Оценка технического состояния цилиндропоршневой группы ( ЦПГ ) двигателя по параметрам картерного газа.

При значительном износе двигателя давление газов в картере повышается до 10—20 кПа. Его измеряют обычным водяным пьезометром. Прорыв газов в картер двигателя зависит в основном от износа и нагрузки двигателя и не­значительно — от частоты вращения коленчатого вала. При замере давления или количества прорвав­шихся газов картер двигателя нужно герметизировать. Прорыв газов в картер нового двигателя достигает 15—20 л/мин, изно­шенного—80—130 л/мин. Количество прорвавшихся газов мож­но замерить газовыми счетчиками или простыми и надежными в работе приборами типа реометров, соединенных резиновыми шлангами с маслоналивными патрубками.

Реометр (рис. 79) — стеклянный прибор для определения ско­рости истечения газа и его количества. При движении газа в на­правлении, указанном стрелками, с помощью диафрагмы создается перепад давления. В результате этого в манометре начинается перемещение столбика до того момента, когда его давление уравновесит установившийся перепад. По высоте уровня воды в манометре можно определить количество газов, прорывающихся в картер двигателя. Имеющиеся в диафрагме отверстия разных диаметров позволяют замерять количество прорывающихся газов в широких диапазонах (от 1 до 130 л/мин). Реометр также используется для мгновенного замера расхода топлива на постах диагностирования.

Рис. 79. Схема реометра:

1— жндкостной манометр; 2— шланг отвода газов в атмосферу; 3— диафрагма; 4— рукоятка диафрагмы; 5 — шланг для подвода газов, прорывающихся в картер двигателя; 6 — шкала реометра

Давление картерных газов замеряют водяными трубчатыми манометрами, присоединенными к трубке маслоизмерительного стержня. При 2000 мин-¹ вала двигателя давление не должно превышать 21,2 кПа.

Лекция № 25. Диагностика цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизмов виброаккустическим методом..

1. Определение мест повреждений виброаккустическим методом.

2. Способы и устройства определения мест повреждений.

Литература: 1.[1] –

2.[2] –

Для акустической диагностики применяют специальные шумомеры и анализаторы, позволяющие замерять уровень шума и его спектр. Основными элементами этих приборов являются микрофоны, воспринимающие звуковое давление усилителя с ча­стотными характеристиками специальной формы, и выходные приборы, проградуированные в децибелах *

Измерительные микрофоны имеют в измеряемом диапазоне частот (100—1000 Гц) линейную частотную характеристику. Они не чувствительны к температуре, давлению и влажности окру­жающей среды.

Наименьший прирост силы звука, воспринимаемый человече­ским ухом, равен примерно 1 дБ. Тихий шепот оценивается 10 дБ, тикание часов—20 дБ, речь средней громкости—60 дБ, шум поезда метро — 95 дБ. Шум двигателя автомобиля в зави­симости от его технического состояния изменяется в пределах 60—100 дБ.

Выполненные измерения показывают, что с увеличением на­грузки показатели шума возрастают на 5—10 дБ. Наибольшие уровни шума наблюдаются в интервале частот 150—400 Гц.

Если в результате общего диагностирования поставлен отри­цательный диагноз, производится локализация дефекта в несколь­ко уровней в соответствии со структурной схемой (см. рис. 77). Методом последовательного перебора систем, существенно влия­ющих на работоспособность систем питания, зажигания, охлаж­дения, цилиндропоршневой группы и клапанного механизма, определяется дефектная система. Аналогично ведется поиск на третьем—пятом уровнях до локализации дефектной детали.

Техническое состояние кривошипно-шатунных и газораспредели­тельных механизмов можно оценить по шумам и стукам с по­мощью простейших устройств, а.

