6Т2.11 К34
Как обнаружить неисправности в автомобильном двигателе без разборки? Этот вопрос интересует каждого специалиста. В книге описаны существующие методы диагностики технического состояния двигателей, дан их анализ и рекомендации по практическому применению и перспективам развития диагностических методов и средств, отражена экономическая эффективность их применения на автотранспортных предприятиях, станциях технического обслуживания и шоферами-любителями.
Книга будет полезной широкому кругу работников автомобильного транспорта, инженерно-техническим работникам, также студентам автомобильно-дорожных институтов и техникумов.
Рецензент — кандидат технических наук И. К. Никитин,
К м215(04)0-77 46~76 © Издательство «Карпати», 1977 г.
ВВЕДЕНИЕ
Автомобильная промышленность СССР — одна из наиболее развитых отраслей машиностроения по уровню технологии и организации производства. Темпы прироста производства в автомобильной промышленности превышают темпы развития других отраслей машиностроения. В 1980 году в нашей стране будет выпущено 2,1—2,2 млн. автомобилей.
Наряду с быстрым ростом объема производства достигнуты успехи и в повышении качества продукции. Основные модели отечественных автомобилей могут работать без капитального ремонта длительное время, ресурс их доведен до 250—300 тыс. км пробега. Наши отечественные легковые автомобили по своим технико- эксплуатационным качествам стоят на уровне лучших зарубежных образцов. Подтверждением этого являются традиционные победы советских спортсменов-автомобилистов на всех крупнейших международных соревнованиях последних лет.
Автомобильный транспорт — ведущий вид транспорта в нашей стране. Поэтому повышение эффективности его работы является важнейшей народнохозяйственной задачей. Высокая эффективность эксплуатации автомобилей обеспечивается рациональной технологией технического обслуживания и текущего ремонта. Как отмечается в «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы», утвержденных XXV съездом КПСС, в автомобильной промышленности необходимо «значительно улучшить организацию капитального ремонта автомобилей, а также техническое
Э
обслуживание легкового транспорта..» Однако в настоящее время затраты на поддержание технической готовности автомобиля в течение всего периода эксплуатации в 7—9 раз превышают затраты на его производство. В целом по стране на ремонт и техническое обслуживание автомобильного парка ежегодно расходуется более 1,5 млрд. рублей. При этом многие профилактические операции выполняются преждевременно, а ремонтные — в большем объеме, чем требуется.
Одним из важнейших путей снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт автомобилей является широкое применение средств диагностики, то есть определения технического состояния автомобилей и их агрегатов с целью прогнозирования возможностей их дальнейшей безотказной работы. Диагностика позволяет выявить скрытые ^неисправности и предупредить отказы механизмов, определить их годность для дальнейшей эксплуатации, уточнить объем ремонтных и профилактических работ, дать оценку качества технического обслуживания. Поэтому в
последние годы в нашей стране вопросам диагностики технического состояния автомобилей уделяется большое внимание.
Широкая сеть станций технического обслуживания легковых и грузовых автомобилей позволит наиболее эффективно использовать средства диагностики, повысить надежность и долговечность автомобилей и снизить затраты на их техническое обслуживание и ремонт.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИАГНОСТИКИ
Термин «диагностика» появился в технике сравнительно недавно. Подобно тому, как в медицине по косвенным признакам (температура, состав и давление крови, частота сердцебиения) определяется вид заболевания человека, в технике для определения технического состояния механизмов могут быть использованы некоторые явления, сопровождающие работу этих механизмов. Это и вибрации, возникающие при соударении деталей, и прорыв газов из камеры сгорания в картер, и расход топлива и масла, и многие другие явления. Причем, техническое состояние двигателей определяется, как правило, без их разборки.
