Тема 1.13 Диагностирование неисправностей ДВС

Тема 1.13 Диагностирование неисправностей ДВС

Занятие № ___

Литература:

Основная: ОИ1 Тараторкин В.М. , Голубев И.Г. Система технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин и механизмов. М.: Издательский центр «Академия», 2017

Дополнительная: ДИ1 Виноградов В.М. Технологические процессы ремонта автомобилей Издат. центр «Академия», 2011.

Самостоятельная работа (вопросы для изучения): 1. Методы диагностики ДВС

План занятия:

1. Алгоритм диагностирования неисправностей ДВС

2. Диагностирование неисправностей ДВС

1. Алгоритм диагностирования неисправностей ДВС

Диагностирование и техническое обслуживание двигателя внутреннего сгорания (ТО ДВС)

Основные неисправности двигателей, влияющие на работоспособность. Работоспособность двигателя определяется параметрами показателей назначения, в качестве которых выступают мощность и расход топлива. При эксплуатации допускается снижение эффективной мощности не более чем на 5% и повышение часового расхода топлива не более чем на 7% по сравнению с номинальными значениями. При несоблюдении этих требований считается, что двигатель находится в неработоспособном состоянии, так как производительность мобильной машины будет занижена, а экономичность ухудшена.

Система подачи топлива. На ее долю приходится 20...35% всех отказов двигателей. Ухудшение качества распыливания топлива форсунками, увеличение цикловой подачи и отклонение момента впрыскивания от нормального изменяют качество смесеобразования и процесс сгорания в цилиндре двигателя. Как следствие этого, изменяется мощность и расход топлива. Признаки неполного сгорания топлива — дымный выпуск и перебои в работе двигателя. Признаки позднего впрыскивания — «мягкая» работа дизеля (подобно карбюраторному двигателю), дымный выпуск («белый дым»), перегрев двигателя, особенно деталей выпускного тракта. При раннем впрыскивании отмечается «жесткая» работа дизеля, дымный выпуск («черный дым»), возможны стуки в деталях кривошипно-шатунного механизма. Неравномерное вращение коленчатого вала и работа с перебоями возникают из-за неравномерной подачи топлива по цилиндрам. Перебои в работе усиливаются при отказе форсунки.

Момент зажигания в карбюраторных двигателях оказывает примерно такое же влияние на процесс сгорания, как и момент впрыскивания топлива в дизеле. При отклонении от нормы момента зажигания и количества поступающего топлива отмечаются такие же признаки: «мягкая» или «жесткая» работа, стуки, дымление, перебои в работе, перегрев двигателя.

Топливная аппаратура дизеля и система питания совместно с системой зажигания карбюраторного двигателя в наибольшей мере влияют на мощность и экономичность двигателя, а значит, и на его работоспособность. Поэтому при отклонении мощности и расхода топлива от нормальных значений и появлении названных выше признаков необходимо в первую очередь проверить состояние системы питания, а для карбюраторных двигателей — еще и системы зажигания.

Система подачи воздуха. Наполнение цилиндров воздухом зависит от состояния турбокомпрессора (для двигателей с турбокомпрессором), которое характеризуется давлением наддува, и проводимостью впускного тракта. Проводимость снижается при появлении нагара на стенках впускных каналов головки цилиндров и на поверхности тарелки выпускных клапапов. При ухудшении проводимости уменьшается степень разрежения воздуха во впускном тракте (после воздухоочистителя), что и служит косвенным параметром его состояния. При этом уменьшается наполнение цилиндров воздухом.

Нарушение герметичности впускного тракта сопровождается подсосом запыленного воздуха (минуя воздухоочиститель), что ускоряет износ деталей цилиндропоршневой группы двигателей.

Засорение воздухоочистителя ухудшает его проводимость и уменьшает наполнение цилиндров воздухом, что, в свою очередь, снижает мощность двигателя (возможно дымление из-за неполного сгорания топлива).

Проверку системы очистки воздуха необходимо проводить во вторую очередь.

