Головин С.Ф., Коншин В.М., Рубайлов А.В. и др. Эксплуатация и техническое обслуживание дорожных машин, автомобилей и тракторов

Подождите немного. Документ загружается.

где N

e H0M

- номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; А -

коэффициент, постоянный для однотипных дизелей; «,

ртах

- расчет-

ная максимальная частота вращения двигателя при работе одного

цилиндра, об/мин; и,

фтах

- фактическая макимальная частота вра-

щения двигателя при работе одного цилиндра, об/мин .

Зная мощность каждого из цилиндров, определяют неравномер-

ность их нагружения, %,

где G

T max

T.X.X

- соответственно

расход

топлива при максималь-

ной мощности и на холостом ходу, кг/ч; а, b - коэффициенты, по-

стоянные для однотипных двигателей.

Для реализации этого метода необходимо нагрузить двигатель,

что производится с помощью рабочего оборудования или имита-

тора нагрузки, который представляет собой дроссельную заслон-

ку, частично перекрывающую воздух на впускной трубе воздухо-

очистителя (рис. 9.4). При вращении маховичка 8 с помощью тро-

са 9 винт 4 поворачивает рычаг 5 и дроссельную заслонку 1. При

уменьшении воздухоподачи снижаются коэффициент избытка воз-

духа и частота вращения коленчатого вала двигателя. Для поддер-

жания скоростного режима регулятор топливного насоса увеличи-

вает подачу топлива, т. е. повышается нагрузка двигателя.

Бестормозной метод определения мощности дизеля в неустано-

вившемся режиме (динамический метод) основан на измерении уг-

лового ускорения коленчатого вала в режиме свободного разгона

от минимальной до максимальной частоты вращения. При резком

увеличении подачи топлива дизель в определенный промежуток

где N

ei max

- максимальная мощность цилиндра, кВт; N

ei min

- мини-

мальная мощность цилиндра, кВт.

Допустимая неравномерность нагружения не должна превышать

12%. Эффективная мощность двигателя определяется суммирова-

нием мощностей отдельных цилиндров.

Другой бестормозной метод позволяет определить мощность

дизеля по эффективному расходу топлива.

Как показали исследования, техническое состояние дизеля на

характер этой зависимости практически не влияет. Эффективный

расход топлива определяется разницей между расходами при мак-

симальной мощности и на холостом ходу. При этом максимальная

эффективная мощность, которую развивает двигатель,

Рис. 9.4. Имитатор нагрузки КИ-5653-ГОСНИТИ:

1 - дроссельная заслонка; 2 - корпус; 3, 10 - кронштейн; 4 - винт; 5 - рычаг; 6 - пру-

жина; 7 - сменный фланец; 5 - маховичок; 9 - трос

времени работает с полной нагрузкой, преодолевая момент инер-

ции вращающихся частей. Между угловым ускорением и эффек-

тивной мощностью существует следующая зависимость:

= 0,001 Jwdw/dt,

где J - приведенный момент инерции, Н м с

; w - угловая скорость,

рад/с; dw/dt - угловое ускорение, рад/с

Для реализации данного метода был разработан ряд приборов,

например ИМД-2М, структурная схема которого приведена на

рис. 9.5. Для регистрации частоты вращения в нем используется ин-

дуктивный датчик 1, установленный над зубьями венца маховика в

специально выполненном отверстии кожуха с резьбой М16 х1,5.

При вращении маховика зубья венца изменяют магнитное поле в

катушке датчика и наводят переменное напряжение, частота кото-

рого f= nz/60 (где п- частота вращения, об/мин; z- число зубьев

венца маховика).

Синусоидальный сигнал поступает в формирующее устройство 2,

где усиливается и преобразуется в сигнал прямоугольной формы с

частотой, в четыре раза больше первоначальной. При достижении

коленчатым валом заданной угловой скорости со, в блоке вычисле-

ния и управления 3 определяется угловое ускорение. Временной

интервал измерений задается генератором временных импульсов 5.

Значения величин I, w

и z, являющиеся постоянными для двигате-

лей одной марки, вводятся в блок вычислений при помощи специ-

ального переключателя. Преобразователь 4 служит для преобра-

зования результата вычислений из цифровой формы в аналоговую.

В зависимости от режима работы тумблером 6 подключают стре-

лочные индикаторы 7 или 8.

Рис. 9.5. Структурная схема прибора ИМД-2М:

1- индуктивный датчик; 2 - формирующее устройство; 3 - блок вычисления и управ-

ления; 4- цифроаналоговый преобразователь; 5- генератор временных импульсов;

6 - тумблер режима работы; 7,8- стрелочные индикаторы

Достоинством данного прибора является возможность непо-

средственного определения мощности двигателя по стрелочному

индикатору 7, однако наличие переключателя марок двигателей

значительно сужает область его применения.