В наше время показалось бы весьма странным, если бы для выявления какого-либо простого вида внутреннего'заболевания человека производили его вскрытие. Медицина располагает достаточно богатым опытом, совершенными методами и средствами для того, чтобы безошибочно устанавливать диагноз по косвенным признакам. В технике же дело обстоит совершенно по-иному. Нередко даже в крупных автотранспортных предприятиях для того, чтобы убедиться в исправности агрегата или системы, производят его частичную или полную разборку. Еще хуже с автомобилями, находящимися в частном пользовании. Средний годовой пробег их в нашей стране составляет 8—10 тыс. км, а двигатели таких автомобилей, как «Волга», «Жигули» могут отработать до капитального ремонта более 8 тыс. часов, что соответствует пробегу автомобиля более 250 тыс. км. Практически же очень часто разборка двигателя производится не по фактической потребности, а значительно раньше. Стремление подвергнуть двигатель ремонту раньше потребности отчасти объясняется силой традиции, устаревших представлений о долговечности механизмов. При
этом упускается из виду, что конструкции и технология изготовления двигателей непрерывно совершенствуются. За последние 10 лет долговечность отечественных автомобильных двигателей возросла более, чем в 2 раза. Если поршневые кольца первых двигателей ЗИЛ-130 нужно было заменять через 80—100 тыс. км пробега, то ресурс этих колец в настоящее время превышает 200 тыс. км. Подобные примеры можно было бы привести для многих других деталей.
Кроме того, незнание методов диагностики двигателей, а порою и несовершенство их, является причиной того, что автомобили и их агрегаты подвергаются ремонту на основании субъективных заключений обслуживающего персонала, а не по фактической потребности. В то же время известно, что любая разборка механизма отрицательно влияет на его дальнейшую работоспособность. С какой бы тщательностью ни была произведена разборка и сборка, режим затяжки крепежных соединений всегда отличается от первоначального. Вследствие деформации материала деталей изменяется их геометрическая форма, нарушается соосность и т. д. Это приводит к тому, что при дальнейшей работе механизма вновь происходит приработка деталей, так называемая вторичная приработка, которая, как известно, сопровождается повышенной скоростью износа деталей. По некоторым данным, на вторичную приработку затрачивается до 30% ресурса безотказной работы механизмов, что резко снижает срок их службы.
Нередко встречается и другая крайность: автомобиль или его агрегат подвергаются ремонту после аварийной поломки, когда отдельные детали не подлежат восстановлению и их приходится заменять ловыми. Восстановление других деталей связано с более сложными и дорогими технологическими процессами. Например, в обычном случае коленчатый вал двигателя подвергается при ремонте проточке и шлифовке. Этот способ — способ ремонтных размеров — один из самых дешевых и обеспечивает высокую долговечность коленчатых валов. Но если шейки вала вследствие аварийной поломки имеют глубокие задиры, оплавления, их приходится протачивать, наплавлять, вновь протачивать, шлифовать и подвергать термообработке. Ремонт, таким образом, значительно усложняется. Кроме того, общий срок службы деталей до полной выбраковки в этих случаях обычно резко сокращается. Следовательно, как чрезмерно ранний, так и поздний ремонт автомобиля или его агрегата весьма нежелательны.
Своевременно прекратить эксплуатацию автомобиля и подвергнуть его ремонту можно только в случае применения объективного инструментального диагностирования технического состояния.
Диагностика в технике не случайно претерпела наиболее бурное развитие именно на автомобильном транспорте. Автомобиль — достаточно сложная система, в которой для хорошей работы всей машины в целом нужна надежная и согласованная работа ее отдельных агрегатов и механизмов. Кроме того, автомобили в масштабе страны исчисляются десятками миллионов, и их эксплуатацией занимается огромное количество людей. Отсюда понятно, что обеспечение надежной, безотказной работы автомобилей — важная народнохозяйственная задача.
Двигатель принято называть сердцем автомобиля. Он является наиболее сложным и дорогостоящим агрегатом. Техническое состояние его во многом зависит от исправности всего автомобиля. Поэтому развитию методов и средств диагностики уделяется огромное внимание.
Диагностирование, в отличие от обычного контроля,
ставит перед собой задачу определения технического состояния автомобиля или его агрегата для прогнозирования ресурса дальнейшей безотказной работы. При этом диагностирование должно производиться на основании исследования, преимущественно без разборки механизмов, с помощью новейших достижений науки и техники.
