Диагностика двигателя внутреннего сгорания по шумам и стукам

РЕФЕРАТ

Диагностика двигателя внутреннего сгорания по шумам и стукам

сгорание двигатель диагностический стук Каждая движущаяся часть в автомобиле может производить шум. Водители часто принимают за шум двигателя — шумы от трансмиссии и от главной передачи.

Часто первым признаком внутренних неисправностей двигателя является необычный шум. Это могут быть различные стуки или щелчки, которые до этого не были слышны. При диагностике неисправностей иногда довольно сложно интерпретировать правильно причину и место шумов, и имеется большая вероятность ошибки. Без достаточного опыта довольно сложно отличить необычные стуки от нормального звука работающего двигателя.

При диагностике неисправностей речь идёт о нехарактерных для двигателя (или иного агрегата) шумах и стуках, т. е. о звуках, появление которых, вызвано неисправностью каких либо деталей, механизмов или систем. Источники шума работающего двигателя многообразны. Это и звук, впрыскиваемого форсунками топлива, и, всасываемого двигателем воздуха, и, взаимодействующих друг с другом деталей. С шумом, издаваемым двигателем, борются конструкторы и производители. На законодательном уровне большинства развитых стран, приняты законы, ограничивающие предельный уровень шума автотранспортных средств. Но создать совершенно бесшумный двигатель так же нереально, как изобрести вечный. Шумность двигателя увеличивается по мере износа его деталей, из-за поломки деталей или неисправности отдельных систем и механизмов. По большей части, шумы и стуки являются следствием увеличения зазоров в сопряжении деталей, ослабления посадок и креплений. Диагностика неисправностей, проявляющих себя в виде посторонних шумов, имеет ряд существенных сложностей, и специалистов, владеющих и грамотно пользующихся данным методом, не так много.

1. Неисправности двигателя внутреннего сгорания по шумам и стукам и их признаки

Причинами уменьшения мощности двигателя и его экономичности, могут служить износ поршней, колец и цилиндров. Для предупреждения неисправностей следует регулярно контролировать работу двигателя, и вовремя устранять возникшие неполадки.

Например, критический зазор в коренных подшипниках выявляется по стуку внизу блока, в нижнем и верхнем положении поршневых пальцев стук слышен при большом зазоре в шатунных подшипниках.

Стук поршневого кольца, идущий из верхней половины цилиндра, и пропадающий при отключении зажигания, говорит об увеличенных зазорах между отверстиями в поршнях, или втулках головок шатунов, и пальцами.

Но, не у всех типов двигателей, возможно, достаточно точно, диагностировать неисправность по характерному стуку.

В передней части автомобильного двигателя находятся приводные ремни, и, именно там, обычно можно услышать «подозрительные» шумы.

О неисправной работе водяного насоса, распределительного вала, или генератора говорят жужжание или свист, иногда переходящие в визг.

В передней части двигателя стук возникает по ряду причин:

— износились подшипники генератора или водяного насоса,

— ослабли затяжки болтов крепления генератора,

— износились детали привода распределительного вала,

— ослабли крепления шкивов вентилятора или его кожуха, генератора или коленчатого вала,

— ослабли крепления крышки ремня ГРМ.

Недостаточный уровень масла, либо ослабление деталей крепежа двигателя можно определить по небольшим стукам в движке, которые становятся сильнее на поворотах. Об износе коренных вкладышей шатуна, или вкладышей нижней головки цилиндра, можно судить по ощутимому стуку не только на рабочих, но и на холостых оборотах.

Сильные вибрации и стук в работающем двигателе свидетельствует о необходимости замены коренных подшипников.

Если топливно-воздушная смесь сгорает в двигателе бесконтрольно, то слышен стук с металлическим оттенком в то время, когда автомобиль движется с ускорением, или при подъеме в гору.

Причин детонации в двигателе может быть несколько:

— низко-октановое топливо,

— неточная регулировка угла опережения зажигания,

— неисправный вакуум-корректор прерывателя-распределителя,

— свечи другого, неподходящего типа.

Если двигатель продолжает стучать после их устранения, то его необходимо ремонтировать.

Медленный рост давления масла, несоответствие его характеристик, и неподходящие масляные фильтры также могут вызывать стук в моторе.