В настоящее время широкое распространение получил прибор

ИМД-Ц, позволяющий измерять частоту вращения коленчатого вала

двигателя, его угловое ускорение и постоянное напряжение борто-

вой сети машин. Этот при-

бор применяется для оцен-

ки эффективной мощности

всего двигателя и его от-

дельных цилиндров,равно-

мерности работы цилинд-

ров, условной мощности

механических потерь и кру-

тящего момента в режиме

номинальной мощности. Он

имеет значительно меньшие

массу и габаритные разме-

ры, чем ИМД-2М, а также

цифровую индикацию.

Структурная схема ИМД-Ц

приведена на рис. 9.6. В ре-

жиме измерения частоты

Рис. 9.6. Структурная схема прибора

ИМД-Ц:

1- индуктивный датчик; 2 - цифроаналоговый

преобразователь; 3 -дифференцирующее устрой-

ство; 4 - аналого-цифровой преобразователь;

5 - цифровое табло

вращения коленчатого вала аналоговый сигнал из цифроаналого-

вого преобразователя 2 преобразуется аналого-цифровым преоб-

разователем 4 в цифровой. Результат измерения отображается на

цифровом табло 5.

В режиме измерения углового ускорения е (эффективной мощ-

ности) аналоговый сигнал из цифроаналогового преобразователя 2

поступает на дифференцирующее устройство 3, которое выдает

сигнал, пропорциональный угловому ускорению, при достижении

двигателем определенной частоты вращения n

. Требуемое значе-

ние n

устанавливается специальным потенциометром, сигнал с

которого в виде напряжения U

также подается в дифференцирую-

щее устройство 3. Ускорение из аналоговой формы в аналого-циф-

ровом преобразователе 4 преобразуется в цифровую я индициру-

ется на табло 5.

Общий вид прибора ИМД-Ц показан на рис. 9.7.

Оценка мощности дизеля производится в следующей последо-

вательности. Датчик прибора устанавливается в 1,5 ...2,0 мм над

зубьями венца маховика в специально выполненном резьбовом

отверстии. Подключив прибор к источнику постоянного тока с

напряжением 12 В, поворотом ручки «Вкл.» по часовой стрелке

его включают и устанавливают время индикации на цифровом

табло. Калибровочные значения для конкретных марок двигате-

лей приведены в техническом описании и инструкции по эксплуа-

тации прибора ИМД-Ц. Для вновь конструируемых двигателей они

рассчитываются или определяются экспериментально.

Рис. 9.7. Прибор для измерения мощности дизеля ИМД-Ц:

1 - входной разъем; 2...4- потенциометр для установки калибровочных значений; 5 -

корпус; 6- включатель питания и регулятор времени индикации на цифровом табло;

7...14- переключатель режимов работы; 15 - цифровое табло; 16 - разъем для подклю-

чения питания; 17- датчик частоты вращения

Для калибровки прибора по частоте вращения нажимают пере-

ключатель 10 (n) и потенциометром 4 устанавливают ее калибро-

вочное значение (зависящее от числа зубьев венца маховика). По-

вторным нажатием переключатель 10 возвращают в исходное по-

ложение.

Для калибровки прибора по частоте вращения, при которой

определяется угловое ускорение, нажимают клавишу 11 (пε) и по-

тенциометром 3 устанавливают ее калибровочное значение. По-

вторным нажатием переключатель 11 возвращают в исходное по-

ложение.

Для калибровки прибора по ускорению нажимают переключа-

тель 12 и потенциометром 2 устанавливают калибровочное значе-

ние 327,2, одинаковое для дизелей всех марок. Повторным нажати-

ем переключатель 12 возвращают в исходное положение и устанав-

ливают в заданное положение переключатель 8 (число цилиндров).

Измерения проводят на прогретом дизеле (температура воды и

масла 70...90°) и при отключенных агрегатах, влияющих на мо-

мент инерции двигателя (коробке передач, гидронасосе, компрес-

Рис. 9.8. Номограммы для перевода углового ускорения в мощность

(отчеркнуты области допустимых значений)

соре и т.д.). Установив минимальную устойчивую частоту, резко

увеличивают подачу топлива. Показания на табло при этом будут

соответствовать угловому ускорению. Для оценки эффективной

мощности по ускорению применяют специальные номограммы

(рис. 9.8). По сравнению с прибором ИМД-2М это создает некото-

рые неудобства, однако значительно расширяет область примене-

ния прибора ИМД-Ц, так как номограммы можно построить для

дизелей с любыми значениями момента инерции.

