Показатели технического состояния цилиндро-поршневой группы

Как уже отмечалось, признаками неудовлетворительной работы цилиндро-поршневой группы являются усиленный угар картерного масла и прорыв в картер большого количества рабочих газов. О чрезмерном угаре масла судят по его расходу в процентах к расходу топлива, а также по наличию в отработавших газах синего дыма и частиц несгоревшего масла, выбрасываемого в выпускную трубу. В результате прорыва газов из отверстия сапуна выходит большое количество дыма.

Таким образом, основные показатели технического состояния цилиндро-поршневой группы — расход картерного масла на угар в процентах к расходу топлива и количество газов, прорывающихся в картер в единицу времени. Как показывают наблюдения, эти показатели в большинстве случаев согласуются между собой. Но наблюдаются случаи, когда угар масла чрезмерно большой, а количество газов, прорывающихся в картер, не превышает допустимых значений и, наоборот, при незначительном угаре масла происходит усиленное дымление из отверстия сапуна. Причинами отмеченных явлений могут быть нарушения процессов нормального изнашивания и закономерностей изменения технического состояния деталей цилиндро-поршневой группы вследствие некачественного ремонта двигателя, а также несоблюдения требований эксплуатации (нарушения теплового и нагрузочного режимов работы двигателя, несоблюдения режима картерной смазки, неправильной регулировки топливной аппаратуры и др.). Например, при плохом качестве картерного масла или после частых перегрузок двигателя может произойти закоксовывание компрессионных колец, вследствие чего начнется усиленный прорыв газов в картер, хотя угаркартерного масла может оставаться в допустимых пределах (в случае удовлетворительного состояния маслосъемных колец и гильз цилиндров). Характерен такой пример. Трактор ДТ-54А при работе на пахоте расходовал 6—7 л картерного масла за каждую смену при незначительном прорыве газов в- картер. Для выявления причин перерасхода масла разобрали двигатель. Поршневые кольца оказались в хорошем состоянии, а поршни по своим размерным группам не соответствовали размеру гильз. После замены поршней перерасход масла прекратился.

В настоящее время основным показателем состояния цилиндро-поршневой группы принято считать расход картерного масла на угар. Однако отсутствие достаточно точного экспресс-метода определения этого показателя не всегда позволяет объективно судить о состоянии данного механизма. Для наиболее точного определения угара масла требуется' провести несколько контрольных смен с точными замерами количества доливаемого масла и топлива, что чрезвычайно трудоемко. При этом невозможно учесть утечки масла через неплотности сальников коленчатого вала и разъемов картера. Кроме того, угар масла в течение длительного времени работы двигателя незначителен и лишь при сильном износе деталей цилиндро-поршневой группы, в частности поршневых колец, начинает резко возрастать. Такой характер изменения угара масла в зависимости от наработки затрудняет прогнозирование по нему остаточного ресурса.

Известны и другие показатели оценки общего технического состояния деталей цилиндро-поршневой группы. К ним, например, относится давление газов в картере, измеряемое с помощью жидкостных (водяных) манометров, концентрация красителя бензина (красного судана IV) в картерном масле и др. Ввиду несовершенства методов замера указанных показателей они не нашли практического применения. К тому же по ним нельзя определять состояние каждого цилиндра в отдельности.

Об интенсивности изнашивания сочленений двигателя можно судить по концентрации продуктов износа в картерном масле, определяемой при помощи спектрографической установки. В этом случае наряду с регулярным спектральным анализом проб масла, отбираемых через определенные промежутки работы двигателя, необходимо знать химический состав и соотношение скоростей изнашивания сочленений. Целесообразность разборки двигателя для ремонта или устранения неисправности определяют по резкому возрастанию концентрации основных элементов в работавшем масле. Например, значительное увеличение концентрации алюминия свидетельствует о предельном износе поршней и необходимости их замены.

Наибольшее распространение получил способ определения количества газов, прорывающихся в картер. Для этой цели до последнего времени использовали обычный газовый счетчик ГКФ-6. Однако ввиду сравнительно высокого сопротивления выходу газов из картера и, следовательно, наличия в картере избыточного давления часть газов уходит в атмосферу через сальники коленчатого вала и другие неплотности, минуя прибор. У изношенных двигателей эта часть может составлять до 50% газов, прорывающихся в картер. Поэтому в процессе замера необходимо отсасывать газы из картера, обеспечивая прохождение их только через измерительное устройство.

