DIAGNOSTICAREA MOTOARELOR Suport de curs
Prof. Dr. Ing. Nicolae ŢUREA
1
CUPRINS 1. Generalităţi 1.1.Definiţii 1.2 Domeniile de utilizare a diagnosticării în cadrul întreţinerilor tehnice 1.3. Tipuri de diagnosticare 1.4. Clasele diagnosticării tehnice 1.5. Diagnosticarea automată 1.6. Sisteme de diagnosticare la bord 2. Structura parametrilor de diagnosticare – parametri de diagnosticare 2.1. Obiective 2.2. Tehnologia şi structura procesului de diagnosticare 2.3. Succesiunea operaţiilor de diagnosticare 2.4. Rolul diagnosticării în procesul de diagnosticare a automobilelor 2.5. Parametri de diagnosticare 2.6. Particularităţile parametrilor de diagnosticare 2.7. Valori caracteristice ale parametrilor de diagnosticare 3. Determinarea valorilor limită ale parametrilor de diagnosticare 3.1. Obiective 3.2. Determinarea valorilor limită 3.3. Prognozarea duratei remanente de funcţionare a automobilelor pe baza diagnosticării 4. Diagnosticarea stării tehnice a motoarelor 4.1. Obiective 4.2. Schimbarea stării tehnice 4.3. Parametrii de diagnosticare globală 4.3.1. Diagnosticarea după puterea efectivă 4.3.2. Diagnosticarea pe baza consumului de combustibil 4.3.3. Diagnosticarea după zgomot 4.3.4. Diagnosticarea puterii motorului prin metoda accelerării în gol 5. Diagnosticarea de profunzime a motorului 5.1. Diagnosticarea mecanismului motor 5.1.1. Diagnosticarea pe baza presiunii la sfârşitul comprimării 5.1.2. Diagnosticarea pe baza pierderii de aer introdus în cilindrii 6. Diagnosticarea de profunzime a motorului (continuare) 6.1. Diagnosticarea mecanismului motor pe baza depresiunii din colectorul de admisie 6.2. Diagnosticarea gradului de etanşare a cilindrilor 6.2.1. Diagnosticarea pe standul cu role 6.2.2. Măsurarea depresiunii cu scoaterea din funcţiune a unui cilindru 6.2.3. Măsurarea debitului de gaze scăpate în carter 6.3. Diagnosticarea motorului prin metoda vibroacustică
2
7. Diagnosticarea mecanismului de distribuţie 7.1. Simptomatologie 7.2. Schimbarea stării tehnice 7.3. Verificarea jocului termic 7.4. Verificarea etanşeităţii 7.5. Verificarea fazelor de distribuţie 7.6. Analiza zgomotelor 7.7. Studiu de caz 8. Diagnosticarea instalaţiei de alimentare a motoarelor cu aprindere prin scânteie 8.1. Schimbarea stării tehnice 8.2. Analizoare cu absorbţie cu radiaţii infraroşii 8.3. Diagnosticarea după gradul de poluare 9. Diagnosticarea instalaţiei de alimentare a motoarelor cu aprindere prin comprimare 9.1. Diagnosticarea globală 9.1.1. Opacimetre care funcţionează pe principiul filtrării 9.1.2. Opacimetre care funcţionează pe principiul absorbţiei 9.2. Diagnosticarea de profunzime 9.3. Proba de zgomot BOSCH 9.4. Diagnosticarea pompelor de injecţie 9.5. Diagnosticarea echipamentului de injecţie pe baza oscilogramei presiunii din conducta de refulare 9.6. Diagnosticarea echipamentului de injecţie pentru motoare Diesel cu comandă electronică 9.7. Diagnosticarea bujiilor incandescente 10. Diagnosticarea instalaţiei de răcire a motoarelor 10.1. Schimbarea stării tehnice 10.2. Parametri de diagnosticare 10.3. Diagnosticarea etanşeităţii instalaţiei 10.4. Diagnosticarea funcţionării termostatului 10.5. Testarea supapelor buşonului de umplere 10.6. Testarea radiatoarelor 10.7. Calitatea lichidului de răcire 10.8. Răcirea cu apă 11. Diagnosticarea instalaţiei de ungere 11.1. Schimbarea stării tehnice a instalaţiei de ungere în procesul de exploatare 11.2. Diagnosticare complexă (globală) a instalaţiei de ungere 11.3. Diagnosticarea de profunzime 11.3.1.Diagnosticarea pompelor de ulei 11.3.2. Diagnosticarea filtrelor de ulei
3
1. PRINCIPIILE GENERALE ALE DIAGNOSTICĂRII AUTOVEHICULELOR
OBIECTIVE 1. Definirea conceptelor utilizate în domeniul diagnosticării. 2. Prezentarea tipurilor şi claselor de diagnosticare. 3. Diagnosticarea la bord (OBD).
4
GENERALITĂŢI • 1.1. Definiţii: Diagnosticarea tehnică a autovehiculelor
•
reprezintă totalitatea operaţiilor tehnice şi tehnologice necesare pentru determinarea stării tehnice şi a capacităţii de funcţionare a unui sistem sau a întregului automobil, precum şi evaluarea acestora în raport cu condiţiile de exploatare, fără demontarea pieselor sau a ansamblului respectiv. Diagnosticarea permite evaluarea resursei remanente şi a capabilităţii funcţionale a automobilelor, în limitele solicitărilor date de regimul de exploatare şi a prognozării duratei sigure de funcţionare (fără căderi).
5
1.2. Domenii de utilizare ale diagnosticării: Domeniul principal de utilizare a diagnosticării în procesul de mentenanţă a autovehiculelor îl reprezintă inspecţiile tehnice planificate şi operative, controlul calităţii întreţinerii, reviziile impuse de legislaţii pentru siguranţa circulaţiei şi protecţia mediului. 1.3. Tipuri de diagnosticare:
Diagnosticarea funcţională cuprinde un complex de măsuri prin care se verifică direct sau indirect capacitatea de lucru a unui sistem tehnic pe baza măsurării principalilor parametri ai sistemului. Rezultatele măsurătorilor se compară cu valorile limită stabilite pentru sistemul dat. În funcţie de modul de efectuare, diagnosticarea funcţională poate fi realizată intern (computer de bord) sau extern cu aparate specializate pe sistemele autovehiculelor.
6
Diagnosticarea defectoscopică are menirea să determine: • cauza defecţiunii; • localizarea elementelor defecte sau a dereglajului; • parametrul de stare modificat. Un rol important al diagnosticării defectoscopice este şi aprecierea modului în care sunt intercondiţionate regimul de exploatare, sarcina de transport, regimul de mentenanţă, cu natura defecţiunii. Funcţia de evaluare a diagnosticării defectoscopice are în vedere stabilirea măsurilor de repunere în funcţiune a sistemului. Volumul de muncă pentru repunerea în funcţiune îl constituie operaţiile de reglaj necesare sau operaţiile de înlocuire a elementelor nereglabile defecte. Diagnosticarea duratei remanente de funcţionare este un alt domeniu de aplicaţie al diagnosticării tehnice. Această formă de diagnosticare se realizează ca o operaţie de sine stătătoare de genul “verificare-planificare”. Pe baza rezultatelor se prevăd termenele raţionale ale operaţiilor de întreţinere şi durata funcţională fără căderi a automobilelor. Diagnosticarea defectoscopică şi diagnosticarea resursei (duratei) remanente de funcţionare formează împreună diagnosticarea de 7 degradare.
În afară de cele trei tipuri principale de diagnosticare amintite mai înainte, există o clasificare tipologică după alte criterii. În funcţie de câştigul informaţional se deosebesc: • diagnosticările complexe (globale); •diagnosticările de profunzime (pe elemente). Exemplu: în cazul unei diagnosticări defectoscopice, prin diagnosticarea complexă (globală) se determină sistemul care este defect sau prezintă anomalii funcţionale şi după aceea, pe baza diagnosticării de profunzime, elementul defect sau dereglarea care a generat funcţionarea aparametrică. (Motorul se supraîncălzeşte: •Prin diagnoză complexă se determină ca fiind defect sistemul de răcire. •Prin diagnoză de profunzime se constată elementul defect: termostatul.
8
1.4. Clasele diagnosticării tehnice: Din punct de vedere al
scopului şi domeniilor de aplicaţie a diagnosticării tehnice în cadrul mentenanţei automobilelor, se deosebesc cinci clase de diagnosticare: Diagnosticarea empirică În cadrul acestei forme de diagnosticare se face o evaluare a stării tehnice pe baza datelor nominale obţinând o decizie de forma bine-rău. Diagnosticarea empirică nu constituie o diagnosticare tehnică exactă, deoarece nu poate realiza o prognoză de funcţionare, însă la elemente sau sisteme simple poate fi satisfăcătoare în cazul în care se efectuează de către un personal cu experienţă. Se poate utiliza în cazul unei diagnosticări globale. Diagnosticarea tehnică simplă se aplică la stabilirea stării tehnice a sistemelor automobilului cu ajutorul aparatelor de măsură. Evaluarea stării tehnice rezultă din compararea mărimilor măsurate cu valorile nominale ale parametrilor de stare, respectiv de diagnosticare şi prin urmărirea tendinţei de modificare a parametrilor de diagnosticare în raport cu valorile limită de degradare stabilite empiric. Pentru sistemele importante ale automobilului se obţine o prognozare a resursei remanente de funcţionare dar cu eroare relativ mare. Diagnosticarea tehnică simplă se utilizează în cadrul diagnosticărilor globale sau planificate care se practică la societăţile de transporturi.
9
Diagnosticarea tehnică cu un sistem de aparate de verificat şi evaluarea statistică a stării de degradare. Starea tehnică a sistemelor automobilului se determină cu un complet polivalent de aparate asistate de calculator. Evaluarea stării tehnice se face în limitele de deteriorare stabilite anterior iar rezultatul diagnozei se înregistrează şi se prelucrează statistic constituind baza pentru determinarea resursei remanente de funcţionare. Diagnosticarea tehnică cu un complex de aparate de verificat şi prelucrarea automată a informaţiilor. Starea tehnică se determină cu ajutorul unui complex de aparate de măsură. Datele măsurate, se transmit unui sistem de diagnoză interior, respectiv computer de diagnosticare, care coordonează procesele de măsurare şi evaluează datele, acestea fiind stocate într-o memorie şi transmise unui calculator exterior (casetă de diagnosticare). Datele de măsurare, în cadrul acestei forme de diagnosticare, se prelucrează automat iar pe imprimantă se obţin măsurile de repunere în funcţiune (reglajele necesare, înlocuiri, etc.). Totodată, datele obţinute după măsurare se stochează într-o memorie pentru utilizări ulterioare. Această clasă este utilizată la diagnosticarea complexă şi de profunzime a sistemelor complicate. 10
Diagnosticarea automată. Se caracterizează prin determinarea şi evaluarea tuturor parametrilor de diagnosticare într-o succesiune continuă, automată. Automatizarea poate fi extinsă până la nivelul deciziilor de întreţinere. Efortul manual se reduce la corectarea sau reglarea poziţională a senzorilor, respectiv a canalelor de semnale, iar reglajele între două măsurători necesare trebuie să se realizeze cu o probabilitate redusă. În prezent în practica construcţiei şi exploatării automobilelor pot apărea şi forme mixte.
11
SISTEMELE DE DIAGNOSTICARE LA BORD -
OBD
(On-Board Diagnosis)
• Sisteme computerizate care monitorizează starea mecanismelor, a sistemelor de reducere a emisiilor, precum şi a componentelor importante ale motorului. •
Sisteme de autodiagnosticare încorporate în module electronice care se găsesc montate pe autovehiculele moderne.
Paşii parcurşi în cazul detectării unei defecţiuni: 1. Apariţia unui semnal luminos de avertizare MIL (Malfunction Indicator Lamp) 2. Generarea unui cod de defecţiune de către calculatorul de bord şi stocarea acestuia în memoria calculatorului. 3. Alegerea unor acţiuni de restabilire. 12
Sistemul OBD a fost pentru prima dată introdus de către firma General Motors în anul 1981. Clasificare: Sistemul OBD (1981-1996). Sistemul OBD II (1996-prezent). Sistemul OBD III (se află în prezent în faza de cercetare). NEAJUNSURILE SISTEMULUI OBD: 1. Monitoriza numai sistemele care se ocupă cu reducerea emisiilor autovehiculului. 2. Nu lua în calcul emisiile evaporative. 3. Lipsa standardizării în cazul: - semnalului luminos de avertizare al defecţiunii; - codurilor de diagnosticare ale defecţiunilor. 13
Transmiterea serială a datelor pentru sistemul OBD (soluţie adoptată de Toyota în 1989). 14
ECM care echipa autovehiculele anilor 1985-1987
ECM care echipa autovehiculele anilor 1992-1995.
15
Semnal luminos de avertizare a conducătorului auto în cazul apariţiei unei defecţiuni
Amplasarea conectorului în partea stângă sub panoul de bord al autovehiculului
16
SISTEMUL DE CONTROL AL MOTORULUI, CONFORM CU OBD II
17
MODULUL DE CONTROL AL MOTORULUI ÎN CAZUL SISTEMULUI OBD II
18
TRANSMITEREA DATELOR LA DISTANŢĂ ÎN CAZUL SISTEMELOR OBD Încorporarea transponderilor radio în cadrul sistemelor de diagnosticare la bord ale autovehiculelor Transponderul reprezintă un radio transmiţător-receptor, activat să transmită datorită recepţiei unui semnal prestabilit. Standardul OBD III se referă la integrarea tehnologiei transponderilor în cadrul sistemelor OBD II. Transponderul plasat pe autovehicul, va transmite: numărul de identificare al autovehiculului (VIN); codul referitor la starea sistemului OBD; codurile de diagnosticare ale defecţiunilor. 19
Sistem OBD III bazat pe tehnologia celulară 20
Pentru a exploata mai departe datele care au fost generate de către sistemele de diagnosticare la bord, sunt necesare un număr de sisteme IT (sisteme backend) ca parte a unei infrastructuri IT, având următoarele funcţii: • stocarea datelor; • exploatarea datelor; • transmiterea datelor; • securitatea datelor. Telediagnosticarea reprezintă diagnosticarea cu ajutorul telematicii. Aplicarea telematicii în cazul autovehiculelor acoperă o largă varietate de nevoi: • telefon mobil; • aplicaţii mobile de birou: e-mail, fax; • asistenţă în caz de urgenţă sau accident; • îndrumare de parcurs (route-guidance).
21
Exemplu de asistenţă în caz de urgenţă
22
2. STRUCTURA PROCESULUI DE DIAGNOSTICARE – PARAMETRI DE DIAGNOSTICARE
23
STRUCTURA PROCESULUI DE DIAGNOSTICARE – PARAMETRI DE DIAGNOSTICARE
2.1.OBIECTIVE: 1. Asimilarea tehnologiei şi structurii procesului de diagnosticare. 2. Descrierea tipurilor de parametri de diagnosticare precum şi a proprietăţilor acestora. 3. Descrierea valorilor caracteristice ale parametrilor de stare şi a celor de diagnosticare. 24
2.2. TEHNOLOGIA ŞI STRUCTURA PROCESULUI DE DIAGNOSTICARE Procesul de diagnosticare al automobilelor cuprinde : •Măsurare pentru diagnoză; •Evaluare a rezultatelor. Valorificarea rezultatelor diagnozei pentru întreţinere şi prognozare se realizează printr-un proces de prelucrare a datelor obţinute la verificarea mai multor unităţi sau asupra unui singur exemplar care a fost supus unui şir de verificări într-un interval de timp dat. Aceste informaţii pot defini evoluţia fenomenului (proces de uzură, îmbătrânire etc.) şi în consecinţă determină strategia de întreţinere dependentă de starea tehnică a sistemului respectiv. 25
- tehnologii de diagnosticare planificate, care cuprind diagnosticări globale bine determinate (ex. determinarea puterii, a consumului specific de combustibil la un motor într-un punct de funcţionare definit din caracteristica de turaţie sau funcţionarea instalaţiei de frânare); -tehnologii de diagnosticare variabile, întocmite pe baza unor scheme-cadru în special pentru diagnosticarea defectoscopică în situaţia apariţiei unui rezultat negativ de diagnosticare funcţională globală sau pierderea vizibilă a capacităţii de funcţionare. În acest caz, apare utilă diagnosticarea de profunzime vizând diferite procedee de măsurare pentru aceeaşi mărime de stare într-o succesiune optimală stabilită empiric sau asistată de calculator. Această succesiune constă dintr-o eşalonare periodică a proceselor de măsurare pentru diagnosticare şi de evaluare a rezultatelor până la soluţionarea problemei în ansamblu.
26
Tehnologia de diagnosticare defectoscopică
27
Tehnologia de diagnosticare a duratei remanente de funcţionare
28
La evaluarea diagnosticării se prelucrează datele şi constatările diagnozei, pe baza cărora se stabilesc: •Variaţia în timp a proceselor de uzură pentru stabilirea legilor de uzură şi a limitelor acestora în funcţie de rulaj sau timp de funcţionare; • Calculul mediei timpului de bună funcţionare a elementelor şi sistemelor şi stabilirea ratei căderilor pentru diferite moduri de întreţinere; •Calculul frecvenţei stărilor de defectare în vederea modificării programului de întreţinere şi pentru o exploatare optimală şi economică a automobilelor. 29
2.3. SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE DIAGNOSTICARE
Diagnosticare complexă
30
Diagnosticare simplificată (tip Peysa)
31
2.4. ROLUL DIAGNOSTICĂRII ÎN PROCESUL DE EXPLOATARE A AUTOMOBILELOR Diagnosticarea este operaţia care determină necesităţile reale de efectuare a unor lucrări de întreţinere (reglaje, înlocuiri de componente).
În cadrul mentenanţei automobilelor, diagnosticarea are un rol de regulator ! Avantajele efectuării operaţiilor de mentenanţă pe baza diagnosticării: • funcţionarea sigură în exploatare cu luarea în considerare a condiţiilor variabile de exploatare; • micşorarea timpilor de staţionare pentru întreţinerea tehnică; • reducerea timpului efectiv de lucru la operaţiile de întreţinere prin diagnosticare defectoscopică; • exploatarea sigură a automobilelor la parametri economici optimi şi în concordanţă cu normele de poluare; • economii de materiale prin utilizare a rezervelor de uzură 32 existente.
