Между системами и механизмами двигателя существует функциональная связь, заключающаяся в комплексном влиянии различных неисправностей на диагностические параметры. Так, на мощность двигателя влияют состояние систем электрооборудования, питания, газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов.
Диагностирование кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневой группы осуществляется измерением количества газов, прорывающихся в картер; зазоров в верхних и нижних головках шатунов; компрессии в цилиндрах; стуков и вибрации; перепадов давления масла в диагностируемых сопряжениях; разрежения во впускном трубопроводе; частоты вращения коленчатого вала двигателя при выключении из работы отдельных цилиндров и др.
Измерить количество газов, прорывающихся в картер, можно КИ-4887-I, газовыми счетчиками и другими приборами. Прибор КИ-4887-I дроссельного типа включает в себя патрубок с двумя вмонтированными в него дросселями (рис. 2.22) и жидкостными манометрами. Входным патрубком прибор подсоединяют к заливной горловине картера диагностируемого двигателя, а выходным — к выпускной трубе (глушителю) или вакуумной установке для отсоса газов из картера.
Рис. 2.22. Схема расходомера КИ-4887-I: 1 - входной патрубок, 2, 3, 4 - жидкостные манометры, 5, 6 - входной и выходной дроссели, 7 - инжектор
Отсос осуществляется при давлении, равном атмосферному, которое устанавливается дросселями 5 и 6 и контролируется по манометру; жидкость в столбиках манометра должна находиться на одном уровне. Шкала расхода газа дросселя 5 проградуирована при перепаде давления на нем 150 Па. Прибором можно измерять расход газов в диапазонах 0...2 и 0...3 л/с.
Для отсоса газов можно использовать разрежение во впускном трубопроводе двигателя, соединив выходной патрубок прибора с входной трубой воздухоочистителя. Если при измерении расхода газов, прорывающихся в картер, поочередно отключать отдельные цилиндры (например, выворачивая свечи зажигания), то по снижению расхода прорывающихся газов можно оценить герметичность этих цилиндров.
Оценка зазоров в верхних и нижних головках шатунов осуществляется по вибрации и наличию специфических стуков при работе двигателя. На неработающем двигателе эти зазоры можно определить по схеме, показанной на рис. 2.23. С проверяемого цилиндра двигателя снимают свечу зажигания и на ее место устанавливают наконечник через воздухораспределитель, подсоединенный двумя входными каналами к компрессорно-вакуумной установке. При этом поршень проверяемого цилиндра должен находиться строго в верхней мертвой точке (ВМТ) на такте сжатия. Попеременно создавая в цилиндре давление 200 кПа и разрежение 60 кПа, заставляют поршень подниматься и опускаться, выбирая зазоры в кривошипношатунном механизме. Наличие зазоров определяют с помощью стетоскопа или устройством КИ-11140 (рис. 2.24), которое вворачивают вместо снятой свечи зажигания. Через штуцер устройство подключают к компрессорно-вакуумной установке.
Рис. 2.23. Схема оценки зазоров в сопряжениях кривошипно-шатунного механизма: 1 - картер двигателя, 2 - шатун, 3 - поршень, 4 - наконечник, 5 - воздухораспределитель, 6 - регулятор давления, 7 - регулятор вакуума, 8 - компрессорно-вакуумная установка, 9 - гнездо установки свечи зажигания
Рис. 2.24. Схема устройства КИ-11140: 1 - трубка, 2 - фланец, 3 - винт, 4 - гайка, 5 - седло, 6 - пружина, 7 - специальная гайка, 8 - индикатор, 9 - втулка, 10 - оправка, 11 - уплотнение, 12 - основание, 13 - наконечник, 14 - струна
Перемещение поршня посредством разрежения осуществляется скачкообразно от зазора к зазору. Это объясняется тем, что для поднятия поршня, пальца, шатуна и выдавливания смазки из зазоров каждого сопряжения требуются различные усилия. Учитывая, что разрежение в надпоршневой камере возрастает постепенно от нуля до задаваемого значения, каждой ступени перемещения поршня соответствует выборка зазора в одном из сопряжений.
