6. ДІАГНОСТУВАННЯ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО І ГАЗОРОЗПОДІЛЬЧОГО МЕХАНІЗМУ. ОЗНАКИ НЕСПРАВНОСТЕЙ КШМ ТА ГРМ. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ НЕСПРАВНОСТЕЙ КШМ ТА ГРМ

Діагностика цих механізмів є досить відповідальною й складною операцією. Дослідження показують, що на ці механізми доводиться близько 30% відмов двигуна, а на усунення відмов - біля половини трудомісткості ремонту й обслуговування. При відсутності діагностики цих механізмів значне число двигунів може надходити в ремонт передчасно з недовикористаним ресурсом або ж з несправностями аварійного характеру. Складність діагностики кривошипно-шатунного й газорозподільного механізмів двигуна обумовлена численними структурними зв'язками між їхніми деталями. Методи діагностики механізмів двигуна базуються на вимірюванні характерних діагностичних параметрів, що супроводжують його роботу й функціонально зв'язаних зі структурними параметрами його основних елементів. Знаючи вимірювані й нормативні значення діагностичних параметрів, можна визначити без розбирання потребу в ремонті двигуна.

Діагностику по герметичності надпоршневого простору циліндрів двигуна роблять по компресії, прориву газів у картер двигуна, вигорання масла, розрідженню на впуску, по витоках стисненого повітря й по опорі прокручуванню колінчатого вала.

Компресія двигуна різко збільшується при збільшенні його температури до + 70⁰С и швидкості обертання колінчатого вала до 250 об/хв. Тому, щоб одержати порівняльні результати, необхідно компресію Р_с визначити на прогрітому двигуні, а швидкість обертання п колінчатого вала приймати такий, яку для даного двигуна забезпечує справна заряджена батарея. Залежно від ступеня стиску мінімально припустима компресія для карбюраторних двигунів становить 4,5-8,0 кГ/см². Різке зниження компресії Р_с (на 30-40%) указує на поломку кілець або ж на залягання їх у поршневих канавках. Компресію вимірюють за допомогою компресометра (манометра, що фіксує максимальний показник) або компрессографа (записуючого манометра), сполучаючи його із циліндром двигуна через отвір для свічі запалювання. Колінчатий вал обертають стартером. Компресія залежить як від стану циліндро-поршневої групи, так і від герметичності клапанів, тому отримані результати необхідно диференціювати. Для цього можна повторити вимірювання, підвищивши герметичність кілець заливанням у циліндр невеликої кількості масла.

Вигорання масла визначається по доливам у процесі експлуатації. Воно залежить, з одного боку, від зношування кілець, поршня й циліндра й, з іншого боку - від герметичності клапанів. Крім того, можливе підтікання масла. Припустима норма вигару масла становить не більше 4% від витрати палива. Підвищене вигорання масла супроводжується помітним димленням на випуску.

Недоліками зазначеного методу є: труднощі обліку величини вигорання масла в експлуатації, залежність витрати масла не тільки від зносів кілець, але й від зносів напрямних втулок клапанів і витоків.

Проривання газів у картер також залежить від зношування деталей циліндро-поршневої групи двигуна або відповідно від пробігу автомобіля. Його вимірюють на динамометричному стенді або на нижчій передачі під навантаженням, створюваної пригальмовуванням вивішених ведучих коліс автомобіля. Обсяг газів, що прориваються, вимірюють газовим лічильником або ж реометром. Прилад приєднують до маслоналивної горловини, а картер герметизують (закривають вентиляційну трубку й отвір для масловимірювального щупа). Для того щоб переконатися у відсутності втрат газів через сальники колінчатого вала двигуна, необхідно одночасно вимірювати тиск у картері. Більш точно прорив газів можна виміряти приладом Госнити. Принцип роботи цього приладу заснований на вимірі ступеня дроселювання каналу (через який вакуум-насос відкачує гази), необхідного для усунення в картері надлишкового тиску. При цьому помилки, пов'язані з витоком газів, крім приладу, виключаються. Між проривом газів у картер і тиском у ньому існує функціональний зв'язок. Тому тиск у картері двигуна може також характеризувати стан циліндро-поршневої групи й служити діагностичним параметром.