2.5. PARAMETRI DE DIAGNOSTICARE În timpul funcţionării automobilelor are loc interacţiunea dintre piese mediul exterior. Structurile suferă modificări continue sau discrete, trecând astfel prin diverse faze care reprezintă abateri mai mici sau mai mari de la starea iniţială. Aceste modificări sunt de natură: - dimensională, - mecanică, -de structură fizică, -chimică, -electrică sau -complexă. Ele se pot exprima cantitativ, prin schimbarea valorilor unor parametri numiţi parametrii de stare. De cele mai multe ori însă, determinarea valorică exactă a acestor parametri nu este posibilă. De aceea, se recurge la un procedeu de stabilire indirectă a stării tehnice, operând cu alte mărimi dependente într-un anumit fel de parametri de stare şi măsurabile pe o cale oarecare. Valoarea acestor parametri, numiţi parametri de diagnosticare constituie exprimarea cantitativă a schimbărilor survenite în structura ansamblului autovehiculului şi deci a modificărilor 33 parametrilor de stare ai acesteia.
Exemplu: grupul piston-cilindru are ca proces funcţional de bază producerea de lucru mecanic util, dar pe lângă aceasta mai apar şi alte procese auxiliare parazite: încălzire, fum la evacuare, zgomote, bătăi, arderea uleiului din sistemul de ungere, modificări ale presiunii de compresie, scăpări de gaze în carter etc. Astfel de procese însoţitoare nu apar în cazul sistemelor cu stare tehnică bună, sau se produc cu o intensitate neglijabilă, accentuându-se numai în cazul producerii defecţiunilor. În multe cazuri apariţia lor este legată implicit de înrăutăţirea parametrilor tehnici de exploatare ai motorului, dar constituie indiciul sigur al existenţei defecţiunii. Intensitatea desfăşurării acestor procese este determinată de starea tehnică a pieselor care constituie acest grup: pistonul, segmenţii şi cilindrul. 34
Parametrii de stare: •jocul dintre piston şi cilindru; •jocul axial al segmenţilor în canale; •fanta segmenţilor; •elasticitatea şi integritatea lor. Aceste mărimi nu pot fi măsurate direct de la exterior fără demontarea motorului, dar variaţia lor, poate fi apreciată cantitativ indirect prin următoarele mărimi numite Parametrii de diagnosticare: •putere; •consum de combustibil şi lubrifiant; •densitate de fum în gazele de evacuare; •debitul şi presiunea gazelor scăpate în carter; •presiunea în cilindru la sfârşitul compresiei; •scăpările de aer; •intensitatea şi natura zgomotelor. 35
2.6. PARTICULARITĂŢILE PARAMETRILOR DE DIAGNOSTICARE
1. univocitatea; 2. sensibilitatea; 3. informativitatea; 4. repetabilitatea (stabilitatea); 5. economicitatea .
36
1. Univocitatea – exprimă caracterul legăturii între parametrii de stare şi cei de diagnosticare. Legătura este univocă atunci când unei valori a unui parametru de stare (S) îi corespunde o singură valoare a parametrilor de diagnosticare (D) în toată plaja de variaţie a primei mărimi: Sn...Sl (Sn – valori nominale, Sl – valori limită ale parametrului de stare) curbele 1 şi 2 din figură. Univocitatea se traduce prin condiţia matematică a creşterii sau descreşterii monotone a parametrului de diagnosticare, fără extreme.
37
2. Sensibilitatea unui parametru de diagnosticare arată variaţia sa specifică atunci când valoarea parametrului de stare s-a modificat elementar şi este dată de valoarea absolută a raportului:
ΔD ΔS După cum se vede din diagrama sensibilitatea factorului de diagnosticare (D1) este mai mare decât cea a lui (D2). 38
3. Informativitatea parametrului de diagnosticare exprimă probabilitatea stabilirii diagnosticului tehnic exact prin folosirea parametrului respectiv. Informativitatea este maximă în cazul legăturilor simple când valoarea unui parametru de diagnosticare D este determinată de un singur parametru de stare S [D = f(S)] cum e cazul celor mai simple sisteme: S D Mai este maximă şi atunci când acelaşi parametru de stare – S – determină valorile mai multor parametri de diagnosticare D1, D2, D3 D1= f1(S); D2 = f2 (S); D3 = f3 (S) D1 S D2 D3 Gradul de informativitate este redus când mai mulţi parametri de stare S1, S2, S3 influenţează aceeaşi parametri de diagnosticare D. D = f(S1,S2,S3) S1 S2 S3
D
39
4. Stabilitatea (repetabilitatea) parametrului de diagnosticare este determinată de abaterea maximă a mărimii acestuia faţă de valoarea sa medie, în cazul repetării probelor în aceleaşi condiţii de testare. Un parametru de diagnosticare este cu atât mai valoros cu cât repetabilitatea sa este mai mare, deci cu cât valorile obţinute sunt mai grupate.
5. Economicitatea exprimă cheltuielile specifice impuse de măsurarea parametrului de diagnosticare.
40
2.7. VALORI CARACTERISTICE ALE PARAMETRILOR DE DIAGNOSTICARE Starea tehnică a automobilului se poate aprecia după valorile parametrilor săi de stare. Aceştia suferă modificări permanente continue sau discrete. Variaţiile continue sunt determinate de: uzura normală, de îmbătrânirea materialelor, coroziune etc. şi urmează o evoluţie corespunzătoare modului propriu de desfăşurare a acestor procese, aşa cum se exemplifică în figura. Folosind metode statistice, teoria fiabilităţii încadrează modificarea parametrilor de stare, în legi probabilistice.
41
Modificările discrete ale parametrilor de stare ai maşinilor sunt prilejuite fie de acţiunea distructivă a unor condiţii de exploatare în afara limitelor normale (şocuri, izbiri), fie de existenţa unor defecte de fabricaţie. Căderile provocate de aceste cauze nu respectă o lege oarecare şi de aceea evoluţia lor nu poate fi modelată matematic, motiv pentru care ies de sub incidenţa preocupărilor diagnosticării. În cazul uzurii normale sau forţate, un parametru de stare are o variaţie continuă în timpul căreia ia diverse valori. Din mulţimea acestora se disting trei situaţii caracteristice: prima dintre acestea corespunde unui automobil (subansamblu, piesă) nou sau ieşit din reparaţie capitală. Valorile respective ale parametrilor de stare se încadrează în limitele de toleranţă ale procesului respectiv de fabricaţie sau reparaţie la nivelurile prevăzute în documentaţia tehnică. Acestea se numesc valori nominale sau iniţiale Sn şi se stabilesc de regulă, după terminarea perioadei de rodaj a automobilului.
42
a doua situaţie corespunde stadiului de exploatare, când parametrul de stare suferă modificări, care afectează starea tehnică a maşinii şi provoacă apariţia unor efecte simptomatice secundare: zgomote, fum, creşteri de temperatură, care însă nu scot vehiculul din funcţiune, deşi performnanţele sale pot fi afectate. Valorile parametrilor de stare realizate în momentul în care agregatul sau automobilul în ansamblu nu mai pot fi considerate ca având o stare tehnică bună, dar totuşi pot funcţiona până la următoarea intervenţie după un rulaj mai îndelungat fără alte intervenţii se numesc valori admisibile Sa. 43
a treia dintre situaţii o reprezintă cazul în care parametrul de stare atinge valoarea limită Sl. Această stare corespunde scoaterii din funcţiune a piesei, a agregatului sau automobilului. Prin urmare, starea tehnică rea a unui automobil este determinată de apariţia în structura sa a unor defecţiuni de diferite genuri şi intensităţi la unul sau mai multe agregate sau piese. Defecţiunile nu scot maşina din funcţionare, nu o fac nefuncţionabilă din punct de vedere tehnic; însă neremedierea la timp a acestor defecţiuni poate avea consecinţe mai grave, poate cauza o cădere (ruperi, gripaje, spargeri) adică un eveniment tehnic care conduce la imobilizarea vehiculului. Valorilor nominale, admisibile şi limită, ale parametrilor de stare, le corespund în mod similar aceleaşi niveluri ale parametrilor de diagnosticare. 44
Determinarea valorilor limită ale parametrilor de diagnosticare
45
3.1.Obiective: În acest capitol studenţii se vor familiariza cu: •Valorile caracteristice ale parametrilor de diagnosticare; •Determinarea valorilor limită ale P.D.; •Prognozarea duratei remanente de funcţionare.
46
Valorilor nominale, admisibile şi limită, ale parametrilor de stare, le corespund în mod similar aceleaşi niveluri ale parametrilor de diagnosticare. Valorile nominale ale parametrilor de diagnosticare se stabilesc de uzina constructoare, pe baza documentaţiei tehnice, a cercetărilor de laborator sau de exploatare. Ele pot fi supuse corecturilor care ţin seama de regimul exploatării (de pildă, se acceptă un consum mai mare de combustibil şi lubrifianţi dacă automobilul este exploatat în condiţii grele, rulajul se efectuează în zone montane, cariere, etc.) Astfel de corecţii sunt prevăzute, de regulă, în normative.
47
3.2. Determinarea valorilor limită ale parametrilor de diagnosticare este o operaţie mai dificilă, care se efectuează pe baze statistice plecând de la măsurarea efectivă a unui parametru de diagnosticare oarecare într-un parc de automobile cu diferite stări tehnice. Practic, se procedează în felul următor: se supune încercării un număr oarecare de agregate sau automobile, determinându-se tot atâtea valori ale parametrului de diagnosticare cercetat. Acestea se aşează în ordine crescătoare iar şirul rezultat se limitează între două valori: (Dmax) şi (Dmin) între care trebuie să se afle şi valoarea nominală Dn sau între valorile Dn şi Dmax (Dmin), dacă mulţimea valorilor parametrului de diagnosticare admite numai o limită. 48
Limitele se fixează arbitrar astfel încât ele să cuprindă valorile măsurate care apar cu cele mai ridicate frecvenţe a căror sumă este N*, precum şi valoarea nominală. Se construieşte histograma de distribuţie, folosind ca interval mărimea -ΔD – calculată cu formula lui Stegers:
D max − D min ΔD = 1 + 3,3lgN∗ Se alege apoi o lege de repartiţie în funcţie de aspectul histogramei şi se calculează parametrii repartiţiei: •valoarea medie Dm; ∞
•dispersia:
Dd = ∫ (t − m) ⋅ f (t)dt 2
0
•legea probabilă de distribuţie şi criteriul Pearson.
49
Odată legea de distribuţie determinată (vezi figura) se pune problema stabilirii valorilor limită ale parametrului respectiv. Pentru aceasta se va ţine seama de concluzia rezultată practic că în cazul unei limitări superioare a factorului de diagnosticare, toate obiectele care corespund limitei de probabilitate P ≤ 0,85 au stare tehnică bună, iar cele care corespund valorilor parametrului de diagnosticare plasate dincolo de limita P ≥ 0,95 au stare tehnică rea. În cazul în care se consideră primului criteriu drept limită valorică a parametrului de diagnosticare, probabilitatea considerării unor obiecte defecte, cu diagnostic bun este minimă în timp ce în domeniul P ≥ 0,95 minimă este probabilitatea scăpării unor 50 defecte cu apreciere bună.
Deci, în cazul sistemelor şi mecanismelor importante (din punct de vedere al siguranţei circulaţiei) domeniul de apreciere a valorilor limită pentru parametrul de diagnosticare respectiv va fi limitat la o împrăştiere de 85 %, în timp ce pentru celelalte părţi ale autovehiculului, domeniul de împrăştiere poate fi mărit până la 95 %. În cazul unei limitări bilaterale a distribuţiei, limitele parametrului de diagnosticare, în cazul împrăştierii de 85 % se calculează cu relaţia: Dl = Dm ± 1,5
DD
iar pentru împrăştierea de 95 % cu relatia: Dl = Dm ± 2
DD
unde: Dm – valoarea medie a parametrului de diagnosticare DD – factorul de dispersie din legea de repartiţie stabilită.
51
În cazul unei limitări unice superioare, limita se determină cu expresiile: Dl = Dm +
DD
Dl = Dm + 1,7
- pt. 85 % DD - pt. 95 %
Aceste relaţii dau valori mai exacte pentru legea de distribuţie normală, şi sunt mai puţin recomandabile pentru distribuţia gamma.
52
3.3. PROGNOZAREA DURATEI REMANENTE DE FUNCŢIONARE A AUTOMOBILELOR PE BAZA DIAGNOSTICĂRII
În ultima etapă a lucrărilor de diagnosticare se efectuează analiza rezultatelor diagnosticării automobilului. Efectuând periodic aceste operaţii, apare în mod implicit variaţia parametrilor stării tehnice care permite evaluarea valorilor pe care le vor avea aceşti parametri într-un viitor mai apropiat sau mai îndepărtat. Cu alte cuvinte, există probabilitatea prognozării evoluţiei unui parametru, respectiv a stării tehnice a unui agregat. 53
Prognoza permite: • prevenirea defectelor, • evidenţierea uzurilor normale, • analizarea procesului de îmbătrânire a pieselor, • indică parcursul până la prima reparaţie şi între reparaţii, • preîntâmpină demontările inutile.
De asemenea, prognoza micşorează în mod sensibil manopera lucrărilor de reparaţii. 54
Prognozarea se bazează pe rezultatele diagnosticării şi se reduce la determinarea capabilităţii tehnice remanente sau a capabilităţii garantate pentru o funcţionare fără defectare a mecanismelor, instalaţiilor şi agregatelor automobilului până la următoarea diagnosticare sau reparaţie.
55
Forma funcţiei care determină capabilitatea remanentă, în dependenţă de timpul de funcţionare, este următoarea:
D = D0 + btα. unde:
D0 b t α
- valoarea iniţială a parametrului de control; - coeficient de proporţionalitate; - timpul de funcţionare al componentei respective; - indicele gradului ecuaţiei.
Resursa remanentă din momentul diagnosticării până la momentul în care apare necesitatea efectuării unei lucrări de mentenanţă este:
t rem
diagnosticării;
⎛ Dlim − D0 ⎞ = t d ⋅ ⎜⎜ α − 1⎟⎟ ⎝ D d − D0 ⎠
Dlim - valoarea limită a parametrului de control; Dd - valoarea găsită a parametrului la momentul efectuării
td - timpul de funcţionare (parcursul) de la începutul exploatării până în momentul diagnosticării.
56
57
În cazul în care nu este cunoscut parcursul (timpul td) de funcţionare de la începutul exploatării până în momentul diagnosticării, resursa remanentă se determină pe baza parcursului între două diagnosticări. trem = R . t’rem Coeficientul – R – se obţine din expresia:
R= α
1 +1 D d − D0 −1 D d−1 − D0
deci
t
' rem
⎛ Dlim − D0 ⎞ = t Δ ⋅ ⎜⎜ α − 1⎟⎟ ⎝ D d − D0 ⎠
Unde: tΔ
- timpul de funcţionare între două diagnosticări. 58
59
Valoarea exponentului (α) se dă în tabel pentru o serie de parametri ai stării tehnice: Parametrul de diagnosticare
α
Particule metalice de uzură în ulei
2
Debitul de gaze scăpate în carter - până la schimbarea segmenţilor - după schimbarea segmenţilor
1,3 1,5
Jocul în mecanismul motor
1,4
Uzura camelor pe înălţime
1,1
Uzura radială a rulmenţilor
1,5
Uzura în grosime a dinţilor pinioanelor
1,5
Uzura arborilor canelaţi
0,9-1,1
Uzura ştifturilor,cilindrilor şi arborilor
1,4
Jocul termic al supapelor
1,1
60
Diagnosticarea stării tehnice a motoarelor
61
4.1.OBIECTIVE Punerea în evidenţă a parametrilor de diagnosticare generală (globală). Evidenţierea dependenţei dintre parametrii de diagnosticare şi parametrii de stare ai motorului. Ce este coeficientul de informativitate. Diagnosticarea generală după puterea efectivă pe stand şi prin suspendarea funcţionării cilindrilor. Diagnosticarea după consumul de combustibil. Diagnosticarea după zgomot a motorului. Diagnosticarea prin metoda acceleraţiei în gol. Diagnosticarea după presiunea la sfârştul comprimării. Diagnosticarea pe baza pierderii de aer introdus în cilindrii. Evaluarea stării tehnice a mecanismului motor pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie. Diagnosticarea etanşeităţii cilindrilor pe baza debitului de gaze scăpate în carter. Diagnosticarea prin metoda vibroacustică. 62
4.2. Schimbarea stării tehnice • Schimbarea stării tehnice se produce în sensul înrăutăţirii parametrilor ca urmare a uzurii normale sau accidentale a elementelor structurale şi a subansamblelor (mecanism motor, mecanism de distribuţie, instalaţia de alimentare, răcire, ungere, aprindere etc.) precum şi a dereglării sau avarierii unora din componente. • Diagnosticarea motorului se poate realiza în două moduri: • a) Diagnosticare globală sau generală; b) Diagnosticare de profunzime sau pe elemente. 63
4.3. Parametrii de diagnosticare globală utilizaţi sunt: 1
puterea efectivă a motorului;
2
consumul de combustibil;
3
nivelul de zgomot;
4
gradul de poluare (se tratează în cadrul
capitolelor referitoare la instalaţiile de alimentare).
64
Mecanisme sau instalaţii care pot modifica parametrii de diagnosticare 1,2. Puterea şi consumul de combustibil; · instalaţia de alimentare cu aer şi combustibil; · mecanismul motor; · mecanismul de distribuţie; · sistemul de răcire; · instalaţia de aprindere. 3.Nivelul de zgomot · instalaţia de alimentare aer-combustibil; · mecanismul motor; · instalaţia de răcire; · mecanismul de distribuţie; 4. Nivelul noxelor din gazele de evacuare · instalaţia de alimentare aer-combustibil; · mecanismul de distribuţie; · instalaţia de aprindere; · mecanismul motor; 65
• Diagnosticarea de profunzime: Utilizarea coeficientului de informativitate Kinf. unde – Xmax este valoarea maximă a parametrului de diagnosticare – Xmin valoarea sa minimă. Metoda sau parametrul de diagnosticare se consideră edificator dacă: Kinf ≥ 0,5.
