О безразборном методе диагностики цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания

Решению актуальных проблем технического обеспечения сельскохозяйственного производства способствуют исследования в этой области науки [ 1 - 7]. Не является исключением в этом плане автотракторная техника [8 - 20], эффективной эксплуатации которой содействует современная техническая диагностика [21 - 25]. Широкий перечень методов, применяемых для тестирования мобильных машин, непрерывно пополняется интегрированными в традиционные, техническими средствами с использованием искусственного интеллекта. В то же время, несмотря на значительный прогресс в этой области изысканий, пока далеко не все проблемы решены. Во многом это связано со стремительным усложнением современных машин, внедрением инновационных технологий.

Аспекты определения технического состояния двигателя без разборки являются одними из самых актуальных в системе технического обслуживания. К приоритетным требованиям, которым должны отвечать безразборные методы, относятся главным образом простота, надежность, точность, в том числе минимум затрат времени и, кроме того, средств на приобретение, включая монтаж и демонтаж оборудования.

Повышение качества контроля технического состояния машинно-тракторных агрегатов коррелирует с использованием дорогостоящих средств диагностирования, что ограничивает их широкое распространение.

Цель исследования - выполнить обзор и анализ методов безразборного тестирования функционального состояния цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.

Материалы и методы исследования

Исследования осуществлялись на основе обзора литературных источников с последующим анализом методов безразборного определения технического состояния цилиндропоршневой группы силового агрегата.

Результаты исследования и их обсуждение

Изучение состояния вопроса актуальных систем тестирования функционального состояния технических средств представляет собой важную комплексную задачу, решению которой содействуют как теоретические, так и экспериментальные исследования, позволяющие получить хорошие результаты с далеко идущими практическими выкладками.

Результаты исследований в сфере диагностики автотракторной техники имеют существенное значение для надежной ее эксплуатации [26 - 39]. При этом особое внимание уделяется двигателю как основному источнику энергии машин агропромышленного комплекса [40 - 48].

Цилиндро-поршневая группа - ключевой конструктивный узел двигателя внутреннего сгорания. Ее функционирование сопряжено с тяжелыми условиями: экстремальными нагрузками, высокими значениями температур, вызывающими интенсивный износ составных деталей. Работоспособность двигателя внутреннего сгорания во многом зависит от технически исправного состояния ЦПГ. Результаты диагностирования цилиндро-поршневой группы позволяют определить остаточный ресурс двигателя.

Установлен специальный набор параметров для оценки технического состояние ЦПГ. В соответствии с ГОСТ 14846-81 (СТ СЭВ 765-77) в процессе осуществления тестирования функционального состояния силового агрегата необходимо промониторить прямые (структурные) или им косвенные (диагностические) параметры. Подвергаемые проверке параметры функционально коррелируют со структурными, диагностируемыми в процессе осуществления рабочего процесса самого объекта. К перечню тестируемых показателей относятся расход газов, проникающих в поддон мотора, кроме того, издержки масла на угар.

К обобщающим диагностическим показателям [49-51] относятся показатели, функционально коррелирующие с большим числом структурных параметров. Обобщающие диагностические показатели (ОДП), контролируемые в процессе осуществления работы объекта тестирования, также называются как функциональные показатели. ОДП, демонстрирующие тех- ническую исправность всех цилиндров силового агрегата, имеют определение интегральных параметров. В этот перечень входят такие показатели, как расход газов, которые проникают в поддон двигателя, и издержки масла на угар. Их числовая характеристика коррелирует с технической исправностью ЦПГ каждого цилиндра [41].

Осуществление процесса работы силового агрегата сопровождается в такте сжатия сго- ранием некоторого количества моторного масла, проникающего из поддона сквозь щели в кольцах между поршнем и цилиндром.

Образуемое количество угара напрямую связано с размером этих щелей. Содержание угара в процентном соотношении для поршневых двигателей внутреннего сгорания оценивается выполнением его слива с последующим взвешиванием [41]. Значение максимально допустимого угара масла соответствует 4,5 %. Обзор и сравнительный анализ результатов многочисленных исследований позволил установить, что при варианте функционирования мотора с первым комплектом поршневых колец, при процентном содержании угара масла 4,5 % следует выполнить замену маслосъемных колец. В варианте эксплуатации силового агрегата с исполь- зованием второго комплекта колец при достижении величины предельно допустимого угара масла надлежит замена не только колец, но и поршней, а также цилиндров.

Степень износа оценивается параметром изношенности Х м ЦПГ, а оставшийся моторесурс М о силового агрегата по данным осуществленного замера угара масла рассчитывают по выражениям [41]:

Х

G on   G Н .