10-30 литров в мин мотор отличный 30-45-еще поживет 70-капремонт

Розрідження у впускному тракті і його сталості залежить від швидкісного напору повітря й втрат напору, обумовлених компресією, опором повітряного фільтра, нещільністю клапанів, нерівномірністю робочих процесів і т.д. Тому величина й стабільність розрідження у впускному трубопроводі двигуна може характеризувати його технічний стан і робочі процеси. Розрідження вимірюють за допомогою вакуум-метра, що приєднує до впускного трубопроводу. Перед перевіркою стану механізмів двигуна попередньо усувають несправності систем живлення й запалювання. Орієнтовними нормативами розрідження при справному стані двигуна є при прокручуванні колінчатого вала стартером - 380-430 мм рт. ст. і при обертах холостого ходу 480-560 мм рт. ст. (положення стрілки повинне бути стабільно).

Витоку стисненого повітря із циліндра в положенні, коли його клапани закриті, характеризують зношування кілець, втрату ними пружності, закоксовывание або поломку, зношування циліндра, зношування стінок поршневих канавок, втрату герметичності клапанів і прокладки головки циліндрів. Стан двигуна перевіряють за допомогою приладу КИ-69. Користуючись цим приладом, по черзі впускають стиснене повітря в циліндри через отвори для свіч запалювання в положенні, коли клапани закриті, і при цьому вимірюють витоки повітря за показниками манометра приладу.

Стиснене повітря з повітряної магістралі через впускний штуцер надходить у колектор. При відкритому впускному вентилі виміру витоків (і закритому вентилі прослуховування витоків) повітря надходить у редуктор тиску й через калібрований отвір проходить у повітряну камеру, що через другий калібрований отвір повідомляється з вимірювальним манометром. Далі повітря з повітряної камери через зворотний клапан, гнучкий шланг й іспитовий наконечник, постачений гумовим конусом, надходить у циліндр двигуна. По вимірювальному манометрі визначають тиск повітря, що характеризує його витік із циліндра. Перед виміром редуктор тиску регулюють на робочий тиск 2 кГ/см², а за допомогою регулювальної голки тарують показання вимірювального манометра. При повній герметичності досліджуваного циліндра тиск повітря в повітряній камері буде дорівнює тиску повітря за редуктором тиску, що і покаже вимірювальний манометр.

Наявність у циліндрі нещільностей викликає витік з його повітря й зменшення тиску повітря в повітряній камері, що також буде реєструватися вимірювальним манометром. Для зручності користування приладом по вимірювальному манометрі визначають не тиск, а відносний витік повітря у відсотках стосовно максимального значення витоку. При повній герметичності циліндра стрільця вимірювального манометра буде показувати максимальний тиск, що по шкалі вимірювального манометра приймається за нуль. При повному витоку повітря із циліндра тиск по шкалі вимірювального манометра приймається за 100%. Таким чином, відхилення стрілки вимірювального манометра від нульового значення буде вказувати втрату повітря через нещільності, виражену у відсотках. Для зручності користування приладом шкала вимірювального манометра розмічена на зони: гарний стан двигуна, задовільне й потребуючого ремонту. Витоку повітря через клапани двигуна, що вказують на їх несправності, виявляють прослуховуванням за допомогою фонендоскопа або візуально по коливаннях в індикаторі, установленому у свічкових отворах, сусідніх з циліндром, що перевіряється. Витоки через прокладку головки циліндрів визначають по бульбашках повітря, що з'являються в горловині радіатора або в площині рознімання.