K inf
X max − X min = X max 66
Valoarea parametrilor Xmax Xmin
Kinf
Consumul de ulei prin ardere (g/h)
180
10
0,94
Presiunea la finele compresiei (Mpa)
0,8
0,55
0,34
Depresiunea în colectorul de admisie (Pa)
450
400
0,112
Pierderea de substanţă în cilindrii
85
25
0,706
Parametrul de diagnosticare
(%)
67
4.3.1. Diagnosticarea după puterea efectivă •
determinarea directă a puterii;
•
suspendarea funcţionării cilindrilor;
1. Determinarea puterii efective a motorului se realizează pe standurile de încercări dinamice a automobilelor
Pe = c f c e η tr Pen unde: cf = 0,95 - abaterea de la valoarea de proiectare a puterii datorită limitelor de toleranţă acceptate în fabricaţie de –5%, ce = 0,85… 0,9 - scăderea puterii ca efect al procesului de exploatare ηtr = 0,88… 0,92 la autoturisme şi 0,82…0,88 la autocamioane scăderea ca urmare a pierderilor în transmisie .
Pe = (0,65 – 0,8) Pen
68
Diagnosticarea prin suspendarea funcţionării cilindrilor •Punerea în evidenţă a rezistenţei interne create de unul sau mai mulţi cilindri la scoaterea din funcţiune a unui cilindru (sau mai mulţi cilindri) prin întreruperea aprinderii sau alimentării cilindrului respectiv. • Proba se efectuează la mers în gol. Funcţionarea stabilă a motorului este condiţionată de egalitatea dintre cuplul motor indicat şi cel rezistent (Mi1 = Mr).. m.a.s.
La m.a.s.dacă variaţiile procentuale de turaţie între cilindri nu depăşesc 4%, se consideră în stare tehnică bună. Pentru m.a.c. Proba se face pe caracteristica de regulator (nn... nmax) se măsoară deplasarea capătului liber al cremalierei, deplasare care serveşte drept criteriu de apreciere a mărimii neuniformităţii funcţionării cilindrilor. 69
4.3.2. Diagnosticarea pe baza consumului de combustibil
Debitmetrul volumic (pe stand): Înainte de începerea măsurătorilor propriu-zise, supapa electromagnetică 6 este închisă iar 3 este deschisă, ceea ce permite pompei 2 să alimenteze motorul cu aprindere prin scânteie 5 din rezervorul 1. La începerea măsurătorii se închide supapa 3 şi se deschide 6, ceea ce facilitează alimentarea motorului din vasul 4 tarat în cm3.
În momentul în care plutitorul 7 ajunge în dreptul reperului zero (primul de sus pe scala de măsură) contactele 8 decuplează pompa 9 şi cuplează dispozitivul de înregistrare a distanţei parcurse cu care este echipat standul. După 100 m de rulare pe stand, acelaşi dispozitiv repune supapele 3 şi 6 în poziţia iniţială. Pe scala recipientului 4 se citeşte nivelul la care a ajuns combustibilul şi deoarece scala este gradată în cm3 iar distanţa parcursă a fost 100 m, indicaţia aparatului este de fapt consumul în l/100 km. 70
Pentru măsurători ale consumului de combustibil corelat cu sarcina de transport, se utilizează aparate de consum care se montează pe automobil pentru “probe de drum”. Pistonul 1 care este executat cu o înaltă precizie dimensională şi calitate corespunzătoare a suprafeţelor, culisează liber în cilindru. La capetele cilindrului sunt montate microcontactele 4 care acţionează bobinele supapelor electromagnetice 2 şi 3 astfel încât dacă o parte a pistonului este în legătură cu supapa de admisie 2 deschisă, cealaltă parte comunică cu supapa de refulare 3 deschisă. La sfârşitul cursei pistonul acţionează contactul 4 care va închide admisia la 2 şi o deschide la supapa 3, respectiv închide refularea la 3 şi deschide refularea la 2. Cursa pistonului este realizată de presiunea dată combustibilului de pompa de alimentare. Un numărător de impulsuri înregistrează fiecare al doilea impuls echivalentul a 10 cm3 de combustibil care trece spre motor. Precizia de măsurare a aparatului este de ± 1%.
71
4.3.3. Diagnosticarea după zgomot: Surse de zgomot: contactul pieselor aflate în mişcări reciproce, frecările între piese, curgerea fluidelor de lucru (aer, lichide de răcire, ungere etc.), funcţionarea ventilatorului, oscilaţiile gazelor în colectoarele de admisie şi evacuare, procesele de ardere normală sau detonantă. Variaţia intensităţii zgomotelor: uzura suprafeţelor în contact şi modificările de formă ale pieselor în sensul amplificării odată cu creşterea jocurilor. Nivelul general de zgomot, ca parametru de diagnosticare generală a motorului, se măsoară cu sonometre cu cuarţ şi se exprimă în decibeli (dB). Pentru eliminarea gradului de reflexivitate a mediului şi pentru a reduce influenţa pereţilor reverberatori, distanţa de plasare a microfoanelor sonometrelor în jurul motorului nu trebuie să depăşească 20-30 cm. Limita admisibilă a nivelului de zgomot se situează între 60-100 dB, valorile mai ridicate fiind valabile pentru motoare diesel.
72
Sonometru
73
4.3.4. Diagnosticarea puterii motorului prin metoda accelerării în gol: determinarea acceleraţiei unghiulare a arborelui motor la accelerarea în gol (fără sarcină) a motorului. Determinarea puterii efective a unui motor (Pe) se poate face măsurând turaţia (n) şi acceleraţia unghiulară (ε) în condiţiile accelerării bruşte a motorului până la turaţia maximă.
Pe = c ′ ⋅ n ⋅ ε unde:
J⋅π c′ = 3 30 ⋅10
– constante specifice unui anumit tip de motor 74
Măsurarea acceleraţiei unghiulare şi a turaţiei motorului se realizează prin montarea pe carcasa volantului a unui traductor inductiv sau utilizarea traductoarelor de turaţie existente, care generează impulsuri a căror frecvenţă este direct proporţională cu turaţia arborelui. Măsurătorile se realizează la regimul termic normal (85 – 95°C ). După măsurare se 75 efectuează calculele pentru determinarea puterii efective.
Instalaţie care permite măsurarea directă şi înregistrarea valorilor cuplului şi puterii dezvoltate de motor la diferite turaţii Componenţă:
senzorul
inductiv
1,
aparatul pentru înregistrarea turaţiei şi a acceleraţiei unghiulare 2, multiplicatorul analogic 3 care efectuează produsul dintre turaţie şi acceleraţia unghiulară ε în vedera determinării puterii efective Pe şi aparatul înregistrator 4 (tip x – y). 5 şi 6 reprezintă senzorul şi aparatul de măsură a temperaturii lichidului de răcire. 76
77
5. Diagnosticarea de profunzime a motoarelor
78
5.1. Diagnosticarea mecanismului motor Parametrii de stare: • gradul de etanşare al cilindrilor; •
abaterea de la forma geometrică a pieselor de natură să determine depăşirea jocurilor admisibile în articulaţii
Parametrii de diagnosticare: a) Pentru testarea gradului de etanşare: 1. presiunea la sfârşitul compresiei; 2. pierderea de aer prin neetanşeităţile grupului piston-cilindru-segmenţi; 3. depresiunea din colectorul de admisie; 4. debitul de gaze scăpate în carter; 5. consumul de ulei prin ardere. b) Parametrii legaţi de mărimea jocurilor în articulaţii şi între piesele în mişcare relativă: 6. zgomotele anormale; 7. nivelul vibraţiilor
79
5.1.1. Diagnosticarea pe baza presiunii la sfârşitul comprimării Aparatura: Compresometrele şi compresografele utilizate au supape unisens şi conuri de cauciuc care asigură o suficientă etanşare la nivelul orificiului bujiei sau injectorului. Aparatul se fixează prin apăsarea conului de cauciuc 1 în orificiul bujiei sau injectorului. Presiunea aerului deschide supapa 3 prevăzută cu arcul 2 şi ajunge pe faţa pistonului 4, care împreună cu arcul 5 formează manometrul aparatului. Deoarece deformaţia arcului 5 este direct proporţională cu presiunea care acţionează asupra pistonului 4, deplasarea capătului 6 al tijei pistonului este proporţională cu presiunea de compresie. Pârghia 7 articulată la tija 6 a pistonului va transmite mişcarea la capul de înregistrare 8 (prevăzut cu un vârf ascuţit) care deplasându-se, imprimă pe hârtia cerată, gradată în unităţi de presiune, valorile maxime ale presiunii la sfârşitul 80 compresiei.
Desfăşurarea probei: Se demontează bujiile sau injectoarele. Se apasă conul din cauciuc al compresometrului pe orificiul bujiei (injectorului) primului cilindru. Se antrenează arborele motor cu demarorul care va trebui să asigure turaţii de cel puţin 180-200 (min-1). Aceasta presupune o încărcare la capacitatea maximă a bateriei de acumulatoare, demontarea tuturor bujiilor sau injectoarelor şi deschiderea totală a clapetei de acceleraţie. Se repetă operaţiile pentru fiecare cilindru. Influenţa turaţiei arborelui motor se explică prin faptul că pierderea de substanţă în procesul de comprimare depinde de durata acestuia respectiv de viteza pistonului. În regim normal de funcţionare a motorului, influenţa turaţiei asupra pierderilor de gaze din cilindru este neînsemnată. În figură se observă că în intervalul 0 – 1000 rot/min există o influenţă majoră a variaţiei turaţiei asupra valorii presiunii la sfârşitul compresiei iar la turaţii mai mari această influenţă este neglijabilă.
81
Influenţa regimului termic al motorului: În timpul măsurătorilor valoarea presiunii de compresie este influenţată de temperatura elementelor din grupul pistoncilindru-segmenţi. Această influenţă se datorează dilatărilor termice care determină jocurile, gradul de etanşare asigurat de uleiul existent la nivelul segmenţilor şi pe peretele cilindrului, şi turaţiei realizate de demaror (mai ridicată în cazul uleiului cald care are o vâscozitate mai mică).
82
Această metodă poate da rezultate decisive dacă este asociată şi cu alte diagnosticări cum ar fi consumul de ulei prin ardere, pierderea de aer prin neetanşeităţi etc., având în vedere că este caracterizată de un coeficient de informativitate sub 0,5. Evaluarea rezultatelor diagnosticării În cazul în care nu se cunoaşte valoarea admisibilă pentru presiunea de compresie, această limită se poate aproxima prin determinarea presiunii teoretice de compresie Pct. Pct = PA . ε
n
unde – PA este presiunea din cilindru la începutul cursei de compresie, ε raportul de compresie, n – exponentul politropic al comprimării ≅ 1,3. Valoarea limită a presiunii de compresie este: Pc = 0,8 . Pct Între cilindrii aceluiaşi motor, în cazul m.a.s., nu se admit diferenţe mai mari de 1 bar, iar la motoarele Diesel 2 bari. Diferenţe mai mari provoacă intensificarea neuniformităţilor funcţionale ale motoarelor, creşterea nivelului 83 vibraţiilor şi a solicitărilor dinamice ale pieselor mecanismului motor.
Corelând rezultatele măsurătorilor presiunii de compresie cu rezultatele altor forme de diagnosticare (consum de ulei, pierderea de aer prin neetanşeitate, zgomote etc.), diagnosticarea prin determinarea presiunii de compresie, poate pune în evidenţă următoarele defecţiuni: • uzura excesivă a uneia sau a mai multor came; • uzura excesivă, ruperea sau blocarea segmenţilor; • rizuri profunde sau rizuri excesive ale suprafeţelor de lucru ale cilindrilor; • fisurări ale garniturii de chiulasă; • micşorarea cronosecţiunii sau neetanşeitatea supapelor 84
5.1.2. Diagnosticarea pe baza pierderii de aer introdus în cilindrii Parametrii de stare tehnică: • uzura cilindrilor; • pierderea elasticităţii sau ruperea segmenţilor; • deteriorarea etanşeităţii supapelor şi a garniturii de chiulasă Aparatura: Pneumometrul Sonda 1 a aparatului se introduce în orificiile bujiilor sau injectoarelor având grijă ca în momentul măsurătorii, pistonul cilindrului respectiv să se găsească la P.M.S. la sfârşitul cursei de compresie. Se utilizează aer comprimat la o presiune de 0,4-0,6 M.Pa., preluat din reţea sau de la surse individuale, conectarea la sursa de aer comprimat efectuându-se prin tubul 5.
85
Pentru măsurători, se lucrează cu ventilul 4 închis şi 6 deschis, ceea ce permite realizarea circuitului de aer prin regulatorul de presiune 8, după care aerul cu presiunea constantă de 0,16 MPa trece prin orificiile calibrate 11 şi 12 ajungând la manometrul 13. În acelaşi timp aerul va trece prin supapa unisens 3, conducta 2 şi sonda de măsurare 1. Circuitul de aer, după orificiul calibrat 11, evoluează pe principiul vaselor comunicante şi astfel manometrul 13 indică presiunea aerului din cilindri luând în considerare şi pierderile prin neetanşeităţi la nivelul cilindrului. Supapa de siguranţă 9 care protejează manometrul 13 lucrează la presiunea de 0,25 MPa. Manometrul 13 are o scală procentuală (0-100%). La sonda 1 complet obturată (situaţia ideală a unui cilindru fără scăpări de încărcătură) indicaţia este 0% (la unele tipuri 100%) iar la comunicarea liberă cu mediul, indicaţia manometrului 13 este 100% (sau 0% la unele tipuri constructive). În vederea asigurării unei precizii acceptabile a măsurătorilor şi condiţii uniforme de măsurare la fiecare cilindru se impune ca înaintea începerii diagnosticării să fie îndeplinite condiţiile: 1. efectuarea tarării aparatului prin introducerea sondei 1 într-un orificiu calibrat (din setul auxiliar al aparatului) şi reglarea indicaţiei manometrului 13 pentru indicaţia 40%-cu ajutorul robinetului de tarare 10. 2. înainte de începerea măsurătorilor motorul se aduce la temperatura de regim. 86
Evaluarea stării tehnice • în cazul în care sursa de pierderi este localizată la nivelul grupului cilindrusegmenţi, prin turnarea unei mici cantităţi de ulei rece când pistonul se află la P.M.S. şi repetarea măsurătorii se indică o valoare superioară măsurărilor anterioare; • în cazul în care sursa de pierderi este localizată la nivelul suprafeţelor de etanşare a supapelor sau garniturii de chiulasă, adăugarea de ulei rece nu modifică nivelul indicaţiilor aparatului de măsură în raport cu măsurătoarea anterioară; • în cazul în care există neetanşeităţi la nivelul supapelor, acul indicator oscilează, iar la comutarea legăturii prin ventilul 4 se distinge un şuierat în colectorul de admisie sau de evacuare; • la o uzură mare a segmenţilor, la blocarea sau ruperea acestora, introducerea aerului în cilindru prin ventilul 4 şi sonda 1 se percepe zgomotul provocat de ieşirea aerului prin orificiul de alimentare cu ulei; • prin aplicarea unei soluţii de apă cu săpun la îmbinarea dintre chiulasă şi bloc, la cilindru respectiv, şi introducând aer prin ventilul 4 şi sonda 1, în zona 87 în care este fisurată garnitura apar bule de aer .
Indicaţia aparatului %
Poziţia pistonului
Necesită reparaţii
m.a.s.
m.a.c.
51-75
76-100
101-130
76-100
101-130
10
18
26
30
35
La începutul compresiei
Dacă pierderile la segmenţi sau la supape (luate separat) sunt mai mari de:
6
10
16
20
20
La sfârşitul compresiei (p.m.s.)
Dacă pierderile totale sunt mai mari de:
20
30
50
45
55
La începutul compresiei
Dacă pierderile totale din cilindru sunt mai mari de:
88
DIAGNOSTICAREA DE PROFUNZIME A MOTORULUI (continuare)
89
6.1. Diagnosticarea pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie Până la cilindrul motorului, depresiunea este influenţată de starea filtrului de aer, carburator, geometria galeriei de admisie, însă mărimea depresiunii din colectorul de admisie depinde în mod hotărâtor de starea de etanşare a cilindrilor. Aparatul utilizat – vacuummetrul – se montează în poziţia prezentată în figură. Unele motoare sunt dotate din construcţie cu orificii obturate pentru racordarea aparatelor de măsură. În cazul în care lipsesc aceste reducţii, o rezolvare destul de simplă este introducerea unei reducţii filetate în izolatorul (flanşa) dintre carburator şi galeria de admisie, care este confecţionat din teflon sau alt material 90 plastic
Diagnosticările care pot fi realizate pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie sunt: •
starea tehnică a mecanismului motor – gradul de etanşare al cilindrilor;
•
jocul termic al supapelor;
•
momentul intrării în funcţiune a avansului vacuumatic;
•
regimul de mers în gol – încet al motorului;
•
starea membranei avansului vacuumatic de aprindere.
6.2. Diagnosticarea gradului de etanşare a cilindrilor are în vedere dependenţa depresiunii din colectorul de admisie (Δp), de cantitatea de amestec aspirată în cilindru (Ca), de turaţia arborelui motor (n) şi poziţia clapetei de acceleraţie. Valorile depresiunii, în general, la clapetă complet deschisă sunt de 10 kPa (75 mm col.Hg), iar la clapetă complet închisă 67-80 kPa (500-600 mm.col.Hg). Acestea pot fi considerate ca valori admisibile. 91
6.2.1. Diagnosticarea pe standul cu role pentru diagnosticare dinamică a automobilelor. La turaţiile date (n1, n2, n3…ni) se crează sarcina la roţile motoare care corespunde momentului motor dat şi se compară valorile depresiunii citite cu cele ale caracteristicilor cunoscute pentru motorul diagnosticat. Modul de măsurare al acestei valori este următorul: după înlăturarea şurubului opritor al poziţiei limită-închisă a clapetei de acceleraţie, se accelerează motorul în gol până la turaţia maximă (deschiderea maximă a clapetei) după care se închide clapeta brusc. Depresiunea se citeşte în zona turaţiei maxime după închiderea clapetei.
