Diagnosticarea Stării Tehnice a Motoarelor

CUPRINS

Capitolul 1

Principiile generale ale diagnosticării autovehiculelor

1.1 Definiții

Diagnosticarea tehnică a autovehiculelor reprezintă totalitatea operațiilor tehnice și tehnologice necesare pentru determinarea stării tehnice și a capacității de funcționare a unui sistem sau a întregului automobil, precum și evaluarea acestora în raport cu condițiile de exploatare, fără demontarea pieselor sau a ansamblului respectiv.

În același timp diagnosticarea permite evaluarea resursei remanente și a capabilității funcționale a automobilelor, în limitele solicitărilor date de regimul de exploatare și a prognozării duratei sigure de funcționare ( fără căderi ).

În cazul operațiilor de mentenanță apare necesitatea cunoașterii stării de degradare, nivelul reglajelor și interacțiunea elementelor sistemului dat, cu o precizie cât mai mare, deși mulți din parametrii care definesc capacitatea de funcționare a unui ansamblu nu pot fi evaluate prin determinări directe (ex. consumul specific de combustibil, precizia ajustajelor, etc).

Evaluările stării tehnice realizate prin metodele și mijloacele de diagnosticare tehnică, pe de altă parte, sunt necesare pentru limitarea solicitărilor în exploatare în funcție de timp, astfel încat să se poată lua unele măsuri tehnice de refacere a capacității funcționale, prevenind astfel avariile grave ale unității tehnice respective.

La întreținerea tehnică în exploatarea autovehiculelor, diagnoza tehnică are scopul de a determina starea de degradare a unei piese sau ansamblu, în corelație cu nivelul nominal al parametrilor de funcționare, așa cum se poate vedea în figura 1.1.

Problematica diagnosticării tehnice nu se limitează în activitatea de mentenanță numai la determinarea stării tehnice ci și la evaluarea rezultatelor, adică a prelucrării logice a constatărilor diagnozei.

Figura.1.1

Obiectul evaluării este compararea stării tehnice momentane cu valoareaÎn schema-tabel 1 se sintetizează conținutul diagnosticării tehnice în corelație cu tehnica de întreținere.

Schema-tabel 1

La diagnosticarea complexă sau de profunzime a sistemelor, se obțin informații complexe despre starea și funcționarea sistemului.Acestea sunt de interes practic în cazul întreținerii tehnice numai daca prin diagnosticarea respectivă se poate localiza și elementele care provoacă abateri funcționale ale sistemului.

Evaluarea stării tehnice pe baza diagnosticării complexe necesită cunoștințe temeinice despre structura obiectivului diagnosticat și a interacțiunii elementelor componente.Se aplică procedee de gândire deductivă, care în cazul diagnosticării complexe pot fi configurate prin tehnica de calcul, prin sisteme de “expert sistem”. Detectarea elementelor “răspunzătoare” pentru o anumită stare a sistemului, dă posibilitatea stabilirii unor tehnologii de diagnosticare specifice, cum ar fi combinarea informațiilor multiple, pas cu pas, într-o ierarhie logică ce definește starea elementului în cauză (ex. simptome de funcționare sau nefuncționare a sistemului și măsuratorile de diagnosticare).

În figura 1.2. se prezintă o schematizare a aplicației deductive a principiului “arborelui de defecțiuni” în scopul determinării elementelor care produc o stare definită (sau lipsa unei însușiri de utilizare a sistemului). În exemplul dat apariția semnalului de diagnosticare A, B . . . . I la anumita valoare acționează asupra elementului (a) care este răspunzător de starea observată a sistemului.

Figura 1.2.

O caracteristică importantă a diagnosticării tehnice este determinarea prin măsurători și evaluarea stării tehnice cu demontări puține sau mai ales fără demontare.Această însușire este importantă deoarece demontările repetate provoacă o noua stare de rodaj față de starea anterioară datorită configurației microgeometrice diferite a pieselor conjugate, ceea ce în final duce la o intensificare a uzurii.

