Дипломная работа: Диагностика карбюраторных двигателей
Наличие в цилиндре неплотностей вызывает утечку из него воздуха и уменьшение давления воздуха в воздушной камере, которое также будет регистрироваться измерительным манометром. Для удобства пользования прибором по измерительному манометру определяют не давление, а относительную утечку воздуха в процентах по отношению к максимальному значению утечки. При полной герметичности цилиндра стрелка измерительного манометра будет показывать максимальное давление, которое по шкале измерительного манометра принимается за нуль. При полной утечке воздуха из цилиндра давление по шкале измерительного манометра принимается за 100%. Таким образом, отклонение стрелки измерительного манометра от нулевого значения будет указывать потерю воздуха через неплотности, выраженную в процентах. Для удобства пользования прибором шкала измерительного манометра размечена на зоны: хорошее состояние двигателя, удовлетворительное и требующее ремонта. Утечки воздуха через клапаны двигателя, указывающие на их неисправ-ности, обнаруживают прослушиванием при помощи фонендоскопа или визу-ально по колебаниям в индикаторе, устанавливаемом в свечных отверстиях, соседних с проверяемым цилиндром. Утечки через прокладку головки цилиндров определяют по пузырькам воздуха, появляющимся в горловине радиатора или в плоскости разъёма.
Диагностика по шумам и вибрациям. Шумы (стуки) и вибрации, т.е. колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе механизмов, используют для виброакустической диагностики двигателя и других агрегатов автомобиля. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы (сгорание, выпуск, впуск), регулярные механические соударения в сопряжениях за счёт зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и, взаимодействуя, образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическую диагностику из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра.
Распространение колебаний в упругой среде (твёрдые тела, жидкости, газы) носит волновой характер. Параметрами колебательного процесса являются: частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза, т.е. положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма (например, в.м.т.).
Частоту измеряют герцами, а уровень - смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением (в барах), возникающим в ней, или же мощностью (в децибелах) колебательного процесса. Между пере-численными параметрами уровня колебаний существуют переводные масштабы. Воздушные колебания называют шумами (стуками), а колебания материала, из которого состоит механизм, - вибрациями. Шумы воспри-нимают при помощи микрофона, а параметры вибрации - при помощи пьезо-электрических датчиков. Полученные таким образом сигналы усиливают, измеряют по масштабу и регистрируют. Средством регистрации может быть осциллограф (при визуальном наблюдении за процессом) или предельный индиикатор, например устройство, в котором при достижении заданного уровня колебаний зажигается контрольная лампа. В простейших слуховых приборах (стетоскопах) вибрации воспринимают при помощи стержня и диафрагмы.
Шумы подвержены значительным искажениям под влиянием внешней среды. Это усложняет их использование для диагностики двигателей. Вибрации воспринимаются непосредственно на поверхности диагностируемого механизма, благодаря чему дают более достоверную информацию о его техническом состоянии.
Возможность осуществления виброакустической диагностики двигателя, т.е. возможность расшифровки колебательных процессов, обусловлена следующими положениями. Колебания, возникающие при соударениях сопряжённых деталей, по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, обусловленных трением. Каждая соударяющаяся пара порождает свои собственные колебания. При изменении зазоров мощность колебаний резко изменяется вследствие изменения энергии соударения, при этом также изменяется длительность соударений. Принадлежность колебаний соударяющихся пар может быть определена по фазе относительно опорной точки (в.м.т., посадка клапана и др.). Величина параметров сигнала изменяется от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.
Существует несколько методов виброакустической диагностики. Одним из них является регистрация при помощи осциллографа уровня колебательного процесса в виде мгновенного импульса в функции времени (или угла поворота коленчатого вала). Чтобы подавить помехи и конкретизировать наблюдение, процесс регистрируют, во-первых, в полосе частот, в которой неисправность данного механизма проявляется наиболее сильно, во-вторых, на узком участке, вблизи опорной точки (например, в.м.т.), в-третьих, используют наиболее выгодные для диагностики скоростные и нагрузочные режимы и места установки датчиков. О неисправностях диагностируемого сопряжения судят по уровню и характеру спада колебательного процесса, сравнивая его с нормативным.
Другим более универсальным методом виброакустической диагностики является регистрация и анализ всего спектра, т.е. всей совокупности колебательных процессов. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров (подобно настройке радиоприёмника на соответствующие волны). Колебательный спектр снимают на узком, характерном, участке процесса при соответствующем скоростном и нагрузочном режиме работы диагностируемого механизма. Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения. Полученные результаты сравнивают с нормативами (эталонами). Нормативы определяют экспериментально, путём искусственного введения дефектов или путём накопления и статической обработки результатов эксплуатационных наблюдений.
