Оценка степени износа поршневой группы и прогнозирование остаточного ресурса

       Цилиндропоршневая группа – один из самых ответственных и быстро изнашиваемых узлов двигателя внутреннего сгорания. Потеряна компрессия в цилиндрах и наш двигатель перестал быть резвым и мощным, стал плохо запускаться, появился чрезмерный расход топлива и масла, а за машиной расстилается густой шлейф сизого дыма, загрязняя атмосферу, губя природу и преждевременно унося жизнь вселенной.

           

       Разброс компрессии в цилиндрах приводит к преждевременному износу двигателя.

Причин может быть много. Как часто мы не можем объективно оценить проблему и найти причину неисправностей?

       В большинстве случаев двигатель ставится на ремонт и разбирается преждевременно, потому, что не определена конкретная причина неисправности.

Нередко это бывает всего лишь из-за «закоксовки» поршневых колец одного из цилиндров или нагара на клапане, а всего лишь надо было сделать «раскоксовку» и заменить маслосъемный колпачок.

           

       Представляем новый прибор диагностики цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, не имеющий аналогов в мире, который без особого труда и тем более не разбирая мотора, даст Вам объективную оценку состояния, поломок, и остаточного ресурса ЦПГ двигателя внутреннего сгорания.

       Называется он АГЦ – 2, анализатор герметичности цилиндров.

 

По мере совершенствования конструктивно - технологических элементов машин

(в первую очередь ДВС) повышаются требования к оборудованию технического сервиса.

Не в последнюю очередь эти требования касаются и средств технической диагностики, где наблюдается заметное отставание в части развития новых методов диагностирования, способных существенно повысить достоверность диагноза при одновременном снижении трудоемкости.

       Зарубежный опыт показывает нам пути использования, как отдельных встроенных датчиков, так и информативных систем, обеспечивающих периодический или постоянный контроль технического состояния основных ресурсонесущих, или отвечающих за безопасность основных частей машин. Не вдаваясь в дискуссию перспективности данного пути развития средств контроля технического состояния машин, отметим, что для отечественного машиностроения (транспортные средства и мобильные энергетические установки) в силу ряда объективных причин быстрое развитие рассматриваемого направления разработок встроенных средств контроля в массовом варианте ни на сегодняшний день, ни на ближайший период нереально. Отметим также, что в методическом плане современные средства диагностики не отличаются значительно от средств 10-20-летней давности.

       Рассмотрим этот вывод на примере ЦПГ (цилиндропоршневой группы) ДВС (двигателя внутреннего сгорания).

По числу отказов ДВС, ЦПГ занимает второе (до 20%) место после систем зажигания и впрыска топлива (до 45%).

       Известные инструментальные методы диагностирования ЦПГ можно свести к трем основным: (Здесь мы не рассматриваем относительные методы: по току стартера и падению оборотов.)

· Инструментальная оценка певмоплотности сопряжений «гильза – компрессионное кольцо – канавка поршня» по расходу газов, прорывающихся в картер;

· Оценка пневмоплотности конкретного цилиндра путем принудительной его опрессовки сжатым воздухом (при помощи пневмокалибратора);

· Оценка пневмоплотности конкретного цилиндра по максимальному давлению в конце такта сжатия (компрессии).

 

Каждый из рассмотренных методов имеет ряд недостатков, известных каждому специалисту по ТО и ремонту ДВС. Рассмотрим главный из них, недостаточную достоверность, на примере наиболее распространенного метода – компрессии.

В таблице №1 приведены примеры измерения компрессии (Pk₁ kгс/см²) при возникновении различных неисправностей.

 

Таблица 1

ДВС

Параметр

№ цилиндра

Примечание

СМД-62 (дизель)

Р_к

29,0

28,0

28,0

28,5

30,0

27,5

В 5-м цилиндре поломана впускная штанга

Р₁

0,87

0,86

0,86

0,87

0,94

0,85

Р₂

0,14

0,15

0,15

0,14

0,12

0,16

Д-240

(дизель)

Р_к

23,0

23,5

24,0

25,0

-

-

Износ ЦПГ вследствие не герметичности впускного тракта

Р₁

0,76

0,78

0,80

0,81

-

-

Р₂

0,26

0,25

0,23

0,24

-

-

ГАЗ 24

Р_к

9,5

8,5

9,0

9,0

-

-

Предельный износ компрессионных колец

Р₁

0,80

0,79

0,80

0,80

-

-

Р₂

0,36

0,40

0,36

0,35

-

-

ВАЗ 2109

Р_к

11,0

10,0

10,0

8,0

-

-

Текущий износ колец.

