Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1

АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

ANALYSIS AND EVALUATION OF DIAGNOSIS APPLICABILITY OF THE METHOD OF THE CYLINDER GROUP

Аталиков А.Н. Федеральное государственное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»

доцент Третьяк Л.Н.

Введение

Своевременное диагностирование и прогнозирование технического состояния в процессе эксплуатации автомобильных двигателей общепринято рассматривать как главное условие обеспечения их эффективности и эксплуатационной надёжности. Среди узлов и деталей двигателей автомобилей цилиндропоршневая группа (ЦПГ) наиболее подвержена эксплуатационному износу.

Цель работы - анализ и оценка применимости методов диагностирования ЦПГ двигателей автомобилей.

двигатель автомобиль цилиндропоршневая группа

Общая характеристика проблемы

Структурно-следственная схема ЦПГ ДВС как объекта диагностирования приведена на рисунке 1 [1]. Как видно из схемы, ЦПГ ДВС представляет собой сложный объект диагностирования, причем ни один из диагностических параметров не позволяет однозначно установить неисправность конкретного элемента. В таких неопределенных и сложных условиях очень важно правильно выбрать метод диагностирования.

Рисунок 1 - Структурно-следственная схема ЦПГ ДВС как объекта диагностирования [1]

Стандартизованы [2] прямые и косвенные диагностические параметры ЦПГ (таблица 1). Прямой - структурный параметр (например, износ, зазор в сопряжении и др.), который непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр (например, давление масла, время, содержание СО в отработавших газах и др.) косвенно характеризует техническое состояние ЦПГ [2].

Таблица 1 - Диагностические параметры ЦПГ [2]

Распространение косвенных методов при оценке технического состояния ЦПГ объясняется возможностью диагностики ДВС без дефектовки.

Краткая характеристика косвенных методов оценки технического состояния ЦПГ ДВС

1 Оценка технического состояния ЦПГ ДВС по характеристикам вибрации - метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, создаваемой работающими деталями ДВС. При вибрационной диагностике как правило исследуются временной сигнал или спектр вибрации того или иного оборудования. С точки зрения вибрационной диагностики наиболее информативными являются колебания, вызываемые силами в ЦПГ, порождающие удары в различных сопряжениях (механические удары в сопряжении поршень-цилиндр).

2 Оценку технического состояния ЦПГ ДВС по количеству газов, прорывающихся в картер, проводят следующим образом: запускают двигатель и прогревают его до рабочей температуры; индикатор с помощью переходника присоединяют к заливной горловине двигателя и устанавливают в вертикальном положении. Прорывающиеся в картер газы проходят через корпус индикатора и поднимают поршень в сигнализаторе (поршень всплывает). Если расход газов превышает допускаемое значение, то двигатель подлежит ремонту. Повышенный расход газов может быть либо по причине чрезмерного износа ЦПГ, либо вследствие закоксовавыния или поломки поршневых колец в разных цилиндрах. Если суммарный расход газов превышает 70 % предельного значения, то следует проверить исправность каждого цилиндра по отдельности.

3 Оценку технического состояния двигателя по давлению сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры (компрессия) проводят на прогретом ДВС (таблица 2). При измерении снимают все форсунки и ДВС прокручивают пусковым двигателем или стартером. В период прокручивания ДВС компрессометр устанавливают поочередно на все цилиндры в форсуночные отверстия и измеряют максимальное давление воздуха на такте сжатия. Измерение компрессии дизеля позволяет оценить работоспособность отдельных цилиндров двигателя путем измерения максимального давления сжатия (компрессии) в режиме стартерного пуска. Измерение компрессии осуществляется для выявления дефектного цилиндра [3].

4 Определение действительного значения удельного расхода моторного масла на угар проводится пробегом в 200-300 км. При этом уровень масла в картере, определяемый масляным щупом, который должен быть в пределах нормы. Перед контрольным пробегом требуется прогрев двигателя, перед сливом температура масла должна быть 80-85 °С. Слив масла должен выполняться на ровной площадке, поршень первого цилиндра устанавливается в верхней мертвой точке, пробка заливной горловины должна быть открыта. Для исключения влияния на результат измерения работоспособности противодренажного клапана маслофильтра, необходимо определить вес маслофильтра с маслом до и после испытания, при этом исключить выливание масла при демонтаже фильтра. Получив значение общего расхода масла, определяют расход масла на угар в процентах к расходу топлива. Превышение этого показателя на 4,5-5,0 % свидетельствует о предельном износе поршневых колец или ЦПГ в целом.

Таблица 2 - Определение неисправностей ЦПГ по признакам, характерным для компрессии (фрагмент) [3]

5 Содержание оксида углерода (СО) и углеводородов (СН) в ОГ определяют при работе ДВС на холостом ходу при минимальных и максимальных частотах вращения коленчатого вала с помощью многокомпонентных газоанализаторов. По измеренным концентрациям СО и СН можно выявить основные неисправности ДВС (таблица 3) [4].

