Диагностирование состояния деталей цилиндропоршневой группы двигателей ЯМЗ (стр. 2 из 3)
Следует отметить, что в данном разделе рассматриваются дефекты не только новых двигателей ЯМЗ, изготовленных в условиях ОАО "Автодизель", но и двигателей ЯМЗ, которые подвергались текущему и капитальному ремонту, т.е. учитываются факторы воздействия на качество двигателей со стороны работников эксплуатирующих и ремонтных организаций.
3. Цилиндропоршневая группа
Внешние проявления неисправностей деталей ЦПГ (поршни, гильзы и поршневые кольца) следующие:
- увеличение расхода масла на долив;
- ухудшение пусковых качеств двигателя;
- снижение мощностных и экономических показателей;
- увеличение расхода картерных газов;
- существенное ухудшение состояния картерного масла.
Диагностирование состояния деталей ЦПГ по указанным проявлениям достаточно затруднено, т.к. на них могут влиять неисправности других узлов и систем двигателя. Например, на пусковые качества двигателя наряду с износом и дефектами деталей ЦПГ могут влиять неисправности системы электрооборудования (аккумуляторных батарей, стартера, генератора) и разрегулировки топливной аппаратуры (увеличение угла опережения впрыска топлива, уменьшение пусковой подачи, снижение производительности подкачивающего насоса и др.). Поэтому при диагностировании деталей ЦПГ необходимо убедиться в исправности других узлов и систем двигателя, оказывающих влияние на работоспособность рассматриваемых деталей. Так, в случаях повышенного расхода масла на долив (выше 1,5 %) необходимо убедиться в отсутствии течи масла из двигателя и разгерметизации впускного тракта.
Расход масла на долив определяется по формуле, %:
Gм=( Gм/ Gт)*100, (1)
где Ом и вт соответственно расход масла на долив и топлива в литрах за определённый пробег двигателя.
На рис. 3 приведена зависимость расхода масла на долив от пробега для безнаддувных двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 при их работе в составе автомобилей МАЗ на междугородних перевозках грузов.
Диагностирование состояния деталей ЦПГ необходимо вести в три этапа: 1 - диагностирование до разборки двигателя; 2 - диагностирование после съёма головки цилиндров; 3 - диагностирование и оценка состояния деталей для выяснения причин дефекта и методов восстановления двигателя.
Диагностирование до разборки двигателя необходимо начинать с выяснения условий работы двигателя, качества и объёма проведённых ТО и ТР. В условиях работы необходимо оценить нагруженность двигателя по эксплуатационному расходу топлива в л/100 км, тепловой режим и наличие шума или стука при работе. Необходимо также определить возможные остановки двигателя по неустановленным причинам, расход масла на долив и характер его изменения за общее время работы двигателя в эксплуатации (рис, 3). После выполнения указанных работ при возможности следует запустить двигатель и прослушать его работу на режимах холостого хода от минимальной до максимальной частоты вращения коленчатого вала. Необходимо осмотреть отложения на шторах бумажного элемента полнопоточного масляного фильтра, а также в фильтре центробежной очистки масла. Следует обратить особое внимание на количество отложений и наличие металлической стружки. Необходимо отобрать пробу масла из картера двигателя в количестве 250 -500 мл и отправить её в химлабораторию на предмет определения физико-химических показателей масла (вязкость, щелочное число, количество нерастворимых осадков, наличие воды в масле, диспергирующие свойства и др.).
Рисунок 3 - Зависимость расхода масла на долив См от пробега в (для двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238): 1 - при удовлетворительной фильтрации воздуха; 2 - при разгерметизации впускного тракта; Gм = 1,5% - предельное значение расхода масла; S - неиспользованный ресурс двигателя при разгерметизации впускного тракта (при пылевом износе)
Все рассмотренные выше методы исследования относятся к методам субъективного диагностирования, наряду с которыми могут быть использованы также методы инструментального (приборного) диагностирования. Так, может быть замерено давление в конце такта Сжатия в цилиндрах двигателя. Оно определяется в абсолютных единицах с помощью компрессометра или в относительных единицах с помощью специальной аппаратуры, фиксирующей изменение силы гока в цепи стартера при прокрутке коленчатого вала в процессе последовательного отключения цилиндров двигателя.
Компрессометром замеряется давление сжатия при прокрутке коленчатого вала стартером или в режиме работы двигателя при минимальной частоте холостого хода. Последний вариант испытаний является более предпочтительным, т.к. точность измерения возрастает за счет поддержания определенного скоростного режима двигателя. Величина давления сжатия при nхх= 800 мин для двигателей ЯМЗ должна составлять
рс = 3,0-3,5 МПа (30-35 кг/см2)
Особое внимание следует обращать на разность давлений рс по цилиндрам. Это сравнение позволит определить цилиндр с дефектными детапями ЦПГ.