Determinarea stării tehnice fără demontarea componentelor poate fi programată în perioada de exploatare pe baza unor întreruperi planificate ale funcționării în cadrul programului general de mentenanță.

Volumul de muncă în cazul diagnosticării fără demontare este în mod firesc mai redus ca în cazul demontărilor.

Diagnosticarea tehnicii prin procesul sau de măsuratori are “rădăcini” în tehnica măsurării, iar prin secvențele de prelucrare a valorilor măsurate și în informatică.

Ca urmare a utilizării polivalente a diagnosticării în fabricația, exploatarea și întreținerea sistemelor tehnice, diagnosticarea tehnică s-a dezvoltat ca o disciplină parțială a știintelor tehnice având un pronunțat caracter autonom.

Domeniul principal de utilizare a diagnosticării în procesul de mentenanță a autovehiculelor îl reprezintă inspecțiile tehnice planificate și operative, controlul calității întreținerii, reviziile impuse de legislații pentru siguranța circulației și protecția mediului.

În general, în domeniul tehnic diagnosticarea are o vastă arie de aplicabilitate pentru că are avantajul evitării determinărilor subiective a stării tehnice și asigură precizia determinărilor cu un efort minim.

1.2.Domeniile de utilizare în cadrul întreținerilor tehnice

În cadrul întreținerilor tehnice, diagnosticarea are mai multe domenii de acțiune care se intersectează parțial în ceea ce privește utilizarea mijloacelor tehnice de investigare, iar diferitele domenii de utilizare duc la strategii diferite.

Una din cele mai frecvent întâlnite este diagnosticarea funcțională. Această formă de diagnosticare cuprinde un complex de măsuri prin care se verifică direct sau indirect capacitatea de lucru a unui sistem tehnic pe baza măsurării principalilor parametrii ai sistemului. Rezultatele măsurătorilor se compară cu valorile limită stabilite pentru sistemul dat.

Diagnosticarea funcțională utilizează în general mărimi măsurabile complexe indirecte, făcând posibilă determinarea capacității sistemului de exercitare a unei funcțiuni, precum și efortul necesar îndeplinirii funcțiunilor respective.În acest sens, diagnosticarea funcțională cuprinde verificările calității recondiționărilor, reglajelor, pregătirea și supravegherea exploatării sistemelor tehnice.

În funcție de modul de efectuare, diagnosticarea funcțională poate fi realizată intern (computer de bord) sau extern cu aparate specializate pe sistemele autovehiculelor.

În cazul în care elementul sau sistemul diagnosticat prezintă valori în afara valorilor limită sau este complet nefuncțional, se impune determinarea cauzelor abaterilor respective (dereglări inadmisibile sau elemente defecte).

Diagnosticarea defectoscopică are menirea să determine:

cauza defecțiunii;

localizarea elementelor defecte sau a dereglajului;

parametrul de stare modificat.

Un rol important al diagnosticării defectoscopice este și aprecierea modului în care sunt intercondiționate regimul de exploatare, sarcina de transport, regimul de mentenanță, cu natura defecțiunii.

Funcția de evaluare a diagnosticării defectoscopice are în vedere stabilirea măsurilor de repunere în funcțiune a sistemului.Volumul de muncă pentru repunerea în funcțiune îl constituie operațiile de reglaje necesare sau operațiile de înlocuire a elementelor nereglabile defecte.

Starea de defectare trebuie determinată fără demontare, numai pe baza comparării parametrilor de diagnosticare măsurați, cu valorile limită a parametrilor respectivi.Pe baza evaluării diagnosticării defectoscopice se stabilesc, în intervalul prognozat al duratei remanente de funcționare, măsurile de întreținere preventive și termenul viitoarei diagnosticări de control.

Diagnosticarea duratei remanente de funcționare este un alt domeniu de aplicație al diagnosticării tehnice.

Această formă de diagnosticare se realizează ca o operație de sine stătătoare de genul “verificare-planificare”. Pe baza rezultatelor diagnozei resursei (duratei) remanente de funcționare se prevăd termenele raționale ale operațiior de întreținere și durata funcțională fără căderi a automobilelor.