Большие погрешности динамического метода определения мощ-

ности карбюраторных двигателей обуславливаются значительным

запаздыванием потока топливовоздушной смеси во впускном тру-

бопроводе во время их разгона. Динамический метод определения

мощности двигателей с искровым зажиганием реализуется при по-

стоянном положении дроссельной заслонки посредством отклю-

чения и включения зажигания.

Для определения мощностных характеристик карбюраторных

двигателей применяется прибор «Комплекс-Авто». Но более ши-

рокое распространение получил прибор Э-216, предназначенный

для определения относительной мощности цилиндров на основе

контроля частоты вращения коленчатого вала при выключении

зажигания в одном цилиндре. Прибор подключается к системе за-

жигания и позволяет выключать любой из цилиндров. Частота вра-

щения коленчатого вала определяется встроенным в него стрелоч-

ным тахометром.

Расход топлива может определяться массовым и объемным ме-

тодами. При использовании массового метода расход топлива рас-

считывается по формуле

= 3,6 G

ОП

где G

ОП

- расход топлива за время опыта, г; Т

ОП

-- время опыта.

При использовании объемного метода расход топлива опреде-

ляется по формуле

= G

ОП

р /Т

ОП

где G

ОП

- расход топлива за время опыта, см

; р - плотность топли-

ва, г/см

Измерение расхода топлива массовым методом в стационарных

условиях на тяговых стендах производится с помощью специаль-

ной установки (рис. 9.9), включающей в себя весы, расходную ем-

кость, топливный бак и трехходовой кран. Трехходовой кран обес-

печивает работу установки в трех режимах: подачи топлива в ДВС

непосредственно из топливного бака, одновременной подачи топ-

лива в ДВС и расходную емкость и подачи топлива в ДВС из рас-

ходной емкости. В эксплуатационных условиях применяют диаф-

рагменные расходомеры, определяю-

щие расход топлива по перепаду давле-

ния на диафрагме (дросселе) с калибро-

ванным отверстием. Схема диафраг-

менного расходомера КИ-8943, приве-

денная на рис. 9.10, работает следующим

образом. Топливо из бака 9 поступает в

поплавковую камеру 11, в которой при

помощи поплавка 10 и игольчатого кла-

пана 6 поддерживается его постоянный

уровень. При отсутствии расхода топли-

ва через дроссель 13 уровень топлива в

мерной трубке 4 совпадает с уровнем

топлива в поплавковой камере. Расход

топлива через дроссель 13 вызывает

снижение уровня топлива в мерной

трубке 4, снабженной измерительной

шкалой. Для снижения пульсации пода-

чи топлива применяется пневматичес-

кий компенсатор 3. При закрытом кране 2 и открытом кране 14

через дроссель 15 протекает известное количество топлива, что

позволяет производить тарировку расходомера.

В настоящее время при диагностировании ДВС широко приме-

няются расходомеры, определяющие объем топлива путем конт-

Рис. 9.9. Установка для изме-

рения расхода топлива в ста-

ционарных условиях

Рис. 9.10. Схема диафрагменного расходомера топлива КИ-8943:

1, 7, 12- соединительная трубка; 2, S, 14- кран; 3- пневматический компенсатор; 4-

мерная трубка; 5- шкала; 6- игольчатый клапан; 9- топливный бак; 10- поплавок;

11 - поплавковая камера; 13, 15 - дроссель

роля при помощи специальной турбинки скорости его потока че-

рез трубопровод с известным сечением. Вращение турбинки конт-

ролируется индуктивным или фотодатчиком. Электронная схема

усиливает сигнал от датчика и измеряет его частоту, которая про-

порциональна расходу топлива. Расходомер КИ-13967М имеет

встроенный микропроцессор, позволяющий проводить измерение

текущего установившегося и максимального импульсного значе-

ний расхода топлива автотракторных дизелей. Применяя этот рас-

ходомер совместно с прибором ИМД-Ц, можно определять удель-

ный расход топлива в бестормозном режиме.

9.3. Диагностирование механизмов и систем ДВС

Цилиндропоршневая группа (ЦПГ) в ДВС подвергается воздей-

ствию высоких температур и циклических нагрузок, вызывающих

износ поршневых колец и внутренней поверхности цилиндра, ко-

торый определяется различными методами.

Визуально оценить состояние камеры сгорания помогают со-

временные технические эндоскопы - оптические приборы с жест-

ким или гибким световодом небольшого диаметра (5 ... 8 мм). Ис-

точник освещения высокой интенсивности располагается снаружи,

а наконечник эндоскопа вводится через отверстие под форсункой

в камеру сгорания и с помощью волоконно-оптического световода

перемещается в обследуемом пространстве. Оптический прибор

позволяет осуществить любое увеличение и фокусировку необхо-

димого элемента. Линза объектива, расположенная на самом кон-

це световода, позволяет осматривать практически любой участок

камеры сгорания. С помощью эндоскопа можно определить по-

вреждение клапанов (обугливание, состояние их седел и т. д.), на-

личие воды в камере сгорания вследствие нарушения уплотнения

головки блока цилиндров, состояние боковых поверхностей цилин-

дров и днища поршня.