Механизм газораспределения. Параметры состояния механизма газораспределения: герметичность соединения клапан — седло; износ деталей механизма; тепловой зазор; упругость клапанных пружин. Износ деталей и увеличение теплового зазора в клапанах приводят к изменению фаз газораспределения и уменьшению открытия клапанов, что вызывает изменение степени наполнения и очистки цилиндров за время тактов впуска и выпуска. Признаки этих неисправностей —- стуки в зоне клапанов и шум шестерен газораспределения. Потеря герметичности соединений клапан — седло сопровождается перебоями в работе двигателя й резкими хлопками на выпуске (при прогорании фаски клапана или седла).

Скорость изменения параметров состояния газораспределительного механизма меньше, чем агрегатов топливной аппаратуры. Поэтому снижение мощности и экономичности двигателя из-за нарушения фаз газораспределения обычно менее вероятно, чем из-за неисправностей топливной аппаратуры и системы очистки воздуха. Поэтому механизм газораспределения необходимо проверять в третью очередь. Исключение составляет лишь такой дефект, как подгорание, клапанов. Однако он сопровождается явными признаками—¦ свист или шипение воздуха в коллекторах при прокручивании коленчатого вала.

Цилиндропоршневая группа. Износ деталей цилиндропоршневой группы, снижение упругости поршневых колец и их закоксовывание увеличивают утечки газов в соединении цилиндр - поршень. В результате изменяются косвенные параметры состояния: уменьшаются давление в цилиндре в конце такта сжатия (компрессия) и степень разрежения на такте впуска, что ухудшает протекание рабочего процесса. Это сказывается особенно на малых скоростных режимах, в частности при пуске двигателя (трудный пуск — косвенный признак износа цилиндропоршневой группы). В то же время на больших скоростных режимах степень сжатия и разрежения вследствие дросселирования изменяется незначительно, поэтому мощность двигателя даже при предельных износах деталей цилиндропоршневой группы уменьшается лишь в пределах 10% от номинального значения.

Однако при износе деталей этой группы, а также при закоксо-вывании поршневых колец значительно увеличиваются прорыв газов в картер и угар картерного масла. По этим косвенным параметрам оценивается техническое состояние цилиндропоршневой группы, и они служат критериями ее предельного состояния. Кроме того, газы, прорывающиеся в картер, ускоряют старение экономичности цилиндропоршневую группу проверяют в последнюю очередь.

Неисправности двигателей, влияющие на долговечность. Долговечность двигателя определяется в основном постепенными отказами, причина которых — изнашивание ресурсных соединений, накопление усталостных повреждений в ресурсных деталях, изменение физико-механических свойств некоторых конструкционных элементов (резиновых уплотнительных устройств, деталей из неметаллических материалов, деталей из металлов, работающих в зоне высоких температур и т. д.). Для увеличения долговечности необходимо снижать скорость протекания этих процессов.

Снижение скорости изнашивания достигается смазыванием трущихся поверхностей деталей в подвижных соединениях и охлаждением деталей, находящихся в зоне высоких температур.

Смазочная система. Режим смазывания деталей зависит от функционирования смазочной системы двигателя. Основной параметр, характеризующий ее работу, — давление в главной масляной магистрали. Оно снижается по мере износа соединений двигателя, особенно подшипников коленчатого и распределительного валов (при одном и том же температурном и скоростном режимах). Поэтому давление масла в главной магистрали двигателя — косвенный (диагностический) параметр, оценивающий состояние ресурсных соединений двигателя.

Однако давление масла зависит и от неисправностей приборов и агрегатов непосредственно смазочной системы, таких, как масляный насос, манометр, сливной клапан (рис. 8).

Масло, подаваемое к соединениям, предварительно очищается от абразивных частиц и продуктов износа деталей, значительно влияющих на изнашивание соединений. Поэтому засоренность фильтров — неисправность смазочной системы, и ее необходимо периодически контролировать.

Система охлаждения. Она предназначена для поддержания оптимального температурного режима работы двигателя, влияющего на изнашивание деталей, на процесс нагарообразования и смолообразования.