Также, особого внимания заслуживает индикация лампочки давления масла на приборной панели водителя. Ее непрерывное горение сигнализирует о недостаточном количестве масла, или несоответствии его характеристик.

Причиной также может быть неисправность датчика давления масла, установленного на двигателе, к тому же, необходимо проверить исправность масляного насоса и коренных вкладышей.

Моргание на поворотах лампочки давления масла говорит о том, что провод датчика замыкает на массу, или свидетельствует о низком уровне масла.

Если неисправны подшипники генератора или водяного насоса, карбюратор или впускной коллектор подсасывают воздух, то слышится неприятный на слух визг, высота которого вместе с оборотами повышается. Его причиной может быть и то, что из-за зацепления с зубчатым венцом маховика не вышла шестерня стартера.

Свист возникает при подсосе воздуха между впускным коллектором и карбюратором. Для обнаружения неисправности используется мыльный раствор. Он кисточкой наносится на предполагаемую проблемную зону.

Если негерметична посадка шланга вакуумного насоса усилителя тормозов (при его наличии), или он поврежден, износилась ось дроссельного насоса, шланг вакуум-корректора зажигания, или неправильно установлен топливный фильтр, то в этом случае свист возникает в районе карбюратора.

При неисправности выхлопной системы автомобиля (прокладки выпускного коллектора, приемной трубы и др.) возникает «просечка» выхлопных газов. Для ее устранения иногда необходимо лишь подтянуть крепление приемной трубы.

Неисправности топливной системы, такие, как:

— снижение производительности и давления топливного насоса,

— проблемы с пробкой впускного шланга топливного бака,

— попадание воды в бензин, и замерзание ее в трубопроводах приводят к перебоям в подаче топлива, и могут быть причиной полной остановки двигателя автомобиля.

Топливный насос лучше проверять прямо на двигателе, поскольку он является довольно сложным агрегатом. При проверке от карбюратора отсоединяют трубку и используют рычаг ручной подкачки, или проворачивают коленчатый вал. При этом должна выбрасываться полная струя бензина.

Повышенный шум механизма газораспределения

— низкое давление масла. Произвести необходимый ремонт.

— ослабление крепления деталей, приводимых в движение распределительным валом. Проверить и устранить неисправность.

— износ деталей, приводимых в движение распределительным валом.

— поломка клапанной пружины.

— заедание стержней клапанов.

— износ, загрязнение или неисправность привода клапанов. Проверить, очистить, при необходимости заменить детали.

— износ или плохая обработка распределительного вала. Заменить вал.

— износ направляющих втулок клапанов.

Стуки на холодном двигателе слышны в течение 2−3 минут после запуска, стуки увеличиваются при увеличении крутящего момента

— стук клапана EFE с вакуумным приводом. Заменить клапан EFE.

— маховик задевает кожух. Исправить положение кожуха.

— ослабление крепления демпфера колебаний или шкивов. Подтянуть крепление или заменить при необходимости.

— увеличенные зазоры между поршнями и цилиндрами. Заменить поршни. Стуки поршней на холодном двигателе обычно исчезают после замыкания на массу свечи соответствующего цилиндра. Стук поршней на холодном двигателе, пропадающий через полторы минуты после запуска, считается нормальным явлением.

— изгиб шатуна.

Сильные стуки на прогретом двигателе при увеличении крутящего момента

— поломка демпфера колебаний или ступицы шкива. Заменить неисправные детали.

— ослабление крепежных болтов гидротрансформатора.

— перетянуты ремни привода вспомогательных агрегатов или трещины на ремнях. Отрегулировать натяжение ремней или заменить неисправные ремни.

— задевание элементов выпускной системы за днище. При необходимости восстановить правильное расположение узлов выпускной системы.

— трещина в маховике.

— увеличенные зазоры в коренных подшипниках. Заменить вкладыши при необходимости.

— увеличенные зазоры в шатунных подшипниках. Заменить вкладыши при необходимости.

Слабые стуки на прогретом двигателе

— детонация. Проверить электронный регулятор опережения зажигания. Проверить угол опережения зажигания и качество топлива.

— ослабление крепежных болтов гидротрансформатора.

— неплотности в сопряжениях системы выпуска отработавших газов. Подтянуть болты и / или заменить прокладку.