92
6.2.2. Măsurarea depresiunii cu scoaterea din funcţiune a unui cilindru sau a unei perechi de cilindri, se bazează pe faptul că cilindri scoşi din funcţiune acţionează ca o frână. De regulă se lucrează cu câte doi cilindri. Astfel, la motoarele cu 4 cilindri la prima probă se suspendă cilindrii 2 şi 3 iar apoi 1 şi 4, iar la motoarele cu 6 cilindri se scot pe rând cilindrii 2,3,4,5 şi se lucrează cu 1,6, apoi se suspendă 1,3,4,6 şi rămân în funcţiune 2,5 şi în final se suspendă 1,2,5,6 şi se lucrează cu 3 şi 4. La un motor cu 4 cilindri, cei doi cilindri suspendaţi se comportă ca o sarcină (frână) pentru cilindrii rămaşi în funcţiune. Cu cât starea cilindrilor, elasticitatea şi starea de uzură a segmenţilor, etanşeitatea supapelor este mai bună, cu atât sarcina cilindrilor care funcţionează este mai mare. Această sarcină se manifestă prin scăderea turaţiei şi a depresiunii pentru aceeaşi poziţie a clapetei de acceleraţie. Prin urmare, cu cât starea de etanşare a cilindrilor scoşi din funcţiune este mai bună, cu atât sarcina cilindrilor rămaşi în funcţiune este mai mare, iar cu atât mai mult scade turaţia şi depresiunea. Scoaterea din funcţiune a cilindrilor se face la o turaţie de cel puţin 1500 rot/min. Valorile cu care se modifică depresiunea între cilindrii care sunt scoşi pe rând din funcţiune, trebuie să fie cât mai apropiate. Cilindrul sau perechea de cilindri a căror scoatere din funcţiune nu determină o scădere notabilă a turaţiei şi a depresiunii prezintă deteriorări a gradului de etanşare.
93
6.2.3. Diagnosticarea etanşeităţii cilindrilor pe baza debitului de gaze scăpate în carter În timpul funcţionării motorului o parte din gazele de ardere scapă din camera de ardere în carterul motorului prin jocul existent între piston şi cilindru. Debitul gazelor scăpate este direct proporţional cu gradul de uzură al cilindrilor, segmenţilor şi pistoanelor, ceea ce permite ca acest semnal de diagnosticare să constituie un indicator al stării tehnice generale a cilindrilor motorului. La motoarele noi debitul de gaze care pătrunde în carter este de 10 – 15 l/min, iar cele cu uzuri avansate ale grupului piston – cilindru este de 90 – 130 l/min. De exemplu, limitele maxime admise pentru debitul de gaze scăpate în carter la motoarele D115 şi D110 este de 48 l/min, iar la D131 de 80 l/min, pentru timpi de măsurare de 15 – 17 secunde, la turaţiile nominale
94
Măsurarea debitelor se poate realiza atât cu aparate cu măsurarea instantanee a debitului cât şi cu contoare de gaze, cronometrând separat şi timpul în secunde. În figură se prezintă schema instalaţiei cu debitmetru volumetric (contor de gaze). Contorul 1 se cuplează la orificiul de alimentare cu ulei al motorului prin conul de cauciuc 5. Înainte de contor se înterpune o unitate de filtrare 3 (de exemplu un tub cu perforaţii pe care se înfăşoară straturi de tifon). Acest element filtrant realizează în acelaşi timp cu filtrarea şi răcirea gazelor în vedera protejării contorului.
Timpul de măsurare poate fi stabilit între 1 – 5 minute, ţinând seama de necesitatea evitării supraîncălzirii contorului. 95
Pentru stabilirea stării tehnice a fiecărui cilindru în parte, se măsoară la început debitul de gaze scăpate în carter având toţi cilindrii în funcţiune, după care se scoate din funcţiune, pe rând, câte un cilindru, prin întreruperea aprinderii sau decuplarea injectorului, efectuându-se măsurarea debitului de gaze fără cilindrul respectiv. Dacă la scoaterea din funcţiune a unui cilindru valoarea măsurată are o abatere mai mare decât o anumită valoare stabilită pentru tipul de motor testat, în raport cu testarea debitului de gaze în situaţia în care funcţionau toţi cilindrii, înseamnă că cilindrul respectiv are un grad de etanşare foarte scăzut (segmenţi blocaţi, rupţi, ovalizarea cilindrului, etc.). La determinarea debitului de gaze scăpate în carter, se aduce motorul la temperatura de regim 85 – 95°C, după care se obturează orificiile de legătură ale carterului motorului cu mediul exterior, probele efectuându-se la regimul de funcţionare în gol la turaţia maximă. Diagnosticării gradului de etanşare a cilindrilor pe baza debitului de gaze scăpate în carter i se poate asocia şi diagnosticarea pe baza presiunii gazelor din carter. Dacă se cunosc valorile nominale ale presiunii (pentru motorul nou) se poate aprecia gradul de uzură a grupului piston – cilindru. În general, când presiunea în carter ajunge la 80 – 160 mmHg, grupul piston – cilindru este considerat la un nivel mare de uzură, necesitând intervenţii de mentenanţă. 96
6.3. Diagnosticarea motorului prin metoda vibroacustică - zona 1 – grupul piston – cilindru – segmenţi, - zona 2 – segmenţii şi canalele lor din piston, - zona 3 – bolţul, bucşa bielei, umerii pistonului, - zona 4 – arbore motor, lagăr de bielă, - zona 5 – arbore motor, lagăre paliere.
97
Poziţia în figura
Obiectul ascultării
Zona ascultării
Condiţiile încercare
1
Grupul piston – cilindru
Partea laterală a blocului, opusă distribuţiei, pe întreaga înălţime a cilindrului
2
Segmenţii şi canalele lor din piston
3
Bolţul, bucşa bielei, umerii pistonului
de
Caracteristicile zgomotului
Defecţiunea posibilă
Turaţie foarte coborâtă cu treceri repetate spre turaţii medii. Se poate întrerupe temporar funcţionarea cilindrului ascultat
Zgomot înfundat care poate fi discontinuu. La creşterea turaţiei bătăile se amplifică
Joc exagert între piston şi cilindru; îndoirea bielei; deformarea bucşei sau a bolţului
Partea laterală a blocului la nivelul punctului mort exterior
La turaţii medii
Zgomot înalt, de intensitate mică, asemănător cu lovirea a doi segmenţi între ei
Joc mare al segmenţilor în canale; segmenţi rupţi
Partea laterală a blocului motor, al nivelul punctului mor interior
Turaţii mici şi accelerări până la turaţii medii
Sunete înalte puternice, asemănătoare unor lovituri rapide de ciocan pe o nicovală. Acelaşi zgomot, dar dublu
Joc al bolţului în bucşa bielei; ungere defectuoasă; avans prea mare la aprindere. Ca mai sus, dar şi joc mare între 98 bolţ şi piston
4
Arborele cotit, lagărul de bielă
Blocul motor, în partea opusă mecanismului de distribuţie între cele două puncte moarte
Se pleacă de la turaţii medii, coborâte lent. Periodic se întrerupe funcţionarea cilindrului cercetat
Sunet înfundat, frecvenţă medie. Zgomot răsunător, puternic, cu caracter metalic
Uzura sau griparea cuzineţilor. Uzura sau topirea cuzineţilor
5
Arbore cotit, lagăr palier
Părţile laterale ale blocului motor, în zona lagărelor paliere
Turaţii medii cu accelerări succesive până la turaţia maximă
Sunet de frecvenţă joasă, puternic, limpede şi regulat. Sunet de nivel coborât, neregulat care se aude mai distinct la ultimul lagăr, prin cuplarea ambreiajului jocul se amplifică
Uzura cuzineţilor. Joc axial mare în lagărele paliere.
99
Zgomotele receptate, cu un caracter distinct, apar în situaţia în care, ca urmare a uzurilor excesive, jocul între piston şi cilindru este de 0,3 – 0,4 mm, la lagărele paliere ale arborelui jocul între fus şi cuzinet este de 0,1 – 0,2 mm, iar la fusurile manetoane jocul ajunge la 0,1 mm. Detectarea zgomotelor la aceste cupluri de piese este un semnal de preavarie şi indică necesitatea opririi motorului şi demontarea în vederea înlocuirii elementelor compromise (set motor, arbore, etc.). Generarea vibraţiilor cilindrilor. În timpul funcţionării motorului sau la rotirea din exterior a arborelui motor, apare fenomenul de „basculare” sau de mişcare „în travers” a pistonului (perpendicular pe axa cilindrului) în spaţiul existent în limita jocului dintre piston şi cămaşa cilindrului. Această mişcare de travers a pistonului dintr-un perete într-altul al cilindrului, ca urmare a impulsului de ciocnire, generează vibraţii ale peretelui cilindrului în limite de frecvenţe cuprinse între 1,6 – 4 kHz. 100
• în faza I pistonul loveşte peretele cilindrului cu partea de jos a mantalei, • în faza a-II-a pistonul se roteşte în raport cu reazemul momentan format prin contactul mantalei cu cămaşa cilindrului, generând a doua ciocnire, cu partea superioară a zonei segmenţilor.
În figură se prezintă modul de amplasare a senzorilor pentru preluarea semnalelor de vibraţii de la grupul piston – cilindru – zona I şi de la lagărele manetoane şi paliere ale arborelui motor – zonele II şi III. Locul de amplasare se determină experimental, în faza de pototip a motorului, în funcţie de câmpul de maxim al semnalelor. 101
Oscilograma semnalelor de vibraţii (1) se poate suprapune peste curba de variaţie a presiunii amestecului din cilindru (2) şi pe marcajul de p.m.s. (3) sau baza de timp (4).
În figură se poate observa că o creştere a jocului la 0,6 mm provoacă mărirea amplitudinii vibraţiei pereţilor cilindrilor.
Curba 1 reprezintă aspectul semnalului de vibraţii la un motor cu patru cilindri la un joc între piston şi cilindru de 0,19 ÷ 0,20 mm. 102
7. DIAGNOSTICAREA MECANISMULUI DE DISTRIBUŢIE
103
104
Rolul mecanismului de distribuţie: asigură schimbul de gaze (evacuarea gazelor arse şi introducerea gazelor proaspete in clindrul motorului). Aprecierea teoretică: 1. Coeficientul gazelor reziduale (γr ); 2. Randamentul umplerii (ηv). Componenţă: •
mecanism de transmitere a mişcării de la arborele cotit la arborele de distribuţie: roţi dinţate (de curea), lanţ (curea), întinzător, role sau patine de conducere;
•
arbore de distribuţie;
•
tacheţi, (tije împingătoare), culbutori, supape. 105
Secţiune prin chiulasa unui motor cu supape înclinate şi camere emisferice: 1 – supapă, 2 – inel de etanşare, 3 – platoul inferior al arcului, 4 – ghidul supapei, 5 – chiulasă, 6 – biela, 7 – bolţ, 8 – piston, 9 – cămasa cilindrului, 10 – scaunul supapei, 11 – arcul supapei, 12 – platoul superior, 13 – semiconuri de fixare
106
1 – tijă împingătoare, 2 – supapă admisie, 3, 5 – elemente de reglaj, 4 – supapă evacuare, 6 – elemente de fixare ax culbutori, 7 – culbutor, 8 – ax culbutori, 9 – ax cu came, 10 – tachet, 11 – arc pentru fixare axială a culbutorilor
107
a) lanţ simplu cu întinzător hidraulic şi contrapatină, b) lanţ dinţat (Morse) soluţie British Leyland, c) lanţ dublu soluţie British Leyland 1 – roata dinţată a axului cu came, 2 – roată dinţată intermediară, 3 – roata dinţată a arborelui motor, 4 – întinzătoarer hidraulice, 5 – contrapatine. 108
Soluţie constructivă cu ax cu came în chiulasă şi arbore al ruptor-distribuitorului şi pompei de benzină separat şi antrenare cu curea dinţată (Ford)
109
Solicitări termice - materiale: Diferenţa de încărcare termică a supapelor, impune folosirea de materiale diferite pentru supapele de evacuare şi admisie şi pentru scaunele de supapă. Pentru supapele de admisie se utilizează în general aliaje de crom-siliciu sau nichel-crom-siliciu, cu caracteristici mecanice deosebite şi rezistenţă la uzură ridicată. Supapele de evacuare se realizează din aliaje crom-nichel-vanadiu sau crom-nichelmagneziu, cu structura austenitică. În motoarele ale căror supape sunt solicitate Solicitări mecanice, termic intens, materialele pentru supape sunt chimice, vibraţii aliaje crom-nichel refractare. Supapele speciale, cu încărcare termică deosebită, au Strivire, uzură gazoabrazivă, oboseală... tija şi talerul răcite cu sodiu (sau mai rar un amestec de azotat de potasiu şi litiu). 110
7.1. Simptomatologie Nr. crt.
Manifestări
1 Bătăi în zona supapelor
Cauze
Joc termic incorect reglat; Arc de supapă rupt sau tasat; Culbutor uzat; Rampa culbutorilor uzată; Ghid de supapă gripat sau cu joc mărit; Ungere insuficientă.
2 Zgomote in zona lanţului / curelei de Lanţ uzat; distribuţie Întinzător de lanţ sau curea defect; Sistem de conducere a lanţului/curelei uzat; Pinioane uzate. 3 Bătăi intermitente în zona chiulasei
Tije împingătoare îndoite.
4 Zgomot în zona arborelui de distribuţie
Came uzate; Tacheţi uzaţi sau gripaţi;
111
5 Motorul funcţionează instabil la mers Supape neetanşe; în gol Mecanismul de antrenare (lanţ/curea – pinioane) incorect montat; Arc de supapă rupt; Tije împingătoare strâmbe. 6 Motorul nu porneşte
Montare şi reglare incorecte a distribuţiei; Curea cu dinţi rupţi sau deplasată; Întinzător defect.
7 Motorul nu trage
Supape neetanşe sau gripate; Jocuri termice mari; Montarea incorectă a distribuţiei.
8 Motorul consumă ulei şi scoate fum albastru
Ghiduri sau manşete de etanşare uzate.
9 Presiune scăzută în instalaţia de ungere
Uzura lagărelor arborelui cu came; Neetanşeitate la rampa culbutorilor. 112
7.2.Schimbarea stării tehnice: forma şi dimensiunile camelor, jocurile din lanţul cinematic de comandă, jocul dintre ghid şi supapă, starea de etanşeitate a supapei pe scaun. Fazele de distribuţie sunt influenţate în special de uzuri, ce pot apare la nivelul cuplelor de frecare camă-tachet, tacheţi-tije-culbutori, culbutori-supape, lagăre-ax culbutori. Parametri de stare: 1. jocul termic; 2. etanşeitatea supapelor; 3. uzura camelor; 4. uzura mecanismului de antrenare a arborelui de distribuţie. Parametri de diagnosticare: 1. jocul termic; 2. etanşeitatea supapelor; 3. fazele de distribuţie; 4. zgomote.
113
a) Dispozitv de compensare cu şurub şi contrapiuliţă: j – jocul din mecanism, 2 – contrapiuliţă, 3 – şurub de reglaj, 4 – tijă împingătoare, b) dispozitiv de compensare cu pastilă amovibilă
114
7.3. Verificarea jocului termic
Verificarea cea mai simplă a valorilor nominale ale jocurilor constă în utilizarea calibrelor de măsură. Sursă majoră de eroare: uzarea cozii supapei sau a patinei culbutorului (când supapa nu se învârte). Când şi cum se reglează jocul termic: • supapa trebuie să fie închisă ( PMS la sfârşitul comprimării sau alt “moment” corespunzător - tachetul să fie pe cercul de bază al camei); • reglarea jocului “la cald” sau “la rece”.
115
7.4. Verificarea etanşeităţii: se realizează cu ajutorul pneumometrului (aparatura şi metodica au fost descrise când s-a tratat “etanşeitatea cilindrilor”). Se ascultă scurgerile de aer la priza de aer sau la ţeava de eşapament Pneumometrul Sonda 1 a aparatului se introduce în orificiile bujiilor sau injectoarelor având grijă ca în momentul măsurătorii, pistonul cilindrului respectiv să se găsească la P.M.S. la sfârşitul cursei de comprimare. Se utilizează aer comprimat la o presiune de 0,4-0,6 MPa, preluat din reţea sau de la surse individuale, conectarea la sursa de aer comprimat efectuându-se prin tubul 5.
116
7.5. Verificarea fazelor de distribuţie:
S.E.
S.A.
117
Metoda de diagnosticare constă în măsurarea ridicării supapelor în funcţie de unghiul de rotaţie al arborelui cotit, raportat la punctul mort superior al pistonului cilindrului respectiv. Practic este necesar să se realizeze măsurarea sincronă a mărimilor citite de un traductor de unghi montat pe arborele cotit şi de un traductor de cursă pentru supapa analizată. Semnalul de sincronizare cel mai simplu de citit poate fi momentul scânteii pentru cilindrul respectiv, cu condiţia ca avansul la aprindere să fie şi el măsurat continuu, deoarece depinde de turaţie 118 şi sarcină.
Static posibilităţile de măsurare sunt relativ simple, operaţiile necesare fiind următoarele: a) a-se montează pe fulia arborelui cotit un disc gradat care faţă de un reper fix permite identificarea punctului mort superior pentru cilindrul numărul unu; b) b-se demontează capacul culbutorilor şi bujiile sau injectoarele, se montează rigid un ceas comparator cu precizie de 0,01mm astfel încât tija de măsură să fie în contact cu talerul arcului montat pe supapa de diagnosticat; c) c-se roteşte motorul încet şi se noteză în principal momentul de începere a ridicării, momentul aşezării pe sediu şi cursa maximă a supapei. Datele obţinute din măsurători se compară cu cele indicate de 119 constructor.