Діагностика по шумах і вібраціям. Шуми (стукоти) і вібрації, тобто коливальні процеси пружного середовища, що виникають при роботі механізмів, використають для віброакустичної діагностики двигуна й інших агрегатів автомобіля. Джерелом цих коливань є газодинамічні процеси (згоряння, випуск, впуск), регулярні механічні зіткнення в сполученнях за рахунок зазорів і неврівноваженості мас, а також хаотичні коливання, обумовлені процесами тертя. При роботі двигуна всі ці коливання накладаються один на одного й, взаємодіючи, утворять випадкову сукупність коливальних процесів, називану спектром. Це ускладнює віброакустичну діагностику через необхідність усунення перешкод, виділення корисних сигналів і розшифровки коливального спектра.

Поширення коливань у пружному середовищі (тверді тіла, рідини, гази) носить хвильовий характер. Параметрами коливального процесу є: частота (періодичність), рівень (амплітуда) і фаза, тобто положення імпульсу коливального процесу щодо опорної крапки циклу роботи механізму (наприклад, в.м.т.).

Частоту вимірюють герцами, а рівень - зміщеннями, швидкістю або прискоренням часток пружного середовища, тиском, що виникає в ній, або ж потужністю (у децибелах) коливального процесу. Між переліченими чисельними параметрами рівня коливань існують перевідні масштаби. Повітряні коливання називають шумами (стукотами), а коливання матеріалу, з якого складається механізм, - вібраціями. Шуми визначають за допомогою мікрофона, а параметри вібрації - за допомогою пьєзо-електричних датчиків. Отримані в такий спосіб сигнали підсилюють, вимірюють по масштабі й реєструють. Засобами реєстрації може бути осцилограф (при візуальному спостереженні за процесом) або граничний індикатор, наприклад пристрій, у якому при досягненні заданого рівня коливань запалюється контрольна лампа. У найпростіших слухових приладах (стетоскопах) вібрації сприймають за допомогою стрижня й діафрагми.

Шуми піддаються значним перекручуванням під впливом зовнішнього середовища. Це ускладнює їхнє використання для діагностики двигунів. Вібрації сприймаються безпосередньо на поверхні діагностованого механізму, завдяки чому дають більше достовірну інформацію про його технічний стан.

Можливість здійснення віброакустичної діагностики двигуна, тобто можливість розшифровки коливальних процесів, обумовлена наступними положеннями. Коливання, що виникають при зіткненнях сполучених деталей, по своїх параметрах різко відрізняються як від коливань газодинамічного походження, так і від коливань, обумовлених тертям. Кожна контактуюча пара породжує свої власні коливання. При зміні зазорів потужність коливань різко змінюється внаслідок зміни енергії зіткнення, при цьому також змінюється тривалість зіткнень. Приналежність коливань контактуючих пар може бути визначена по фазі щодо опорної точки (в.м.т., посадка клапана й ін.). Величина параметрів сигналу змінюється від швидкісного й навантажувального режимів роботи двигуна.

Існує кілька методів віброакустичної діагностики. Одним з них є реєстрація за допомогою осцилографа рівня коливального процесу у вигляді миттєвого імпульсу у функції часу (або кута повороту колінчатого вала). Щоб усунути перешкоди й конкретизувати спостереження, процес реєструють, по-перше, у діапазоні частот, у якій несправність даного механізму проявляється найбільше сильно, по-друге, на вузькій ділянці, поблизу опорної точки (наприклад, в.м.т.), по-третє, використовують найбільш вигідні для діагностики швидкісні й навантажувальні режими й місця установки датчиків. Про несправності діагностованого сполучення судять за рівнем і характером спаду коливального процесу, порівнюючи його з нормативним.

Іншим більше універсальним методом віброакустичної діагностики є реєстрація й аналіз усього спектра, тобто всієї сукупності коливальних процесів. Аналіз спектра полягає в угрупованні по частотах його складових коливальних процесів за допомогою фільтрів (подібно настроюванню радіоприймача на відповідні хвилі). Коливальний спектр знімають на вузькій, характерному, ділянці процесу при відповідному швидкісному й навантажувальному режимі роботи діагностованого механізму. Дефект виявляють по максимальному або середньому рівні коливального процесу в смузі частот, обумовленою роботою діагностованого сполучення. Отримані результати порівнюють із нормативами (еталонами). Нормативи визначають експериментально, шляхом штучного введення дефектів або шляхом нагромадження й статичної обробки результатів експлуатаційних спостережень.

