Диагностика автомобильного двигателя (стр. 9 )

Из зарубежного оборудования аналогичного назна­чения наиболее совершенными являются многоцелевые тестеры английской фирмы «Криптон», французской фирмы «Сурио электрик», западногерманские приборы и стенды «Бош» и «Сун».

МЕТОД ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ ПРИМЕСЕЙ В МАСЛЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА

Известно, что механические потери, имеющие место при трении поршней и. поршневых колец двигателя внут­реннего сгорания в процессе рабочего цикла, составляют до 60%, а потери в подшипниках коленчатого вала — до 15% от суммы механических потерь двигателя. По­этому техническое состояние указанных узлов во многом определяет общее техническое состояние двигателя.

Благоприятные условия трения двух сопряженных по­верхностей обусловливает микрогеометрия поверхностей, то есть высота микронеровностей. Кроме того, условия трения зависят в большой степени от макрогеометрии, то есть отклонений от правильной геометрической формы каждой из сопряженных деталей. Чаще всего эти откло­нения выражены в виде конусности и овальности. И, на­конец, на условия трения оказывают значительное влия­ние величины зазоров между сопряженными деталями. Все перечисленные факторы не являются постоянными по времени. Они изменяются по мере уменьшения ре­сурса безотказной работы сопряжения.

Таким образом, совершенно очевидно, что важней­шим критерием технического состояния двигателя следу­ет считать величину механических потерь, которые нахо­дятся в прямой зависимости от условий трения.

Микрогеометрия поверхностей значительно изменяет­ся за период приработки деталей, а при последующей эксплуатации длительное время не претерпевает замет­ных изменений, если режим работы существенно не из­меняется.

В процессе работы изменяется и форма поверхностей сопряжения деталей, а также величина зазоров в со­пряжениях. Но, в отличие от микрогеометрии, макро­геометрия и зазоры изменяются не только в процессе приработки, но и в последующие периоды.

Считается, что при жидкостном трении износ практи­чески отсутствует, ибо механические потери весьма ма­лы. Поэтому при конструировании механизмов всегда стремятся обеспечить максимальное количество пар де­талей, работающих в условиях жидкостного трения. Но это не всегда возможно. В двигателях внутреннего сго­рания жидкостное трение имеет место только в сопря­жениях коленчатого и распределительного валов, порш­невых пальцев и отдельных осей. При этом условия жид­костного трения далеко не во всех случаях близки к идеальным, но шейки и подшипники коленчатого вала технически исправного двигателя работают в наиболее благоприятных условиях.

Однако, с увеличением зазоров в сопряжениях усло­вия для создания жидкостного трения ухудшаются, тол­щина масляного слоя в наиболее нагруженных зонах контакта деталей уменьшается и, наконец, на отдельных режимах работы масляный клин может стать меньше минимально допустимого. Это обстоятельство приводит к разрыву масляного клина, что и вызывает форсиро­ванный износ.

Задачей технической диагностики является современ­ное определение предельно допустимого зазора в сопря­жениях. Для большинства карбюраторных автомобиль­ных двигателей величина предельно допустимого зазора между шейкой и подшипником коленчатого вала состав­ляет 0,26—0,28 мм. В течение всего периода эксплуата­ции, исключая приработку, до создания предельно до­пустимых зазоров в сопряжениях коленчатого вала со - цттт услбййя Длй экйДкбстйоГО трения. При достижеййй йрёДеЛьйкх зазорЬв в сопряжениях условйя для жидкостного треййя нарушаю+ся. Коэффйциёнт тре­ния при полужидкостном трении в 5—10 раз больше, чем при жидкостном. Следовательйо, механические потери и интенсивность поступления продуктов износа в картер - ное масло резко возрастают.

Условия трения деталей цилиндропоршневой группы существенно отличаются от рассмотренных выше усло­вий, характерных для шеек и подшипников коленчатого вала. Для этих деталей нельзя обеспечить жидкостную смазку. Гильзы цилиндров и поршни с поршневыми коль­цами смазываются разбрызгиванием, поэтому для них характерны закономерности полужидкостного, а иногда и полусухого трения. Установлено, что форсированный износ гильз цилиндров карбюраторных двигателей начи­нается, когда зазор между гильзой и поршнем достигает значения 0,3—0,4 мм.

При увеличении зазоров в сопряжениях кривошипно - шатунного механизма выше предельно, допустимых зна­чений скорость изнашивания деталей возрастает, и вслед­ствие этого интенсивность поступления продуктов изно­са в картерное масло резко увеличивается.