Dinamic, măsurătoarea se poate realiza cu ajutorul stroboscopului cu condiţia ca aparatul să permită defazaje ale impulsului luminos de minim 600o RAC în raport cu semnalul de sincronizare care aşa cum s-a arătat este momentul scânteii (injecţiei) pentru cilindrul de diagnosticat. Se îndreaptă fascicolul luminos către supapa de verificat, modificându-se momentul de aprindere al lămpii stroboscopice până când supapa diagnosticată pare statică şi în poziţie închisă, înainte de deschidere, notânduse unghiul α1 şi repetând procedeul se va măsura unghiul α2 corespunzător situaţiei în care supapa pare închisă, după ce o anumită perioadă a fost deschisă. Unghiul cât supapa este deschisă efectiv se calculeză prin diferenţă α2 - α1 = αa,e (admisie sau evacuare). Măsurătorile realizate în regim dinamic pot să difere de cele realizate static, dar dacă jocurile sunt corect reglate şi există diferenţe mai mari de 10-15% , rezultă că uzurile componentelor mecanismului de distribuţie sunt mari.
120
7.6. Analiza zgomotelor: Ascultarea cu stetoscopul constituie o metodă subiectivă, dar foarte simplă de diagnosticare. Aparatura electronică de înregistrare şi prelucrare a zgomotelor permite o diagnosticare cu precizie ridicată în cadrul aceleiaşi familii de motoare. Înregistrarea zgomotelor sub forma unor vibrograme prezintă avantajele unei analize detaliate a oscilaţiilor aşezării supapei pe sediu. Se poate obseva în fig. a amplitudinea şi durata amortizării în situaţia unui joc mărit de aproximativ 0,5mm, în fig. b pentru jocul normal de 0,15mm, iar în fig. c o situaţie în care jocul a fost reglat la o valoare mai mică decât cea normală. a
c
b
121
d
e
Zgomotul produs de o aşezare incorectă pe scaun datorită deformării sau a jocului mărit dintre tijă şi ghidul supapei este de durată mai mare datorită oscilaţiilor laterale. Contactul cu sediul nefiind uniform, la prima fază de impact nu participă întreaga masă a supapei, vibrograful înregistrând un semnal mai slab, după care se produce aşezarea completă, care datorită deformaţiei este mai lung cu până la 20% (fig. d). Dacă arcul are o caracteristică modificată vibrogama (fig. e.) va prezenta un impuls de recul datorită neaşezării ferme a supapei pe scaun, recul cu amplitudine apropiată de valoarea semnalului principal. 122
Nr. crt.
Obiectul ascultării
Zona ascultării
Condiţii de încercare
Caracteristicile zgomotului
Defecţiunea
1
Arbore cu came-lagăre
În regiunea came
cu
La turaţii mici şi mijlocii
Sunet de frecvenţă medie, slab sau puternic, destul de distinct Idem, dar auzibil la primul lagăr
Uzura axului cu came Joc axial mare
2
Came-tacheţi
În lungul axului cu came (bloc de cilindri sau carter)
La turaţii mici şi mijlocii
Zgomot slab, de nivel înalt, distinct şi răsunător
Arc de supapă defect, griparea tachetului în ghid
3
Tacheţi-ghid
În zona axului cu came şi de dispunere a tacheţilor
La turaţii mici şi mijlocii
Sunet slab înfundat, de nivel mediu
Joc mare între tachet şi ghid
4
Tija ghid
În zona de dispunere a supapelor în chiulasă
La reducerea bruscă a turaţiei
Sunet slab înfundat, de nivel mediu
Uzura tijei supapei şi a ghidului
5
Supapăculbutor
În ambele părţi laterale ale motorului în zona culbutorilor
La turaţii mici
Sunet slab metalic, de nivel mediu
Joc mare între supapă şi culbutor
6
Supapă-capul pistonului
În partea superioară blocului de cilindrii
La mijlocii
turaţii
Zgomot puternic, de nivel mediu
Supapă care coboară prea mult în cilindru, arc de supapă rupt
7
Roţile dinţate ale distribuţiei
În ambele părţi carterului distribuţiei
La turaţii mici şi mijlocii
Zgomot asemănător unui huruit care pare a se deplasa în diferite părţi ale carte-rului distribuţiei
Roţi dinţate excen-trice, joc în elemen-tele lanţului, dinţi uzaţi, fixare 123 slăbită
supapei-
axului
a
ale
REZUMAT: 1. Rolul şi componenţa (principalele elemente) mecanismului de distribuţie: •
asigură schimbul de gaze;
•
Mecanism de antrenare a arborelui de distribuţie (lanţ sau curea dinţată), arbore cu came, tacheţi, tije împingătoare, culbutori, supape...
2. Solicitări: termice, mecanice, chimice, vibraţii... 3. Schimbarea stării tehnice: •
Forme şi dimensiuni (taler supapă, came, coada supapei, tachet, lagăre arbore sau ax portculbutori);
•
Jocuri (lanţ, ghid-supapă, termic...);
•
Etanşeitate (supapă – scaun);
•
Fazele de distribuţie. 124
4. Parametri de stare: 1. jocul termic; 2. etanşeitatea; 3. uzura camelor; 4. uzura mecanismului de antrenare a arborelui de distribuţie.
5. Parametri de diagnosticare: 1. jocul termic; 2. etanşeitatea; 3. fazele de distribuţie; 4. zgomote.
125
6. Determinarea şi reglarea jocului termic: 1. Cu ajutorul setului de lame calibrate; 2. surse de erori de măsurare: uzura tijei supapei sau a culbutorului, îndoirea tijei împingătoare; 3. momentul măsurării (tachet pe cercul de bază al camei); 4. reglaj la cald sau la rece ? 7. Determinarea fazelor de distribuţie: 1. Static; 2. Dinamic; 8. Analiza zgomotelor: Descrierea vibrogramelor. 126
7.7. Studiu de caz:
127
128
Rezultatul diagnosticării: arborii cu came necesită înlocuirea! Procedura de înlocuire a arborilor cu came
129
130
131
132
133
134
8. DIAGNOSTICAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE A MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCÂNTEIE
135
Rol: asigură furnizarea de aer şi de combustibil în proporţia optimă pentru funcţionarea motorului într-un anumit regim de exploatare (temperatură, sarcină, turaţie, altitudine, categorie de drum...)
136
8.1. Stărea tehnică a instalaţiei de alimentare, la motoarele cu aprindere prin scânteie se apreciază prin diagnosticarea pe baza concentraţiei de CO din gazele de evacuare, care depinde în cea mai mare măsură de calitatea amestecului şi arderii. Dozajul (d) al amestecului aercombustibil depinde de starea funcţională a instalaţiei de alimentare:
ca d= ; cc
unde: ca – cantitatea de aer; cc – cantitatea de combustibil. 137
Pentru măsurarea concentraţiei de CO se utilizează analizoare de gaze cu radiaţii infraroşii.
8.2. Analizoare cu absorbţie cu radiaţii infraroşii Aceste analizoare se bazează pe principiul absorbţiei selective a energiei radiante în infraroşu de către gazele poliatomice cu structuri eterogene, în funcţie de lungimea de undă specifică radiaţiilor din acest spectru, în limitele domeniului cuprins între 2 – 15 µm.
138
139
Schema unui astfel de analizor se compune din două surse (8) de radiaţii de la care lumina este transmisă prin filtre care permit trecerea radiaţiilor cu lungime de undă cuprinsă în domeniul 2 – 10 µm. Cele două surse sunt identice din punct de vedere al puterii emisiei luminoase. Radiaţiile sunt transmise către două tuburi 5 şi 6 închise la capete cu pereţi transparenţi. Tubul 6 conţine un gaz care nu absoarbe radiaţiile infraroşii, iar tubul 5 este conectat la circuitul de gaze de evacuare care sunt supuse analizei. Circuitul gazelor de evacuare începe de la sonda 1 de prelevare din toba de eşapament, continuând cu separatorul de apă 2, filtrul 3 şi pompa 4 care asigură un debit constant de gaze prin tubul de măsurare 5. 140
Radiaţiile sunt emise către tuburile 5 şi 6 sub formă de impulsuri cu o frecvenţă de 6 –10 Hz realizate cu ajutorul discului cu fante 15 antrenat de motorul electric 9. La celălalt capăt al celor două tuburi este montat detectorul 7, format din două camere despărţite de membrana elastică care împreună cu grila formează un senzor capacitiv introdus în circuitul amplificatorului 10. Rezultatele măsurătorilor sunt expuse pe scala aparatului de măsură 11 şi a înregistratorului 12. Detectorul 7 este umplut cu CO de un înalt grad de puritate. Gazele emise de motor sunt preluate de sonda 1 iar după ce sunt curăţate de particulele solide în filtrul 3 şi este eliminată apa în separatorul 2, sunt introduse în tubul 5 de către pompa 4. În tubul 5 se stabileşte un curent permanent de gaze. 141
Radiaţiile infraroşii care străbat tubul 5 sunt parţial absorbite de gazele din tub, proporţional cu concentraţia existentă de CO în gazele de evacuare. Pe de altă parte radiaţiile care pătrund în tubul 6 nu sunt absorbite, străbătând tubul fără nici o diminuare cantitativă. În acest sens detectorul va primi cantităţi de energie diferită în cele două compartimente separate de membrana 13. Încălzirea inegală a gazelor din cele două compartimente va provoca o dilatare diferită a gazelor, generând o diferenţă de presiune între cele două compartimente ale detectorului, care va determina deformarea membranei 13 şi implicit capacitatea traductorului se va modifica. Variaţia capacităţii este proporţională cu concentraţia de CO din gazele de evacuare. 142
8.3. Diagnosticerea după gradul de poluare al motoarelor cu aprindere prin scânteie Substanţele poluante conţinute în gazele de evacuare sunt: • CO, •hidrocarburi nearse sau oxidate parţial, •oxizi de azot, •produşi ai plumbului.
Pentru testarea arderii în motor şi diagnosticarea convertorului catalitic se determină şi concentraţiile de CO şi O2.
143
Diagnosticarea pe baza densităţii substanţelor poluante din gazele de evacare, vizează în principal testarea motoarelor în raport cu normele de poluare în vigoare şi în subsidiar starea tehnică a instalaţiei de alimentare, existând o intercondiţionare între concentraţiile unor noxe din gazele de evacuare (CO, HC) şi funcţionarea în limite normale ale componentelor instalaţiei de alimentare. Valorile limită ale parametrilor de diagnosticare (concentraţia noxelor în gazele de evacuare) sunt date de normele de protecţie a mediului stabilite de fiecare ţară sau comunităţile de state.
144
Pentru evaluarea nivelului de poluare se utilizează două metode: •prin probe pe standuri; •prin diagnosticare curentă. Evaluarea gradului de poluare a motoarelor cu aprindere prin scânteie prin probe pe standuri Pentru testarea gradului de poluare cu un nivel ridicat de încredere şi exactitate, începând din anul 1982 s-a unificat procedeul de apreciere pentru Europa, S.U.A. şi Japonia. Testarea se efectuează pe standuri cu role cu sistem de frânare capabil să creeze un ciclu de încercare care simulează condiţiile de deplasare în trafic al autovehiculului. Gazele de evacuare obţinute în timpul ciclului de încercare sunt diluate cu aer din mediul ambiant, bine filtrat şi apoi absorbite de o pompă care le trimite printr-un tub Venturi sau compresor Roots în sacul colector. Procedeele de analiză sunt unice pe plan internaţional, adică: aparate de absorbţie pentru CO şi CO2, analizor cu flacără de ionizare pentru CH şi aparat cu chemiluminiscenţă 145 pentru NOx.
Ciclurile de încercare, desfăşurarea şi limitele admisibile ale noxelor sunt date în normative internaţionale sau regionale.
146
Schema instalaţiei pentru Testul European, compusă din: 1 – frâna standului cu role, 2 – masă inerţială, 3 – conducta de colectare a gazelor de ardere, 4 – filtru de aer, 5 – conducta pentru aerul de diluare, 6 – răcitor, 7 – termometru, 8 – manometru, 9 – compresor Roots, 10 – sac colector de 100 litri, 11 – evacuare din instalaţiile de măsurare a concentraţiei noxelor. 147
Rând.
Masa Masa Masa de monoxid hidrocarburi oxizilor de azot. lor. de carbon. (NOx) (HC) (CO) g/kWh g/kWh g/kWh
Masa de particule. (PT) g/kWh
Fum. m-1
A(EURO 3) (2000)
2.1
0.66
5.0
0.10 0.13(a)
0.8
B1(EURO 4) (2005)
1.5
0.46
3.5
0.02
0.5
B2(EURO 5) (2008)
1.5
0.46
2.0
0.02
0.5
C(EEV)
1.5
0.25
2.0
0.02
0.15
Menţiunea (a) se referă la motoarele cu capacitatea pe un cilindru mai mică de 0.75 dm3 şi o turaţie nominală mai mare de 3000 rpm. 148
Evaluarea gradului de poluare în diagnosticarea curentă Măsurătorile se efectuează cu aparate multitest care afişează pe display şi înscriu pe imprimantă valorile CO, HC, CO2 şi O2 în % de volum. Metodologia şi valorile concentraţiei noxelor sunt stabilite prin normativele RNTR 1 – 2000 ale Ministerului Transporturilor.
149
Acest aparat măsoară concentraţia a 4 gaze componente din gazele de evacuare (CO, CO2, HC şi O2). Există şi variante pentru măsurarea NOx. Măsurarea O2 se realizează prin senzori electrochimici (convertori care dau posibilitatea măsurării electronice a reacţiei chimice şi fizice). Pentru măsurarea concetraţiei de oxigen se utilizează metoda susceptibilităţii magnetice. Un astfel de analizor este prezentat în figura următoare. Necesitatea măsurării concentraţiei de oxigen din gazele de evacuare apare în situaţia în care se urmăreşte diagnosticarea stării tehnice a sondei λ, montată în componenţa convertoarelor catalitice şi în cazul determinării concentraţiei de CO2.
150
Gazul care se analizează este introdus prin tubul 1 de unde intră în camera circulară 2, evacuarea făcându-se prin tubul 7. Perpendicular pe direcţia fluxului de gaze se află tubul de sticlă 4 care are montat pe extremitatea din stânga un electromagnet puternic 3. Moleculele din gazul analizat sunt atrase de câmpul electromagnetic din interiorul tubului 4. Oxigenul trebuie să fie încălzit până la cel puţin 80º C, temperatură la care susceptibilitatea sa magnetică se apropie de cea a materialelor diamagnetice; în acest fel moleculele de oxigen sunt respinse de magnet şi vehiculate prin tubul 4 spre extremitatea din dreapta a acestuia. Încălzirea se realizează cu rezistenţele 6 şi 13 care intră în componenţa unei punţi cu rezistenţele 9, 10, 11. „Vântului magnetic” produce o răcire proporţională a celor două rezistenţe 6 şi 13 ale punţii Wheatstone, modificându-se valoarea ohmică a acestora şi determinând astfel dezechilibrarea punţii. Valoarea dezechilibrului indicată de aparatul 8 reprezintă măsura 151 concentraţiei de O2 din gazele de evacuare.
Analizorul este echipat cu sistem de afişaj pentru fiecare gaz şi cu două afişaje multifuncţionale şi un indicator cu LED. • semnalul LED – PUMP – indică funcţionarea pompei de absorbţie a gazelor de la sonda de prelevare introdusă în ţeava de eşapament; • display-ul CO%vol indică concentraţia volumică a CO; • display-ul CO2 % vol indică, în regim de conectare a pompei de absorbţie, concentraţia volumică a CO2; • display-ul HC indică concentraţia în ppm de hidrocarburi; • display-ul O2 arată concentraţia volumică a O2; • display-ul FUNC 1 – în funcţie de preselectarea făcută cu tasta SEL indică mărimea λ; • display-ul FUNC 2 – indică turaţia motorului, temperatura uleiului.
152
Când pompa de absorbţie este decuplată, display-urile afişează linii.
Semnificaţia celor 4 taste este următoarea: tasta MEASURE – serveşte pentru autoreglarea aparatului la începutul măsurătorilor; aparatul aspiră aer ambiant timp de 3 secunde, în timp ce pe display se afişează inscripţia CAL. Dacă în timpul acestei faze se apasă din nou tasta MEASURE se opreşte autoreglarea. La sfârşitul etapei de autoreglare aparatul automat începe să absoarbă gaze de eşapament şi să afişeze valori. Pompa de absorbţie rămâne conectată până când se apasă din nou această tastă. După 15 minute se produce o decuplare automată. tasta SEL – permite preselecţia mărimilor de măsură care se afişează pe display-ul FUNC corespunzător. Fiecare apăsare pe această tastă selectează parametrul următor ce va fi afişat pe display-ul FUNC. În dreapta display-ului se află o inscripţie care identifică felul mărimii afişate la momentul respectiv. tasta PRINT tipăresşte toate datele măsurate sau calculate care sunt scoase pe imprimantă. Tasta aceasta lucrează numai când pompa este cuplată. 153
Modul de efectuare al testului 1. se introduce sonda de prelevare în ţeava de eşapament şi se conectează conductorul electric la una din fişele bujiilor. Se introduce sonda de măsurare a temperaturii uleiului în locul jojei de ulei. 2. Se apasă tasta MEASURE pentru a începe măsurătoarea. Aparatul începe cu autoreglarea pe 0; când mesajul CAL dispare de pe display aparatul începe măsurătorile. Se aleg cu tasta SEL parametrii ce trebuie afişaţi. 3. Tipărirea pe imprimantă a datelor se face prin apăsarea tastei PRINT (numai cu pompa de aborbţie în funcţiune). 4. La sfârşitul testării utilizatorul poate decide întreruperea procedurii de aspiraţie apasând tasta MEAS. Măsurătorile trebuie efectuate numai după ce apăsând pe tasta SEL display-ul FUNC 2 indică temperatura de 60º, la turaţia de mers în gol a motorului.