Diagnosticarea defectoscopică și diagnosticarea resursei (duratei) remanente de funcționare formează împreună diagnosticarea de degradare.

1.3. Tipuri de diagnosticare

În afară de cele trei tipuri principale de diagnosticare amintite mai înainte, există o clasificare tipologică din alte puncte de vedere, asa cum se prezintă în figura 1.3.

Se poate observa în figura 1.3. că în funcție de căștigul informational se deosebesc diagnosticările complexe (globale) de diagnosticările de profunzime (pe elemente). De exemplu, în cazul unei diagnosticări defectoscopice, prin diagnosticarea complexă (globală) se determină sistemul care prezintă anomalii funcționale sau este defect și după aceea, pe baza diagnosticării de profunzime, elemental defect sau dereglarea care a generat funcționarea aparametrică.

Figura 1.3

Toate tipurile principale de diagnosticare tehnică pot cuprinde planificat întregul automobile (diagnosticarea totală, de ansamblu) sau pot să se rezume la un mecanism sau sistem anume din structura automobilului, în acest caz numindu-se diagnosticare parțială. Diagnosticarea totală sau parțială poate să apară la toate cele trei tipuri principale de diagnosticare.

Diagnosticările pot fi repetate la intervale fixe (determinate de condițiile de exploatare relevante din punct de vedere al proceselor de deteriorare) sau se efectuează continuu cu aparatura adecvată la bordul autovehiculului.Aceste deosebiri duc la diagnosticarea periodică sau permanentă. La intervale lungi între diagnosticări se practică utilizarea aparatelor externe în stații de diagnosticare specializate care necesită un efort însemnat de dotare tehnică.

Informațiile de diagnoză utilizate cu frecvență mare (temperaturi, presiuni, etc.) se obțin cu aparatură instalată în sistemele automobilului cu unități electronice de comandă și control (ECU) (computere de bord). Sistemele automobilului au încorporate senzori singulari care transmit semnale analogice semnalul central de comandă și de memorizare a datelor.

În ceea ce privește succesiunea temporală, diagnosticările planificate pe termen lung și cele legate de întreținerea preventivă sunt globale sau parțiale, iar în cazul unor defecțiuni, diagnosticări defectoscopice.

1.4. Clasele diagnosticării tehnice

Din punct de vedere al scopului și al domeniilor de aplicație a diagnosticării tehnice în cadrul mentenanței 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 obținând o decizie de forma bine-rău. Diagnosticarea empirică nu aparține unei diagnosticări tehnice exacte, deoarece nu poate determina o prognoză de funcționare, însă la elemente sau sisteme simple poate fi satisfacatoare în cazul în care se efectuează de un personal cu experiență. Se poate utiliza în cazul unei diagnosticări globale.

Diagnosticarea tehnică simplă se aplică la stabilirea stării tehnice a sistemelor automobilului cu ajutorul aparatelor de masură de regulă cu indicațiile analogice sau digitale speciale sau legate de tip (sistemul de alimentare , sistemul de frânare sau direcție, etc.). Evaluarea stării tehnice rezultă din compararea mărimii măsurate cu valori nominale ale parametrilor de stare, respective de diagnosticare prin urmărirea tendinței de modificare a parametrilor de diagnosticare în raport cu valorile limită de degradare stabilite empiric. Pentru sistemele importante ale automobilului, pe baza acestei forme de diagnosticare se obține o prognozare a resursei remanente de funcționare dar cu eroare relativ mare. Diagnosticarea tehnică simplă se utilizează în cadrul diagnosticărilor globale (defectoscopice) sau planificate care se practică la societățile de transporturi.