Герметичность цилиндров двигателя определяют прибором К-69М, компрессометром 179, К-181, КВ-1124, пневмотестером К-272. Переносным прибором К-69М измеряют утечки воздуха, подаваемого под давлением в цилиндр неработающего двигателя через отверстие для свечи зажигания у карбюраторных двигателей или форсунки у дизельных двигателей.
Манометром прибора можно измерять давление от 0 до 156,8 кПа, он отградуирован в процентах утечки воздуха с диапазоном 0...100%. Давление воздуха, подводимого к прибору из воздушной магистрали СТО, 294...588 кПа; рабочее давление на выходе редуктора давления 156,8 кПа.
Компрессию цилиндров двигателя можно определить компрессометром 179; он представляет собой корпус с вмонтированным в него манометром с диапазоном измерений 0...980 кПа, соединенным с трубкой, на другом конце которой имеется золотник с резиновым наконечником. Последний служит для создания уплотнения между отверстием под свечу зажигания и компрессометром. Стрелка манометра фиксируется в положении, соответствующем максимальному давлению в цилиндре. Возврат стрелки в исходное положение осуществляется нажатием на шток клапана. Проверка компрессии осуществляется при прокручивании коленчатого вала двигателя стартером.
Компрессометры КВ-1124 и К-181 не только измеряют давление в цилиндре двигателя, но и фиксируют его на бумажном бланке. Компрессометр КВ-1124 универсальный, обеспечивает измерение давления такта сжатия у карбюраторных двигателей, имеющих свечи зажигания с резьбой М14 и М18 в диапазоне 392...1568 кПа с погрешностью±2,5%.
Для проверки герметичности надпоршневого пространства двигателей предназначен пневмотестер К-272. Пневмотестер (рис. 2.25) состоит из блока питания 1, указателя 2 и быстросъемных муфт 5, 5, соединенных между собой гибкими воздухопроводами 4. Блок питания представляет собой редуктор давления с фильтром тонкой очистки. Указатель 2 объединяет в себе дроссель и манометр.
Рис. 2.25 Пневмотестср К-272: 1 - блок питания, 2 - указатель (показывающий прибор), 3, 5 - муфта, 4 - воздухопровод
С помощью муфты 5 пневмотестер подсоединяется к воздушной сети; с помощью быстросъемной муфты через специально предусмотренный составной штуцер (входит в комплект пневмотестера) — к проверяемому цилиндру двигателя. Оценка технического состояния (герметичность) цилиндра производится по величине падения давления на дросселе указателя 2; величина падения давления на дросселе пропорциональна расходу воздуха через диагностируемый цилиндр.
Оценка компрессии в цилиндрах двигателя может осуществляться измерением стартерного тока (или мощности) при прокручивании стартером коленчатого вала. Сила тока зависит от механических потерь на трение и компрессии в цилиндрах. Чем больше эти величины, тем больше потребляемый ток на тактах сжатия при подходе поршня к ВМТ. У исправного двигателя пульсации тока, вызываемые компрессией в отдельных цилиндрах, одинаковы по амплитуде (рис. 2.26). Максимальное значение Umax характеризует мощность, затрачиваемую на преодоление трения и компрессии в целом, а минимальное Uгер — герметичность цилиндра.
Рис. 2.26. Зависимость амплитуды пульсаций напряжения от компрессии в цилиндрах двигателя
В случае низкой герметичности амплитуда пульсаций снижается до ΔUmin. На рис. 2.26 пульсации давления в 1; 3 и 4-м цилиндрах нормальные, а у 2-го цилиндра понижены, что говорит о плохой компрессии (герметичности) этого цилиндра.