По замерам значений рс можно определить следующие дефекты деталей ЦПГ: прогар поршня, поломку компрессионного кольца, изношенность деталей, закоксовку колец, задиры поршней и негерметичность клапанов МГР. При указанных дефектах обычно значение рс в цилиндре бывает меньше 2,0-2,1 МПа (20-21 кг/см2).
Следующим этапом инструментальной диагностики является осмотр состояния неисправного цилиндра с помощью мотоскопа через отверстие в головке под форсунку. С помощью этого прибора можно определить состояние поршня (наличие разрушений), наличие задиров на поверхности гильзы, уровень износа гильзы по наличию ступеньки на поверхности в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ и наличие закоксовки колец по следам прорыва газов на гильзе. Здесь же можно оценить состояние клапанов, т.е. определить наличие трещин и прогаров, величину отложений на них. При наличии соответствующих расходомеров на двигателях можно определить расход картерных газов QКГ, который позволяет судить о состоянии деталей ЦПГ и МГР. На рис. 4 показана принципиальная схема расходомера фирмы AVL (Австрия).
Принцип работы расходомера АVL основан на том, что высота подъёма крыльчатки 4 в выходном патрубке ёмкости 1 будет пропорциональна расходу картерных газов двигателя, значение которого определяется по шкале 5.
По значению Qкг невозможно (так же как и по значению рс) однозначно оценить состояние деталей ЦПГ, т.к. значения изменяются в достаточно широком диапазоне как на новых, так и на изношенных двигателях. Однако установлено, что на двигателях ЯМЗ при значениях Qкг > 1.4 м3 /цил-ч имеют место дефекты деталей ЦПГ, указанные выше.
Дополнительную информацию о состоянии деталей ЦПГ можно получить с помощью физико-химического и спектрального анализов картерного масла.
После съёма головки необходимо провернуть коленчатый вал для проверки утопания поршней в положении ВМТ относительно верхнего бурта гильз (поверхность А на рис. 5). Чрезмерное утопание одного или нескольких поршней свидетельствует об изгибе шатуна в цилиндрах из-за дефектов, приведших к попаданию постороннего предмета или охлаждающей жидкости в камеру сгорания. Необходимо осмотреть днища поршней для того, чтобы определить, происходит ли контактирование поршней с клапанами (по отпечатку клапанов на днищах поршней), попадание постороннего предмета в камеру сгорания, есть ли обгорання и трещины на кромках камеры сгорания. На рабочих поверхностях гильз необходимо отметить возможные надиры, задиры и тёмные пятна, свидетельствующие о прорыве газов в камеру сгорания из-за зависания или поломки поршневых колец. Коррозия на зеркале гильз свидетельствует о попадании охлаждающей жидкости в цилиндры или о длительной стоянке неработающего двигателя, приведшей к конденсации паров жидкости на рабочих поверхностях гильз.
По величине "ступеньки" в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ необходимо определить величину максимального износа гильзы Imax по диаметру D относительно верхней неработающей поверхности гильзы (поверхность В на рис. 5).
Допустимый износ гильзы по диаметру для двигателей ЯМЗ равен 0,20-0,25 мм. Замер износа гильзы в составе двигателя и после её извлечения из блока производится нутрометром.
Значительные твёрдые углеродистые отложения на днище поршня и огневой поверхности головки в отдельных цилиндрах являются признаком большого расхода масла в этих цилиндрах, вызванного чрезмерным износом деталей или закоксовыванием колец.
Далее необходимо внимательно осмотреть состояние прокладки головки цилиндров с целью определения мест возможных прогаров, прорывов газов из цилиндров или течи охлаждающей жидкости.
Наибольший объём информации о причинах выхода из строя деталей ЦПГ можно получить после разборки двигателя и анализа состояния деталей. Состояние деталей ЦПГ и возможные причины их дефектов приведены в приложении Б .
Особое внимание при эксплуатации двигателей необходимо обращать на состояние воздухоочистки, при нарушении которой преждевременно вырабатывается ресурс деталей ЦПГ. Особенно это актуально для нашей страны, т.к. запылённость воздуха на дорогах с бетонным и асфальтовым покрытием достигает 0,003г/м3, что в 5раз выше, чем на дорогах Западной Европы. Запылённость воздуха на грунтовыхдорогах России в десятки раз выше указанного значения. Кроме того, на многих моделях двигателей ЯМЗ до сих пор используютсявоздухоочистители устаревшей конструкции (инерционно-масляные), которые пропускают в двигатель пыль в 10-15 раз больше, чем воздухоочистители с картонными фильтрующими элементами (воздухоочистители сухого типа).