Diagnosticarea tehnică cu un sistem de aparate de verificat evaluarea statistică a stării de degradare

Starea tehnică a sistemelor automobilului se determină cu un computer polivalent de aparate asistate de calculator cu afisaj digital. Evaluarea stării tehnice se face în limitele de deteriorare stabilite anterior iar rezultatul diagnozei înregistrează și se prelucrează statistic constituind baza pentru determinarea resursei remarente de funcționare. Această clasă, pe baza unei succesiuni raționale a lucrărilor permite diagnosticarea complexă sau de profunzime și o întreținere tehnică efectiv dependentă de starea sistemului la un moment dat.

Diagnosticarea tehnică cu un complex verificat de aparate și prelucrarea automată a informațiilor

O determinare cuprinzătoare a stării tehnice a sistemelor se realizează prin intermediul aparatelor de măsură coroborate între ele, constituind un complex. Datele de măsurare, de la caz la caz, chiar fără afișare digitală, se transmit unui sistem de diagnoză interior, respectiv computer de diagnosticare, care coordonează procesele de măsurare și evaluează datele de diagnoză sau semnalele de diagnosticare, acestea fiind stocate într-o memorie și transmise unui calculator exterior (casetă de diagnosticare).

Evaluarea rezultatelor se realizează în comparație cu limitele de deteriorare fundamentate statistic sau tehnico-științific sau pe baza prognozelor resurselor remanente de funcționare stabilite anterior.

Datele de măsurare, în cadrul acestei forme de diagnosticare, se prelucrează automat iar pe imprimantă se obtin măsurile de repunere în funcțiune (reglaje necesare, înlocuiri, etc.) Totodată, datele obținute după măsurare se stochează într-o memorie pentru utilizări ulterioare. Această clasă este utilizată la diagnosticarea complexă și de profunzime a sistemelor complicate.

Diagnosticarea automată

Se caracterizează prin determinarea și evaluarea tuturor parametrilor de diagnosticare într-o succesiune continuă, automată.

Automatizarea poate fi extinsă până la nivelul deciziilor de întreținere. Efortul manual se reduce la corectarea sau reglarea pozitională 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 construcției și exploatării automobilelor pot apărea și forme mixte.

Clasele de diagnosticare amintite mai sus sunt destinate în primul rând diagnosticărilor exterioare. Pentru diagnosticări interne sunt realizabile diagnosticări tehnice simple, diagnosticarea asistată de calculator și evaluarea statistică a stării de deteriorare până la indicarea unor măsuri de întreținere.

Nivelul actual este reprezentat de clasele 3-4 și în cazuri simple 1 și 2. Clasa a 5-a se aplică la sisteme complexe (motor, instalație de frânare, etc.).

În figura 1.4. se prezintă o imagine de ansamblu a procedeelor de diagnosticare.

Figura 1.4

1.5. Tehnologia și structura procesului de diagnosticare

Un proces din sfera mentenanței automobilelor poate fi structurat în:

procesul de măsurare pentru diagnoză;

procesul de evaloare a rezultatelor;

Valorificarea rezultatelor diagnozei pentru întreținere și prognozare se realizează printr-un proces parțial de prelucrare a datelor obținute la verificarea mai multor unități (automobile, motoare de tip asemănător) într-un interval de timp sau asupra unui singur rezultat care a fost supus unui șir de verificări într-un interval de timp dat. Aceste informații pot defini evoluția fenomenului (proces de uzură, îmbătrânire etc.) și în consecință determină strategia de întreținere dependentă de starea tehnică a sistemului respectiv.

În figura 1.5. se prezintă schematic structura procesului de diagnosticare din acest punct de vedere și întrepătrunderea dintre procesul de diagnosticare și procesul de întreținere. Săgețile indică fluxul funcțional.

Rezultatele diagnosticării conțin atât nivelul stării tehnice a unui sistem cât și o serie de informații de genul parcursului optim pentu operațiile de mentenanță, instalațiile cele mai adecvate pentru întrețineri, disponibilitatea capacității de întreținere (materială, forța de muncă etc.).