G п - G н ;

М о = М н ^ — 1 , Х _М

где G ОП , G Н , G П – расход горючего на угар в процентах к использованному топливу соответственно в результате осуществленных замеров, нормальный, а также предельно допустимый; М Н – использованный моторесурс.

Издержки масла находятся посредством выполнения тестирования по уровню его в поддоне двигателя с помощью специального прибора - расходомера. Функционирование расходомера базируется на использовании закона сообщающихся сосудов [41].

Ртутные индикаторы широко используются для реализации метода вычисления угара моторного масла в поддоне силового агрегата автотракторной техники [41]. Принципиально работа этих приборов строится на использовании способности паров металлов, имеющихся в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания в атомарном виде, поглощать световое излучение определенной для конкретного вещества волны. Ключевым достоинством этого метода является способность осуществления измерения при функционировании силового агрегата, исключающее вмешательство в рабочий процесс работы с возможностью определения мгновенного расхода картерного масла.

Наряду с вышеописанным существует также метод диагностирования по параметрам вибрации [51]. В качестве основной характеристики данного метода служит уровень вибрации, который оценивается в таких единицах измерения, как белы либо децибелы. Осуществление силовым агрегатом рабочего процесса сопровождается соударением деталей ЦПГ, что является причиной происхождения такого эффекта, как вибрация блока цилиндров. В результате многочисленных исследований доказано, что определение конкретной кинематической пары устанавливается по частоте следования ударов. Также конкретную кинематическую пару можно определить по моменту возникновения импульсов и, кроме того, по анализу спектрального состава колебаний [41]. Выявлена следующая закономерность: увеличение зазора в паре непременно вызывает действительное увеличение величины импульса и, как следствие, в последующем импульс отходит от своего положения.

При функционировании силового агрегата в ЦПГ имеет место быть такое явление, как соударения в сопряжениях: «поршень - гильза», а также «поршень - кольцо». Эффект удара о гильзу поршня происходит вследствие воздействия нормальной силы. Кроме того, при выполнении рабочего процесса ЦПГ возникает деформация гильзы на локальном участке [49]. Излучаемая вибрация при работе ЦПГ распространяется по составляющим его деталям, в том числе по блоку цилиндров. Идентификация из всего количества вибраций импульсов, образованных соударением в конкретных сопряжениях, дает возможность определить величину каждого зазора.

Аппаратный спектральный анализ позволяет определить критические значения зазоров в сопряжении «поршень - гильза». Выявлена корреляция мощности вибраций: мощность вибраций повышается с большей интенсивностью по мере увеличения зазора в этом сопряжении. При достижении этого зазора энергетическое значение вибраций влечет за собой более чем двукратное увеличение. Для сведения к минимуму помех, источником которых являются вибрации других непроверяемых механизмов, необходимо тестировать ЦПГ при функционировании силового агрегата с отключенной подачей горючего в непроверяемые цилиндры [41].

Виброакустическое тестирование технической исправности ЦПГ дает возможность выявить степень изношенности деталей сопряжения с последующим установлением значения величины зазора. Это представляет собой положительную сторону данного способа. Применение такой методики определения уровня интенсивности вибраций ЦПГ позволяет достичь значения 76 % по отношению к общей интенсивности вибраций. Остальные 24 % включают в себя вибрации газораспределительного механизма, а также системы питания и коленчатого вала при нахождении их в технически исправном состоянии.

Для обеспечения максимально точного тестирования функционального состояния ЦПГ необходимо установить все имеющиеся помехи, присущие работе в реальных условиях, с учетом фактической изношенности деталей. Значению наиболее точных показаний приборов препятствуют вязкость моторного масла, температура двигателя, наличие нагара, а также лакоот-ложения поршневых колец. Все эти факторы в итоге не позволяют достоверно оценить действительную силу удара поршня о гильзу, что отрицательным образом влияет на точность показаний приборов.

Заключение

Исследование состояния вопроса на основе обзора информации и анализа полученных данных позволило установить: функциональные особенности актуальных методов безразбор-ного тестирования функционального состояния цилиндро-поршневой группы силового агрегата; положительные и отрицательные их стороны.

Анализ различных безразборных методов диагностики цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания показал, что наиболее перспективными являются обобщающие диагностические показатели, контролируемые в процессе осуществления работы объекта тестирования, демонстрирующие техническую исправность всех цилиндров силового агрегата - как расход газов, которые проникают в поддоне двигателя, и издержки масла на угар. Их числовая характеристика коррелирует с технической исправностью цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.