Диагностика технического состояния системы — отрасль науки, изучающая и устанавливающая признаки неисправного состояния, методы, принципы и оборудование, при помощи которых дается заключение
о техническом состоянии системы без разборки и прогнозирование ресурса ее безотказной работы.
Диагностирование — это один из видов технических воздействий, направленных на поддержание автомобиля в исправном состоянии. Диагностирование — часть контроля техническрго состояния системы по диагностическим параметрам. Снятие отдельных деталей для присоединения измерительных приборов не является разборкой.
Система — упорядоченная совокупность совместно действующих объектов, предназначенная для выполнения заданных функций. В качестве системы можно рассматривать двигатель или его механизмы, например, кривошипно-шатунный механизм.
Элемент — объект (часть системы), входящий в систему и выполняющий в ней заданные функции. Элементами двигателя являются отдельные его узлы и детали.
Структура системы — определенная взаимосвязь, взаиморасположение составных частей (элементов), характеризующая устройство и конструкцию системы.
Параметр — качественная мера, объясняющая свойство системы, элемента или явления, в
частности, процесса. Параметр, используемый при диагностировании, называется диагностическим.
Значение параметра — количественная мера параметра.
Структурный параметр — качественная мера, характеризующая свойство структуры системы или ее элемента. Основной структурный параметр — качественная мера возможности выполнения системой заданных функций. Второстепенный структурный параметр — качественная мера, характеризующая удобство эксплуатации, внешний вид, техническую эстетику и другое. Под структурным параметром подразумевается геометрическая форма, размеры, взаимное расположение и сопряжение элементов, чистота их поверхности, микроструктура материала и т. д.
Входной параметр — качественная мера воздействия на систему извне. В качестве входных параметров можно рассматривать нагрузку, климатические, атмосферные и другие условия.
Выходной параметр — качественная мера внешнего проявления свойств системы. Выходными параметрами двигателя являются мощность и крутящий момент, газовыделение, шумообразование и т. д.
Предельное значение параметра — показатель, при котором дальнейшая эксплуатация агрегата или узла недоступны или нецелесообразны по технико-экономическим соображениям.
Диагностический параметр (симптом) — косвенное проявление технического состояния системы, элемента.
Исправное техническое состояние — состояние системы, при котором все ее структурные и выходные параметры находятся в
допустимых пределах изменения.
Неисправное техническое состояние — состояние системы, при котором хотя бы один из основных структурных и выходных параметров вышел за допустимые пределы изменения.
Работоспособное состояние — состояние системы,
при котором ее основные структурные и выходные параметры находятся в допустимых пределах изменения.
Отказ автомобиля, агрегата, узла, детали — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния в течение определенного времени, запланированного для выполнения транспортной или специальной работы, а также выявленное при диагностировании, техническом обслуживании и ремонте.
Прогнозирование — определение срока службы автомобиля, агрегата или узла до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации.
Диагноз — заключение о техническом состоянии системы. Диагноз, формируемый по минимальному числу общих диагностических параметров, называется экспресс-диагнозом.
Объективное диагностирование — процесс, осуществляемый при помощи контрольно-измерительного оборудования, приборов и инструментов.
Субъективное диагностирование — определение без контрольно-измерительных приборов и инструментов диагностических параметров, поддающихся оценке с помощью органов чувств или с применением отдельных средств для усиления сигнала.
Общее диагностирование — диагностирование автомобиля, агрегата, узла по диагностическим параметрам, характеризующим их общее техническое состояние без выявления конкретной неисправности («исправен» — «неисправен»).
Диагностирование поэлементное (углубленное) — диагностирование автомобиля, агрегата, узла по параметрам, характеризующим их техническое состояние с выявлением места, причины и характера неисправностей
и отказов.
Контрольно-диагностические средства — оборудование, приборы и инструменты для оценки технического состояния автомобилей. Контрольно-диагностические средства могут быть стационарными, передвижными, переносными.