Ca tehnologie de diagnosticare este definită combinația de aparate, procedee de măsurare și evaluare pentru rezolvarea unor probleme de diagnosticare. În dependență de scopul și de starea obiectului de diagnosticat se deosebesc următoarele forme de tehnologii:

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 funcționare definit din caracteristica de turație sau funcționarea instalației de frânare);

tehnologii de diagnosticare variabile, întocmite pe baza unor scheme-cadru în special pentru diagnosticarea defectoscopică în situația apariției unui rezultat negativ de diagnosticare funcțională globală sau pierderea vizibilă a capacității de functționare.

În acest caz, în funcție de situație, apare utila diagnosticarea de profunzime vizând diferite procedee de măsurare pentru aceeași mărime de stare într-o succesiune optimală stabilită empiric sau asistată de calculator. Această succesiune constă dintr-o eșalonare periodică a procesului de măsurare pentru diagnosticare și de evaluare a rezultatelor până la soluționarea problemei în ansamblu.

Figura 1.5

În figura 1.6. si 1.7. se prezintă în mod simplificat, în forma generală, tehnologiile de diagnosticare defectoscopică și a duratei remanente de funcționare. La algoritmul pentru diagnosticarea defectoscopică rezultă că aceasta este necesară ca urmare a unei disfuncții vizibile sau care s-a depistat la o diagnosticare funcțională. Diagnosticarea globală (complexă) și de profunzime se efectuează în funcție de rezultatele parțiale atinse. Important este ca fiecare operație de întreținere să se încheie cu o diagnosticare funcțională. În figura 1.6. se poate observa că diagnosticarea de profunzime a elementului component al unui sistem decurge într-o succesiune logică parțial analogă cu algoritmul diagnosticării sistemului.

În figura 1.7. se prezintă algoritmul simplificat pentru diagnosticarea resursei remanente de funcționare a unui sistem.

Fiecare diagnosticare a duratei remanente de funcționare începe asa cum se indică în figura 1.7., cu o diagnosticare funcțională complexă. Numai în cazul în care există un rezultat pozitiv (de la unul sau mai multe reglaje) se poate aborda o diagnosticare a duratei remanente de funcționare. Această diagnoză constă dintr-o diagnosticare de profunzime a sistemelor parțiale și a elementelor.

Prin structura procesului de diagnosticare se ințelege ansamblul de lucrări format din:

efectuarea măsurătorilor;

evaluarea diagnosticării;

coordonarea diagnozei în exploatara autovehiculelor și a procesului de mentenanță;

evaluarea economică a procesului de diagnosticare.

Evaluarea diagnosticării la întreținerea tehnică conduce, pe baza comparațiilor bine-rău, la determinarea limitelor de avertizare a funcționării.

Figura 1.6

Figura 1.7

În figura 1.8. se prezintă un exemplu pentru deducția problemei dupa întreținerea parțială sau o reparație capitală a unui sistem tehnic compus din două grupe funcționale. La evaluarea diagnosticării se prelucrează datele și constatările diagnozei în fișiere, pe baza cărora se stabilesc programe adecvate care să ducă la urmatoarele măsuri:

determinarea variației în timp a proceselor de uzură pentru stabilirea legilor de uzură și a limitelor acestora în funcție de rulaj sau timp de funcționare;

calculul mediei timpului de bună funcționare a elementelor și sistemelor și stabilirea ratei căderilor pentru diferite moduri de întreținere;

calculul frecvenței stărilor de defectare în vederea modificării programului de întreținere și pentru o exploatare optimală și economică a automobilelor.

Încadrarea diagnosticării în procesul de exploatare a autovehiculelor contribuie la o structură logică a operațiilor de întreținere tehnică, reducerea volumului de muncă, protecția mediului și a personalului.

1.6. Succesiunea operațiilor de diagnosticare

În scopul măririi eficacității diagnosticării (ex: câștigul de informație în raport cu efortul depus), importante sunt combinațiile și desfășurarea diferitelor feluri de diagnoze precum și succesiunea în timp în procesul de exploatare a automobilelor.