Большинство методов диагностики, рассмотренных ранее, позволяют с большей или меньшей достоверно­стью определить значение структурных параметров дви­гателя, например, зазоров в сопряжениях, но не дают возможности точно определить момент начала аварий­ных явлений при работе деталей сопряжения. Например, по параметрам вибрации можно относительно точно оп­ределить значение зазора между шейкой коленчатого вала и вкладышем, но нельзя с уверенностью устано­вить, что форсированный износ деталей начинается по достижении какого-то определенного значения зазора. Следовательно, назначение ремонта в одном случае мо­жет быть преждевременным, а в другом — слишком поздним. Необходимо учитывать также, что неисправ­ность может наступить не только ввиду естественного износа по достижении предельно допустимого значения структурного параметра, как указывалось выше, а зна­чительно раньше, по случайным причинам.

Принципиальное отличие метода диагностики, осно­ванного на исследовании свойств отработанных масел, от всех прочих методов заключается в том, что, опреде­лив, например, аномальную концентрацию продуктов износа в масле, мы обнаруживаем нарушения техниче­ского состояния двигателя. При использовании всех про­чих методов, измеряя параметры выходных процессов, мы определяем возможную причину возникновения неис­правности, ибо достижение предельно допустимого зна­чения параметра выходного процесса может вызвать неисправность. Метод диагностики по параметрам кар - терного масла позволяет фактически установить неис­правность.

Оценочный параметр «концентрация продуктов изно­са в картерном масле» удовлетворяет условиям, при ко­торых параметры выходных процессов могут служить симптомами технического состояния. С применением это­го метода соблюдается условие однозначности: каждому значению совокупности структурных параметров двига­теля соответствует одна, вполне определенная скорость изнашивания деталей и определенная закономерность накопления продуктов износа в картерном масле. Усло­вию широты поля изменения данный оценочный пара­метр также удовлетворяет. Кандидат технических наук , сравнивая параметры оценки техниче­ского состояния двигателей, охарактеризовал параметр «содержания железа в масле», имеющий относительное изменение за период эксплуатации до 1800%, как луч­ший показатель технического состояния. Удовлетворяет данный параметр также условию удобства и допустимо­сти измерения.

Использование метода диагностики двигателя по па­раметрам картерного масла, при достаточно высокой чувствительности оборудования для анализа, позволяет обнаружить неисправность задолго до ее внешнего про­явления. В картерном масле автомобильных двигателей повышение концентрации продуктов износа начинается за 6—8 тыс. км до начала аварийных явлений, в масле тепловозных двигателей — за 10—15 тыс. км. (Пробег указан для транспортного средства с данным двигате­лем). Это позволяет своевременно принять меры и про­вести необходимые технические воздействия с минималь­ными затратами.

РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДА

Используя то обстоятельство, что поломке деталей, под­вергающихся износу, предшествует местное поверхно­стное разрушение материала, отдельные исследователи определяют характер и степень повреждения поверхнос­тей деталей, исследуя количество, размер, материал и конфигурацию частиц продуктов износа. Для отделения частиц от массы рекомендуется использовать фильтры, электрические методы, центробежные силы, магниты. Определить материал частиц можно с помощью химиче­ского и спектрального методов анализа. Размеры и кон­фигурация частиц могут быть определены визуально с использованием оптического оборудования. Частицы про­дуктов износа можно подразделить на две группы. К первой относятся частицы малых размеров (порядка 2,5-10~6 мм), соответствующие нормальным условиям трения. Вторая группа частиц отличается от первой как по форме, так и по размерам, и соответствует явлениям поверхностного разрушения материала деталей. Разме­ры частиц этой группы — до 0,25 мм и более.

Наименование группы деталей	Содержание элементов, %
Fe	А1	Си	С
Гильзы цилиндров	93,4	—	—	2,9—3,2
Вставки гильз	66,5	_	8,2	2,7
Поршни	—	84,7	0,8—1,5
Порищевые кольца	91,1	—	—	3,6—3,8
Поршневые пальцы	97,8	—	—	0,17—
				0,23
Коленчатый вал	93,4	—	—	3,2
Подшипники коленчатого вала	0,8	76,4	0,7—1,3	—
Распределительный вал	97,1	_	—.	0,17—
				0,23
Втулки верхних головок шату­			89,5
нов		—	—

Несомненным достоинством рассматриваемой разно­видности метода является то, что она позволяет оцени­вать протекание явлений износа сопряженных деталей и, тем самым, наилучшим образом характеризовать техни­ческое состояние механизма. Но большая трудоемкость и сложность проведения анализа представляют серьез­ные трудности для практического применения метода.