154
Testele se realizează la turaţia de mers în gol încet, specifică fiecărui tip de motor şi la 2000 rot/min cu consumatorii electrici ai automobilului decuplaţi. Testele de poluare se efectuează numai dacă tubulatura de evacuare a gazelor de eşapament este complet etanşă. Conform normativelor RNTR 1 – 2000 pentru autovehiculele fără catalizator şi sondă λ, la turaţia de mers în gol încet, concentraţia maximă admisibilă de CO este de 4,5 % vol pentru autovehiculele fabricate până în 1986 şi de 3,5 % vol pentru cele fabricate după 1987. Autovehiculele care au catalizator şi sondă λ, concentraţia de CO este de maxim 0,5 % la turaţia de mers în gol încet şi de max 0,3 % la mers în gol accelerat (2000 rot/min) şi λ 1± 0,03 sau cel menţionat de constructor. 155
9. DIAGNOSTICAREA INSTALAŢIEI DE ALIMENTARE A MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE
156
Disfuncţionalităţile care se manifestă în instalaţia de alimentare a motorului Diesel provoacă diminuarea performanţelor economice şi energetice ale motoarelor, creşterea opacităţii gazelor de evacuare (apariţia fumului), a conţinutului de particule în evacuare, pornirea dificilă la rece. Cauzele care determină aceste efecte se găsesc în uzurile elementelor de pompare şi injecţie, dereglări ale unghiului de avans la injecţie, a presiunii de injecţie, ale debitului de combustibil injectat, avarii la nivelul pieselor injectoarelor (ruperea vârfului acului, cocsarea duzelor de pulverizare).
157
9.1. Diagnosticarea globală (complexă) Opacitatea gazelor de evacuare (concentraţia de fum) este parametrul de diagnosticare care stă la baza acestei forme de diagnosticare, datorită sensibilităţii sale în raport cu modificările de stare tehnică a instalaţiei de alimentare, având şi un grad satisfăcător de informativitate. Aceasta a dus la dezvoltarea unor procedee de stabilire a opacităţii gazelor de evacuare care lucrează pe principiul absorbţiei prin filtrare sau prin reflexie.
9.1.1. Opacimetre care funcţionează pe principiul filtrării Un astfel de opacimetru (fummetru) este opacimetrul Bosch care se bazează pe citirea fotoelectrică a gradului de înnegrire a unei hârtii filtrante care a fost traversată de gazele de evacuare. Aparatul de captare este o pompă cu un volum de 330 cm3 prezentat în figura următoare. 158
La unul din capetele cilindrului 9 există un capac mobil 12 în care se fixează hârtia de filtru 11. Capacul se fixează cu ajutorul arcului 13 şi al capacului 14. Pompa este pusă în legătură cu sonda de prelevare 17 montată în ţeava de eşapament a motorului, prin racordul 16 şi ştuţul 15. În cilindrul 9 se deplasează pistonul 10 sub forţa arcului 2. Pentru a asigura comparabilitatea măsurătorilor, deplasarea pistonului şi blocarea acestuia în poziţia de start, s-a conceput un sistem montat în capătul din stânga a cilindrului, care funcţioneză 159 astfel:
•extremitatea din stânga a cilindrului este obturată de discul 8 şi capacul 3; piesa cilindrică 7 este prevăzută cu bilele 6, iar piesele 5 şi 8 sunt puse în legătură cu para de cauciuc 20 (pompă de mână) prin racordul 19. •înainte de efectuarea măsurătorilor, pistonul 10 este împins spre dreapta până când degajarea circulară a tijei 1 ajunge în dreptul bilelor; prin pătrunderea bilelor în canalul tijei, piesa 5 este eliberată, iar arcurile 4 o imping spre dreapta, blocând tija şi pistonul în această poziţie. •pentru prelevarea probei se acţionează para 20 şi arcul, pompat de aceasta, împinge spre stânga piesa 5; când locaşul acesteia ajunge în dreptul bilelor, acestea sunt împinse spre exterior sub acţiunea arcului 2 care trage pistonul spre stânga, realizând astfel aspiraţia gazelor prin hârtia de filtru care se va înnegri ca urmare a reţinerii particulelor de funingine.
160
Stabilirea gradului de opacitate a gazelor (cifra de fum) se realizează pe cale fotoelectrică. În figura anterioară se poate vedea că aparatul de citire dispune de microampermetrul 21, potenţiometrul 25 de reglare la zero a aparatului, becul 22 şi celula fotoelectrică circulară 23. După conectarea aparatului la o sursă de 12 V, se aşează elementul fotoelectric deasupra hârtiei cu proba prelevată 24. O parte din lumina emisă de lampa 22 va fi reflectată de hârtia de filtru pe celulă, într-un raport invers proporţional cu gradul ei de înnegrire. Celula fotoelectrică emite un curent măsurabil cu microampermetrul 21, a cărui scală este divizată în zece unităţi, gradaţia zero corespunzând reflexiei hârtiei albe, iar gradaţia 10 absorbţiei totale a luminii. Iniţial gradul de fum s-a stabilit pe baza diagramei Ringelmann, în corelaţie cu puterea nominală a motorului, în raport cu o limită de “fum”, ca in figura alăturată, iar în prezent aceste “grade de înnegrire” a hârtiei de filtru după scala Ringelmann sunt comparate cu limitele stabilite prin normativele 161 în rigoare privind opacitatea gazelor.
9.1.2. Opacimetre care funcţioneză pe principiul absorbţiei
Opacimetrul din prima generaţie din această clasă este cel de tip Hartridge, creaţie a laboratoarelor British Petroleum, prezentat în figura 2.61. Gazele de evacuare circulă în flux continuu prin tubul de fum lung de 407 mm, care la capete, fiind deschis are montat un bec 2 şi o celulă fotoelectrică 3. Opacitatea este apreciată prin absorbţia luminii în gaz. Pentru aducerea la zero a aparatului indicator (ampermetru), există tubul de aer în dreptul căruia pot fi aduse sursa de lumină şi fotocelula, prin rotirea manetei 6 şi potenţiometrul 7. Supapa de presiune 4 evită creşterea de presiune a gazelor în tubul de măsurare limitând-o la 50 mm H2O, iar separatorul de apă 5 împiedică pătrunderea apei de condens. Circulaţia aerului prin tubul de aer este asigurată de turbosuflanta 1, limitându-se difuzia de gaze către sursa luminoasă şi celula fotoelectrică, realizând o permanentă stare de curăţenie a acestora. 162
Opacimetru de absorbţie de înaltă sensibilitate La regimul de mers în gol, creşterea turaţiei la accelerare poate să ajungă la valoarea maximă în 0,8 – 1,2 sec. Creşterea debitului injectat pe ciclu în acest caz este rapidă, ceea ce modifică semnificativ opacitatea gazelor de evacuare. Prin urmare în lucrările de diagnosticare este de preferat să se facă o înregistrare continuă a variaţiei concentraţiei de fum (opacitate) în gazele de evacuare. Un aparat care răspunde acestor necesităţi, prezentat în figura 2.62, este opacimetrul de construcţie japoneză SM – 21 Okuda Koki.
Cele două tuburi 1 şi 2 sunt reunite prin inelul 3. Prin filtrul şi regulatorul de aer 5 se asigură prin racordurile 6 şi 7 răcirea interioară a celor două tuburi, iar prin racordurile 8 şi 9 se curăţă orificiile tuburilor 1 şi 2. Principiul de măsurare se bazează pe absorbţia luminii emise de tubul 1, proporţional cu opacitatea gazelor de evacuare, astfel că la fotodiodă ajunge o cantitate mai mică sau mai mare de lumină, care anticipat trece prin curentul de gaze de evacuare ce trece aproximativ prin zona centrală a inelului 3. 163
Înălţimea optimă de montaj a aparatului se reglează cu şurubul 11, pentru a se instala în poziţia arătată în figura de mai sus.
De la sursa de lumină 1 razele emise sunt ordonate în fascicule paralele de sistemul de lentile 2, spre orificiul prevăzut în cercul care uneşte cele două tuburi. Receptarea emisiei de lumină se face prin lentila focalizatoare 3 de către fotodioda 4, care la rândul ei este legată de aparatul de măsură. 164
Opacimetrul BOSCH RTM 430 Aparatul BOSCH RTM 430 are în componenţă modulul de control – fig. a, unitatea optică – fig. b şi sonda de prelevare a gazelor de eşapament –c.
b a
c
165
Prin intermediul conectorilor 6 modulul primeşte informaţii despre turaţia motorului, temperatura uleiului, iar conectorii 1 fac legătura între unitatea de gestiune manuală (telecomanda 3), unitatea optică (b) şi modul. De asemenea acest set de conectori 1 poate face legătura aparatului cu o imprimantă externă, cu un calculator tip PC sau cu o placă de achiziţie a datelor. Tipărirea rezultatelor se face prin intermediul imprimantei 2. Sonda de prelevare a gazelor fig. c este conectată cu unitatea optică prin intermediul cuplei 5. Unitatea optică are în componenţă o cameră de măsură şi un LED ce emite o rază luminoasă de culoare verde (zona marcată cu indicativul 6). Lungimea acestei camere este de 432 mm. Partea de lumină emisă ce nu este absorbită de gazele de eşapament ajunge la celula receptoare 4 (fotodiodă) care converteşte semnalul optic în informaţii electrice care ulterior sunt prelucrate ca unităţi de măsură. De asemenea această unitate mai dispune de un sistem de încălzire pentru a preveni eventualul condens se poată să apară în interiorul camerei de analiză.
166
Pregătirea desfăşurării probei Motorul trebuie să fie încălzit la temperatura de regim (80… 95oC temperatura lichidului de răcire sau 60 oC temperatura uleiului din baia de ulei). Desfăşurarea probei Se introduce sonda de temperatură în locul jojei de ulei. Se cuplează modulul de măsurare a turaţiei la bateria de acumulatori a vehiculului. Prin intermediul unităţii manuale de comandă se introduc datele de identificare a autovehiculului (inclusiv turaţiile prescrise de producător de ralanti şi de regulator) şi datele proprietarului. Următorul pas în dsfăşurarea probei este inspectarea sistemului de evacuare a gazelor. Dacă nu există neetanşeităţi se trece la pasul următor şi anume stabilirea turaţiei de ralanti şi de regulator. Pentru turaţia de mers în gol-încet aparatul cere un timp de 30 secunde. După expirarea acestui interval de timp se trece la stabilirea turaţiei de regluator prin accelerare liberă. Timpul din momentul apăsării pedalei de acceleraţie şi până la eliberarea ei este de maxim 2 secunde conform normelor naţionale. Abia după ce s-au stabilit aceste turaţii se trece la introducerea sondei de prelevare a gazelor în eşapament şi efectuarea 167 probei.
Proba constă în cel puţin 4 accelerări libere. Dacă la capătul acestor accelerări, diferenţele între gradul de opacitate pentru fiecare măsurătoare sunt mai mici de 0,5 atunci testul este considerat corect. Dacă una din diferenţe este mai mare de 0,5 atunci testul continuă până la stabilirea a 4 valori corecte din punct de vedere al diferenţelor valoriloe de opacitate. Înregistrarea rezultatelor Se întocmeşte Fişa de diagnoză (standardizată) care trebuie să cuprindă următoarele: (vezi figura alăturată). Interpretarea rezultatelor Datele inregistrate se compară cu limitele admisibile stabilite de reglementările în vigoare. În cazul în care testul se face în cadrul I.T.P. atunci limitele maxime admisibile conform reglementărilor în vigoare sunt: 3,0 m-1 pentru motoare supraalimentate; 2,5 m-1 pentru motoare cu aspiraţie normală; 1,5 m-1 pentru motoare înregistrate minim EURO3.
168
9.2. Diagnosticarea de profunzime (pe elemente) Testarea pompei de combustibil – verificările pompei de motorină constau în măsurarea debitului, a depresiunii la absorbţie şi a presiunii de refulare. În general aceste valori sunt indicate de firmele constructoare a aparaturii de injecţie (pompa de injecţie), debitul fiind în funcţie de capacitatea cilindrică a motorului. Pentru turaţia maximă, presiunea de refulare trebuie să aibă valoarea minimă de 4 barr, iar depresiunea la aspiraţie 380 mm Hg. Testarea injectoarelor Pentru testarea injectoarelor se utilizează pompa de mână Bosch, prezentată în figura alăturată. Verificările injectoarelor, realizate cu aparatul din figura cuprind: verificarea presiunii de injecţie; verificarea etanşeităţii; verificarea calităţii pulverizării; proba Bosch de zgomot.
169
Verificarea presiunii de injecţie - se face prin acţionarea manetei 6, după ce în prealabil s-a închis robinetul 9. În momentul pulverizării jetului de combustibil se citeşte presiunea indicată la manometrul 8, abaterile faţă de valoarea prescrisă fiind eliminate pe loc prin reglarea tensiunii arcului injectorului. Verificarea etanşeităţii injectorului – se acţionează maneta 6 ridicând presiunea până la o valoare de cca. 20 barr sub presiunea de injecţie, conform indicaţiilor manometrului 8. Pulverizatorul se consideră etanş dacă timp de 10 secunde, pe suprafaţa sa nu apare nici o prelingere de combustibil. Această observare se referă la etanşeitatea acului injectorului pe sediu. Existenţa pierderilor mari la racordul de retur al injectorului este un indiciu al uzurii excesive a acului sau corpului injectorului, în porţiunea de glisare a acului. La injectoarele cu o uzură mai importantă, etanşeitatea se poate verifica prin viteza de reducere a presiunii de la valoarea iniţială, care dacă este mai mare de 10 barr/s poate fi considerat neetanş. La injectoarele noi, viteza de reducere a presiunii este de max. 2,5 bari/s.
170
Verificarea calităţii pulverizării constă în examinarea calităţii şi fineţii pulverizării, forma jeturilor şi dispunerea acestora. Jetul de combustibil, la presiunile uzuale de 125 – 300 barr, trebuie să se prezinte sub forma unei ceţe fine, cu o structură mai compactă în centru aşa cum se prezintă în figura de mai jos. Zona 3 cuprinde un volum pulverizat sub forma unei ceţe fine, dispusă în jurul unei zone centrale (axiale) care se prezintă sub o formă compactă. Jeturile nedispersate, cu structură grosolană sunt indiciul uzurii duzelor la presiunea normală de injecţie. Unghiul „conului” injectat – φ – are valori cuprinse între 8 – 10º , în funcţie de presiunea şi vâscozitatea combustibilului.
171
Forma jetului trebuie să fie perfect conică şi poziţionată simetric în raport cu axa longitudinală a duzelor injectorului, iar în cazul injectoarelor cu mai multe orificii de pulverizare se verifică şi simetria dispunerii jeturilor şi uniformitatea acestora. În figurade mai jos sunt prezentate situaţii anormale de pulverizare, care se pot datora depunerilor de calamină, deformaţilor suprafeţelor de pulverizare (duze) sau acelor.
172
9.3. Proba de zgomot BOSCH se realizează cu aparatul de încercare (diagnosticare) a injectoarelor. La aceste testări se decuplează manometrul, iar procedeul necesită o mişcare mai lentă a braţului faţă de testările anterioare. Injectorul, în timpul funcţionării, produce un câmp de zgomote diferite, iar combustibilul va fi expulzat sub forma unui fascicul liniar. Mişcând maneta aparatului mai rapid, injectorul trebuie să „bârâie”, având un zgomot specific, iar combustibilul va fi pulverizat sub forma unei ceţe fine prin orificiile duzelor. Acesta este indiciul că acul injectorului se mişcă liber şi că pulverizarea este corectă şi în timpul procesului de pornire. În figura 2.72 sunt ilustrate, conform testelor de referinţă Bosch, situaţiile posibile care se întâlnesc la astfel de probe.
173
a) se observă că „bârâitul” este continuu pe toată durata cursei manetei de acţionare a aparatului. La viteze mici ale braţului aparatului, pulverizarea există dar este mai grosolană, iar la viteze mai mari pulverizarea este continuă şi fină. În această situaţie se consideră că injectorul funcţionează corect. b) se observă că la acţionarea manetei, zgomotul („bârâitul”) este discontinuu, având domenii fără zgomot, la viteze mai mici de acţionare, jetul având o structură grosolană. În domeniul fără zgomot, jetul este liniar, fără a fi pulverizat. În acest caz injectorul nu funcţionează bine la pornirea motorului. c) zgomotul specific apare doar la viteze mici şi mari, între care zgomotul nu există; până la atingerea unor viteze mari jetul este liniar, nepulverizat. În acest caz injectorul nu funcţionează corespunzător. 174
9.4. Diagnosticarea pompelor de injecţie Diagnosticarea pompelor de injecţie se realizează pe standuri de probă speciallizate. Obiectivele care se urmăresc sunt următoarele: 1. verificarea uzurii elementelor de pompare, 2. verificarea debitului maxim la turaţia nominală, 3. uniformitatea debitării, 4. verificarea unghiurilor de avans la injecţie. Verificarea uzurii elementelor de pompare la pompele mecanice se poate realiza prin procedeele similare celor prin care s-a determinat gradul de etanşare a grupului piston–cilindru pe baza pierderilor de aer prin neetanşeităţi. Aparatele destinate acestui scop utilizează aer comprimat sau combustibil care se introduce în elementul de pompare, la diferite poziţii ale pistonaşului. Căderea de presiune va trebui să se situeze în limitele 175 prescrise.
O altă metodă mai rapidă constă în montarea în locul conductei de legătură cu injectorul, a unui manometru special, prevăzut cu supapă de siguranţă. După montare pe pompa de injecţie se porneşte motorul standului la turaţie redusă de 100 – 150 rot/min până când manometrul indică 250 – 300 barr, moment în care se opreşte antrenarea pompei de injecţie. Se cronometrează timpul de scădere a presiunii între 150 şi 100 barr, care nu trebuie să depăşească 10 secunde. Verificarea debitului maxim Micşorarea debitului refulat de pompă – care duce duce la scăderea puterii motorului, se datorează creşterii scăpărilor de combustibil ca urmare a uzurii componentelor elemenţilor de pompare (bucşă şi pistonaş). Pentru mărirea debitului se acţionează asupra reglării regulatorului astfel încât să se obţină puterea normală fără creşterea opacităţii gazelor. Debitul se măsoară prin cronometrarea colectării în cilindrii gradaţi ai standului, a unei cantităţi de combustibil.
176
Reglarea debitului maxim se poate realiza la nivelul limitatorului cremalierei, de exemplu, aşa cum se poate vedea în figura alăturată. În mod normal, limitatorul cursei cremalierei, ca şi limitatorul manetei de comandă a regulatorului se reglează şi se sigilează la uzina producătoare. Pentru reglajele care devin necesare (cum ar fi mărimea debitului maxim) se procedează: astfel: 1. se îndepărtează tamponul de limitare a manetei de comandă a regulatorului de pe capacul regulatorului şi se scoate capacul limitatorului cremalierei 2. se măsoară cota de adîncime „a” de la capac, 3.se aduce cremaliera în poziţia „STOP” şi cu şurubul de tamponare se reglează b= a – 12 şi se asigură apoi şurubul cu piuliţa. Mărirea debitului prin acţionarea şurubului de reglaj se face în limitele de 177 opacitate prescrise, a gazelor de evacuare.