Figura 1.8

Figura 1.9

În figura 1.9. și 1.10. se prezintă succesiunile posibile ale operațiilor de diagnosticare. Succesiunea prezentată în figura 1.9. pornește de la verificările principale pe termene lungi, acestea fiind de regulă diagnosticări complexe. În funcție de rezultatele diagnosticării se va efectua o diagnosticare de profunzime (pe elemente), iar în continuare urmând să se procedeze la o operație de întreținere. La durate de funcționare remanente mai mari se pot realiza una sau mai multe verificări intermediare sau să se aștepte verificarea principală care urmează. O verificare principală este o diagnosticare complexă care se realizează la intervale mari. Verificarea intermediară, eventuală, este o diagnosticare totală sau parțială pentu precizarea rezultatelor verificării principale.

În figura 1.10. se prezintă succesiunea de tip Peysa a operațiilor de diagnosticare. Astfel la intervale de 500-700 de ore de funcționare, se efectuează diagnosticare complexă, ceea ce presupune un efort redus de măsurători. Ele urmăresc menținerea parametrilor funcționali independent de eventualele dereglări sau defectări întamplatoare care pot apărea. Dacă la aceste diagnosticări complexe (globale) se constată depășiri ale valorilor limită a parametrilor de diagnosticare se trece la o diagnosticare de profunzime (pe elemente).

Cele doua formule de succesiune ale operațiilor de diagnoză au un caracter exclusiv preventiv. Desigur că sunt excluse diagnosticările defectoscopice la intervale aleatoare în cazul unor defecțiuni sau căderi ale automobilelor. Succesiunea de tip Peysa din figura 1.10. este o reprezentare simplificată, unde volumul operațiilor de întreținere rezultă din diagnoza de profunzime în cazul în care nu apar căderi.

1.7. Parametri de diagnosticare

În sistemul de diagnosticare elementul esențial îl constituie parametrii de diagnosticare deoarece ei influențează întreaga structură a sistemului.

Funcționarea automobilelor este condiționată de interacțiunea între piesele constituite în structuri în serie sau în paralel, precum și de interactiunea cu mediul exterior. În procesul de exploatare aceste structuri suferă modificări continue sau discrete, trecând astfel prin diverse faze care reprezintă abateri mai mici sau mai mari, mai mult sau mai puțin importante de la starea inițială. Aceste modificări sunt de natură dimensională și de formă mecanică, de structură fizică, chimică, electronică sau complexă. Ele se pot exprima cantitativ, prin schimbarea valorilor unor parametrii ce caracterizează starea sistemului sau structurii respective (instalație, mecanică etc.), numiți parametrii de stare.

De cele mai multe ori însă, determinarea valorică exactă a acestor parametrii nu este posibilă, ceea ce îngreunează operațiile de determinare a stării tehnice. De aceea, se recurge la un procedeu de stabilire indirectă a stării tehnice prin aprecieri indirecte, operând cu alte mărimi dependente într-un anumit fel de parametrii de stare și măsurabile pe o cale oarecare.

Valoarea acestor parametrii, numiți parametrii de diagnosticare, constituie exprimarea cantitativă a schimbărilor survenite în structura ansamblului autovehiculului și deci a modificărilor parametrilor de stare ai acestuia.

De exemplu, grupul piston-cilindru are ca proces funcțional de fapt producerea de lucru mecanic util, dar pe lângă aceasta mai apar și alte procese auxiliare parazite: încălzire, fum la evacuare, zgomote, bătăi, arderea uleiului la sistemul de ungere, modificări ale presiunii de compresie, scăpări de gaze în carburant etc. Astfel de procese însoțitoare nu apar în cazul sistemelor cu stare tehnică bună sau se produc cu o intensitate neglijabilă, accentuându-se numai în cazul producerii defecțiunilor. În multe cazuri apariția lor este legată implicit de înrăutățire a parametrilor tehnici de exploatare ai mașinii, dar costituie indiciul sigur al existenței defecțiunii.