При автоматизированном диагностическом заключении измеренные величины амплитуд и их смещений сравнивают при помощи логического устройства с эталонами, хранящимися в блоке памяти машины.
Диагностика по параметрам картерного масла даёт возможность определить темп изнашивания деталей двигателя, качество работы воздушных и масляных фильтров, герметичность системы охлаждения, а также годность самого масла. Для этого необходимо периодически отбирать из картера пробы масла, измерять концентрацию в нём продуктов износа и кремния, определять вязкость и содержание воды. Превышение допустимых норм по концентрации в масле металлов укажет на неисправную работу сопряжённых деталей, превышение нормы содержания кремния - на неисправность фильтров, присутствие воды - на неисправность системы охлаждения, а пониженная вязкость позволит судить о годности масла.
Возможность диагностики двигателя по концентрации продуктов износа (свинца, хрома, железа, алюминия и др.) в картерном масле обусловлена зависимостью е уровня только от интенсивности изнашивания соответствующих деталей (подшипников, колец, цилиндров) двигателя. Это означает, что по истечении некоторого времени работы масла в двигателе (при практическом постоянстве объёма масла, интенсивности очистки и угаре) концентрация каждого из продуктов износа в масле достигает определённого уровня и стабилизируется. Убыль и пополнение взвешенных в масле частиц уравновешивается. Этот уровень будет тем выше, чем больше скорость изнашивания деталей двигателя. Так как скорость изнашивания при исправных системах фильтрации и охлаждения характеризует исправность сопряжения трущихся пар механизма, то по уровню концентрации можно выявить скрытые и назревающие отказы.
Уровень концентрации к продуктов износа в масле после наступления его стабилизации определяется выражением
где с - интенсивность поступления в масло продуктов износа;
вф - интенсивность удаления продуктов износа маслоочистителем;
ву - интенсивность убыли продуктов износа за счёт угара масла.
Для диагностики двигателя по концентрации продуктов износа в картерном масле (каждого металла в отдельности) применяют спектральный анализ, обладающий весьма высокой чувствительностью.
Спектральный анализ заключается в следующем. Пробу картерного масла сжигают в высокотемпературном пламени вольтовой дуги и регистрируют спектр при помощи спектрографа или автоматизированной фотоэлектрической установки. Пары продуктов износа дают линейчатый спектр, который подвергают качественному и количественному анализу.
Качественный анализ состоит в обнаружении спектральных линий, свидетельствующих о присутствии в картерном масле металлов изнашивающихся деталей, а количественный - в определении интенсивности почернения спектральных линий. Плотность почернения линий измеряют при помощи микрофотометра. Полученный результат переводят в абсолютные единицы концентрации, используя тарировочные графики. График строят для каждого элемента по результатам анализа эталонов (проб масла с известным содержанием элемента). В процессе эксплуатации на каждый автомобиль ведут график изменения уровня концентрации продуктов износа металлов наиболее ответственных деталей двигателя (например, цилиндров - Fe, поршней - Al, колец - Cr, подшипников коленчатого вала - Pb), а также следят за концентрацией кремния, вязкостью и другими параметрами масла. Таким образом наблюдая за темпом изнашивания основных деталей, за появлением в масле кремния и годностью масла, заблаговременно выявляют отказы механизмов и систем, и прогнозируют ресурс работы двигателя.
Менее точно, но относительно быстро и просто можно диагностировать двигатель по концентрации ферромагнитных частиц в его картерном масле. Такую диагностику осуществляют при помощи электрического прибора, измеряющего концентрацию продуктов износа железа по изменению индуктивности масла за счёт присутствия в нём ферромагнитных частиц.
7.2. Система охлаждения.
Характерными неисправностями системы охлаждения являются подтекания и недостаточная эффективность охлаждения двигателя. Первое происходит из-за повреждения шлангов и их соединений, сальника водяного насоса, трещин, порчи прокладок, а второе - вследствие образования накипи, внутреннего или внешнего загрязнения радиатора, повреждения его трубок, поломок водяного насоса, неисправности термостата, пробуксовки ремня вентилятора или его обрыва. В результате этих неисправностей двигатель перегревается во время работы.
Диагностика системы охлаждения заключается в определении теплового состояния системы и её герметичности, а также в обнаружении неисправностей её элементов. О тепловом состоянии системы судят по склонности двигателя к перегреву (превышению температуры охлаждающей жидкости + 850С) при его нормальной нагрузке.
Эффективность работы радиатора можно проверить по разности температур охлаждающей жидкости в его верхней и нижней частях (она должна быть в пределах 8-120С).
