Диагностирование двигателя в целом

При заметном снижении мощности, увеличении расхода топлива или масла, падении его давления, возникновении стуков, дымления или неравномерности работы проводят диагностирование двигателя, при котором определяется причина неисправности и выявляется потребность в регулировочных работах или ремонте.

Методы диагностирования двигателей, в равной степени как и других агрегатов транспортного средства, можно подразделить на две группы: субъективные и инструментальные. Последние методы могут быть, в свою очередь, подразделены на методы с использованием встроенных приборов в системе транспортного средства и методы с использованием внешних приборов.

Субъективные методы диагностирования основаны на анализе и систематизации внешних признаков работы двигателя. Так, по цвету отработавших газов, подтеканиям топлива, масла и охлаждающей жидкости, характеру шума и т.п. можно определить причину той или иной неисправности. Положительный фактор субъективных методов низкая трудоёмкость диагностирования без применения средств измерений (датчиков и измерительных приборов). Однако результаты диагностирования во многом зависят от квалификации обслуживающего персонала, т.е. чем опытнее водитель и механик, тем быстрее они смогут отыскать причину и устранить неисправность. К сожалению, до сих пор во многих эксплуатирующих организациях отсутствует надлежащий опыт, что порой приводит к необоснованным заменам агрегатов на двигателях или отправке их в капитальный ремонт и даже к авариям, которых можно было бы избежать.

Инструментальные методы диагностирования являются наиболее объективными методами, т.к. при диагностировании применяются измерительные приборы, позволяющие количественно измерять диагностические параметры, а по их значениям оценивать техническое состояние двигателя.

Встроенными средствами диагностирования являются входящие в конструкцию автомобиля или трактора датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации.

Простейшие встроенные средства диагностирования реализуются в виде традиционных приборов на панели (щитке) перед водителем, позволяющих ему контролировать работу двигателя по температуре охлаждающей жидкости, давлению масла в главной магистрали, частоте вращения коленчатого вала, давлению наддувочного воздуха и т.п.

Другим методом инструментального диагностирования является диагностирование с помощью внешних приборов (датчиков и измерителей), не входящих в конструкцию автомобиля или трактора. Этот метод диагностирования применяется для определения истинных значений диагностических параметров и контроля показаний штатных приборов автомобиля или трактора. В зависимости от устройства и технологического назначения внешние приборы могут быть стационарными или переносными. Стационарные приборы устанавливаются на специализированных участках, постах ТО и ремонта. Переносные приборы используются, как правило, при проведении диагностирования двигателей в составе автомобиля или трактора непосредственно в эксплуатационных условиях. С помощью переносных приборов измеряют давление, температуру, шумность, частоту вращения и другие параметры узлов и агрегатов двигателя.

Внешние приборы обеспечивают получение и обработку информации о техническом состоянии двигателя и уровне его эксплуатационных свойств, необходимой для управления выполнением ТО и ТР.

Следует отметить, что несмотря на широкое развитие методов инструментального диагностирования за последние годы, достоверная оценка состояния основных узлов двигателя, определяющих их надёжность и безотказность, пока невозможна. Практически до сих пор нет средств для полной оценки состояния подшипников коленчатого вала и шатуна, деталей ЦПГ и механизма газораспределения (ГРМ) и т.п.

При диагностировании двигателя производят его осмотр и опробование пуском, измерение мощности и проверку технического состояния кривошипно-шатунного механизма, а также механизма газораспределения. Осмотр и опробование двигателя пуском обеспечивают визуальное обнаружение подтеканий масла, топлива или охлаждающей жидкости, оценку легкости пуска и равномерности работы, дымления на выпуске. Прослушивая работу двигателя, следует установить, нет ли резких шумов и стуков. При такой проверке можно выявить очевидные дефекты двигателя до проведения углубленного диагностирования.

