное влияние на точность по­казаний приборов.

Анализируя методы диагностирования ЦПГ необходимо отметить сле­дующее. Методы диагностирования по расходу масла на угар трудоемки и приближенны. Они дают возможность дать только общую оценку техниче­ского состояния ЦПГ. В работе [10] отмечается, что этот параметр в первую очередь зависит от износа маслосъемных колец и овальности гильз. Весовой способ измерения расхода масла и измерение последнего путем слива имеют большую трудоемкость и погрешность. Более совершенное устройство (рас­ходомер) предлагается в [11]. В расходомере в качестве указателя использован чувствительный индикатор. Однако низкая достоверность самого метода ди­агностирования ЦПГ по расходу масла на угар и интегральный характер оценки резко снижают область применения этого метода. Заслуживает вни­мания способ измерения расхода масла на угар с помощью ртутных индика­торов [12]. Однако этот способ до конца не изучен и требует весьма сложно­го оборудования.

Все описанные методы определения угара картерного масла трудоемки и приближенны. Они дают возможность определить только общую оценку технического состояния ЦПГ. Состояние отдельных цилиндров этими мето­дами определить невозможно.

Определенный интерес представляет диагностирование по параметрам вибрации. Для описанных выше методов аппаратура пока не отвечает требо­вания, которые к ней предъявляются при проведения диагностирования ма­шин в эксплуатационных (полевых) условиях.

Более достоверный и чувствительный способ диагностирования сопря­жения поршень-кольцо заключается в определении критической частоты вращения, при которой перекладка поршней сопровождается заметным уда­ром и формированием соответствующего виброимпульса. Однако этот спо­соб требует специального оборудования для прокручивания коленчатого вала двигателя.

Весьма эффективным диагностическим показателем сопряжения пор­шень-гильза является максимальная амплитуда виброимпульса, выделенного по фазе на определенной частоте при заданном давлении в камере сгорания.

Еще большая достоверность и чувственность диагноза достигнута в спо­собе диагностике ЦПГ по амплитуде и фазе виброимпульса, выделенного в ультразвуком диапазоне частот.

Следует отметить, что для реализации всех виброакустических методов необходима сложная, дорогостоящая, электронная аппаратура, применение которой в эксплуатационных условиях далеко не всегда эффективно (нет кадров, службы эксплуатации, недостаток и несовершенство приборов для производственных условий).

Колориметрический, поляро-графический и магнитно-индуктивный ме­тоды оценки количества продуктов износа в масле также мало пригодны для диагностики ЦПГ.

Применение для этих целей радиоактивационного и спектрографическо­го метода нерационально. Первый не безопасен, а второй, не смотря на свои преимущества (оперативность, возможность автоматизации и т.д.) позволяет только выявлять неисправности, связанные с естественным, постепенным из­носом. Более того, спектрографический метод позволяет судить только о средней изношенности деталей ЦПГ без учета неравномерности износа дета­лей по цилиндрам, так как неравномерность износа является одной из глав­ной причин многих неисправностей.

Метод диагностирования на основе радиоактивационного излучения по­зволяет достаточно точно определить износ любой детали ЦПГ в любом мес­те ее поверхности. Но применение его в целях массовой диагностики пока еще невозможно из-за технических и организационных трудностей.

На основании анализа литературных источников по вопросу диагности­рования ЦПГ двигателя внутреннего сгорания можно сделать следующие выводы:

1. В настоящее время имеется достаточное количество литературных источников посвященных предупреждению преждевременного ремонта и прогнозирования остаточного ресурса двигателя, исследованиям, посвященным дифференциаль­ной диагностике. Из их анализа вытекает необходимость дифференциальной диагностики в процессе эксплуатации, при технических обслуживаниях, перед ремонтом и после него.

2. Существующие методы и средства диагностирования ЦПГ различны по своему содержанию, глубине и точности и используются для разных це­лей диагностирования. Одни методы позволяют оценить состояние ЦПГ все­го двигателя, другие — состояние ЦПГ отдельного цилиндра, третьи — состоя­ние некоторых элементов ЦПГ. В практике эксплуатации широко распро­странены методы диагностирования ЦПГ, основанные на анализе герметич­ности надпоршневого пространства. Однако полной сравнительной характе­ристики методов не проводилось.

Диагностика ЦПГ по расходу газов не позволяет судить о состоянии от­дельных цилиндров. Оценка состояния ЦПГ компрессиметром недостаточно точна и зависит от температурного режима диагностирования. К тому же требуется частичная разборка двигателя, а следовательно, и ненужные затра­ты энергии и времени.

Виброакустический, спектрографический и радиоактивационный мето­ды диагностирования требуют сложной электронной аппаратуры и в услови­ях сельскохозяйственного производства не всегда экономически оправданы.

Практический интерес для дифференциального диагностирования пред­ставляют следующие параметры герметичности: утечка воздуха из надпорш­невого пространства при неработающем двигателе, температура сжатия при парциальных испытаниях и сопротивление прокручиванию коленчатого вала от постороннего источника.

1. Ряков В.Г. Исследование и разработка метода дифференциальной ди­агностики цилиндро-порщневой группы двигателя внутреннего сгорания по параметрам герметичности: Дис. канд. техн. наук. — Иркутск, 1981.-214 с.

2. Техническая диагностика. Основные термины и определения: ГОСТ 20911-89. — М.: Изд-во стандартов, 1990. — 13 с.

3. Цогоев А.Ю. Совершенствование средств и технологии диагностиро­вания дисбаланса дизеля на зерноуборочном комбайне с целью его снижения в эксплуатационных условиях. Автореф. дис. канд. техн. наук. — СПб; — Пушкин, 1998.- 16 с.

4. Ждановский Н.С. Диагностика автотракторных двигателей / Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев, A.B. Николаенко, Б.А. Улитовский. — Л.: Колос, 1977.-264 с.

5. Карпов Л.И. Диагностика и техническое обслуживание тракторов и комбайнов. — М.: Колос, 1972. — 130 с.

6. Вельских В.И. Диагностика технического состояния и регулировка тракторов. — М.: Колос, 1973. — 416 с.

7. Перцев С.Н. Совершенствование методов и средств диагностирования агрегатов гидросистемы трактора по параметрам вибраций: Автореф. дис. канд. техн. наук. — СПб.; Пушкин, 1997. — 16 с.

8. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. — М.: Машино­строение, 1971. — 121 с.

9. Ждановский Н.С. О безразборной диагностике тракторного дизельно­го двигателя на основе анализа вибрационных характеристик / Н.С. Жданов­ский, Б.А. Улитовский, В.Л. Аллилуев // — Тр. ГОСНИТИ. — М., 1967. — Т. 12. -С. 23-27.

10. Карпов Л.И. Диагностика и техническое обслуживание тракторов и комбайнов. — М.: Колос, 1972. — 130 с.

11. Вельских В.И. Диагностика технического состояния и регулировка тракторов. — М.: Колос, 1973. — 416 с.

12. Веденяпин Г.В. Методы оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания // Тр. ГОСНИТИ. — М., 1968. — Т. 27, С. 27-32.

13. Эдигаров, В.Р. Анализ устройств управления углом опережения впрыскивания топлива ДВС/ В.Р. Эдигаров, Н.В. Соляков//Основные направления развития системы ремонта в ВС РФ. Роль качества подготовки специалиста ремонтника [Текст]: материалы Межвузовской научно-практической конференции (24 ноября 2017 г.). — Омск: ОАБИИ, 2017. -229 с.