Оценку компрессии в цилиндрах двигателя можно дать по амплитуде угловых ускорений, создаваемых каждым цилиндром в режиме свободного разгона коленчатого вала. Угловое ускорение коленчатого вала изменяется от цилиндра к цилиндру и носит пульсирующий характер, т. е. зависит от компрессии в них.
Для прослушивания стуков и ориентировочной локализации их источников применяются стетоскопы КИ-1154, «Поиск», а также электронные стетоскопы, представляющие собой усилитель низкой частоты с пьезоэлектрическими датчиками.
Диагностирование газораспределительного механизма осуществляется по тепловым зазорам между толкателями и стержнями, герметичности (плотности) прилегания клапанов к гнездам, износу кулачков распределительного вала, упругости клапанных пружин, а также с помощью контроля фаз газораспределения.
Герметичность клапанов оценивается компрессометрами, прибором К-69М, газовым расходомером, стетоскопом, виброакустической и другой аппаратурой. Зазор между толкателем и стержнем определяется пластинчатым щупом, приспособлением индикаторного типа КИ-9918.
Оценку зазоров, неплотность прилегания клапанов к гнездам и фазовый сдвиг момента открытия клапанов относительно ВМТ поршня можно определять по диаграмме пульсаций давления на впуске и выпуске (рис. 2.27).
Рис. 2.27. Характер изменения пульсаций газов на выпуске и впуске двигателя
Основными амплитудно-фазовыми параметрами диаграммы давления как функции от времени пульсирующих потоков являются площадь диаграмм S, общая амплитуда H, период пульсации Т (с составляющими L, L1, Л2), амплитуда открытия клапанов K, амплитуда величины давления D, амплитуда величины разрежения β, амплитуда момента открытия клапана ε, скорости нарастания давления α и разрежения v, характеризуемые тангенсом угла наклона к фазовой оси абсцисс. Фазовый (временной) сдвиг газораспределительного механизма определяют по амплитуде пульсаций во впускном или выпускном трактах двигателя, а по фазовому сдвигу момента открытия впускных (выпускных) клапанов на диаграммах пульсаций во впускном (выпускном) тракте и картере двигателя оценивают фазы газораспределения.
Для диагностирования механизма газораспределения устанавливаются датчики давления во впускном и выпускном трубопроводах двигателя. При работе двигателя в установившемся режиме осуществляется измерение амплитуды, продолжительность импульсов впуска и выпуска газов и фазовый сдвиг импульса относительно ВМТ поршня. Амплитуда пульсаций газов определяет герметичность клапанов, продолжительность импульса — зазоры в клапанах, а фазовый сдвиг—состояние привода механизма газораспределения.
Рис. 2.28. Прибор НИИАТ-527Б для проверки бензонасосов: 1 - манометр, 2 - крючок, 3 - штуцер, 4, 8 - трубки, 5 - корпус крана, 6, 9 - переходники, 7 - игла в сборе
Для проверки максимального давления, развиваемого бензонасосом и герметичности его клапанов непосредственно на автомобиле предназначен прибор НИИАТ-527Б (рис. 2.28). Прибор состоит из манометра 1, крана в сборе, переходников 6, 9 и соединительных трубопроводов. Процесс измерения состоит из трех основных этапов:
1. Подсоединяется прибор в разрыв топливопровода двигателя и при минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала измеряется по манометру развиваемое бензонасосом давление (предварительно температура двигателя доводится до рабочей).
2. Закрывается кран прибора и останавливается двигатель. Через 30 с после остановки двигателя по манометру снимаются показания. Результаты измерений сравниваются с нормативными (табл. 2.10); если измеренные значения ниже нормативных, то насос подлежит ремонту.
3. Открывается кран, запускается двигатель и через 1—2 мин снова останавливается, а через 30 с вновь снимаются показания манометра. Разница показаний в п. 2 и 3 характеризует герметичность игольчатого клапана карбюратора.
