Отказы и неисправности двигателя.

В наиболее тяжелых условиях работают детали цилиндро-поршневой группы. Они же выполняют наиболее ответственные функции в рабочем процессе двигателя. Так, поршневые кольца и гильзы должны создавать доста­точно герметичное рабочее пространство цилиндра, интен­сивно отводить тепло от поршней в систему охлаждения, маслосъемные кольца — обеспечивать образование равно­мерной масляной пленки на трущихся поверхностях и не допускать попадания масла в камеры сгорания. По мере изнашивания гильз, канавок поршней и колец, а также по­степенной потери упругости колец прорыв газов в картер на повышенных скоростных режимах резко увеличивается.

Кольца при большом износе и повышенных скоростных режимах в моменты максимального давления газов в камере сгорания могут отходить от стенки цилиндра. Образовавшиеся при этом сравни­тельно большие радиальные зазоры между цилиндром и кольцами вызывают повышенный прорыв газов в картер, что влечет за собой усиленное старение картерного масла. Изнашивание маслосъемных колец приводит к большому расходу картерного масла на угар.

Потерю работоспособности цилиндро-поршневой груп­пы, как правило, устанавливают по косвенным диагности­ческим параметрам — недопустимой длительности пуска (при исправных системе питания и механизме газораспреде­ления), угару масла (допускаемый уровень устанавливается в процентах от израсходованного топлива) и количеству прорывающихся в картер газов.

В условиях больших знакопеременных нагрузок рабо­тают детали кривошипно-шатунного механизма. Основной параметр, влияющий на работоспособность сопряжений ко­ленчатого вала с шатунными и коренными вкладышами,— радиальный зазор. С увеличением зазора нарушаются ус­ловия жидкостного трения, возрастают динамические на­грузки, постепенно приобретающие ударный характер. Давление масла в магистрали двигателя понижается, так как облегчается его протекание через увеличенные зазоры подшипников коленчатого вала. Это ухудшает смазку гильз цилиндров, поршней и колец.

Способность масла протекать через зазор определяется его вязкостью, которая, в свою очередь, зависит от сорта масла и его температуры.

В процессе эксплуатации двигателя изнашиваются и все трущиеся пары механизма газораспределения. Вследствие износа рабочих фасок клапанов и гнезд головки цилиндров, недопустимого уменьшения теплового зазора между стерж­нями клапанов и бойками коромысел нарушается плотность прилегания клапанов к гнездам, в результате чего снижается компрессия в цилиндрах, а при протекании через неплот­ности газов из камеры сгорания фаски клапанов быстро обгорают. По мере изнашивания шестерен распределения, подшипников и кулачков распределительного вала, откло­нения величин тепловых зазоров между клапаном и коро­мыслом от номинальных значений нарушаются фазы газораспределения и рабочий процесс двигателя. Ряд призна­ков, наблюдаемых в работе двигателя при указанных не­исправностях (трудный пуск, перебои в работе, пониженная мощность и др.), позволяет обнаруживать неисправности механизма газораспределения.

На рабочий процесс и интенсивность изнашивания дета­лей двигателя большое влияние оказывает состояние системы очистки воздуха, всасываемого в цилиндры. С увели­чением наработки изменяются рабочие характеристики воздухоочистителя — коэффициент пропуска абразив­ных частиц различного размера, сопротивление. Причины этого изменения — накопление пыли, изменение свойств фильтрующих элементов, изменение уровня и свойств масла в поддоне. Увеличение сопротивления вызывает рост раз­ряжения во впускном коллекторе, что повышает опасность подсоса неочищенного воздуха через неплотности воздуш­ного тракта, снижает степень наполнения цилиндров воз­духом и, следовательно, мощность и экономичность двига­теля. Большое число возможных нарушений нормального рабочего процесса двигателя связано с неисправностями топливной аппаратуры и ее разрегулировкой. Все признаки нарушения рабочего процесса двигателя (трудный запуск, перебои в работе, дымление, понижение мощности и эконо­мичности) могут быть следствием неисправностей топлив­ной аппаратуры.

