Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

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. Утечки сжатого воздуха из цилиндра в положении, когда его клапаны закрыты, характеризуют износ колец, потерю ими упругости, закоксовывание или поломку, износ цилиндра, износ стенок поршневых канавок, потерю герметичности клапанов и прокладки головки цилиндров.

Состояние двигателя проверяют при помощи прибора К-69. Пользуясь этим прибором, поочерёдно впускают сжатый воздух в цилиндры через отверстия для свечей зажигания в положении, когда клапаны закрыты, и при этом измеряют утечки воздуха по показаниям манометра прибора. Сжатый воздух из воздушной магистрали через впускной штуцер поступает в коллектор. При открытом впускном вентиле измерения утечек и закрытом вентиле прослушивания утечек воздух поступает в редуктор давления и через калиброванное отверстие проходит в воздушную камеру, которая через второе калиброванное отверстие сообщается с измерительным манометром. Далее воздух из воздушной камеры через обратный клапан, гибкий шланг и испытательный наконечник, снабжённый резиновым конусом, поступает в цилиндр двигателя.

По измерительному манометру определяют давление воздуха, характеризующее его утечку из цилиндра.

Перед измерением редуктор давления регулируют на рабочее давление 2 кГ см2, а при помощи регулировочной иглы тарируют показания изме-рительного манометра. При полной герметичности исследуемого цилиндра давление воздуха в воздушной камере будет равно давлению воздуха за редуктором давления, которое и покажет измерительный манометр. Наличие в цилиндре неплотностей вызывает утечку из него воздуха и уменьшение давления воздуха в воздушной камере, которое также будет регистрироваться измерительным манометром.

Для удобства пользования прибором по измерительному манометру определяют не давление, а относительную утечку воздуха в процентах по отношению к максимальному значению утечки. При полной герметичности цилиндра стрелка измерительного манометра будет показывать максимальное давление, которое по шкале измерительного манометра принимается за нуль. При полной утечке воздуха из цилиндра давление по шкале измерительного манометра принимается за 100 . Таким образом, отклонение стрелки измерительного манометра от нулевого значения будет указывать потерю воздуха через неплотности, выраженную в процентах. Для удобства пользования прибором шкала измерительного манометра размечена на зоны хорошее состояние двигателя, удовлетворительное и требующее ремонта.

Утечки воздуха через клапаны двигателя, указывающие на их неисправ-ности, обнаруживают прослушиванием при помощи фонендоскопа или визу-ально по колебаниям в индикаторе, устанавливаемом в свечных отверстиях, соседних с проверяемым цилиндром.

Утечки через прокладку головки цилиндров определяют по пузырькам воздуха, появляющимся в горловине радиатора или в плоскости разъёма. Диагностика по шумам и вибрациям. Шумы стуки и вибрации, т.е. колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе механизмов, используют для виброакустической диагностики двигателя и других агрегатов автомобиля. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы сгорание, выпуск, впуск, регулярные механические соударения в сопряжениях за счёт зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения.

При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и, взаимодействуя, образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическую диагностику из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра. Распространение колебаний в упругой среде твёрдые тела, жидкости, газы носит волновой характер.

Параметрами колебательного процесса являются частота периодичность, уровень амплитуда и фаза, т.е. положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма например, в.м.т Частоту измеряют герцами, а уровень - смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением в барах, возникающим в ней, или же мощностью в децибелах колебательного процесса. Между пере-численными параметрами уровня колебаний существуют переводные масштабы. Воздушные колебания называют шумами стуками, а колебания материала, из которого состоит механизм вибрациями.

Шумы воспри-нимают при помощи микрофона, а параметры вибрации - при помощи пьезо-электрических датчиков. Полученные таким образом сигналы усиливают, измеряют по масштабу и регистрируют. Средством регистрации может быть осциллограф при визуальном наблюдении за процессом или предельный индиикатор, например устройство, в котором при достижении заданного уровня колебаний зажигается контрольная лампа.

В простейших слуховых приборах стетоскопах вибрации воспринимают при помощи стержня и диафрагмы. Шумы подвержены значительным искажениям под влиянием внешней среды. Это усложняет их использование для диагностики двигателей. Вибрации воспринимаются непосредственно на поверхности диагностируемого механизма, благодаря чему дают более достоверную информацию о его техническом состоянии. Возможность осуществления виброакустической диагностики двигателя, т.е. возможность расшифровки колебательных процессов, обусловлена следующими положениями.

Колебания, возникающие при соударениях сопряжённых деталей, по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, обусловленных трением. Каждая соударяющаяся пара порождает свои собственные колебания. При изменении зазоров мощность колебаний резко изменяется вследствие изменения энергии соударения, при этом также изменяется длительность соударений.