Косвенный (диагностический) параметр состояния системы охлаждения — температура охлаждающей жидкости. Повышенное значение температуры (перегрев двигателя) объясняется неисправностями агрегатов и приборов системы охлаждения (рис.. 9). Однако причиной перегрева может быть также позднее впрыскивание топлива или позднее зажигание.

Неисправности двигателей, влияющие на безотказность. Безотказность двигателя определяется постепенными и внезапными отказами нересурсных агрегатов. К ним относятся агрегаты системы пуска (стартер, пусковой двигатель с редуктором), системы питания (топливный насос, форсунки, топливопроводы), системы зажигания и электрооборудования (генератор, прерыватель-рас-пределитель, катушка зажигания, искровые свечи зажигания), водяной насос, приводы вентилятора и гидронасосов, сцепление.

2. Диагностирование неисправностей ДВС

Методы контроля работоспособности двигателя. Контроль работоспособности заключается в проверке обобщенных диагностических параметров — мощности и расхода топлива. Если их значения выходят за допускаемые пределы, это указывает на неисправности в системах и механизмах двигателя, влияющие на работоспособность.

Контроль работоспособности—важная диагностическая операция. Установлено, что среднее значение эффективной мощности сельскохозяйственных двигателей всех марок в условиях эксплуатации ниже номинальной на 10...20%, а в отдельных случаях — на 30%. В то же время расход топлива завышен на 5... 15%. Это особенно характерно для энергонасыщенных тракторов. В результате уменьшается производительность машин и ухудшаются экономические показатели их использования.

Для контроля работоспособности дизелей используют методы: динамический, бестормозной и тормозной.

Динамический метод — наиболее прогрессивный. Он позволяет оценить мощность двигателя по переходным характеристикам разгона и выбега и выполнить диагностические операции по отысканию дефектов.

При свободном разгоне в двигателе, работающем на холостом ходу, резко увеличивают подачу топлива до максимума. За время нарастания частоты вращения коленчатого вала измеряют в определенный момент ускорение разгона ер и умножают его 'значение на соответствующее значение приведенного момента инерции 1, т. е. M_к = I • ε_р.

Чем больше крутящий момент двигателя, тем больше будет угловое ускорение за время разгона. На этом основано определе» ние его энергетических показателей.

Эффективную мощность при известных крутящем моменте и частоте вращения рассчитывают по формуле N_e = М_кn/9550, где N_e — мощность, кВт; М_к — крутящий момент, Н • м; n — частота вращения, мин^-1.

В режиме свободного выбега у двигателя, работающего на максимальной частоте вращения холостого хода, резко выключают полностью подачу топлива и в процессе затухания частоты вращения измеряют отрицательное ускорение коленчатого вала ε_e.

Момент сопротивления двигателя в этом случае будет М_c = Iε_в.

При динамическом методе мощность измеряют с помощью приборов ИМД-2М или ИМД-Ц как в полевых, так и стационарных условиях.

Бестормозной метод проверки (отключением цилиндров) основан на использовании мощности механических потерь в выключенных цилиндрах в качестве нагрузки на работающие цилиндры.

Дизель предварительно прогревают до нормальной температуры охлаждающей жидкости и масла в картере. Затем устанавливают максимальную частоту вращения холостого хода, выключают три цилиндра (для четырехцилиндрового двигателя) и измеряют с помощью тахометра частоту вращения вала отбора мощности при работе на одном цилиндре. Зная передаточное число от дизеля к валу отбора мощности, определяют частоту вращения коленчатого вала при работе на каждом цилиндре, а затем подсчитывают среднюю частоту вращения по формуле: n_ср = (n₁ + n₂ + n₃ + n₄)/4, где n₁, n₂, n₃, n₄ — частота вращения при работе на отдельных цилиндрах.

Эффективная мощность дизеля: N_e = N_eн — А(n_ном — n_ср), где N_eн — номинальная мощность дизеля; А — коэффициент пропорциональности, постоянный для данного двигателя; n_ном — номинальная частота вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре.