Угар картерного масла и количество газов, прорывающихся в картер при работе двигателя на всех цилиндрах, являются интегральными оценочными показателями технического состояния цилиндро-поршневой группы. На практике встречаются случаи нарушения нормальной работы отдельных цилиндров, могущие повлечь за собой выход из строя всего двигателя. Наряду с общей проверкой цилиндро-поршневой группы необходимо проверять и состояние каждого цилиндра в отдельности, так как нередко наблюдаются поломки или за-коксовывание отдельных поршневых колец, образование царапин (задиров) на поверхности одного из цилиндров и др.

Сравнительную оценку технического состояния какого-либо цилиндра можно дать по разности между расходом газов, получаемым при его декомпрессировании, и средним расходом газов, получаемым при декомпрессировании каждого из остальных цилиндров. При одинаковом состоянии всех цилиндров эта разница будет незначительной. Если же разница в прорыве газов при декомпрессировании какого-либо цилиндра по сравнению с прорывом газов при декомпрессировании остальных цилиндров окажется большой, то это свидетельствует об аварийном состоянии данного цилиндра.

Сравнительную оценку технического состояния цилиндров можно провести также по компрессии в них (давлению конца сжатия). Однако при этом необходимо учитывать неплотности клапанов газораспределения. Разница в значениях компрессии у нового и изношенного двигателя возрастает с понижением частоты вращения коленчатого вала. У чрезмерно изношенного двигателя утечка газов в картер при работе на максимальном скоростном режиме составляет всего 3—4% от общего расхода воздуха двигателем. Поэтому давление конца сжатия в данном случае падает незначительно. Компрессию рекомендуется определять при пусковых оборотах коленчатого вала: в этом случае утечка газов в картер у изношенного двигателя составляет 35—45% от общего расхода воздуха, а у нового двигателя — только 10—12%. Основные условия для сравнительной оценки состояния цилиндров по компрессии в них — равенство и постоянство частоты вращения коленчатого вала и температуры стенок цилиндров. Ввиду того что частота вращения коленчатого вала зависит от технического состояния пускового устройства, а температура стенок цилиндров — от условий проверки двигателя (предварительного разогрева его, температуры окружающей среды и пр.), соблюдение отмеченных условий не всегда возможно. Следовательно, компрессия является ориентировочным показателем технического состояния цилиндро-поршневой группы. Один из признаков слабой компрессии — трудный запуск двигателя (особенно в холодную погоду), обусловленный чрезмерно низкой температурой сжатого воздуха, не обеспечивающей самовоспламенения дизельного топлива.

Техническое состояние каждого цилиндра в отдельности часто рекомендуют оценивать по величине неплотности, определяемой по утечке сжатого воздуха, который подают под определенным давлением в проверяемый цилиндр неработающего двигателя. Эта неплотность характеризуется суммарной площадью, через которую проходит сжатый воздух из надпоршневого пространства. Она зависит от состояния деталей цилиндро-поршневой группы, клапанов газораспределения, прокладки и головки цилиндров. Непосредственно измерить каждую неплотность в отдельности трудно, поэтому обычно замеряют суммарную неплотность, которую принято называть относительной. Для этой цели применяют приборы, называемые пневматическими калибраторами.

Существенный недостаток способов оценки технического состояния цилиндро-поршневой группы по значениям неплотностей, замеряемым при неработающем двигателе, — невозможность достаточно точного определения степени изношенности поршневых колец. Это объясняется тем, что при подаче сжатого воздуха в проверяемый цилиндр поршневые кольца прижимаются к нижней кромке канавок поршня и зеркалу гильзы, препятствуя проходу воздуха и не давая возможности установить зависимости между износом и показателями утечки воздуха.

При помощи пневматических калибраторов можно давать лишь сравнительную оценку технического состояния цилиндров. Они легко могут обнаруживать наличие таких неисправностей, как задир рабочей поверхности гильзы, поломка или закоксовывание поршневых колец, трещины в гильзе или на днище головки, прогорание прокладки, обгорание тарелки клапана и др.