Герметичность системы охлаждения (после визуальной проверки подтеканий) проверяют опрессовкой, создавая в верхней не заполненной части радиатора давление около 0,6 кГ/см2. Для этого применяют прибор, состоящий из воздушного насоса, манометра и устройства для соединения с заливной горловиной радиатора. При отсутствии подтеканий показания манометра стабильны. Если цилиндры двигателя сообщаются с системой охлаждения (имеются трещины в блоке цилиндров или повреждена прокладка), стрелка манометра будет колебаться.
Натяжение ремня вентилятора проверяют силой, необходимой для его прогиба в пределах 10-20 мм (прилагаемая сила должна быть 3-4 кГ).
Термостат проверяют в случае, если наблюдается замедленный прогрев двигателя после пуска или, наоборот, быстрый его перегрев. Для этого термостат погружают в ванну с водой. Воду подогревают, контролируя температуру термометром. Момент начала и конца открытия клапана должен происходить соответственно при температурах + 65-70 и + 80-850С. Неисправный термостат заменяют.
Регулировочные работы по системе охлаждения включают: натяжение до нормы ремня вентилятора, устранение течи в соединениях с шлангами и через сальник водяного насоса, а также промывку системы охлаждения от осадков и удаление из не накипи. Систему промывают струёй воды под давлением 2-3 кГ/см2 при снятом термостате. Направление промывки должно быть противоположным циркуляции охлаждающей жидкости во время работы двигателя.
Накипь удаляют для улучшения теплообмена стенок системы охлаждения. По данным НИИАТа, при толщине накипи 1 мм интенсивность охлаждения снижается на 25%, мощность на 6%, а расход топлива увеличивается на 5%. Накипь удаляют при помощи химических растворов. Хорошие результаты даёт промывка раствором соляной кислоты с ингибитором, смачивателем и пеногасителем. Указанный раствор заливают в систему охлаждения, пускают двигатель и прогревают раствор до + 600С. Через 10-15 мин раствор сливают, а систему промывают горячей водой, предварительно сняв термостат. Для нейтрализации остатков кислоты в промывочную воду добавляют нейтрализатор (соду, двухромокислый калий).
7.3. Система питания.
От технического состояния механизмов и узлов системы питания двигателя в значительной степени зависят основные показатели его работы - мощность и экономичность, а следовательно, и динамические качества автомобиля.
Диагностические и регулировочные работы по системе питания направлены на своевременное выявление и устранение неисправностей механизмов и узлов, обеспечивающих надёжный пуск двигателя и его работу с заданными мощностными и экономическими показателями.
Диагностика систем питания карбюраторных двигателей проводится методами ходовых и стендовых испытаний и поэлементной оценки технического состояния механизмов и узлов систем.
При ходовых испытаниях определяется расход топлива автомобилем при пробеге на определённом маршруте или при движении автомобиля с постоянной скоростью на коротком мерном участке (1 км).
В автотранспортных предприятиях наиболее широко применяется метод проверки расхода топлива на маршруте, так как он не требует сложной организации и специального оборудования.
Характер маршрута должен соответствовать условиям эксплуатации данного автомобиля (например, маршрут по городским улицам для автомобиля-такси, маршрут по загородным дорогам для междугородных автобусов). Средняя протяжённость маршрута - 5-10 км. Обычно выбирают маятниковый маршрут, т.е. такой, на котором автомобиль движется до конечного пункта и возвращается в гараж по одной и той же дороге. При этом поддерживают одинаковую техническую скорость. Количество израсходованного топлива измеряют с помощью мерного бачка, соединённого шлангом с входным штуцером топливного насоса. Длину пройденного пути фиксируют по спидометру.
Для проверки расхода топлива на коротком мерном участке выбирают ровный участок дороги протяжённостью 1 км с малым движением. Автомобиль на подходе к участку разгоняют до скорости 40-60 км/ч и поддерживают эту скорость на всём протяжении участка. Как и при испытаниях на маршруте, измерение количества израсходованного топлива проводят с помощью мерного бачка.
В обоих случаях для обеспечения необходимой точности измерений заезды повторяют 2-3 раза, а расход топлива подсчитывают по формуле
где Qср - среднее из всех заездов количество топлива, израсходованное на
маршруте или мерном участке, л;
L - длина маршрута или мерного участка, км.
Метод ходовых испытаний имеет ряд недостатков. К их числу относится значительная трудоёмкость работы, трудность обеспечения одинаковых дорожных и климатических условий (а следовательно, и трудность сопоставления полученных результатов). Кроме того, при ходовых испытаниях не представляется возможным точно учесть нагрузку двигателя.
Поэтому системы питания автомобиля целесообразно диагностировать на стенде с беговыми барабанами.