Предельный износ п.колец 4-го цилиндра

Р₁

0,83

0,83

0,85

0,85

-

-

Р₂

0,24

0,29

0,33

0,39

-

-

ВАЗ 2107

Р_к

9,5

9,5

3,0

9,0

-

-

Двигатель после прогрева «троит».

Трещина в днище клапана 3-го цилиндра

Р₁

0,80

0,80

0,60

0,80

-

-

Р₂

0,20

0,20

0,40

-

-

 

Анализ представленных результатов показывает:

В первом примере (СМД-62Р) метод слабо отреагировал на неисправность 5-го цилиндра (появление дополнительного источника пневмоплотности в виде топлива);

Во втором, третьем и четвертом примерах по показателям компрессии невозможно определить причину снижения пневмоплотности.

Предлагаемый к рассмотрению метод диагностирования ЦПГ позволяет в целом свести к минимуму отмеченные недостатки и достаточно достоверно оценить состояние ЦПГ и, соответственно, определить вид и объем профилактических не обезличенных ремонтных воздействий. Сущность метода заключается в следующем: в процессе прокручивания коленчатого вала стартером или пусковым двигателем, измеряют разрежение в надпоршневом пространстве на такте расширения посредством вакуумного клапана. При этом на предыдущем такте сжатия осуществляется полная продувка цилиндра через редукционный клапан малого давления (0,01Кгс/см²). Полученная величина полного вакуума (Р₁) характеризует состояние гильзы цилиндра (овальность и конусность) и плотность сопряжения «клапан-седло». Замеры полного вакуума (Р₁) осуществляются с минимальной трудоемкостью, т.к. не имеют жесткого крепления переходных устройств (ПУ) перед измерением. Но при этом виде измерения (Р₁) мы ничего не можем сказать о состоянии поршневых колец. Почему? Ответ достаточно прост – при нормальной гильзе и «плотных» клапанах наличие масляного клина всегда обеспечит высокий вакуум (примеры 3, 4 табл. 1).

Перекроем редукционный клапан, изолировав тем самым надпоршневое пространство. Теперь на такте сжатия давление повышается до максимального значения (компрессии). При этом часть сжимаемого воздуха прорывается через поршневые кольца в картер двигателя. После достижения ВМТ поршень начинает такт расширения, возвращаясь на исходную координату начала такта сжатия.

В этом случае вакуумный клапан «запоминает» остаточный вакуум, величина которого прямо пропорциональна той части давления (компрессии), которая была «потеряна» при прорыве через поршневые кольца. При нормальных кольцах остаточный вакуум весьма незначителен (пример 1 табл.1.). При изношенных, поломанных или «закоксованных» поршневых кольцах существенно возрастает (пример 3,4 табл1.).

Рассмотрим случай износа гильзы. Известно, что гильза при износе в вертикальной проекции приобретает форму эллипса. При достаточной степени износа (>50%) наличие зазора между эллипсным сектором зеркала цилиндра и круглым сектором компрессионного кольца обуславливает появление подсоса воздуха из картера на такте разряжения, который не может быть устранен никаким масляным клином

(пример 2, табл. 1).

Особое место в классификации неисправностей ЦПГ и их признаков отводится клапанному механизму. Теоретически в случае небольшого нарушения пневмоплотности сопряжения «клапан-седло» количественные значения Р₁, Р₂ будут близки примеру 2 , 1-го цилиндра, табл.1. И тогда естественно возникает зона информационной неопределенности, решить которую возможно только с привлечением дополнительных диагностических операций (например, подача воздуха в цилиндр). Практически неисправность указанного сопряжения появляется в виде внезапного отказа (скол, трещина, прогар или нагар), приводящего к потере работоспособности данного цилиндра. Образование условного отверстия в камере сгорания приводит к резкому уменьшению величины Р₁, т.к. никакой дополнительный источник пневмоплотности (лишнее масло, несгоревшее топливо) не в состоянии его уплотнить (пример 5, 3 цил.).

Экспериментальные исследования, подкрепленные большим статистическим материалом, позволили обосновать основные нормативные значения показателей Р₁ и Р₂ для дизельных и бензиновых двигателей (см. Табл.2).