Практика показывает, что в большинстве случаев течи можно устранить подтягиванием соединений или заменой поврежденных прокладок. Повышенное дымление на выпуске дизеля или увеличенное содержание СО в отработавших газах бензинового или газового двигателя чаще всего возникает из-за неисправности топливной аппаратуры. Стуки и резкие шумы могут быть вследствие износа поршневых пальцев, отверстий в бобышках поршней и во втулках верхних головок шатунов, износа вкладышей шатунных и коренных подшипников. Они появляются и при задирах поверхностей цилиндров и поршней, а также при увеличении тепловых зазоров в приводе клапанов или поломке клапанных пружин.

Назначением ТО-1 и ТО-2 является выявление и предупреждение отказов и неисправностей механизмов и систем двигателя путем своевременного выполнения контрольно-диагностических, смазочных, крепежных, регулировочных и других работ.

Значительный объем работ при ТО-1 приходится на контроль и восстановление затяжки резьбовых соединений, крепящих оборудование, трубопроводы и приемные трубы глушителя, а также сам двигатель на опорах.

При ТО-2 проверяют и при необходимости подтягивают крепле­ние головок цилиндров, регулируют тепловые зазоры в механизме газораспределения. Проверяют и регулируют натяжение ремней привода генератора и т.п.

Смазочные работы при ТО выполняются в соответствии с таблицей (картой) смазки.

Углубленное диагностирование выполняют на стенде с беговыми барабанами, который монтируется на осмотровой канаве. Этот пост включает в себя пульт управления, вентилятор, а также нагрузочное устройство и приборы, необходимые для диагностирования. На посту можно определить мощность двигателя и расход топлива, количество газов, прорывающихся в картер (газовым счетчиком).

Для прослушивания стуков двигателей используют стетоскопы. Необходимо иметь в виду, что распознавание по характеру стуков неисправностей двигателя требует больших навыков.

Компрессию двигателя (максимальное давление в цилиндре) определяют компрессометром при проворачивании коленчатого вала стартером, вставив резиновый конусный наконечник компрессометра в отверстие для форсунки или свечи зажигания. Компрессограф снабжен самописцем для записи давления по цилиндрам. Чтобы получить достоверные результаты, компрессию определяют на прогретом двигателе, демонтировав с него все свечи зажигания или форсунки. Заданную частоту вращения вала следует обеспечивать исправной заряженной аккумуляторной батареей, перед измерением компрессии в каждом цилиндре стрелку манометра необходимо устанавливать в нулевое положение.

Минимально допустимая компрессия для дизелей около 2 МПа, а для бензиновых и газовых двигателей она зависит от степени сжатия и составляет 0,60-1,00 МПа. Разность показаний манометра в отдельных цилиндрах не должна превышать 0,2 МПа для дизелей и 0,1 МПа – для бензиновых и газовых двигателей. Резкое снижение компрессии (на 30-40%) указывает на поломку колец или залегание их в поршневых канавках.

Диагностика тех состояния систем двигателя

По времени проведения диагностирование бывает периодическое и непрерывное.

Периодическое диагностирование осуществляют через определенный пробег автомобиля.

Непрерывное диагностирование проводится водителем постоянно в процессе эксплуатации автомобиля.

В зависимости от решаемых задач диагностирование делят на два вида: Д-1 и Д-2.

При диагностировании Д-1, выполняемом, как правило, перед ТО-1 и в процессе его проведения, определяют техническое состояние агрегатов и узлов, обеспечивающих безопасность движения и пригодность автомобиля к эксплуатации.

При диагностировании Д-2, выполняемом, как правило, перед ТО-2, оценивается техническое состояние агрегатов, узлов, систем автомобиля, уточняются объем работ ТО-2 и потребность в ремонте.

Средствами диагностирования служат специальные приборы и стенды, предназначенные для измерения параметров.

Внешние средства диагностирования не входят в конструкцию автомобиля. К ним относятся стационарные стенды, переносные приборы и передвижные станции, укомплектованные необходимыми измерительными устройствами.