Износ прецизионных пар топливного насоса влияет на цикловую подачу топлива. В изношенной плунжерной паре во время нагнетания топлива часть его протекает через за-sop между плунжером и гильзой, причем при меньших обо­ротах время нагнетания больше и, следовательно, в боль­шей степени снижается и цикловая подача. Это явление ведет к трудному пуску дизеля при изношенных плунжер­ных парах. Износ нагнетательного клапана нарушает нор­мальную работу 4юрсунки — вследствие изнашивания раз­гружающего пояска клапана возрастает остаточное давле­ние в топливопроводе, что может при больших отклонениях затягивать впрыск (вместо резкой отсечки), а топливо мо­жет подтекать через распылитель форсунки. При этом топ­ливо сгорает не полностью, двигатель дымит, экономичность его работы понижается, а распылители закоксовываются и теряют работоспособность.

Износ кулачков вала топливного насоса, толкателей, плунжеров, зубьев распределительных шестерен и других деталей ведет к постепенному отклонению угла опереже­ния подачи топлива в сторону запаздывания, что нарушает нормальный рабочий процесс — топливо догорает уже на линии расширения, повышается температура выпускных газов и тепловой режим двигателя, а часть топлива вообще не сгорает полностью и выбрасывается с выхлопными га­зами в виде черного дыма. При чрезмерном увеличении угла опережения подачи (впрыска) топлива возрастает жесткость работы двигателя. Во всех случаях падает мощ­ность и экономичность. Как видно, отклонение угла опере­жения подачи (впрыска) топлива — это безусловно неис­правность топливной аппаратуры.

Изнашивание деталей регулятора постепенно понижает поддерживаемую им частоту вращения коленчатого вала и, как следствие, мощность и экономичность. К таким же по­следствиям приводят уменьшение давления начала впрыска топлива форсунками, ухудшение качества распыливания и впрыска топлива вследствие износов деталей форсунки, закоксовывания распылителя.

2. Клас­сификация методов и средств диагностирова­ния. Классификация методов и параметров ди­агностирования двигателя.

Диагностические признаки помогают заключить, испра­вен или неисправен тот или иной элемент, когда отказ маши­ны уже произошел. Иными словами, признаки помогают обнаружить имеющуюся в объекте неисправность без каких-либо количественных оценок его состояния.

Субъективные методы диагностирования. В и з у а л ьн ы е. Определение мест подтекания жидкостей, цвета вы­хлопных газов, дымления из сапуна.

На слух. Определение мест и характера прослушивае­мых стуков, шумов, перебоев в работе двигателя, неплот­ностей по шуму проходящего воздуха, работы центрифуги по «выбегу».

С помощью органов осязания. Опре­деление мест и степени нагрева механизмов, определение неработающей форсунки по импульсам в топливопроводах высокого давления.

Программные. Обнаружение неисправностей по первоначальным и вспомогательным симптомам.

Объективные методы диагностирования. По гер­метичности рабочих объемов. Количество прорывающихся в картер газов. Угар масла в двигателе. Давление, создаваемое парой типа поршень — гильза. Расход воздуха или масла через неплотности. Давление в системах, скорость его падения.

По функциональным параметрам сборочных единиц. Мощность, развиваемая дви­гателем. Частота вращения коленчатого вала (для регуля­тора). Производительность насоса. Пропускная способ­ность фильтра. Охлаждающая способность радиатора. Давление впрыска (для форсунок), открытие клапанов и др.

По параметрам рабочего процесса двигателя. Фазовые параметры. Удельный расход топлива. Характеристики рабочего цикла. Температура и состав выхлопных газов.

По структурным параметрам, по концентрации продуктов износа и других примесей в масле, по вибро­акустическим параметрам механизма.