При автоматизованому діагностичному висновку обмірювані величини амплітуд й їхніх зсувів порівнюють за допомогою логічного пристрою з еталонами, що зберігаються в блоці пам'яті машини.

Технічний стан кривошипно-шатунних і газорозподільних механізмів можна визначити по шумах і стукотах за допомогою стетоскопів і віброакустичної апаратури; по характеру стукоту і по місцю його виникнення знаходять несправності двигуна. Так, за допомогою стетоскопа визначають збільшення зазорів в шатунних і корінних підшипниках колінчастого валу, між поршнем і циліндром, клапанами і штовхачами, клапанами і втулками, в підшипниках розподільного валу. Стукоти поршнів об циліндр (при зазорі 0,3...0,4 мм) глухі, клацаючі; вони прослуховуються на непрогрітому двигуні при малій частоті обертання колінчастого валу або різкому її зменшенні. Сильні стукоти поршнів об циліндр на прогрітому двигуні не допускаються.

Стуки в корінних підшипниках колінчастого валу (при зазорі 0,1...0,2 мм) - сильні, глухі, низького тону; вони прослуховують;

- на прогрітому двигуні (температура охолоджуючої рідини 70...90 ° З при різкому підвищенні або різкому зменшенні частоти обертання колінчатого валу, а також при відключенні окремих циліндрів. В експлуатації недопустимі. Стуки в шатунних підшипниках більш різкі, ніж в корінних; появляються вони при різкій зміні частоти обертання колінчастого валу (при відключенні свічки запалення або форсунки стукіт в даному циліндрі зникає або помітно зменшується). В експлуатації недопустимі.

Стукоти в сполученні поршневий палець - шатун (при зазорі 0,1 мм) - дзвінкі, металеві; вони чутні прирізкою зміні частоти обертання колінчастого валу (при відключенні свічки запалення або форсунки зникають). Подібні стукоти можуть бути слідством детонаційного згорання палива при ранньому запаленні. В експлуатації недопустимі. Стуки в клапанах газорозподілу чутні на будь-якій частоті обертання колінчастого валу (особливо на малій) проти клапанної кришки. Сильний стукіт не допускається.

Шум шестерень розподільного механізму прослуховується па малій частоті обертання колінчастого валу в зоні кришки шестерень.

Сильний шум не допускається.

В КШМ найбільшим зношуванням піддаються зовнішні поверхні поршневих кілець, юбка поршня, поршневі пальці, верхня головка шатуна, шатунні і корінні підшипники.

Діагностика по параметрах картерного масла дає можливість визначити темп зношування деталей двигуна, якість роботи повітряних і масляних фільтрів, герметичність системи охолодження, а також придатність самого масла. Для цього необхідно періодично відбирати з картера проби масла, вимірювати концентрацію в ньому продуктів зношування й кремнію, визначати в'язкість і зміст води. Перевищення припустимих норм по концентрації в маслі металів укаже на несправну роботу сполучених деталей, перевищення норми змісту кремнію - на несправність фільтрів, присутність води - на несправність системи охолодження, а знижена в'язкість дозволить судити про придатність масла.

Можливість діагностики двигуна по концентрації продуктів зношування (свинцю, хрому, заліза, алюмінію й ін.) у картерному маслі обумовлена залежністю її рівня тільки від інтенсивності зношування відповідних деталей (підшипників, кілець, циліндрів) двигуна. Це означає, що після закінчення деякого часу роботи масла у двигуні (при практичній сталості обсягу масла, інтенсивності очищення й вигарі) концентрація кожного із продуктів зношування в маслі досягає певного рівня й стабілізується. Збиток і поповнення зважених у маслі часток урівноважується. Цей рівень буде тим вище, чим більше швидкість зношування деталей двигуна. Тому що швидкість зношування при справних системах фільтрації й охолодження характеризує справність сполучення тертьових пар механізму, то за рівнем концентрації можна виявити сховані й назріваючі відмови. Спектральний аналіз полягає в наступному. Пробу картерного масла спалюють у високотемпературному полум'ї вольтової дуги й реєструють спектр за допомогою спектрографа або автоматизованої фотоелектричної установки. Пари продуктів зношування дають лінійчатий спектр, що піддають якісному й кількісному аналізу.