Цилиндры выключают, ослабляя гайки штуцеров трубок топливного насоса или специальными отключателями.

Для дизеля типа СМД-14 коэффициент А =0 ,031, номинальная частота вращения при одном работающем цилиндре n_ном = = 1450 мин^-1, для дизеля Д-50 соответственно А = 0,016, n_ср = 1370 мин^-1.

Двигатели с шестью цилиндрами проверяют при двух работаю-щих цилиндрах с дополнительной догрузкой, чтобы вывести их на номинальный скоростной режим. Для догрузки можно использовать шестеренный гидронасос путем дросселирования масла в гидросистеме подъемного механизма трактора либо его можно догрузить за счет дросселирования выпускных газов, установив специальную заслонку на выпускной трубе. Противодавление на выпуске должно быть в пределах 0,06...0,08 МПа.

Тормозной метод измерения мощности двигателей основан на применении специальных нагрузочных устройств — тормозных стендов.

Тормозные стенды бывают механические, гидравлические, воздушные и электрические. Наибольшее применение в сельском хозяйстве находят электрические тормозные стенды с машинами переменного тока, которые могут работать как в режиме генератора (для торможения), так и в режиме двигателя (для обкатки и прокручивания двигателя внутреннего сгорания). Применяют их в стационарных условиях.

Для контроля дизеля непосредственно на тракторе используют стенд КИ-4935. Стенд монтируют стационарно на фундаменте и через вал отбора мощности подключают к нему дизель трактора. В этих условиях можно измерить мощность, расход топлива дизелем, а также провести более углубленное диагностирование.

Работоспособность дизелей колесных тракторов контролируют на стационарном стенде КИ-8948 барабанного типа. На нем измеряют тяговые усилия и мощность на колесах, расход топлива, проверяют тормоза и усилие, развиваемое на тягах гидравлической навесной системы.

Если мощность и расход топлива не соответствуют техническим требованиям, то проводят более углубленную проверку дизеля с тем, чтобы определить причины неисправностей. При этом необходимо вначале выполнять малотрудоемкие проверки наиболее вероятных неисправностей в тех системах и механизмах, которые в наибольшей мере влияют на обобщенные показатели, т. е. на мощность и расход топлива.

Диагностирование и обслуживание газораспределительного механизма. Операции контроля и обслуживания механизма газораспределения выполняют при ТО-2 и ТО-3.

В результате износа деталей механизма газораспределения увеличиваются зазоры между стержнями клапанов и бойками коромысел. Признак увеличенных зазоров — стук в клапанном механизме.

При техническом обслуживании нужно предварительно подтянуть гайки крепления головки цилиндров, пользуясь динамометрическим ключом. Зазоры в клапанном механизме проверяют щупом № 3 ГОСТ 882—75. Значения зазоров и моментов затяжки приведены в таблице 8. Более точные результаты измерений дает устройство КИ-9918, содержащее индикатор часового типа ИЧ-10 (рис. 12).

При ТО-3 необходимо снять головку цилиндров, очистить поверхность камер сгорания и тарелки клапанов от нагара, притереть клапаны, заменить прокладку головки. Перед установкой ее следует смазать герметиком «Эластосил» 137-83 или графитовой пастой (40% графитового порошка и 60% дизельного масла).

Диагностирование кривошипно-шатунного механизма. Обычно этот механизм диагностируют при поступлении заявки от тракториста-машиниста, также при ТО-3 и перед ремонтом. Признаю износа соединений кривошипно-шатунного механизма — сниженш давления масла и стуки.

Стуки в соединениях кривошипно-шатунного механизма прослушивают автостетоскопом в зоне коренных и шатунных подшипников. При этом резко изменяют частоту вращения коленчатого вала с минимальной до средней.

Стук поршневого пальца прослушивается в зоне движения поршня.

Более точно оценить зазоры в соединениях кривошипно-шатунного механизма можно измерением суммарного зазора, т. е. сумме зазоров в шатунном подшипнике и в соединениях поршневой палец — втулка верхней головки шатуна и поршневой палец — бобышки поршня.