Принадлежность колебаний соударяющихся пар может быть определена по фазе относительно опорной точки в.м.т посадка клапана и др Величина параметров сигнала изменяется от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Существует несколько методов виброакустической диагностики. Одним из них является регистрация при помощи осциллографа уровня колебательного процесса в виде мгновенного импульса в функции времени или угла поворота коленчатого вала. Чтобы подавить помехи и конкретизировать наблюдение, процесс регистрируют, во-первых, в полосе частот, в которой неисправность данного механизма проявляется наиболее сильно, во-вторых, на узком участке, вблизи опорной точки например, в.м.т в-третьих, используют наиболее выгодные для диагностики скоростные и нагрузочные режимы и места установки датчиков.

О неисправностях диагностируемого сопряжения судят по уровню и характеру спада колебательного процесса, сравнивая его с нормативным.

Другим более универсальным методом виброакустической диагностики является регистрация и анализ всего спектра, т.е. всей совокупности колебательных процессов. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров подобно настройке радиоприёмника на соответствующие волны. Колебательный спектр снимают на узком, характерном, участке процесса при соответствующем скоростном и нагрузочном режиме работы диагностируемого механизма.

Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения. Полученные результаты сравнивают с нормативами эталонами. Нормативы определяют экспериментально, путём искусственного введения дефектов или путём накопления и статической обработки результатов эксплуатационных наблюдений. При автоматизированном диагностическом заключении измеренные величины амплитуд и их смещений сравнивают при помощи логического устройства с эталонами, хранящимися в блоке памяти машины.

Диагностика по параметрам картерного масла даёт возможность определить темп изнашивания деталей двигателя, качество работы воздушных и масляных фильтров, герметичность системы охлаждения, а также годность самого масла. Для этого необходимо периодически отбирать из картера пробы масла, измерять концентрацию в нём продуктов износа и кремния, определять вязкость и содержание воды. Превышение допустимых норм по концентрации в масле металлов укажет на неисправную работу сопряжённых деталей, превышение нормы содержания кремния - на неисправность фильтров, присутствие воды - на неисправность системы охлаждения, а пониженная вязкость позволит судить о годности масла. Возможность диагностики двигателя по концентрации продуктов износа свинца, хрома, железа, алюминия и др. в картерном масле обусловлена зависимостью её уровня только от интенсивности изнашивания соответствующих деталей подшипников, колец, цилиндров двигателя.

Это означает, что по истечении некоторого времени работы масла в двигателе при практическом постоянстве объёма масла, интенсивности очистки и угаре концентрация каждого из продуктов износа в масле достигает определённого уровня и стабилизируется. Убыль и пополнение взвешенных в масле частиц уравновешивается.

Этот уровень будет тем выше, чем больше скорость изнашивания деталей двигателя. Так как скорость изнашивания при исправных системах фильтрации и охлаждения характеризует исправность сопряжения трущихся пар механизма, то по уровню концентрации можно выявить скрытые и назревающие отказы.

Уровень концентрации к продуктов износа в масле после наступления его стабилизации определяется выражением где с - интенсивность поступления в масло продуктов износа вф - интенсивность удаления продуктов износа маслоочистителем ву - интенсивность убыли продуктов износа за счёт угара масла. Для диагностики двигателя по концентрации продуктов износа в картерном масле каждого металла в отдельности применяют спектральный анализ, обладающий весьма высокой чувствительностью.

Спектральный анализ заключается в следующем. Пробу картерного масла сжигают в высокотемпературном пламени вольтовой дуги и регистрируют спектр при помощи спектрографа или автоматизированной фотоэлектрической установки. Пары продуктов износа дают линейчатый спектр, который подвергают качественному и количественному анализу. Качественный анализ состоит в обнаружении спектральных линий, свидетельствующих о присутствии в картерном масле металлов изнашивающихся деталей, а количественный - в определении интенсивности почернения спектральных линий.

Плотность почернения линий измеряют при помощи микрофотометра. Полученный результат переводят в абсолютные единицы концентрации, используя тарировочные графики. График строят для каждого элемента по результатам анализа эталонов проб масла с известным содержанием элемента. В процессе эксплуатации на каждый автомобиль ведут график изменения уровня концентрации продуктов износа металлов наиболее ответственных деталей двигателя например, цилиндров - Fe, поршней - Al, колец - Cr, подшипников коленчатого вала - Pb, а также следят за концентрацией кремния, вязкостью и другими параметрами масла.

Таким образом наблюдая за темпом изнашивания основных деталей, за появлением в масле кремния и годностью масла, заблаговременно выявляют отказы механизмов и систем, и прогнозируют ресурс работы двигателя. Менее точно, но относительно быстро и просто можно диагностировать двигатель по концентрации ферромагнитных частиц в его картерном масле.

Такую диагностику осуществляют при помощи электрического прибора, измеряющего концентрацию продуктов износа железа по изменению индуктивности масла за счёт присутствия в нём ферромагнитных частиц. 7.2.