2.10. Данные для проверки бензонасосов двигателей легковых автомобилей
Модель автомобиля | Давление, кПа | |
на минимально-устойчивой частоте вращения КВД | по истечении 30 с после остановки двигателя | |
ЗАЗ-966, ЗАЗ-968, | 10 | 0,05 |
ВАЗ-2101, ВАЗ-2102, | 20...25 | 0,1 |
ВАЗ-2103, «Москвич-407», | 16...30 | 0,1 |
408, «Москвич-412», 2140 | 30...36 | 0,15 |
Прибором К-436 проверяют производительность насоса и максимальное давление, а также оценивают плотность прилегания клапанов. Прибор представляет собой закрытый цилиндрический резервуар с поплавком и мерной линейкой. В крышке резервуара находятся трехходовой кран с манометром; в дне резервуара имеется кран для слива топлива. Прибор включают между насосом и карбюратором. Наибольшее измеряемое давление 156 кПа, производительность — до 0,06 л/с; погрешность измерения производительности±1,0%, давления±2,5%.
Кран на крышке резервуара имеет три фиксированных положения: I и III — проверка на рабочее и максимальное давление, II — определение производительности насоса. В положении I при неработающем двигателе определяется также плотность прилегания клапанов. Проверку давления производят при частоте вращения коленчатого вала 420...720 мин-1, а производительность — при 2500...3000 мин-1.
Уровень разрежения во впускном трубопроводе проверяют вакуумметрами. Его можно определить сигнализатором засоренности ОР-9928. В последнем случае имеет место повышенная погрешность измерения.
Диагностирование системы питания осуществляется также по удельному расходу топлива, подаче топливного насоса, разрежению во впускном трубопроводе, уровню топлива в поплавковой камере карбюратора, содержанию оксида углерода (СО) в отработавших газах и т.п.
Неисправности в системе питания приводят к переобогащению или обеднению топливной смеси, потере динамических качеств автомобиля, неустойчивой работе двигателя, увеличению удельного расхода топлива.
Расход топлива измеряют ротаметрическими, тахометрическими, фотоэлектрическими и другими расходомерами, а также мерными сосудами или весами. Объемный расходомер (рис. 2.29) состоит из дозатора и измерителя.
Рис. 2.29. Схема объемного расходомера: 1 - калиброванный бак, 2 - поплавковая камера, 3 - пневмогидравлический преобразователь, 4 - распределитель, 5 - сигнализатор уровня топлива, 6 - субблок контроля загрязненности, 7 - индикатор, 8, 9 - субблок включения и выключения секундомера, 10 - секундомер, 11 - манометр
Дозатор подключают шлангами между бензонасосом и карбюратором. Состоит он из двух последовательно соединенных калиброванных баков, поплавковой камеры, пневмогидравлического преобразователя и распределителя, управляемого электромагнитом. Уровень топлива в дозаторе контролируется тремя бесконтактными фотоэлектрическими сигнализаторами. Измеритель включает в себя блок контроля загрязненности, блок управления, секундомер.
Расход топлива оценивают по времени, затрачиваемому двигателем автомобиля на выработку топлива из калиброванного объема. Калиброванные баки имеют вместимость 20 и 180 см3. Погрешность измерения времени±0,01 с. При подключении расходомера в топливную магистраль автомобиля калиброванные баки и поплавковая камера заполняются бензином, после чего последняя герметизируется клапаном, управляемым от поплавка.
Цикл измерения начинается с нажатия кнопки «Измерение», при этом распределитель отключает карбюратор от бензонасоса, а к карбюратору начинает поступать топливо из калиброванных баков. Подпор давления осуществляется пневмогидравлическим преобразователем, подключаемым к воздушной сети СТО.
Расходомер КИ-8910 основан на измерении перепада давлений на дросселе. Расход топлива отсчитывается по шкале, что позволяет измерять его в любые промежутки времени. При закрытых кранах на выходе расходомера в поплавковой камере и мерной трубке прибора, которые сообщаются с атмосферой, топливо устанавливается на одном уровне. При работающем двигателе топливо расходуется из мерной трубки, с которой снимаются показания снижения уровня (соответственно объема) за заданный промежуток времени.