Рис. 86. Зоны прослушивания (а) двигателя с помощью трубчатого стето­скопа (б): для а-1—зона клапанов, 2—поршней, 3—толкателей. 4— подшипников, 5— распределитель­ных шестерен! для 61— стержень, 2 — мембрана, 3 — резиновые трубки, 4 — ушные наконечники

. * Децибел—единица, применяемая в акустике для измерения уровня звукового давления. Она соответствует такому уровню звукового давления, двадцать десятичных логарифмов отношения которого к условному порогу давления, равному 0,00002 Н/м² и принимаемому за нулевой уровень, равно единице.

также по анализу акустических сигналов с применением специальной виброакустической аппа­ратуры

По характеру стука или шума и по месту его возникновения можно определить ряд неисправностей двигателя. Простейшая проверка шумов и стуков двигателя выполняется стетоскопами. С их помощью можно определить увеличение зазоров в шатун­ных и коренных подшипниках коленчатого вала, между поршнем и цилиндром, клапанами и толкателями, клапанами и втулками, в подшипниках распределительного вала.

Наиболее характерные зоны прослушивания двигателя пока­заны на рис. 86. Стуки коренных подшипников появляются при зазорах 0,1—0,2 мм и прослушиваются на прогретом двигателе в нижней части блока цилиндров (вблизи плоскости разъема картера). Характер стука: сильный, глухой, низкого тона. Осо­бенно хорошо прослушиваются стуки при резком изменении ча­стоты вращения коленчатого вала двигателя.

Стуки шатунных подшипников более резкие и звонкие, чем стуки коренных подшипников, прослушиваются при резком из мененки частоты вращения. После выключения зажигания стук исчезает или значительно уменьшается.

Стуки поршневых пальцев прослушиваются при резко пере­менном режиме работы прогретого двигателя в верхней части блока цилиндров. Это резкий металлический стук, пропадающий при выключении зажигания. Наличие стука указывает ка повы­шенный зазор (0,1 мм) между пальцем и втулкой головки шатуна или отверстия для пальца в бобышке поршня.

Стуки поршня появляются в случае значительного износа поршня и цилиндра (0,3—0,4 мм) при работе недостаточно про­гретого двигателя на малых оборотах холостого хода. Прослу­шиваются эти стуки в верхней части блока цилиндров со стороны, противоположной распределительному валу. Легче всего они обнаруживаются в момент перехода поршня через мертвую точ­ку. Характер стука: сухой, щелкающий, уменьшающийся по мере прогрева двигателя. При сильном износе стуки поршня прослу­шиваются и на прогретом двигателе.

Стуки клапанов возникают при увеличении тепловых зазоров между стержнями клапанов и носком коромысла (толкателем). Эти отчетливые звонкие стуки хорошо прослушиваются на про­гретом двигателе при малых оборотах. Ясно слышимые стуки подшипников распределительного вала обнаруживаются на ма­лых оборотах холостого хода прогретого двигателя.

Способ оценки технического состояния двигателя с помощью стетоскопов нельзя считать достаточно надежным. Правильность диагноза в значительной степени зависит от личного опыта меха­ника. По этой причине часто имеют место ошибки.

Стетоскопом или на слух можно зафиксировать изменение периодического шума, если его уровень превосходит основной уровень шума (аварийный стук в подшипниках, шестернях). Если уровни сигнала и шума одного порядка, этот метод диагностики становится непригодным.

Для оценки технического состояния газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов наиболее перспективны акустические или виброметрическне методы диагностирования специальной измерительной аппаратурой.

Виброакустические методы диагностирования агрегатов до сих пор окончательно не разработаны. В этом направлении еще предстоит выполнить значительные теоретические и эксперимен­тальные исследования.

Акустические исследования влияния технического состояния агрегатов автомобиля на изменение параметров вибрации и зву­ка затруднены, так как возникающие колебательные процессы (волны) распространяются в различных акустических средах, накладываются друг на друга, отражаются и преломляются. По­этому разрабатываются преимущественно экспериментальные методы определения технического состояния агрегатов автомо­биля без их разборки по параметрам зонального уровня вибра­ции и звука.

