Методы диагностирования двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы диагностирования двигателей внутреннего сгорания

Соляков Н.В., Эдигаров В.Р. Омский автобронетанковый инженерный институт

Аннотация

Проведен анализ методов диагностирования двигателей внутреннего сгорания. Определены наиболее перспективные методы, к которым относятся безразборные методы контроля технического состояния двигателей, для которых характерны простота, надежность, удовлетворительная точность и минимум затрат времени и средств.

Ключевые слова: диагностика, двигатель внутреннего сгорания, цилиндропоршневая группа.

Abstract

The analysis of methods for diagnosing internal combustion engines has been carried out. The most promising methods are defined, which include unclassified methods for monitoring the technical state of engines, which are characterized by simplicity, reliability, satisfactory accuracy and minimum time and cost.

Keywords: diagnostics, internal combustion engine, cylinder-piston group.

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.

двигатель угар виброакустический

Список литературы

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.

Размещено на Allbest.ru