6 Для определения дымности ОГ при полной нагрузке и максимальной частоте вращения коленчатого вала регистрируются показания дымомера на режимах свободного ускорения. Прибор для измерения дымности ОГ оцениваются на просвет. Непрозрачность ОГ определяется наличием части сажи, несгоревшего топлива, моторного масла и водяного пара. Усиленный выброс твердых частиц или несгоревшего топлива указывает на нарушения процесса сгорания, вызванные плохой подготовкой топливо-воздушной смеси, например, из-за неисправных распылителей форсунок, ошибочно установленного начала подачи или высокого расхода масла при износе деталей ЦПГ. Дымомер рекомендуется применять для предварительного определения дефектов.

Таблица 3 - Возможные неисправности ДВС, выявляемые по концентрациям СН и СО [4]

Несмотря на общее преимущество рассмотренных методов, определяемое их экспрессностью, методы обладают общим недостатком: отсутствует возможность дифференцировать и однозначно трактовать вид неисправности деталей ЦПГ.

7 Наиболее перспективным методом является качественный и количественный анализ состава элементов износа в масле на основе атомно-адсорбционной спектрофотометрии. Метод, регламентированный РД 52.04.186-89, основан на измерении селективного поглощения в пламени атомами свинца, кадмия, марганца, никеля, меди, цинка, кобальта, хрома, железа или магния излучения резонансных линий атомов этих элементов от внешнего источника света [5]. Приблизительные концентрации обнаруженных оксидов металлов и их изменение в составе масла для дизельных двигателей тепловозов в ГОСТ 20759-90 приняты индикаторами износа ДВС. Для каждого из оксида элементов приняты пороговые значения (таблица 2 приложения 6 ГОСТ 20759-90), превышение которых свидетельствует об аварийном состоянии двигателя (таблица 4) [6].

Таблица 4 - Неисправности ДВС по обнаруженным концентрациям оксидов в составе масла [6]

Предлагаемый метод оценки технического состояния ЦПГ по концентрациям частиц металлов в ОГ ДВС

На кафедре метрологии, стандартизации и сертификации «Оренбургского государственного университета» (МСиС ОГУ) предложено проводить диагностирование технического состояния (ТС) ДВС по составу и концентрациям твердых частиц (ТЧ) металлов в ОГ.

По мнению авторов [7] обнаружение в составе ОГ избыточных концентраций металлов (Cd, Mn, Pb, Ni, Fe, Co, Cu, Cr, Zn) составных элементов ДВС может свидетельствовать о степени износа элементов ЦПГ ДВС. Известны результаты [8] исследования ТЧ с использованием нейтронной томографии, позволившие выявить в составе минеральной фракции содержание около 37% Са, 19% Zn, 15% S, 8% P и 2% Cu. По мнению авторов статьи [7] по концентрациям алюминия можно судить об износе поршней, по наличию хрома - об износе хромированных поршневых колец и т.д. (таблица 5).

Таблица 5 - Индикаторы износа ЦПГ по примесям металлов в составе проб ОГ (фрагмент) [7]

Таким образом, проблема диагностики технического состояния ЦПГ связана с отсутствием высоко дифференцированного метода диагностирования. Наиболее перспективен для оценки технического состояния ЦПГ метод измерения концентраций частиц металлов в ОГ ДВС. Дальнейшего исследования и развития требует установление закономерностей между инструментально определяемыми концентрациями металлических частиц и характерной для них степенью изнашивания ЦПГ. При этом необходимо исследовать изменение степени изнашивания для разных ДВС, работающих на различных режимах.

Список использованных источников

1. Зорин, В. А. Основы работоспособности технических систем: учебник для студ. высш. учебн. заведений / В. А. Зорин. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 208 с.

2. ГОСТ 23435-79. Техническая диагностика. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Номенклатура диагностических параметров. - Введ. 1980.01.01 - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 11 с.

3. Данилов, Ю. И. Совершенствование диагностирования цилиндропоршневой группы автотракторных дизелей по температуре в камере сгорания : дис. … канд. техн. наук: защищена 04.10.2016 / Данилов Юрий Игоревич. - Саратов, 2016. - 118 с.

4. Применение газоанализатора при диагностике автомобиля [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.askon-avesta.ru. - 05.02.2017.

5. РД 52.04.186-89. Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - Введ. 1991.07.01 - М.: Госкомгидромет СССР. - 1991 - 615 с.

6. ГОСТ 20759-90. Дизели тепловозов. Техническое диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса методом спектрального анализа масла. - Введ. 1991.07.01 - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 26 с.

7. Третьяк, Л.Н. Состав и концентрации твердых частиц отработавших газах как критерий технического состояния двигателей внутреннего сгорания / Л.Н. Третьяк, А.С. Вольнов, Д.А. Косых // Фундаментальные исследования. - 2015. - №2-21. - С.4625- 4634.

8. Парсаданов И.В. Определение состава твердых частиц отработавших газов дизелей / И.В. Парсаданов, И.П. Васильев // Двигатели внутреннего сгорания: сб. ст. НТУ «ХПИ». - Харьков, 2013. - № 2. - С. 97-101.

Размещено на Allbest.ru