Рис. 87. Общий вид прибора (а) и щупа для замера ускорений (б):

1—щуп; 3— датчик; 3 — динамометричес­кое устройство со шкалой

Постоянное напряжение на выходе детектора в каждый опре­деленный момент пропорционально среднеквадратичному значе­нию переменного напряжения в данной полосе. Эти постоян­ные напряжения подаются на коммутатор и поступают в об­щий тракт в виде распределен­ных по времени импульсов с соответствующими амплиту­дами.

В модулирующем устрой­стве импульсы постоянного напряжения модулируют вы­сокую частоту (8000 Гц), получаемую от специального генератора. Модулированные сигналы проходят через детек­тирующее устройство и после усиления усилителем верти­кальной развертки поступают на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на экране которой появ­ляются яркие вертикальные линии, соответствующие определен­ному фильтру. Одновременно подается напряжение развертки на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой труб­ки. Горизонтальная развертка строго синхронизируется с на­пряжением, подаваемым на вертикальные пластины трубки.

Пьезоэлектрический измеритель ускорений ПИУ-1М (рис. 87) с пьезоэлектрическим датчиком ускорений типа ПДУ-1 служит для измерения вибрационных ускорений синусоидальной формы при температуре окружающего воздуха от +10 до +40°С. Пре­дел измерения ускорений от 0,5 до 500 ^ разделен на шесть ди­апазонов (0—1§; 0— 5§; 0—15^; 0—50^; 0—150^; 0—500^). Погрешность измерения ускорения на каждом диапазоне не бо­лее 5 °/о. Диапазон рабочих частот 40—10 000 Гц.

Прибор ПИУ-1М состоит из четырех основных частей: катод­ного повторителя с большим входным сопротивлением; усилите­ля, состоящего из трех ступеней и охваченного глубокой отрица­тельной обратной связью; выходного трансформатора с детекто­ром (микроамперметром) на 100 мкА, выпрямительного устрой­ства для питания всей схемы измерительного устройства.

Ко входу усилителя экранированным проводом подключается датчик ускорения типа ПДУ-1, преобразующий механические ко­лебания з электрические. Пьезодатчик состоит из дюралюмини­евого (стального) корпуса, чувствительного пьезокерамического элемента, выполненного в виде кольца, латунного груза, предназ­наченного для увеличения чувствительности пьезодатчика, крыш­ки, которая крепится на корпусе.

Рис. 88. Блок-схема соединения приборов:

I — двигатель; 3 — датчик ускорений; 3 — усилитель мощности звуковых сигналов; 4 — согласующее устройство: 5—спектрометр звуковых частот; 6— кинокамера: 7—высоко­вольтный двигатель; в—усилитель мощности; 9—шлейфовый осциллограф

Рис. 89. Измерение ускорения вибрации в зависимости от теплового зазора в одном клапане:

1—500 об/мин, 2—1000 об/мии, 3—1500 об/мин, 4—2000 об/мин

При деформации керамического кольца (пьезокерамика типа ПТС-19) на его границах возникают электрические заряды, про­порциональные деформации и ускорению исследуемой поверхно­сти. Датчик поляризован так, что реагирует только на верти­кальные колебания. Пьезодатчик позволяет измерять ускорения от 0,5 до 300 § в диапазоне частот 40—10 000 Гц при температуре от +10 до 40 °С. Частотная характеристика по ускорению пря­молинейна с допуском ±1 дБ. Емкость пьезодатчика не менее 1000 пф.

Специально изготовленный щуп (рис. 87, б), в который вмон­тирован датчик ускорений, обеспечивает надежный контакт с излучателем вибрации (наконечник щупа прижимают с опреде­ленным усилием) и надежную защиту датчика от перегрева. Кон­струкцией щупа также предусмотрено подавление вибраций в подвижных сопряжениях щупа. Все это позволяет повысить точность работы датчиков.

Блок-схема соединения приборов для съема и регистрации информации представлена на рис. 88, Экспериментальные исследования показывают, что при увеличении теплового зазора меж­ду торцом клапана и коромыслом (толкателем) от 0,15 до 0,9 мм общий уровень ускорений вибрации возрастает от 2 до 50 м/с². Ускорения вибрации зависят также и от частоты вращения ко­ленчатого вала двигателя.