— увеличенные зазоры в шатунных подшипниках. Заменить вкладыши при необходимости.

Кратковременные стуки сразу после запуска двигателя

— механический шум топливного насоса. Заменить насос.

— применение нерекомендованного моторного масла. Заменить масло. Следует использовать моторное масло, вязкость которого соответствует преобладающим условиям эксплуатации автомобиля (диапазону температур окружающего воздуха).

— неисправность гидравлических толкателей клапанов. Очистить, проверить и заменить при необходимости. При останов ке двигателя некоторые клапаны остаются открытыми и под действием клапанной пружины масло выдавливается из толкателей. Заменять толкатели следует только при обнаружении их неисправности.

— увеличенный осевой зазор коленчатого вала. Заменить упорный подшипник вала.

— увеличенный зазор в переднем коренном подшипнике. Заменить изношенные детали.

Стуки на прогретом двигателе, работающем на холостом ходу

— ослабление натяжения или износ приводных ремней. Отрегулировать натяжение или заменить при необходимости.

— износ подшипников компрессора кондиционера или генератора. Заменить неисправные подшипники.

— механический шум топливного насоса. Заменить насос.

— шум деталей механизма газораспределения. Заменить неисправные детали.

— применение нерекомендованного моторного масла. Заменить масло. Следует использовать моторное масло, вязкость которого соответствует преобладающим условиям эксплуатации автомобиля.

— увеличенные зазоры между пальцами и поршнями. Заменить поршни и пальцы.

— отклонение от соосности отверстий в головках шатуна. Проверить шатуны и заменить неисправные детали.

— недостаточные зазоры между поршнями и цилиндрами. Хонинговать цилиндры и установить комплект новых поршней.

— ослабление крепления демпфера колебаний. Подтянуть крепление или заменить изношенные детали.

— неправильное смещение поршневого пальца. Переставить поршень.

2. Диагностические параметры, оборудование и алгоритм проверки двигателя внутреннего сгорания по шумам и стукам

Техническое состояние двигателя принято оценивать по диагностическим параметрам приведенным ниже:

1. Давление в цилиндре в конце такта сжатия — компрессия. Этот параметр позволяет оценить герметичность сопряжений поршень-кольцо-цилиндр и клапан-седло клапана, от которых зависит эффективность преобразования тепловой энергии, выделяемой при сгорании топлива, в механическую, а в конечном итоге — мощность и экономичность двигателя, его токсичность и расход масла. Известно два метода измерения компрессии: прямой и косвенный. При прямом методе все свечи зажигания извлекаются из цилиндров и через свечные отверстия, с помощью обычного стрелочного компрессометра, компрессометра с самописцем или электронного датчика мотор-тестера, измеряется компрессия.

При косвенном методе свечи не извлекаются и компрессия с помощью мотор-тестера измеряется через ток стартера в режиме прокрутки коленчатого вала. Метод, как правило, применяется когда нет прямого доступа к свечам зажигания или когда важнее знать не величину компрессии, а ее разность между цилиндрами. Следует отметить, что измерение обычным компрессометром имеет свои достоинста, чем и объясняется его широкое применение. На нем наглядно видно, за сколько тактов сжатия стрелка вышла на максимальное значение. Хороший результат когда за 2−3 такта, а если стрелка достигает максимума (даже близкого к номинальному значению компрессии) за 8−10 тактов, то это повод серьезно задуматься о состоянии двигателя.

Имейте в виду, что результаты измерений зависят не только от состояния двигателя, но и от условий, при которых эти измерения проводятся. Необходимые условия при проверке компрессии: двигатель прогрет до рабочей температуры, полностью открытая дроссельная заслонка, чистый воздушный фильтр, полностью исправная и заряженная аккумуляторная батарея, исправный стартер, обеспечивающий коленвалу 250−300 оборотов в минуту, заблокированное зажигание (для исключения выхода его из строя), отключенные форсунки (исключить попадание топлива в катализатор). Последние два условия можно выполнить одновременно, если отсоединить разъем датчика коленчатого вала.