Uniformitatea debitării – condiţionează funcţionarea uniformă a motorului, realizarea parametrilor energetici şi de limitare a opacităţii gazelor. Creşterea gradului de neuniformitate a debitării la cilindrii motorului, determină scăderea puterii motorului, creşterea opacităţii gazelor de evacuare şi a mersului neregulat al motorului. Unghiul de avans la injecţie (avans la refulare) se referă la reglarea începutului debitării fiecăruia din elementele de pompare ale pompei de injecţie în raport cu poziţia arborelui motor, la montarea pe motor a pompei. Acest unghi se determină cu sistemele specifice ale standului de testare a pompelor sau cu ajutorul momentoscopului – figura 2.75. Se montează momentoscopul la secţiunea I de pompare. Se roteşte manual arborele pompei până la umplerea tubului de sticlă cu combustibil, după care, prin câteva lovituri uşoare, o parte din lichid este aruncat afară, nivelul combustibilului rămânând vizibil undeva pe tubul transparent. Se continuă rotirea lentă a arborelui pompei observându-se meniscul lichidului din tub. Se consideră ca moment al începutului refulării, momentul în care se constată că nivelul motorinei începe să crească în tub. În acest moment se citeşte gradaţia de pe discul standului şi în funcţie de valoarea citită se procedează la verificarea şi reglarea celorlalte elemente178 de pompare, în ordinea indicată în fişa de reglaj.
9.5. Diagnosticarea echipamentului de injecţie pe baza oscilogramei presiunii din conducta de refulare Se montează traductoare piezoelectrice pe conductele de refulare, la intrarea în injectoare şi senzori inductivi la cuplajul de antrenare a pompei de injecţie şi la arborle motor, pentru semnalele de sincronizare. Zona A – zona presiunii remanente (reziduale): după închiderea acului injectorului şi descărcarea conductei de înaltă presiune şi până la reluarea injecţiei următoare, motorina prezentă în conductă, subzistă în general, la o presiune superioară presiunii atmosferice, numită presiune reziduală – pr. Aceasta solicită conducta de înaltă presiune şi favorizează apariţia fenomenelor de postinjecţie şi cavitaţie. Fiecare echipament de injecţie este caracterizat printr-un anumit nivel al 179 presiunii remanente.
Zona B – zona crescătoare a presiunii: porţiunea 2 indică faptul că supapa de refulare s-a ridicat de pe scaun, dar nu a atins valoarea cursei de descărcare. În momentul atingerii acestei valori se manifestă o uşoară scădere a presiunii (porţiunea 3) ca efect al majorării secţiunii de curgere, după care nivelul presiunii creşte continuu (porţiunea 4) ca efect al creşterii vitezei de deplasare a pistonului elementului de pompare. Zona C – zona vârfurilor de presiune: primul vârf (porţiunea 5) indică momentul ridicării acului injectorului de pe sediu. După ridicarea acului, presiunea scade uşor (porţiunea 6). Sub acţiunea pistonului elementului de pompare, presiunea creşte până la valoarea maximă (porţiunea 7) care depinde de mărimea pompei, viteza pistonului, starea tehnică a elementului pompei de injecţie. Din punctul 7 presiunea începe să scadă ca urmare a deschiderii orificiului de descărcare de către muchia elicoidală a pistonului (scade debitul de motorină refulată către injector). 180
Zona D – zona ramurii de coborâre a presiunii; concomitent cu micşorarea debitului de motorină şi scăderea presiunii, acul pulverizatorului începe să revină pe scaunul său din pulverizator (punctul 10), iar datorită micşorării secţiunii de curgere, apare o uşoară creştere a presiunii (porţiunea 9). Odată cu revenirea supapei de refulare pe scaunul său şi descărcarea conductei de înaltă presiune, presiunea motorinei scade pronunţat (porţiunea 11) până când acul inejctorului se aşează pe scaun (punctul 12). Zona E – zona oscilaţiilor din conductă: după închiderea acului pulverizatorului şi a supapei de refulare, undele de presiune se reflectă la injector şi la pompă, propagându-se sub forma unor oscilaţii care se atenuează (vârfurile 13) în intervalul dintre două injecţii consecutive. Dacă vârful oscilaţiilor de presiune are nivelul mai mare decât nivelul presiunii de deschidere a acului (Pr), atunci acul inejctorului se deschide în intervalul dintre injecţii producându-se fenomenul de postinjecţie. 181
Pentru evaluarea stării tehnice a echipamentului de injecţie, la un regim cunoscut de sarcină şi turaţie a motorului, se compară oscilograma obţinută cu o oscilogramă martor. Comparaţia urmăreşte următoarele repere: nivelul presiunii remanente în zona A, momentul de început al creşterii presiunii şi panta ϕ în zona B; forma şi nivelul vârfurilor de presiune în zona C, momentul de început al deschiderii acului injectorului, momentul închiderii acestuia şi panta ϕ2 în zona D, forma oscilaţiilor de presiune şi forma lor în zona E. În funcţie de abaterile de la forma oscilogramei martor, înregistrate la cele 5 zone caracteristice, se pot stabili elementele defecte ale echipamentului de injecţie precum şi cauzele care au produs defecţiunea. 182
9.6. Diagnosticarea echipamentelor de injecţie pentru motoare Diesel cu comandă electronică. Elementele principale ale reglării electronice în acest caz sunt senzorii, ECU şi dispozitivele de reglaj. Pentru exemplificarea unui astfel de sistem, se prezintă în figura următoare schema generală de comandă electronică a injecţiei utilizată la firma VW. Pentru diagnosticarea acestor sisteme de injecţie se utilizează casete de diagnosticare care au şi imprimante. Casetele se branşează la ECU montat pe automobil. În memoria ECU se stochează toate abaterile funcţionale şi defecţiunile care apar în procesul de exploatare. Caseta are tastatură specifică şi un display de afişaj general. Pentru exemplificare se prezintă schema de comandă a injecţiei şi afişajul aparatului de diagnosticare la motorul turbodiesel AUDI 2,5 cu caseta VAG 1551. 183
Schema de comandă a injecţiei 184
Afişaj la imprimanta casetei VAG 1551
1 65535
Cauza posibilă a defecţiunii
2 1111
(Defecţiuni la unitatea de comandă J 248) 1231
3
- defecţiune internă a unităţii de Înlocuirea unităţii de comandă comandă J248
- defecţiunea vitezometrului G 21 (Senzorul G 68 – generatorul de semnal al defecţiunea senzorului vitezometrului) vitezometrului x semnal neprelucrat întreruperea tensiunii de alimentare între unitatea J 248 şi vitezometrul G 21 pe placa cu întrerupătoare 00281
Modul de înlăturare a defecţiunii
Se caută defecţiunea pe baza schemei electrice
185
9.7. Diagnosticarea bujiilor incandescente Diagnosticarea se efectuează în condiţiile în care bateria este încărcată şi contactul general (de la cheie) întrerupt. Paşii de diagnosticare sunt: se scot fişele de la toate bujiile se leagă lampa VAG 1527 cu „led” la polul (+) al bateriei cu vârful de testare al instrumentului se atinge succesiv fiecare bujie. Dacă LED – ul se aprinde, atunci
186
Diagnosticarea instalaţiei de răcire a motoarelor
187
Rol: asigură menţinerea temperaturii motorului în limitele prevăzute de constructor (de obicei 80... 95oC).
Componenţă: camerele de lichid din interiorul motorului (bloc şi chiulasă), pompă de lichid, radiator, climatizor, termostat, ventilator, racorduri, senzori… Lichidele de răcire care se utilizează în instalaţiile de răcire, transferă în mediul ambiant cca. 20 – 35 % din cantitatea de căldură dezvoltată prin arderea combustibililor în motoare.
188
Distribuţia temperaturilor în sistemul de răcire
189
10.1. Schimbarea stării tehnice: • pierderi de lichid de răcire, • acoperirea cu impurităţi ale elementelor de răcire ale radiatorului, • înrăutăţirea funcţionării termostatului, • înrăutăţirea funcţionării supapelor buşonului de umplere, • depuneri de crustă de „piatră” pe pereţii interiori ai instalaţiei de răcire, în cazul utilizării ca lichid de răcire a apei fără alte substanţe.
190
10.2. Parametri de diagnosticare •etanşeitatea instalaţiei, •funcţionarea termostatului, •starea supapelor buşonului de umplere, •radiatorul, •calitatea lichidului de răcire.
191
10.3. Diagnosticarea etanşeităţii instalaţiei Cantitatea de lichid de răcire din instalaţie se reduce fie ca urmare a proceselor de vaporizare fie ca urmare a pierderilor prin neetanşeităţi. Pierderile prin neetanşeităţi sunt pierderi exterioare sau interioare. Pierderile exterioare – pierderi de lichid din instalaţi spre mediul exterior (racorduri, robineţi, climatizor, radiator, bloc sau chiulasă fisurate... În anotimpul rece, la imbinările racordurilor din cauciuc cu ţevile metalice – din aliaje de aluminiu mai ales – se slăbesc strângerile ca urmare a contracţiei materialului metalic. Pierderile interioare se produc ca urmare a deteriorării garniturilor de chiulasă sau a inelelor de etanşare a cămăşilor de cilindri. Pătrunderea lichidului în baia de ulei provoacă o spumare masivă la suprafaţa uleiului din baie, ceea ce se poate observa pe joja de control a nivelului de ulei din baie, spumă de culoare gălbuie. Pătrunderea lichidului de răcire în cilindri, ca urmare a fisurării garniturii de chiulasă, are ca efect apariţia vaporilor în cantitate mare în gazele de 192 evacuare.
10.4. Diagnosticarea funcţionării termostatului Termostatul trebuie să asigure reglarea automată a temperaturii lichidului de răcire şi să accelereze încălzirea motorului după pornire. Cilindrul gofrat 5 confecţionat din alamă, conţine eter etilic pur sau un amestec de 66 % alcool şi 34 % apă distilată. Alcoolul are punct de fierbere sub 65 – 70 °C, ceea ce permite alungirea cilindrului gofrat sub acţiunea presiunii de vapori, la temperaturi mult sub temperatura de fierbere a apei şi comanda supapelor 2 şi 3. În exploatare pot apare disfuncţionalităţi ale termostatului ca urmare a deteriorării cilindrului gofrat care conţine lichidul activ şi astfel deschiderea incompletă a supapei 2, ceea ce va provoca supraîncălzirea motorului. Testarea funcţională a termostatului urmăreşte temperatura la care sunt activate supapele, diagrama de ridicare a supapei principale 2 în funcţie de temperatură, înălţimea de ridicare a supapei. Pentru aceasta se utilizează un dispozitiv ca in figura următoare.
193
În recipientul 2 se introduce pe un suport termostatul 3. Apa din recipient este încălzită cu o rezistenţă electrică. Termometrul 4 şi pârghia 5 permit măsurarea temperaturii şi înălţimea de ridicare a supapei termostatului. La un termostat în stare tehnică bună, supapa trebuie să se ridice la 70 °C, iar la 85 °C supapa trebuie să fie complet deschisă. Înălţimea de deschidere a supapei va trebui să fie între 8 – 9 mm. La foarte multe construcţii de termostat se utilizează o pastă solidă în loc de burduful cu lichid, aceste tipuri având o fiabilitate ridicată. Pasta activă este un amestec de cerezină (ceară petrolieră) cu pulbere de cupru, care-şi măreşte volumul prin încălzire, atingând maximul la temperaturi de 75 – 83 °C . 194
10.5. Testarea supapelor buşonului de umplere de la radiator
Etanşeitatea sistemului de răcire şi legătura cu mediul este asigurată de buna funcţionare a supapelor buşonului de umplere a radiatorului. Verificarea funcţionării corecte abuşonului se testează cu un dispozitiv prezentat în figura alăturată, care permite măsurarea presiunilor de deschidere a supapei 195 de aer şi vapori.
Valorile presiunilor la care sunt activate supapele, sunt determinate de constructor şi abaterile care apar în exploatare, ca urmare a modificării caracteristicilor arcurilor acestor supape, pot provoca supraîncălziri ale motoarelor. Dispozitivul are un mic rezervor de aer 2, un manometru 4, vasul 5 în care se montează buşonul cu supapa de vapori 11 şi supapa de aer 12, capacul ermetic 6, şurub de fixare 7, indicatorul 10, robinetele 1,3, 8 şi 13. Indicatorul optic (presostatic) 9 indică momentul deschiderii uneia sau alteia din supape. Sursa de alimentare cu aer comprimat la 1,4 – 1,5 barr este admisă de robinetul 1 în rezervorul 2. Presiunea de ridicare a supapei de vapori 11 se determină în partea superioară a vasului 5 cu indicatorul 10 prin intermediul robinetului cu două căi 3, care permite intrarea aerului în partea inferioară a vasului 5 şi robinetul 8 care leagă partea superioară a vasului cu indicatorul 10. Supapa de aer 12 se verifică prin realizarea, cu ajutorul robinetelor 3 şi 8, a legăturii părţii inferioare a vasului 5 cu indicatorul 10 şi a admisiei aerului în partea superioară a vasului. Dispozitivul se utilizează şi pentru verificarea instalaţiei de răcire, în ansamblu, cu motorul oprit. În locul buşonului radiatorului se instalează cupla aparatului care se uneşte prin robinetul 13 cu recipientul de aer 2. Iniţial, robinetele 13 şi 3 fiind închise, se crează în recipientul 2 o presiune de 0,6 – 0,7 barr prin admisia de aer comprimat controlată de robinetul 1, moment în care se deschide robinetul 13. Căderea de presiune indicată de manometrul 4 nu trebuie să fie mai mare de 0,1 bari 196 în 10 secunde, pentru o ermeticitate acceptabilă.
10.6. Testarea radiatoarelor Urmare a regimului de vibraţii generate în exploatare, pot apărea fisuri sau dezlipiri la nivelul bazinelor sau a suprafeţei active de schimb de căldură. Verificarea etanşeităţii radiatorului se poate realiza prin demontarea de pe motor şi scufundarea într-un bazin cu apă. După astuparea racordului de ieşire de la bazinul inferior şi a racodului de intrare de la bazinul superior, printr-o cuplă adecvată montată în locul buşonului de alimentare, se introduce aer comprimat la 0,7 – 0,8 barr. Prin locurile fisurate se va observa ieşirea aerului, putându-se astfel identifica locurile care trebuie lipite. Înfundarea parţială a radiatoarelor ca urmare a depunerilor interioare de piatră, impurităţi antrenate de lichidul de răcire, provoacă creşterea rezistenţei hidraulice la trecerea lichidului prin radiator, situaţie care generează creşterea depresiunii la ieşirea din radiator şi implicit la intrarea în pompa de lichid. Pentru aprecierea gradului de înfundare a radiatorului, se măsoară cu un vacuummetru depresiunea la nivelul bazinului inferior, montat (intercalat) la racordul inferior sau la buşonul de golire de la bazinul inferior. La valori mai mari de 125 mmHg ale depresiunii la o turaţie medie a motorului, este necesară curăţirea radiatorului sau înlocuirea sa, pentru a preveni încălzirea motoarelor. 197
10.7. Calitatea lichidului de răcire Lichidele antigel sunt soluţii apoase de alcooli mono sau polivalenţi şi compuşi ai acestora. Aceste lichide trebuie să îndeplinească o serie de condiţii: •să aibă temperaturi de congelare inferioare celor de exploatare a automobilelor (-40 °C), •temperaturile de fierbere să fie cât mai ridicate, •o bună capacitate de transmitere a căldurii, •să aibă stabilitate fizică şi chimică, •vâscozitatea să fie constantă într-un domeniu larg de temperaturi, •să nu corodeze usprafeţele metalice. Lichidele antigel sunt fabricate pe bază de glicoli cu adaos de stabilizatori şi inhibitori de coroziune (STAS 8671-78). Glicolul este un dialcool al etanului, incolor şi vâscos, dulceag, cu punctul de fierbere 470 K şi temperatura de congelare 261,65 K. Acţiunea corozivă este nulă.
198
Lichidul antigel se utilizează diluat cu apă dedurizată sau apă distilată, în următoarele diluţii: 1 vol. produs concentrat (glicol) + 1 vol. apă – punct de congelare 234 k (-39 °C), 2 vol. produs concentrat + 3 vol. apă – punct de congelare 246 K (-27 °C). Lichidul diluat în proporţie 1:1 are densitatea relativă 1,07 – 1,08, punctul de fierbere 375 K (102 °C). În timpul funcţionării, lichidul de răcire antigel îşi măreşte volumul prin încălzire până la un maxim normal, volumul de expansiune fiind 4 – 7 % din volumul total al sistemului de răcire. Proprietatea lichidului antigel de a se prezenta sub formă afânată la congelare, face ca în cazul exploatării în condiţii cu temperaturi inferioare celei de 234 K (-39 °C), blocul motor şi radiatorul să nu sufere deteriorări. Calitatea lichidului antigel din punct de vedere al conţinutului procentual de etilenglicol şi respectiv a temperaturii de îngheţ se determină cu hidrometrul sau termodensimetrul. 199
REFRACTOMETRUL Permite testarea următoarelor fluide: •Lichidul de răcire (verificarea temperaturii de congelare) – scala A stânga pentru propilenglicol (în afara EU) şi dreapta pentru etilenglicol (ţările EU); •Lichidul pentru spălarea parbrizului (verificarea temperaturii de congelare) – scala B; •Electrolitul din bateria de acumulatori (verificarea gradului de încărcare prin măsurarea densităţii) scala C. Se pune o picătură pe prisma 2, se închide capacul 1 se citeşte prin ocularul 3 la limita dintre luminos şi întunecat 4. Etalonare: la testarea apei distilate linia trebuie să coincidă cu “Linia 200 apei”.