Во время технического обслуживания и перед ремонтом суммарный зазор измеряют с помощью устройства К.И-13933М (рис. 14). Устройство представляет собой корпус 6 с закрепленным на нем индикатором часового типа ИЧ-10. Внизу корпус заканчивается фланцем, с помощью которого его устанавливают на шпильки крепления форсунок. В комплект устройства входят^сменные наконечники и струны, предназначенные для двигателей разных марок. Чтобы измерить суммарный зазор в кривошипно-шатунном механизме двигателя, наконечник устройства вставляют в отверстие снятой форсунки и закрепляют на шпильках. Наконечник и струну выбирают соответственно марке проверяемого дизеля. Струну можно перемещать, вращая специальную гайку.

Вначале прокручивают коленчатый вал с помощью пускового устройства и одновременно опускают струну, вращая гайку до начала вибрации стрелки индикатора. Этот момент соответствует касанию струной днища поршня. Затем, установив нулевое деление шкалы индикатора против его стрелки, отводят струну вверх на 0,8...0,9 мм, пускают дизель, доводят частоту вращения холостого хода до максимальной и снова плавно опускают струну до начала вибрации стрелки. Показания отсчитывают по шкале индикатора. Они соответствуют суммарному зазору в кривошипно-шатунном механизме. Допускаемое значение зазоров приведено в таблице 10.

Способ измерения суммарного зазора устройством КИ-13933 заключается в том, что при большой частоте вращения «выбираются» зазоры в соединениях за счет сил инерции перемещающихся деталей.

В целях сокращения трудоемкости диагностирования достаточно определить суммарный зазор в шатунных подшипниках первого цилиндра для двигателей СМД-14, Д-240, Д-65 и Д-21, второго и четвертого Цидиндров для Д-37Е.

Диагностирование цилиндропоршневой группы. Эти операции выполняют при поступлении заявки от тракториста-машиниста либо при ТО-3 и перед ремонтом. Основные косвенные признаки неисправного состояния цилиндропоршневой группы — повышенный прорыв газов в картер и расход масла на угар.

Техническое состояние деталей цилиндропоршневой группы влияет на герметичность камеры сгорания. Наиболее достоверно герметичность камеры сгорания оценивают по разрежению в надпоршневом пространстве, которое измеряют вакуум-анализатором КИ-5315.

Прибор состоит из вакуумметра 1, корпуса 2 с впускным и выпускным клапанами и наконечника 3 (рис. 15).

При проверке цилиндра прибор плотно прижимают наконечником к отверстию для форсунки и прокручивают коленчатый вал пусковым устройством. Допускаемое разрежение в цилиндре должно быть не менее 0,078 МПа.

Если разрежение ниже допускаемого, необходимо проверить количество газов, прорывающихся в картер при номинальной частоте вращения коленчатого вала. Для этого используется индикатор расхода газов К.И-4887-II или КИ-13671 ГосНИТИ. Допускаемые значения расхода картерных газов приведены в таблице 11.

Если расход картерных газов превышает допускаемое значение, то требуется заменить кольца или цилиндропоршневую группу (ЦП Г).

В случае, когда расход газов не выше допускаемого, но при проверке вакуум-анализатором разрежение оказалось ниже допускаемого значения, т. е. меньше 0,078 МПа, необходимо восстановить герметичность клапанов газораспределения.

В зависимости от числа неисправных цилиндров, установленных при проверке вакуум-анализатором, принимают следующие решения (табл. 12).

Для замены поршневых колец в неисправных цилиндрах снимают головку блока и поддон картера. При этом наряду с обслуживанием цилиндропоршневой группы необходимо проделать некоторые операции по обслуживанию других элементов: промыть сетку маслосборника, подтянуть его крепление, очистить нагар на головке цилиндров, притереть клапаны, заменить прокладку. Эти операции обычно выполняют в плановом порядке или по результатам заявочного диагностирования

4