Встроенные средства диагностирования являются составной частью автомобиля. Это — датчики и приборы на панели приборов. Их используют для непрерывного или достаточно частого измерения параметров технического состояния, автомобиля. Более сложные средства встроенного диагностирования позволяют водителю постоянно контролировать состояние тормозных систем, расход топлива, токсичность отработавших газов, а также выбирать наиболее экономичные и безопасные режимы работы автомобиля или своевременно прекращать движение при аварийной ситуации.

Основные неисправности механизмов двигателя

Основными неисправностями двигателя являются: падение мощности; увеличение расхода топлива и смазочного материала; дымности выпуска; снижение давления конца такта сжатия; хлопки в карбюраторе или глушителе; стуки в двигателе.

Падение мощности двигателя и увеличение расхода топлива вызваны неисправностями систем питания и зажигания, накоплением нагара в камере сгорания, отложениями во впускной системе, наличием накипи и загрязнений в охлаждающей системе, неправильной регулировкой механизма газораспределения, пропуске воздуха через уплотнения впускной системы.

Повышенный расход смазочного материала и дымность выпуска двигателя при исправно работающей системе вентиляции картера наблюдаются при износе и поломке поршневых колец, потере ими упругости, износе канавок под поршневые кольца, износе и повреждении гильз цилиндров, подсосе смазочного материала через зазоры между стержнями клапанов и направляющими втулками, нарушении уплотнений коленчатого вала. На дымность выпуска двигателя большое влияние оказывают неисправности топливной аппаратуры.

Снижение давления в цилиндрах двигателя в конце такта сжатия происходит при износе поршневых колец и гильз цилиндров, неплотном прилегании клапанов к седлам, износе направляющих втулок клапанов, ослаблении затяжки гаек крепления головок цилиндров, повреждении прокладки головки цилиндров, нарушении зазоров в газораспределительном механизме. Резкое снижение давления (на 30. 40 %) свидетельствует о поломке колец или залегании их в поршневых канавках.

Хлопки в карбюраторе являются признаком неплотного закрытия впускных клапанов двигателя. Кроме того, вследствие неправильной регулировки карбюратора или засорения его жиклеров образуется обедненная горючая смесь, горение которой сопровождается также хлопками в карбюраторе. В случае сгорания в цилиндрах двигателя переобогащенной горючей смеси, а также неплотного закрытия впускного клапана при такте сжатия часть горючей смеси попадает в выпускную систему и сгорает там. В результате появляются хлопки в глушителе. Хлопки в карбюраторе и в глушителе могут быть обусловлены неправильно установленным зажиганием (раннее или позднее).

Стуки в двигателе появляются при поломке клапанных пружин и заедании клапанов, задирах на поверхностях гильз и поршней, увеличенных зазорах между стержнями клапанов и носками коромысел, износе поршневых пальцев, отверстий для них в бобышках поршней и во втулках верхних головок шатунов, износе шатунных и коренных подшипников. Стуки и даже полная остановка двигателя при выключении сцепления свидетельствуют об износе упорных шайб коленчатого вала. Стуки, вызванные перечисленными причинами, отличаются от детонационных стуков, обусловленных неправильной установкой угла опережения зажигания.

Утечка сжатого воздуха из цилиндра, когда его клапаны закрыты, характерна при износе колец, потере ими упругости, их закоксовывании или поломке, износе цилиндра или стенок поршневых канавок, потере герметичности клапанов и прокладки головки цилиндров. Утечки через прокладку головки цилиндров определяют по пузырькам воздуха, появляющимся в горловине радиатора или в полости разъема головки и блока.

Контроль технического состояния двигателя

Диагностирование технического состояния двигателя выполняют для вы-явления потребности в регулировке или ремонте после определенного пробега автомобиля или в следующих случаях: при снижении мощности; увеличении расхода топлива или смазочного материала; появлении стуков и дымления; падении давления смазочного материала; неравномерности работы цилиндров.