Например, при изменении теплового зазора от 0,15 до 0,9 мм ускорения изменяются в следующих пределах: при 500 мин-* —

Ряс. 90. Осциллограммы стука клапана при частоте вращения 2000 об/мин и

зазоре 0,3 мм (а), 0,6 мм (б)

от 3 до 8 м/с², при 1000 мин-'— от 9 до 11,8 м/с², при 1500 мин-'—от 14,5 до 27 м/с², при 2000 мин-'— от 26,5 до 42 м/с².

Ускорения вибраций, как показали исследования, изменяются и в зависимости от места установки датчика. По мере удаления датчика от зоны источника вибрации (до 22—23 см) они умень­шаются примерно на 40 °/о.

Как видно из рис. 89, во всех случаях между ускорениями вибраций и тепловыми зазорами существуют прямолинейные зависимости. По мере изменения теплового зазора в пределах 0,15—0,90 мм ускорение вибрации при различной частоте вра­щения повышается от 3 до 42 м/с². Угол наклона прямых с уве­личением частоты вращения коленчатого вала возрастает. Результаты статистической обработки свидетельствуют о тес­ной корреляционной связи между уровнем вибраций и размером зазоров.

Рис. 91. Спектрограммы вибраций, снятые с экрана электронно-лучевой трубки спектрометра СЗЧ

: а— общий вид спектрограммы; б—амплитудный спектр ускорения вибрации при зазорах 0,25 мм (- - - - - - - -) и 0,9 мм (-------------).

Коэффициенты корреляции изменяются в пределах 0,8—0,9. Аналогичные результаты получены при обработке осцилло­граммы с записью ускорений вибраций (рис. 90).

Исследование амплитудно-частотных характеристик в зави­симости от размера зазоров между стержнем клапана и носком когзомысла выполнялось с помощью спектрометра СЗЧ (рис. 91, а). Наиболее ценную информацию о зазоре содержат следу­ющие частоты звукового диапазона: 44, 9—227, 3620—4560 и 18250—23000 Гц.'

Наибольшая разница в амплитудах спектров ускорений виб­раций клапанов четвертого цилиндра при постоянной частоте

Рис. 92. Изменение амплитуды колебаний в зависимости от теплового зазора— двух смежных клапанов:

/ — 500 об/мин, 2 — 1000, 3 — 1500. 4 — 2000 об/мин

Рис. 93. Изменение амплитуды звуковых колебаний в зависимости от скорости вращения коленчатого вала при различных зазорах:

/—0; 2—0,1; 3—0,2; 4—0.3; 5—0,4 мм

вращения коленвала двигателя (1500 мин-¹) наблюдается при малых и больших частотах (Рис.91, б).

На рис. 92 показано изменение амплитуд, колебаний в зави­симости от тепловых зазоров при средней частоте 20 480 Гц. Ана­логичная картина изменения амплитуд получается и на многих других частотах. Однако эта закономерность не всегда постоян­на. В ряде случаев при определенных частотах амплитуда ко­лебаний с увеличением тепловых зазоров не только узеличивается, но, наоборот, даже уменьшается.

Предлагаемыми акустическими методами можно также оце­нить техническое состояние и других сопряжении. Например, по данным исследований В. Николаева, увеличение зазора в шатун­ном подшипнике дизельного двигателя сопровождается увели­чением амплитуд звуковых колебаний на всем диапазоне частот вращения вала двигателя (рис. 93).

При увеличении зазора и скорости вращения вала двигателя примерно в 3—4 раза возрастает частота основных звуковых колебаний. При нормальном зазоре частота остается неизменной и равной примерно 500 Гц. При больших зазорах (0,25—30 мм) частота основных колебаний повышается с увеличением оборотов и достигает 1500—1700 Гц. Таким образом, между техническим состоянием подшипников коленчатого вала двигателя и парамет­рами звука существуют однозначные зависимости.

Дата добавления: 2015-11-16