Результаты измерений должны быть сопоставлены с данными производителя двигателя. Разные производители ДВС имеют различные значения компрессии и степени сжатия. Необходимо отметить, что очень высокие значения компрессии, как и слишком низкие, говорят о наличии неисправности. Компрессия 16−17 кгс/см2 говорит о том, что компрессионные кольца могут уплотнятся избыточным количеством проникающего в цилиндры масла через закоксованные, либо изношенные маслосъемные кольца. В таких случаях, на дне поршня и стенках камеры сгорания, можно обнаружить большое количество отложений. С помощью эндоскопа, через свечное отверстие, хорошо видно их наличие.

Проблемы с маслосъемными кольцами возникают вследствие перегрева двигателя, использования некачественного масла и просто несвоевременной замены масла. Залегание колец, либо их «закоксовка», сопровождаются повышенным «угаром» масла и «сизым» выхлопом. Следует иметь в виду, что «сизый» выхлоп также имеет место при «затвердевших» сальниках клапанов и изношенных направляющих втулках клапанов. В таких случаях свечи зажигания имеют сильный коркообразный нагар. В худшем случае при такой неисправности — это мокрая от масла и неработающая свеча.

В случае, если какой-либо цилиндр имеет компрессию, по отношению к другим, ниже допуска, можно поступить следующим образом. С помощью шприца влить в цилиндр 5−10 мл. моторного масла и вновь измерить компрессию. Вариант первый — компрессия стала выше чем в остальных цилиндрах. Это означает, что в сопряжении клапан — седло клапана проблем нет и наиболее вероятной, и часто встречающейся причиной, является «закоксованность» компрессионных колец. Хотя может быть и худший случай — это поломка кольца или перегородок поршня. Вариант второй — компрессия после вливания масла не изменилась (или увеличилась всего на 0,5−1 кгс/см2). В этом случае уже без частичного или полного «вскрытия» двигателя не обойтись.

Можно конкретизировать поломку. Сначала с помощью эндоскопа через свечное отверстие проверить нет ли «прогара» поршня. Далее выставить поршень исследуемого цилиндра на такте сжатия в верхнюю мертвую точку (впускной и выпускной клапаны закрыты). Через свечное отверстие подать в камеру сгорания сжатый воздух и выяснить, куда идет утечка воздуха. Если в выпускной коллектор — проблема с выпускным клапаном, если во впускной коллектор — проблема с впускным клапаном. Если утечка воздуха в систему охлаждения — проблема с прокладкой головки блока цилиндров, либо трещина в головке блока. Если проблемы с клапанами, то спешить снимать головку блока не стоит. Сначала снимите клапанную крышку и проверьте тепловые зазоры в клапанах или состояние гидрокомпенсаторов. Причиной неплотного закрытия клапанов могут быть «подклинившие» гидрокомпенсаторы (если они есть).

2. Эффективная мощность — это параметр, который снимается с колес автомобиля. Ее можно определить на беговых барабанах динамометрического стенда. Мощность двигателя — это характеристика, которая снимаемается с коленчатого вала. Определить ее можно, измерив угловое ускорение вращения коленчатого вала в режиме от холостых оборотов до максимальных, при резком нажатии до упора педали акселератора. Еще есть диагностический параметр, непосредственно связанный с мощностью двигателя, это баланс мощности по цилиндрам двигателя. Такая процедура измерения предусмотрена в некоторых мотор — тестерах. Суть метода заключается в том, что на работающем двигателе поочередно блокируется работа цилиндров и измеряется падение оборотов. Падение оборотов тем больше, чем больше мощность отключенного цилиндра. На экране монитора в виде номограмм отображается процентный вклад каждого цилиндра в общую мощность двигателя. Метод достаточно информативный, но имеет и некоторые ограничения. На многоцилиндровых двигателях точность метода снижается, кроме того возникает опасность повреждения катализатора, из-за попадания в него большого количества несгоревшего топлива при блокировке цилиндров.

3. Давление масла в системе смазки. Этот диагностический параметр позволяет оценить износ сопряженных деталей кривошипно-шатунного механизма (коренные и шатунные шейки коленчатого вала — вкладыши), износ подшипников распределительного вала, состояние масляного насоса и редукционного клапана. Давление масла в системе смазки, как и величина компрессии, регламентируется производителем двигателя. Измеряется давление масла на прогретом двигателе с помощью манометра, подключенного вместо штатного датчика давления. Результаты измерений нужно сопоставить с данными производителя. Проблемы в системе смазки возникают, как правило, если несвоевременно меняется масло и масляный фильтр, смена масла сопровождается промывкой двигателя специальными быстродействующими средствами промывки. Частицы отложений, под действием сильных растворителей, отделяются от внутренних поверхностей и перекрывают каналы системы смазки. Опасна такая промывка и для тонких каналов подшипников турбокомпрессора.