Вполне очевидно, что с изменением структурных параметров, например, зазоров, размеров, изменяются и параметры выходных процессов (мощность, расход топлива, давление в конце такта сжатия и др.)- Поэтому параметры выходных процессов при определенных условиях могут служить косвенными признаками исправного или неисправного технического состояния двигателя. При этом диагностирование механизма может производиться без его разборки.
Неисправное состояние наступает тогда, когда значения структурных параметров агрегата и соответствующие им параметры выходных процессов выходят за пределы допустимых, заранее установленных.
Профессор Я. X. Закин определил три условия, при которых параметры выходных процессов могут служить симптомами технического состояния. Первое условие (условие однозначности) заключается в том, что "каждому значению структурного параметра должно соответствовать одно, вполне определенное значение параметра выходного процесса. Например, по мере изнашивания двигателя увеличиваются зазоры в его сопряжениях, и в этой связи уменьшается максимальная мощность.
Второе условие (условие широты поля изменения): параметр выходного процесса должен иметь возможно большее относительное изменение при абсолютном изменении структурного параметра. Объяснить это
условие можно на таком примере. С увеличением износа двигателя максимальная мощность его снижается и при предельном износе мощность меньше первоначальной на 5—7%. В то же время содержание металлических продуктов износа в картерном масле двигателя может возрасти на 800—1000%. Рассматривая содержание продуктов износа в масле, как параметр выходного процесса, можно отметить, что относительное изменение его значительно больше (более, чем в 100 раз), чем изменение максимальной мощности. Поэтому, намного легче и точнее уловить относительное изменение этого параметра и, таким образом, более достоверно провести диагностирование.
И, наконец,
третье условие, при соблюдении которого параметры выходных процессов могут служить симптомами технического состояния: доступность и удобство измерения параметра. Если параметр выходного процесса даже удовлетворяет условиям однозначности и широты поля изменения, но его очень
трудно измерить или для этого требуется весьма сложное оборудование,
то он практически не может использоваться для диагностики.
Необходимо знать, что методов диагностики технического состояния двигателей много. Далеко не все из них удовлетворяют указанным условиям. Поэтому ё большинстве случаев для установления объективного диагноза технического состояния целесообразно применять несколько методов.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
МЕТОДЫ ОБЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
Общее техническое состояние двигателя можно оценить по развиваемой им эффективной мощности, механическим потерям, удельному расходу топлива, составу и температуре выхлопных газов, уровню стуков, расходу масла на угар и некоторым другим. П|>и использовании тех или иных методов необходимо иметь в виду, что перед замером величины параметра нужно тщательно отрегулировать соответствующие механизмы и системы. Например, прежде чем замерять эффективную мощность двигателя, следует отрегулировать механизм газораспре
деления, системы питания и зажигания. При неправиль* ной регулировке мощность даже нового, еще не изношенного двигателя может снизиться на 20—30% от номинальной. А мощность предельно изношенного, но правильно отрегулированного двигателя ниже номинальной обычно на 5—7%. Таким образом, нарушение регулировки влияет на величину оценочного параметра в большей степени, чем износ.
Типичные неисправности двигателей и способы их устранения
В процессе работы двигателей по разным причинам могут возникать неисправности, снижающие общие эксплуатационные качества автомобилей (табл. 1). Отдель-
Таблица 1.
Признаки
|
Причины
|
Способ устранения или предотвращения
|
1
|
2
|
3
|
Двигатель не развивает полной мощности
|
Плохая компрессия
Плохое наполнение цилиндров рабочей смесью
|
Изношены или пригорели поршневые кольца, изношены поршни и цилиндры
Клапаны неплотно прилегают к седлам Сломана одна или несколько клапанных пружин
Пробита прокладка головки блока
Неполное открывание заслонок карбюратора Неправильные зазоры между клапанами и толкателями
Засорен глушитель
|
Отправить двигатель в ремонт
Притереть клапаны
Сломанные пружины заменить новыми
Заменить прокладку
Отрегулировать привод управления заслонками Отрегулировать зазоры
Прочистить глушитель
|