Таблица 2

ДВС

Номинальные значения кгс/см²

Предельные значения кгс/см²

Гильза Р₁

Кольца Р₂

Гильза Р₁

Кольца Р₂

Клапан Р₁

Дизель

0,89-0,94

0,14-0,17

0,78

0,25

0,65

Бензин Аи-92

0,80-0,84

0,17-,0,20

0,75

0,32

0,60

Бензин Аи-80

0,80-,082

0,18-0,20

0,72

0,36

0,60

 

Рассмотренный метод диагностики ЦПГ в настоящее время реализован в серийно выпускаемом приборе «Анализатор герметичности цилиндров» АГЦ-2 (рис1), который входит в комплект переносного диагностического комплекта (ПДК). На диагностику ЦПГ потребуется 20-30 минут времени.

Прибор защищен авторским свидетельством № 1467423, сертифицирован, сертификат № 0000585 от 14.11.2000г., ТУ5252-411-18380931-2000.

В комплект ПДК входит много полезных приборов позволяющих провести диагностику двигателя внутреннего сгорания по разным параметрам не только в гараже, но и в полевых условиях.

Итак, первое это диагностика. Поиск объективных причин неисправностей и естественно оптимальных методов их устранения.

Об одной из новых технологий - «ГТМ-технологии», которая позволяет сделать «раскоксовку» поршневых колец, убрать нагар с клапанов, сделать их «герметичными», очистить от нагара поверхности поршней и головку блока, избирательно восстановить изношенные детали двигателя и, как следствие вернуть ему жизнь и былую мощность, мы расскажем в следующей публикации. Мы готовы ответить на все Ваши вопросы, связанные с диагностикой ДВС и «ГТМ-технологии» по электронной почте или факсом.

 

Литература:

Чечет В.А. Технологические карты по диагностированию и прогнозированию остаточного ресурса с/х машин. Раздел ДВС. Новосибирск – 2000.

 

ВАКУУМНАЯ ДИАГНОСТИКА

 

                                  Предлагаемый вакуумный способ оценки пневмоплотности цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутренне­го сгорания (ДВС) позволяет не только оп­ределить процент износа деталей, но и выявить конкретный дефект деталей ЦПГ.

       Метод позволяет в целом свести к ми­нимуму затраты, достаточно достоверно оценить состояние ЦПГ и, соответственно, определить вид и объем профилактичес­ких ремонтных работ. Сущность метода заключается в следующем: в процессе прокручивания коленчатого вала старте­ром или пусковым двигателем измеряют разрежение в надпоршневом пространст­ве на такте расширения посредством ва­куумного клапана. При этом на предыду­щем такте сжатия осуществляется полная продувка цилиндра через редукционный клапан малого давления (0,01 кгс/см²). По­лученная величина полного вакуума ха­рактеризует состояние гильзы цилиндра (овальность и конусность) и плотность со­пряжения клапан — седло. Замеры полно­го вакуума осуществляются с минималь­ной трудоемкостью, т.к. не имеют жестко­го крепления переходных устройств перед измерением. Но при этом виде измерения мы ничего не можем сказать о состоянии поршневых колец. Почему? Ответ доста­точно прост: при нормальной гильзе и «плотных» клапанах наличие масляного клина всегда обеспечит высокий вакуум.

   Перекроем редукционный клапан, изо­лировав тем самым надпоршневое прост­ранство. Теперь на такте сжатия давление повышается до максимального значения (компрессии). При этом часть сжимаемого воздуха прорывается через поршневые кольца в картер двигателя. После дости­жения ВМТ поршень начинает такт рас­ширения, возвращаясь на исходную коор­динату начала такта сжатия.

   В этом случае вакуумный клапан «за­поминает» остаточный вакуум, величина которого прямо пропорциональна той час­ти давления (компрессии), которая была «потеряна» при прорыве через поршне­вые кольца. При нормальных кольцах ос­таточный вакуум весьма незначителен. При изношенных, поломанных или закоксованных поршневых кольцах существен­но возрастает.

       Как было описано выше, для снятия данных по основным показателям (ком­прессия, полный вакуум, остаточный ва­куум) необходимо произвести элементар­ные замеры на тестируемом двигателе. Комплект диагностического оборудования включает в себя прибор для измерения компрессии и два вакуумметра. Техноло­гия замера достаточно проста и на про­гретом двигателе займет 10 — 15 минут. Для снятия показателей необходимо два человека. Один контролирует показатели приборов, второй с водительского места включает стартер для прокрутки коленвала двигателя