Если зимой автомобиль передвигается на короткие расстояния, двигатель имеет большое количество холодных пусков и не достигает рабочей температуры, а значит работает на «богатой» топливо-воздушной смеси. В таких случаях несгоревшее топливо и влага разжижают масло и образуют осадки, кислоты и смолы, которые сокращают срок жизни масла. Вследствие этого, смену масла и масляного фильтра необходимо производить раньше, чем рекомендует производитель автомобиля. Преждевременное старение масла также происходит от попадания большого количества топлива, проникающего в масляную систему при многократных и неудачных пусках холодного двигателя с последующей попыткой его запуска с «буксира».

4. Давление картерных газов или количество газов, прорывающихся в картер. Эти диагностические параметры также позволяют оценить состояние цилиндро-поршневой группы достаточно объективно, но к сожалению, эта диагностика не получила широкого распространения. Измеренное значение не должно превышать некоторый порог, установленный для исправного двигателя. С ростом оборотов, давление не должно расти, а в идеале, может незначительно уменьшиться.

5. Разрежение во впускном коллекторе. Данный диагностический параметр позволяет оценить состояние цилиндро-поршневой группы и газо-распределительного механизма. По фазовым сдвигам, форме и амплитудным значениям кривой пульсирующего разрежения (в идеале это сигнал синусоидальной формы), можно судить о состоянии привода распределительного вала (ремень, цепь), зазорах и герметичности клапанов, наличии отложений и нагара на впускных клапанах, приводящих к ухудшению наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью. Если есть подозрение на большое количество отложений на впускном клапане, то необходимо с помощью эндоскопа, введенного через посадочные отверстия снятых форсунок, визуально осмотреть клапана. Исходя из количества отложений, можно рекомендовать очистку в режиме промывки инжекторов на работающем двигателе или механический способ очистки, путем частичной разборки двигателя.

6. Анализ вибраций, стуков и шумов двигателя. Исправный двигатель издает равномерный шум, о такой работе образно говорят — двигатель «шепчет». Но рано или поздно появляются разные аномалии. Наиболее часто появляется периодическое «вздрагивание» двигателя на холостых оборотах, которое обычно происходит из-за пропусков воспламенения топливо-воздушной смеси (дефектные свечи, несоответствующий зазор в свечах, раннее зажигание, «богатая» или «бедная» смесь). «Вздрагивание» в этом случае сопровождается синхронными «хлопками» в выхлопной трубе. Равномерная «тряска» двигателя на оборотах холостого хода характерна для одного или более неработающих цилиндров. Причины могут быть разные — не работает свеча зажигания или форсунка, нет компрессии в одном или нескольких цилиндрах, обрыв высоковольтного провода, «прогар» прокладки головки блока между двумя смежными цилиндрами и др. Последний дефект выявляется при измерении компрессии: в этих цилиндрах величина компрессии будет одинаковой между собой и низкой, по отношению к другим цилиндрам. Еще одно характерное проявление связанное с вибрацией двигателя: на оборотах холостого хода двигатель работает ровно, а при резком нажатии на педаль газа, ДВС набирает обороты с вибрацией, и затем, на высоких оборотах вновь работает ровно. В движении автомобиля это выглядит как «провал» при наборе оборотов.

Причин здесь несколько. Может быть неисправным датчик положения дроссельной заслонки или расходомер воздуха, низкое давление топлива в системе впрыска, засоренные форсунки, «уставшие» свечи зажигания, или высоковольтные провода, либо не рабочая одна из катушек зажигания. Характерные шумы и стуки издает неисправное навесное оборудование (генератор, гидроусилитель руля, кондиционер, натяжные и вспомогательные ролики этих агрегатов). Определить источник шумов среди навесного оборудования достаточно просто, методом поочередного снятия приводного ремня соответствующих агрегатов, или с помощью стетоскопа. Сложнее обстоит дело с внутренними стуками двигателя. Увеличенные зазоры в сопряженных деталях, изношенные гидрокомпенсаторы, увеличенные тепловые зазоры клапанов приводят к ударным нагрузкам в механизмах, которые сопровождаются шумом и стуками. Перечислять, куда приложить стетоскоп, и какой стук будет при прослушивании коренных и шатунных подшипников, подшипников распредвала, поршней, клапанов и т. д. мы не будем, скажем одно — для этого нужны не только знания, но и опыт.