Общий недостаток методов определения технического состояния цилиндро-поршневой группы, основанных на измерении перечисленных выше показателей, — трудность оценки по ним степени изношенности отдельных деталей, а следовательно, и установления вида ремонта и объема ремонтных работ. Перечисленные показатели характеризуют общее состояние деталей цилиндро-поршневой группы в целом или в отдельных цилиндрах. По их значениям можно установить целесообразность дальнейшей эксплуатации двигателя без ремонта или же указать на необходимость его разборки. О степени изношенности отдельных деталей судят лишь после разборки двигателя и проведения технической экспертизы. Это создает определенные организационные трудности, так как от вида и объема ремонта зависит место его проведения. Например, поршневые кольца можно заменять на пунктах технического обслуживания, тогда как для замены цилиндро-поршневой группы в целом необходима отправка двигателя в мастерскую.

Кроме показателей общего состояния цилиндро-поршневой группы, необходимо знать степень изношенности гильз цилиндров и поршней (ее можно определить по зазорам между деталями), а также износное состояние поршневых колец.

При работе двигателя на поршень действуют силы давления газов и силы инерции поступательно движущихся масс. Вертикальные силы, действующие на поршень, можно разложить на две составляющие: по направлению шатуна и в направлении, перпендикулярном оси цилиндра. Под действием последней (нормальной) составляющей происходит перекладка поршня в зазоре с одной стороны гильзы на другую и обратно, в результате чего возникают ударные нагрузки, являющиеся основным источником колебания гильз и блока цилиндров. Причем наиболее интенсивный удар возникает вблизи в. м. т., так как в этом месте величина нормальной силы имеет наибольшее значение.

Исследования, проведенные в Ленинградском сельскохозяйственном институте (ЛСХИ), установили, что мощность вибрации блока, вызываемой перекладкой поршня около в. м. т. цилиндра, зависит от частоты вращения коленчатого вала, масс поршня и шатуна, сил, действующих на поршень, отношения радиуса кривошипа к длине шатуна и величины зазора между поршнем и гильзой. Интенсивность удара поршня о гильзу, а следовательно, и мощность вибрации блока возрастают с увеличением зазора между гильзой и поршнем.

Таким образом, при определенных, заранее установленных, режимах работы однотипных двигателей по величине энергии вибраций блока, замеряемой вблизи в. м. т. в полосе частот колебания гильзы, можно определить зазор между гильзой и поршнем.

Недостаток способов определения зазоров между гильзами цилиндров и поршнями по параметрам вибрации — влияние на эти параметры состояния поршневых колец, а также трудность отделения полезных сигналов от сигналов помех, возникающих от других источников колебаний. Нагар и лакоотложения в зоне поршневых колец снижают силу удара поршня о гильзу при перекладке его в зазоре, что оказывает существенное влияние на точность показаний виброакустических приборов.

По параметрам вибраций можно определять износ поршневых колец по высоте. При вращении коленчатого вала кольца, переклады-ваясь в канавках поршня под влиянием сил инерции, ударяются о стенки канавок и вибрируют. Мощность вибрации колец при определенном скоростном режиме работы двигателя пропорциональна зазорам между кольцами и канавками.

По данным ЛСХИ, у двигателей СМД-14, СМД-14А гильзы цилиндров вибрируют на частотах 2000—3800 Гц, а поршневые кольца — на частотах 10 000—16 000 Гц. Следовательно, для выделения нужных сигналов из общего спектра вибраций прибор должен иметь полосовые фильтры, пропускающие через себя только те колебания, которые возникают на указанных частотах. Однако и в этом случае не исключаются помехи, возникающие в результате вибраций одноименных деталей в соседних цилиндрах. Эти помехи можно значительно уменьшить, выключая из работы соседние цилиндры.

Разнообразие технического состояния цилиндро-поршневой группы не всегда позволяет оценивать его по одному из перечисленных показателей. В отдельных случаях, чтобы правильно решить вопрос о целесообразности дальнейшей эксплуатации двигателя без проведения ремонта, приходится определять все показатели, перечисленные выше. В большинстве же случаев ограничиваются замером количества газов, прорывающихся в картер. При отсутствии газового расходомера состояние цилиндро-поршневой группы в целом оценивают по угару картерного масла, а состояние отдельных цилиндров — по относительной величине компрессии в каждом из них.