Работоспособность важнейших элементов двигателя: цилиндро-поршневой группы, механизма газораспределе­ния, прецизионных пар топливного насоса — зависит в первую очередь от степени герметичности сопряжений дета­лей, замыкающих рабочий объем, в котором совершаются ра­бочие процессы. Поэтому основные методы диагностирова­ния таких элементов направлены на определение возможных нарушений герметичности в сопряжениях деталей.

Диагностирование сопряжений и рабочих объемов. Рас­ход масла на угар — один из основных параметров техни­ческого состояния цилиндро-поршневой группы. Этот пара­метр оказывает значительное влияние на экономические показатели работы двигателя. По предельному угару масла определяют предельное состояние цилиндро-поршневой группы, так как угар имеет довольно тесную связь с ее из­носом.

Однако угар масла в течение длительного времени работы двигателя остается практически на одном уровне и лишь при близких к предельным износах цилиндро-поршневой группы начинает резко возрастать.

В условиях рядовой эксплуатации об угаре масла судят по общему расходу его, взятому в процентах к расходу топ­лива за определенное, достаточно длительное время работы двигателя. Для более точного определения угара учитывают доливаемое в картер масло и расходуемое двигателем топ­ливо за несколько смен либо проводят контрольную смену.

Также применяется определение компрессии при помощи компрессиметров.

К группе методов диагностирования по давлению, соз­даваемому парой типа поршень — гильза, относится диаг­ностирование плунжерных пар топливного насоса по соз­даваемому ими максимальному давлению на пусковых обо­ротах двигателя.

Диагностирование по функциональным параметрам меха­низмов. Функциональные параметры различных механиз­мов и агрегатов двигателя весьма разнообразны: произво­дительность масляного насоса, давление открытия клапа­нов масляных фильтров, давление впрыска топлива форсун­ками, охлаждающая способность радиатора и др. Методы и средства, применяемые для контроля подобных параметров различных элементов, имеют мало общих классификацион­ных признаков, и потому их удобнее рассмотреть при из­ложении методов и средств диагностирования соответствую­щих механизмов и систем.

Диагностирование по параметрам рабочих процессов. При диагностировании двигателя контролю подвергаются такие параметры рабочих процессов, отклонение которых от номинальных значений свидетельствует об ухудшении функ­циональных характеристик двигателя или его составных частей. К рассматриваемому классу параметров относят фазовые параметры (например, фазы газораспределения, угол начала подачи или впрыска топлива; простейшие применяемые средства — моменто-скоп, шаблоны-угломеры.), характеристики рабочего цикла, температуру и состав выхлопных газов (для контроля дымности и состава выхлопных газов разработаны дымомеры различных кон­струкций. Принцип работы дымомера с лампочкой, фото­элементом и шкалой 0—100% основан на изменении осве­щенности фотоэлемента при различной дымности.).

Диагностирование по структурным параметрам. Отдель­ные механизмы двигателя диагностируют по структурным параметрам. К ним относятся зазоры в коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала, зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна, тепловой зазор в клапанном механизме и др.

Диагностирование по концентрации продуктов изна­шивания в масле. За изнашиванием деталей двигателя можно проследить по концентрации продуктов износа в масле. Исследованиями установлено, что при длитель­ной работе масла в двигателе, постоянной интенсивности очистки и постоянном расходе концентрация продуктов износа в масле стабилизируется и устанавливается на опре­деленном уровне, характерном для данных условий эксплу­атации и конструктивных особенностей двигателя. Значи­тельное повышение концентрации того или иного элемента в масле свидетельствует об интенсивном изнашивании де­талей, для которых этот элемент характерен. Например, по концентрации алюминия можно судить об износе поршней, по наличию хрома — об износе хромированных поршневых колец и т. д.

Диагностирование по виброакустическим параметрам. Применение электронных приборов для более глубокого и полного анализа виброакустических сигналов позволяет получить вполне достоверные сведения о техническом сос­тоянии отдельных узлов двигателя.