При прослушивании двигателя следует определить:

— источник звука (стука);

— характер стука (регулярный или нерегулярный, периодический);

— частоту стука относительно частоты вращения коленчатого или распределительного вала (большая, меньшая или равная);

— зависимость интенсивности стука (увеличивается, уменьшается или не зависит) от нагрузки, частоты вращения валов и температуры двигателя;

— тональность звука.

Полученная на основе прослушивания информация анализируется и сопоставляется с данными, полученными иными способами диагностирования. На основе сопоставления данных и анализа имеющихся признаков, делаются выводы о причинах появления стуков и возможных неисправностях.

Для прослушивания двигателя используют стетоскоп (прибор, которым врачи прослушивают лёгкие и сердце пациента). Автомобильный стетоскоп представляет собой длинную (около одного метра) слуховую трубку, со слуховым приспособлением мембранного типа (или просто «воронкой») на одном конце, и «мундштуком», прикладываемым к уху, на другом. При отсутствии специализированного стетоскопа можно пользоваться медицинским, или сухой деревянной палочкой, один конец которой прикладывается к прослушиваемому месту, а другой к уху.

Медицинский стетоскоп может показаться Вам очень «громким». Прослушивать через него работающий двигатель, работа сама по себе не из лёгких. Есть специалисты, которые предпочитают «слушать ртом», зажимая конец тонкой «слуховой» палочки зубами.

Двигатель прослушивается в нескольких, условно выделенных зонах (рис. 1).

— в зоне 1, расположенной вдоль оси крепления коленчатого вала, прослушиваются коренные подшипники коленчатого вала;

— в зоне 2, расположенной немногим выше зоны 1 (на длину кривошипа KB), прослушиваются стуки шатунных подшипников;

— в зоне «верхней мёртвой точки» (зона 3) прослушивается стук поршней и поршневых пальцев

— в зоне 4, лежащей вдоль оси крепления клапанной крышки, прослушивается распределительный вал (при верхнем размещении РВ на двигателе) и детали привода клапанов;

— в зоне 5, в передней части двигателя, прослушивается привод распределительного вала.

В зависимости от конструктивных особенностей двигателя число зон и их расположение может быть иным.

Стоит напомнить, что наибольшие нагрузки детали КШМ испытывают при прохождении через мёртвые точки и, в первую очередь, через верхнюю мертвую точку в начале такта рабочего хода. Так как появление посторонних стуков связано с увеличенными зазорами в сопряжениях деталей то, очевидно, что «слушать» нужно как раз в тех «зонах», где детали «проходят» через мёртвые точки.

Каждая неисправность имеет своё звучание. Но мы не станем останавливаться на словесном описании звуков, издаваемых изношенными деталями или деталями, получившими повреждения. Для восприятия звука, звук должен быть услышан, и только в этом случае станут понятны такие словесные определения звука, как металлический, глухой, звонкий, тикающий, стучащий, высокий, низкий, дребезжащий и т. п. Не услышав звук, перечисленные определения останутся всего лишь словами, а слова без понимания сущности бессмысленны и, в конкретном случае, не имеют под собой практической основы.

Тональность и интенсивность звука, как правило, изменяется, или звук исчезает при принудительном выключении из работы неисправного цилиндра. Данный приём, во многих случаях, позволяет локализовать неисправность.

1. Аринин И. Н. «Диагностирование на автотранспорте» 1985 г.

2. Аринин И. Н. «Техническая диагностика автомобилей» 1981 г.

3. Кузнецов Е. С. «Техническая эксплуатация автомобилей» 2001 г.

4. Крамаренко Г. В. «Техническая эксплуатация автомобилей» 1983 г.

5. Клюев В. В. «Технические средства диагностирования» 1989 г.

6. Материалы из сети интернет.