Техническое состояние двигателя в сборе контролируют осмотром и с помощью средств диагностирования. При осмотре двигателя можно обнаружить подстрекания смазочного материала, топлива, охлаждающей жидкости, а также явные дефекты и определить необходимость ТО или ремонта двигателя перед диагностированием. Кроме того, снимают показания контрольных приборов, имеющихся на щитке приборов перед водителем.

При оценке технического состояния двигателя с помощью средств диагностирования измеряют его мощность, которая зависит от большого числа факторов: износа деталей цилиндро-поршневой группы и клапанов; угла опережения зажигания или впрыскивания; мощности искры; расхода топлива через жиклеры или форсунки и т. п. В случае, когда мощность отличается от нормативной, проводят поэлементное диагностирование систем и механизмов двигателя.

Техническое состояние кривошипно-шатунного механизма оценивают по виброударным импульсам в характерных точках двигателя (виброакустический метод); давлению в цилиндрах двигателя в конце такта сжатия (компрессия); объему газов, прорывающихся в картер; негерметичности цилиндров и клапанов; суммарному зазору в верхней головке шатуна и шатунном подшипнике.

Виброакустический метод оценки технического состояния двигателя основан на регистрации амплитуд колебательных процессов, возникающих при работе механизмов двигателя. Наиболее простым и доступным устройством является стетоскоп (рис. 1). Колебания от двигателя по стержню 1 передаются к мембране 2 и через слуховые трубки 3 и слуховые наконечники 4 фиксируются на слух.

Рис. 1. Стетоскоп

Перед диагностированием двигатель прогревают до температуры охлаждающей жидкости 85. 95°С и прослушивают, прикасаясь острием наконечника щупа к проверяемым участкам (рис.2).

Рис.2.Зоны прослушивания шумов в двигателе: 1 — распределительные шестерни; 2 – клапаны; 3 – поршневые пальцы; 4 — толкателей, штанг клапанов; 5 – подшипники распредвала; 6 – коренные подшипники коленчатого вала

Работу сопряжения поршень—цилиндр прослушивают по всей высоте цилиндра при малой частоте вращения коленчатого вала с переходом на среднюю. При стуке сильного глухого тона, усиливающегося с увеличением нагрузки, возможны увеличенный зазор между поршнем и цилиндром, изгиб шатуна, перекос оси шатунной шейки или поршневого пальца.

Состояние сопряжения поршневое кольцо — канавка поршня проверяют на уровне нижней мертвой точки (НМТ) хода поршня у всех цилиндров на средней частоте вращения коленчатого вала. Слабый стук высокого тона, похожий на звук при соударении колец, свидетельствует об увеличенном зазоре между кольцами и поршневой канавкой либо об изломе кольца.

Сопряжение поршневой палец — втулка верхней головки шатуна проверяют на уровне верхней мертвой точки (ВМТ) при малой частоте вращения коленчатого вала с резким переходом на среднюю. Сильный звук высокого тона, похожий на частые удары молотком по наковальне, свидетельствует об ослаблении сопряжения, плохом смазывании, чрезмерно большом опережении начала подачи топлива или раннем зажигании.

Работу сопряжения коленчатый вал — шатунный подшипник прослушивают в зоне от ВМТ до НМТ сначала при малой, а затем при средней частоте вращения коленчатого вала. Глухой звук среднего тона свидетельствует об износе или проворачивании вкладыша; звонкий, сильный, металлический звук — об износе или подплавлении шатунного подшипника.

Компрессию в цилиндрах, по которой оценивают техническое состояние двигателя, измеряют компрессометром (рис. 3).

В корпус 3 компрессометра (рис.4) вмонтирован манометр 4. Манометр соединен трубкой 2 с золотником с резиновым наконечником 1. Наконечник 1 плотно вставляют в отверстие для свечи зажигания или форсунки. Компрессометр для дизельного двигателя, кроме того, снабжают спускным краном для сброса давления после измерения.