Однако наиболее широко распространены методы определения

износа, позволяющие получить количественную оценку состояния

цилиндропоршневой группы. Измерения при этом проводятся в трех

зонах: камере сгорания, корпусе блока цилиндров и картере ДВС.

Основными диагностическими параметрами, которые исполь-

зуются при измерениях в камере сгорания, являются компрессия,

степень разрежения и утечка сжатого воздуха.

Относительная компрессия по цилиндрам определяется по уси-

лию, необходимому при прокрутке двигателя стартером, которое,

в свою очередь, оценивается по изменению тока в цепи стартера

или напряжения на клеммах аккумулятора. Например, австрийский

прибор «Испытатель сжатия 855» измеряет падение напряжения на

клеммах аккумулятора и воспроизводит его на ленте самописца.

Нормальное состояние компрессии по цилиндрам вызывает рав-

номерное падение напряжения на клеммах (рис. 9.11, а). При воз-

никновении разницы в компрессии отдельных цилиндров возника-

ет также разница в падении напряжений. Для выявления цилиндра

с пониженной компрессией на ленту выводится отметка верхней

мертвой точки (ВМТ) одного из цилиндров, что позволяет при из-

вестном порядке работы цилиндров определить неисправный. По

записи падения напряжения, показанной на рис. 9.11, б, можно от-

метить недостаточную компрессию во втором и шестом цилинд-

рах. Данный метод позволяет быстро оценить компрессию во всех

цилиндрах, однако из-за невозможности получения абсолютного

ее значения и необходимости применения самописцев он не полу-

чил широкого распространения.

Для измерения максимальной компрессии применяют компрес-

сометр, представляющий собой манометр, в который через обрат-

ный клапан поступает сжатый воздух из камеры сгорания. Компрес-

сометр (рис. 9.12) устанавливается при помощи патрубка с резино-

вым уплотнением в отверстие для форсунки или свечи на двигатель,

который прокручивается пусковым устройством. Компрессия дизе-

Рис. 9.11. Определение относительной компрессии по цилиндрам:

а- одинаковая компрессия во всех цилиндрах; 6- пониженная компрессия

в цилиндрах 2 и 6

леи может изменяться в пре-

делах 5 ... 2 МПа, а карбю-

раторных двигателей в пре-

делах 1,5 ...0,6 МПа. Вслед-

ствие большой разницы

давлений выпускаются раз-

личные компрессометры

для дизелей (КИ-8611), зак-

репляемые вместо форсун-

ки, и карбюраторных дви-

гателей (модель 179, К-52).

Для записи их показаний

используются компрессог-

рафы, снабженные малога-

баритными механическими

самописцами (КВ-1124,

К-181). Разность показа-

ний компрессометра по

цилиндрам дизелей не дол-

жна превышать 0,2 МПа, а

карбюраторных двигате-

лей 0,1 МПа. Превышение

этих значений свидетель-

ствует о дефекте в данном

цилиндре.

Для достоверной оценки состояния цилиндров по компрессии

необходимо поддерживать постоянными частоту вращения двига-

теля и температуру стенок цилиндров, что из-за возможности не-

исправности системы пуска, сложности контроля частоты враще-

ния при прокрутке стартером, возможного разброса температур

по цилиндрам часто невыполнимо.

Метод оценки состояния цилиндров по степени разрежения бо-

лее точный и менее трудоемкий (для дизелей). Здесь вместо комп-

рессометра используется вакуум-анализатор (рис. 9.13), который

при диагностировании дизелей соединяется с камерой сгорания

резиновой втулкой и не требует закрепления на месте форсунки.

В схеме более совершенного анализатора АГЦ-1 (рис. 9.14) преду-

смотрена возможность блокировки выпускного клапана 4, приво-

дящая к изоляции камеры сгорания от атмосферы на тактах сжа-

тия, что позволяет производить два измерения разрежения в каме-

ре сгорания: без блокировки Р

и с блокировкой Р

. Исследова-

ниями установлено, что различные сочетания значений этих вели-

чин позволяют конкретизировать причину нарушения негерметич-

ности камеры сгорания (дефекты поршневых колец, впускных или

выпускных клапанов).

Рис. 9.12. Компрессометр для бензиновых

двигателей:

1- корпус; 2 - манометр; 3 - трубка; 4 - резино-

вый наконечник; 5 - золотник

219