10.8. Răcirea cu apă Există domenii de exploatare a automobilelor unde se utilizează pentru răcire apa. Dezavantajele utilizării apei decurg din: temperatura relativ „ridicată” de congelare, mărirea volumului cu 10 % prin ingheţare, formarea depunerilor de „piatră” (carbonaţi şi sulfaţi de calciu şi magneziu), corodarea suprafeţelor metalice. Dezavantajul major al folosirii apei pentru răcire constă în depunerile de crustă de piatră pe pereţii camerelor de răcire ale radiatorului. Prin încălzire, sărurile dizolvate în apă (la o concentraţie care depinde de duritatea apei) încep să precipite, urmând descompunerea termică şi formarea de CaCO3 şi MgCO3, care se depun aderent pe pereţii metalici, sub formă de cruste rezistente, cu un coeficient redus de transfer de căldură, ceea ce contribuie la supraîncălzirea motorului, creşterea solicitării termice a unor componente ale acestuia. Totodată, depunerile de piatră generează tensiuni termice în materialele pe care s-au depus, deoarece la fisurarea crustei, lichidul de răcire vine în contact direct cu suprafaţa metalică, unde povoacă o răcire mai accentuată în raport cu zonele învecinate. Pentru îndepărtarea depunerilor se utilizează soluţii bazice sau acide, 201 conform celor indicate în tabelul următor.
Soluţii folosite pentru îndepărtarea crustei de piatră
Cantitatea din componentul
Substanţă reactivă
Apă (l)
Substanţa pentru reducerea corodării metalului
Carbonatul de sodiu (NaCO3) 1 kg
10
Petrol 0,5 l
Soda caustică (NaOH) 0,75 – 0,8 kg
Acid clorhidric (HCl), 50g
10
10
Petrol 0,5 l
Motorină, 50g (furfurol, formalină)
Temperatura maximă la care se poate încălzi soluţia în motor (°C)
Timp de menţinere în instalaţia de răcire a soluţiei
Observaţii
80
10 – 12 h
–
10 – 12 h
Nu se foloseşte pentru sisteme bachelizate
15 – 30 min
Se foloseşte numai pentru piesele din aliaj de Al.
80
25 ... 30
202
11. DIAGNOSTICAREA SISTEMULUI DE UNGERE
203
204
205
206
11.1. Schimbarea stării tehnice a instalaţiei de ungere în procesul de exploatare În timpul exploatării motoarelor, în instalaţia de ungere au loc o serie de procese care determină diminuarea performanţelor instalaţiei şi degradarea calităţii uleiului, dintre care cele mai importante sunt: • impurificarea uleiului şi formarea de depuneri în motor, • înfundarea filtrelor de ulei, • micşorarea presiunii în rampa centrală de ungere, • creşterea temperaturii uleiului peste limita admisă.
207
Degradarea uleiurilor utilizate în motoare este cauzată de procesele de oxidare la temperaturi ridicate, contactul cu gazele de carter care conţin acizi din combinarea gazelor arse cu apa condensată pe cilindri, contactul uleiului cu piesele metalice calde. De asemenea, degradarea uleiurilor este produsă şi de impurificarea cu materiale de uzură a pieselor mecanismului motor cu impurităţi din aerul admis, oxizi de plumb, combustibil ars incomplet. În afară de aceste impurităţi, în uleiul de motor, sub acţiunea temperaturii şi a anumitor produse de ardere rezultate în timpul funcţionării, se formează substanţe organice complexe (acizi, substanţe răşinoase, asfaltoase), insolubile în ulei.
208
Înfundarea filtrelor de ulei se produce cu produsele de impurificare formate în masa de ulei (impurităţi insolubile). Prin acumularea produselor de impurificare în elementul filtrant, rezistenţa hidraulică a cestuia creşte până când, la un moment dat, se deschide supapa de scurtcircuitare a filtrului, ceea ce duce la o circulaţie în motor a uleiului nefiltrat cu o crestere rapidă a acumulărilor produselor de degradare şi astfel înrăutăţirea regimului de ungere al motorului. Micşorarea presiunii uleiului în rampa centrală este cauzată de mărirea jocurilor în lagărele arborelui motor, în lagărele arborelui cu came precum şi de uzura pompei de ulei. Presiunea uleiului din rampa centrală poate fi un indicator al gradului de uzură a lagărelor arborilor motor şi cu came. Reducerea globală a presiunii în rampa centrală de ungere faţă de presiunea iniţială are loc, în funcţie de parcurs (ore de funcţionare a motorului) aşa cum se poate vedea în figura 2.91. Reducerea globală a presiunii este cu precădere rezultatul uzurii pompei de ulei, la care se micşorează randamentul volumetric odată cu creşterea jocului frontal între pinioane şi carcasă – figura următoare
209
Creşterea temperaturii uleiului este o consecinţă a scăderii presiunii din rampa centrală de ungere, defavorizându-se astfel debitul de ulei la lagăre. În astfel de cazuri este necesar să se ia măsuri de reducere a temperaturii uleiului, prin reducerea sarcinii şi turaţiei până la momentul intervenţiei tehnice de întreţinere. Având în vedere modificările de stare tehnică ce apar la instalaţia de ungere în exploatare, diagnosticarea va fi de două tipuri: diagnosticare complexă (globală) a sistemului; diagnosticare de profunzime (pe elemente). 210
11.2. Diagnosticare complexă (globală) a instalaţiei de ungere În 1. 2. 3.
sfera diagnosticării complexe se înscriu următoarele obiective: verificarea calităţii uleiului din motor, verificarea presiunii din rampa centrală de ungere, verificarea etanşeităţii instalaţiei.
1. Verificarea calităţii uleiului din motor Ca metodă de determinare a stadiului de degradare a uleiului la un moment dat, se poate recurge la analizarea “petei de ulei”, ca o metodă operativă şi eficace şi pentru aprecierea momentului favorabil de înlocuire a uleiului.
Acest procedeu se bazează pe aspectul oferit de o picătura din uleiul extras din baia de ulei a motorului, care este lăsată pe o hârtie de filtru timp de 4 ore. După acest interval de timp picătura difuzează prin porii hârtiei şi formează o pată circulară cu patru zone concentrice
211
Zona centrală – 1 – caracterizează starea de uzură a uleiului prin gradul său de opacitate şi contaminare cu particule carbonoase. Zona centrală este înconjurată de o aureolă, care dacă are un caracter zimţat indică prezenţa apei în ulei. Coroana circulară intermediară 3 – numită şi zonă de difuzie, caracterizează capacitatea dispersantă a uleiului şi a cărei lipsă indică un proces de blocare a suspensiei, adică un pericol de ancrasare a motorului. Coroana exterioară – 4 – este formată dintr-o zonă translucidă, conţinând ulei debarasat de particule carbonoase şi a cărei nuanţă poate constitui o indicaţie a gradului de oxidare a uleiului. Marginea zimţată (contur dublat) a zonei 4 indică prezenţa combustbiluluiîn ulei
212
Verificarea presiunii din rampa centrală de ungere Se urmăreşte indicaţia manometruui de la bord, la turaţia de mers în gol încet, la temperatura de regim a motorului, care nu trebuie să se situeze sub valoarea limită (0,7 ÷ 0,9 barr), în cazul automobilelor care au astfel de manometre. La autovehiculele la care la bord există numai o lampă de semnalizare, dacă la mers în gol încet, la temperatura de regim a motorului, aceasta rămâne aprinsă, înseamnă că presiunea din rampa centrală este sub valoarea limită. Verificarea etanşeităţii instalaţiei Se observă eventualele scăpări în zonele de ieşire ale arborelui motor din bloc, unde sunt amplasate semeringurile. Eventualele neetanşeităţi la nivelul inelelor de etanşare a cilindrilor, care permit intrarea lichidului de răcire în sistemul de ungere se constată prin spumarea abundentă la nivelului uleiului din baie. 213
11.3. Diagnosticarea de profunzime Diagnosticarea de profunzime vizează pompa de ulei şi filtrul, care se pot realiza pe standuri de probă. 11.3.1.Diagnosticarea pompelor de ulei Parametrii de diagnosticare a pompelor de ulei sunt: • caracteristica de debit în funcţie de turaţie la diferite presiuni de refulare; • caracteristica de debit în funcţie de presiunea de refulare la turaţia nominală şi la o turaţie parţială (1000 rot/min).; • timpul de amorsare; • puterea absorbită la antrenarea pompei. 214
Caracteristica de debit în funcţie de turaţie este caracteristica de performanţă a pompei, care se ridică la temperatura de 368 K (95°C) a uleiului, la diferite presiuni de refulare. Această caracteristică se compară cu diagramele etalon. Starea limită a pompei este considerată la o evoluţie a debitului în funcţie de turaţie la un nivel mai scăzut cu 10% faţă de curbele etalon.
215
Caracteristica de debit în funcţie de presiunea de refulare – Debitele cu supapa de siguranţă blocată se compară cu debitele etalon, ca şi valorile de presiune la care se deschide supapa de siguranţă a pompei. Presiunile de lucru ale supapelor de siguranţă sunt caracteristice fiecărui tip de pompă. În procesul de exploatare poate apărea blocarea supapelor sau, mai frecvent, micşorarea presiunilor de deschidere ca urmare a detalonării arcurilor, montaj defectuos, etc 216
Timpul de amorsare a pompei – reprezintă timpul măsurat din momentul pornirii pompei până la realizarea, la refulare, a unei presiuni de 1 barr. Cu cât creşte gradul de uzură al pompei, timpul de amorsare se măreşte, ceea ce duce la accentuarea uzurii cuplelor din mecanismul motor şi de distribuţie lubrifiate prin preisune. În mod normal, timpul de amorsare este cuprins între 2 – 6 secunde. Puterea absorbită de pompa de ulei – este un parametru de apreciere a montajului după reparaţie sau înlocuiri de componente 217
Stand pentru diagnosticarea pompelor de ulei
218
Pompa 4 este antrenată cu un motor electric de curent continuu 2. Uleiul se află într-un rezervor 1, unde se realizează încălzirea cu rezistenţe electrice. Instalaţia ste prevăzută cu o supapă de siguranţă 5. Preostatul 6 este intercalat în circuitul electric de alimentare al motorului electric de antrenare, pentru oprirea motorului electric, după atingerea presiunii de 1 barr (la comutarea pentru măsurarea timpului de amorsare). Manometrul 7 măsoară presiunile de refulare ale pompei, conform reglajului efectuat de droselul 8. Circuitul de măsurare este comandat cu distribuitorul hidraulic 9 cu 2 căi (una de retur în rezervorul 1 şi una pentru debitmetru). Măsurarea debitului se realizează cu debitmetrul cu plutitor 10, unde se cronometrează timpul cursei plutitorului între doi senzori de cursă 11. Senzorii sunt conectaţi la un cronometru electronic de la pupitrul de comandă, unde se citeşte, în funcţie de timpii cronometraţi ai deplasării plutitorului, debitul refulat de pompă. Supapa electromagnetică 13 serveşte pentru evacuarea rapidă a uleiului din debitmetru. 219
11.3.2. Diagnosticarea filtrelor de ulei – se poate face pe un post de lucru, legat de circuitul hidraulic al standului de testare a pompelor de ulei. Filtrele se testează pentru determinarea căderii de presiune a uleiului la trecerea prin filtru şi al funcţionării supapei de reţinere, precum şi pentru analiza gradului de filtrare. Căderea de presiune pe filtru este legată de gradul de încărcare cu impurităţi a elementului filtrant, fiind un parametru de apreciere a parcursului optim, la care este necesară schimbarea filtrului, în corelaţie cu condiţiile de exploatare şi de mediu. La temperarura de regim a motorului, la turaţia nominală este admisibilă o cădere de presiune de 0,35 ÷ 0,45 barr. Funcţionarea supapei de reţinere a filtrului este hotărâtoare pentru valoarea timpului de amorsare a sistemului de ungere la pornirea motorului. La motoarele mari mai ales,neetanşeitatea supapei de reţinere (care facilitează golirea canalizaţiei de ungere în starea de repaus a motorului), provoacă o creştere a timpului de amorsare de 3 – 5 ori, ceea ce amplifică în mod deosebit uzura cuplelor de frecare ale motorului, în perioada de pornire. 220
Bibliografie
[1] [2]
Arinin, I., N – Diagnostirovanie tehnicescovo sostoiania avtomobilei, Ed. Transport Moscova, 1978 Baumann, E - Sensortechnik für Kraft und Drehmoment. Reihe Automatisierungstechnik. VEB Verlag Technik Berlin
1983
[3] [4] [5] [6]
Baumann, E. – Elektrische Kraftmesstechnik.VEB Verlag Technik Berlin 1976 Bernstein, H., Joachim B.P.C.- Labor. Markt & Technik Buch-und Software-Verlag Gmbh & CO 1993 Beyer, W.– Industrielle Winkelmesstechnik. Expert-Verlag Gmbh Ehningen bei Böblingen 1989 Bobescu, G., Ţurea, N., ş.a. – Motoare pentru automobile şi tractoare, vol. III, Ed. Tehnica – Ingo, Chişinău, Rep. Moldova, 2000. [7] Bodea, M., s.a. – Aparate electronice pentru mãsurare si control. EDP Bucuresti 1985 [8] Bohner, M.Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik Verlag Europa-Lehrmittel, Naurney, Vallnuer Gmbh CO Haan-Gruiten 1992 [9] Câmpian, V., s.a. – Automobile. Universitatea din Brasov 1989 [10] Chiru, A., Marincaş D. – Tehnologii speciale de fabricare si reparare a autovehiculelor. Universitatea Transilvania Brasov 1991 [11] Conrad, K., H – Prufen und Messen am PKW, Veb Verlag Berlin, 1982 [12] Doinaru, L – Aparatura de injecţie pentru motoare diesel, Ed. Tehnică Bcureşti, 1973 [13] Enache, V. – Echipament electric şi electronic pentru autovehicule, vol. 1, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2002. [14] Frăţilă, G., Mărculescu., G – Sistemele de frânare ale autovehiculelor, Ed. Tehnică Bucureşti, 1986 [15] Haken, H. – LaserTheory.Springer-Verlag.Berlin(West), Heidelberg, New York 1970 [16] Halderman, J., Mitchell, C. – Automotive technology, Prentice Hall, Ohio, SUA, 1999 [17] Hilohi, C., Untaru M., Druta Gh. – Metode si mijloace de încercare a automobilelor. Editura Tehnicã 1982 [18] Hofmann, D. – Handbuch Messtechnik und Qualitätssicherung. VEB Verlag Technik Berlin 1977 [19] Horst, G. – Fahrwerkdiagnose. Vogel-Buchverlag (Vogel Fachbuch) Würzburg 1997 [20] Jdanovski, N., S – Diagnostica avto-tractonîh dvigatelei, Ed. Kolos, Leningrad, 1977 [21] Kasedorf, I. – Diesel befecskendezok – Ed tehnică Budapesta, 1988 [22] Lefter, E. – Sisteme de aprindere pentru motoare termice, Ed. Electus, Piteşti, 2000. [23] Manea, C., Stratulat, M. – Fiabilitatea şi diagnosticarea automobilelor, Ed. Militară, Bucureşti, 1982. [24] Marincaş, D., Negruş, E., Radu, G., Chiru, A – Combustibili, lubrifianţi şi materiale speciale pentru automobile, E.D.P. Bucureşti 1983 [25] Mitschke, M., Fehlauer J. – Einfluss der Radaufhängungskinematik auf des Fahrverhalten. Deutsches Kraftfahr- und Strassenverkehrstechnik nr. 231 pag. 5-38 1973 [26] Mondiru, C. – Autoturisme Dacia, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1990. [27] Mondiru, C., ş.a. – Echipamente şi tehnici de diagnosticare a autovehiculelor. Institutul Politehnic Bucureşti, Institutul de Subingineri Piteşti, Piteşti, 1987. [28] Nagy, T., Sălăjan, C. – Exploatarea şi tehnica transportului auto, E.D.P., Bucureşti, 1982 [29] Negruş, E., Soare I.,Tãnase F. – Cercetarea experimentalã a autovehiculelor. Institutul Politehnic Bucuresti 1982 [30] Nicolescu, M. – Optimizarea lucrărilor de mentenanţă pentru sistemele electrice şi electronice ale automobilului pe baza diagnosticării la bord, teză de doctorat – Universitatea Transilvania din Braşov, 2003. [31] Reimpell, J. – Fahrwerktechnik: Lenkung. Vogel-Buchverlag Würzburg 1984 [32] Sălăjan, C., Ţurea, N., ş.a. – Diagnosticarea automobilelor, Ed. Universităţii Transilvania din Braşov, 2005. [33] Seitz, N., Evache, V., ş.a. – Echipament electric şi electronic pentru autovehicule, Universitatea Transilvania din Braşov, 1987. [34] Sergheev, A., G. – Tocinost i dostovernosti diagnostiki abtomobilia, Ed. Transport, Moscova, 1980 [35] Stratulat, M., ş.a. – Diagnosticarea automobilului, Societatea ŞTIINŢĂ ŞI TEHNICĂ s.a., Bucureşti, 1998. [36] Tãnase, F.,Soare I.,Baciu E., Bejan N. – Tehnologia reparãrii automobilelor. EDP Bucuresti 1983 [37] Thierheimer, W. – Studiul corelãrii suspensiei cu directia la autoturisme de oras. Referat doctorat nr.1. Universitatea Transilvania Brasov 1993 [38] Thierheimer, W. – Cercetări privind optimizarea corelării suspensiei cu direcţia la autoturismele cu tracţiune pe faţă. Tezã de doctorat. Universitatea Transilvania Brasov 1998 [39] Tocaiuc, Ghe. – Echipamentul electric al automobilelor, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1982. [40] Tom, Denton – Automobile electrical & electronic systems, SAE, Anglia, 1995. [41] Tomuţa, O. – Acumulatoare electrice, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1988. [42] Toshihiko, Omori – Electronic controlled fuel injection system for clean diesel engine, Ed. ATZ/MTZ Sonderheft Motor und Umwelt, 1992 [43] Ţurea, N., ş.a. – Echipamente şi tehnici de diagnosticare a automobilelor, Universitatea Transilvania din Braşov, 1996. [44] WABCO – Beschreibung der Druckluftgerate in Fahrzeugen [45] * * Automotive Handbook, Robert BOSCH, Stuttgart, Germania, 1990 - 2000
221