При определении компрессии карбюраторного двигателя число оборотов в минуту коленчатого вала должно быть 180—200. Перед проверкой двигатель прогревают до 70—80° С, вывёртывают свечу зажигания первого цилиндра и полностью открывают воздушную и дроссельную заслонки карбюратора. Затем плотно прижимают наконечник к кромке отверстия и проворачивают коленчатый вал двигателя стартером на 10—12 оборотов, чтобы компрессометр зафиксировал максимальное давление в цилиндре, и записывают показания.

Таким же образом замеряют компрессию в остальных цилиндрах двигателя. Для карбюраторных двигателей номинальное значение давления составляет 0,75 – 0,8 Мпа (7,5 – 8 кгс·см 2 ), а предельное 0,65 Мпа (6,5 кгс•см 2 ). Предельные значения давления компрессии 2,6 – 2,7 Мпа (26 – 27 кгс•см 2 ) у дизелей ЯМЗ и 1,8 – 2 Мпа (18 – 20 кгс•см 2 ) у дизелей КамАЗ. Разница в величине компрессии по отдельным цилиндрам не должна быть более 0,1 Мпа (1 кгс•см 2 ) для карбюраторного двигателя и не более 0,2 Мпа (2 кгс•см 2 ) для дизельного.

Рис. 4. Замер компрессии компрессометром

Проверка компрессии не позволяет без разборки двигателя выявить конкретную неисправность (поломку или пригорание поршневых колец, повреждение прокладки головки блока цилиндров и т. д.). С несравненно большей достоверностью можно судить об износе деталей цилиндро — поршневой группы, о состоянии клапанов и прокладки головки блока цилиндров по величине утечки сжатого воздуха из цилиндров двигателя, по показаниям прибора К-69М, выпускаемого Новгородским заводом объединения Росавтоспецоборудование (бывший трест ГАРО).

Объем газов, прорывающихся в картер, позволяет оценить состояние сопряжений поршень — поршневые кольца — цилиндр двигателя. Контроль выполняют на прогретом двигателе с использованием газового расходомера (рис. 5), состоящего из камеры 3 с вмонтированными в нее входным 5 и выходным 6 дросселями. Входной патрубок 2 присоединяют к маслозаливной горловине двигателя, а выходной 7 — к вакуумной установке или эжектору для отсоса газов из внутренней полости выпускной трубы. Объем газов измеряют при работающем двигателе после предварительной герметизации его картера.

Рис. 5. Принципиальная схема газового расходомера

Принцип работы расходомера основан на заранее установленной зависимости изменения расхода газов, проходящих через прибор, от площади проходного сечения при заданном перепаде давления. Прорыв газов в картер оценивают по углу поворота входного дросселя 5 по шкале прибора 4. Разрежение за дросселем изменяется на заданную техническими условиями величину ∆h при установившемся давлении в картере, равном атмосферному. Открывая входной 5 и выходной 6 дроссели в картере двигателя, устанавливают атмосферное давление. Это соответствует одинаковому уровню жидкости в трубках манометра 1, так как левая трубка сообщается с атмосферой, а средняя — с картером. Затем за входным дросселем 5 создают разрежение, соответствующее повышенному на ∆h = 15 мм уровню жидкости в трубке 8. Чем больше прорывается газов в картер, тем меньше разрежение в приборе за входным краном и тем на больший угол нужно повернуть дроссель 5, чтобы повысить разрежение и установить уровень ∆h в трубке 8. По шкале 4 прибора определяют расход прорывающихся газов и сравнивают его с нормативным (табл. 1).

Если при измерении расхода газов, прорывающихся в картер, поочередно отключать цилиндры путем вывертывания свечей зажигания, то по изменению расхода прорывающихся газов можно оценить герметичность сопряжений поршень — поршневое» кольцо — гильза отдельных цилиндров.

Предельные значения относительной негерметичности цилиндров

и соответствующие им нормативные значения расхода газов,

прорывающихся в картер двигателя Таблица 1.