Диагностика автомобильного двигателя

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.