Якісний аналіз складається у виявленні спектральних ліній, що свідчать про присутність у картерному маслі металів деталей, що зношуються, а кількісний - у визначенні інтенсивності почорніння спектральних ліній. Щільність почорніння ліній вимірюють за допомогою мікрофотометра. Отриманий результат переводять в абсолютні одиниці концентрації, використовуючи тарувальні графіки. Графік будують для кожного елемента за результатами аналізу еталонів (проб масла з відомим змістом елемента). У процесі експлуатації на кожен автомобіль ведуть графік зміни рівня концентрації продуктів зношування металів найбільш відповідальних деталей двигуна (наприклад, циліндрів - Fe, поршнів - Al, кілець - Cr, підшипників колінчатого вала - Pb), а також стежать за концентрацією кремнію, в'язкістю й іншими параметрами масла. У такий спосіб спостерігаючи за темпом зношування основних деталей, за появою в маслі кремнію й придатністю масла, завчасно виявляють відмови механізмів і систем, і прогнозують ресурс роботи двигуна.

Менш точно, але відносно швидко й просто можна діагностувати двигун по концентрації феромагнітних часток у його картерному маслі. Таку діагностику здійснюють за допомогою електричного приладу, що вимірює концентрацію продуктів зношування заліза по зміні індуктивності масла за рахунок присутності в ньому феромагнітних часток.

Таблиця - Ознаки порушень нормальної роботи КШМ

Зовнішні ознаки	Структурні зміни	Діагностичні дії
Падіння потужності, збільшення витрати масла і палива, димність випуску	Зношення або задирання циліндрів, зношення поршневих кілець, втрата пружності кілець та їх поломка	Виміряти потужність двигуна, втрати стиснутого повітря, проривання газів у картер, тиск такту стиснення, вигорання масла
Стук поршнів	Зношення юбок поршнів	прослухати двигун стетоскопом
Пульсуюче димлення з вентиляційної трубки	Тріщини або прогорання поршнів в дизельних двигунах	заміряти тиск кінця стиску, при необхідності замінити поршні
вода на електродах свічок	порушення герметичності водяної рубашки	Заміряти витрати повітря
Різкі стуки у двигуні, що не зникають при регулюванні запалення	Зношення поршневих пальців і втулок верхньої головки шатуна	Визначення сумарного зазору
Різкі глухі стуки що виникають при відпусканні педалі зчеплення	Зношення вкладишів корінних підшипників	Визначення тиску масла

Ознаки порушень нормальної роботи газорозподільчого механізму

Зовнішні ознаки	Структурні зміни	Діагностичні дії
Стук клапанів	Збільшений зазор між клапаном та штовхачем	перевірити зазор і відрегулювати клапани
Нерівномірна робота двигуна, вистріли з глушника або спалахи в карбюраторі	Зменшений або відсутній зазор між клапаном та штовхачем	Перевірити зазор
Постріли з глушника, підвищене димлення дизельних двигунів. Падіння потужності	зношення або прогорання робочих поверхонь впускних клапанів або їх сідел	перевірити компресію в циліндрах
Постріли з глушника з глушника, підвищене димлення дизельних двигунів. Падіння потужності	Поломка клапанної пружини або штанги штовхача	прослухати двигун стетоскопом
падіння потужності	зависання клапанів	виміряти тиск у циліндрах
Стук клапанів, що не усувається регулюванням зазорів	Зношування штовхачів і направляючих втулок клапанів	прослухати стетоскопом
Часті стуки, що зливаються у загальний шум	зношення розподільчих шестерень	прослухати стетоскопом
Сильні періодичні стуки	Зношення підшипників розподільчого валу	прослухати стетоскопом