В комплекте со стендом К-485 используется объемный расходомер топлива двух типов. Рабочий объем мерной колбы расходомера в зависимости от типа составляет 100 и 200 см3; управление расходомером ручное. Работа расходомера (рис. 2.30) происходит в двух последовательных режимах: заполнение системы трубопроводов и мерной колбы; измерение расхода топлива. В первом режиме топливо из насоса по трубопроводу 1 через открытый кран 2 поступает одновременно в карбюратор, в мерную колбу 6 и по трубопроводу 4 в уравнительный бак 7, сжимая имеющийся в последнем воздух до давления, развиваемого топливным насосом. Для установки необходимого уровня топлива в мерной колбе в расходомере предусмотрен клапан 8 (ручного действия), через который выпускается сжатый в верхней части колбы воздух в атмосферу.
Рис. 2.30. Принципиальная схема расходомера топлива стенда К-485: 1, 3, 4, 5 - трубопровод, 2 - кран управления, 6 - мерная колба, 7 - уравнительный бак, 8 - клапан выпуска воздуха в атмосферу
Во втором режиме кран 3 закрыт, а топливо в карбюратор двигателя поступает из мерной колбы под действием сжатого в ней и в уравнительном баке воздуха. В процессе диагностирования измеряется время расхода из мерного бака заданного объема топлива или расход топлива за заданный промежуток времени.
Несколько больший интерес представляют расходомеры, основанные на струйном методе измерения, расходомеры переменного перепада, расходомеры, основанные на методе смешения и методе меток, расходомеры с механически управляемыми электродами, бесконтактные (электромеханические и ультразвуковые) и тахометрические расходомеры.
Принцип работы струйных расходомеров заключается в следующем. Направленная струя топлива, взаимодействуя с препятствием (например, плоской перегородкой), вызывает ее деформацию. Величина деформации (перемещения) перегородки пропорциональна расходу топлива. Примером струйного расходомера является механотронный расходомер (рис. 2.31). Угол а отклонения подвижной мембраны (подвижного электрода) расходомера пропорционален расходу топлива. В зависимости от положения подвижного электрода относительно неподвижного меняется ток (или напряжение) в цепи механотрона.
Рис. 2.31. Схема механотропного датчика расхода топлива: 1 - трубопровод, 2, 3 - неподвижный и подвижный электроды, α - угол отклонения подвижного электрода
Определенный интерес представляют вихревые расходомеры двух основных типов: основанные на завихрении потока специальными струезавихрителями и на эффекте Кармана. Принцип работы последних заключается в измерении частоты появления вихрей, создаваемых телом обтекания, которое помещено в поток жидкости (топлива). Вихреобразование устойчиво в диапазоне 500 и более чисел Рейнольдса.
Широко применяются турбинно-тахометрические и шариковые расходомеры. Эти расходомеры имеют погрешность измерения±0,5...1,0% при малой инерционности. Установка датчиков этих расходомеров в топливопровод не вносит существенных изменений в режим работы топливной системы двигателя. Датчик представляет собой отрезок трубопровода с вмонтированной в него вращающейся на подшипниках турбинкой. Скорость вращения турбинки пропорциональна расходу топлива, протекающего через датчик. На наружной поверхности корпуса датчика установлен индукционный преобразователь, выполненный в виде двухсекционной катушки. Каждый проход лопасти турбинки при ее вращении в непосредственной близости от индукционного преобразователя приводит к наведению импульса на выходе последнего.
Частотный сигнал с выхода датчика либо регистрируется цифровыми приборами, либо преобразовывается в аналоговый сигнал, который затем выдается на индикатор стрелочного прибора или записывается на ленте самописца.
Для определения расхода топлива наиболее широко применяются тахометрические расходомеры с индукционными преобразователями типа ДР и ТДР и фотоэлектрическими преобразователями типа К-427 и РТА-1.