Intensitatea desfășurării acestor procese este determinată de starea tehnică a pieselor care constituie acest grup: pistonul, segmenții și cilindrul, adică parametrii săi de stare:

jocul dintre piston și cilindru;

jocul axial al segmenților în canale;

fanta segmenților;

elasticitatea și integritatea lor.

Aceste mărimi nu pot fi măsurate direct de la exterior fără demontarea motorului, dar variația lor, poate fi apreciată cantitativ indirect prin următoarele mărimi:

putere;

consum de combustibil și lubrifiant;

densitate de fum în gazele de evacuare;

debitul și presiunea gazelor scăpate în carter;

presiunea în cilindru la sfârșitul compresiei;

scăpările de aer;

intensitatea și natura zgomotelor.

Aceste mărimi sunt măsurabile fără demontarea motorului și constituie parametrii de diagnosticare ai grupului piston-cilindru. Având în vedere cele de mai inainte, parametrii de diagnosticare se împart în trei categorii:

Parametrii care țin de procesele fundamentale și care determină funcționabilitatea automobilului: puterea motorului, consumul de combustibil, spațial de frânare, gradul de patinare al ambreiajului, temperatura lichidului de răcire. Acești parametrii dau informații globale asupra stării tehnice generale a automobilului sau a unora din ansamblele sale. De aceea ei servesc pentru diagnosticarea generală sau complexă a automobilului prin care se urmărește determinarea stării generale a automobilului fără localizarea precisă a defectelor.

Diagnosticul în asemenea testări este: corespunzator-necorespunzător pentru exploatare. Diagnosticarea generală dă verdicte de funcționabilitate a automobilelor sub raportul cerințelor privind economia de combustibil și lubrifianți, securitatea circulației, normele de poluare.

Parametrii de diagnosticare care derivă din fenomenele care însoțesc procesele fundamentale: vibrații, zgomote, modificări chimice etc. Această categorie dă informații mai înguste, dar restrânge aria de investigație, localizând defecțiunea. Din acest motiv este folosită la cercetarea amanunțită a ansamblurilor și pieselor vehiculului și poartă denumirea de diagnosticare de profunzime sau pe elemente.

Diagnosticarea pe elemente o succede pe cea generală atunci când la diagnosticarea generală a rezultat necorespunzator și urmărește să determine exact starea tehnică a ansamblelor (motor, transmisie, frâne etc.) precizând și necesitatea de întreținere sau reparare.

A treia grupă a parametrilor de diagnosticare sunt parametrii geometrici care conțin mărimi ca: jocul axial și jocul radial, coaxialitatea, cursa liberă, paralelism, unghiuri.

Parametrii geometrici dau informații limitate dar concrete asupra stării tehnice a organelor aflate în interactțiune.

Alegerea parametrilor de diagnosticare se face în funcție de caracteristicile lor care exprimă legăturile lor cu parametrii de stare.

Particularitățile parametrilor de diagnosticare sunt:

univocitatea;

sensibilitatea;

informativitatea;

repetabilitatea;

economicitatea.

Univocitatea – exprimă caracterul legăturii între parametrii de stare și 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 variație a primei mărimi:Sn…S1 (Sn – valori nominale, S1 – valori limită ale parametrului de stare) curbele 1 și 2 din figura 1.11.

Univocitatea se traduce prin condiția matematică a creșterii sau descreșterii monotone a parametrului de diagnosticare, fără extreme.

În caz contrar, unei valori a parametrului de diagnosticare D îi corespund mai multe stări tehnice S1, S2, S3 dintre care unele pot ieși din domeniul limită admisibil în exploatare fără ca factorul de diagnosticare să semnaleze aceasta (curba 3). Se înțelege ca valoarea unui astfel de parametru de diagnosticare este scăzută.

2.Sensibilitatea unui parametru de diagnosticare arată variația sa specifică atunci când valoarea parametrului de stare s-a modificat elementar și este dată de valoarea absolută a raportului:

Figura 1.11

După cum se vede din diagrama (fgura 1.11) sensibilitatea factorului de diagnosticare D1 este mai mare decât cea a lui D2 deoarece:

>

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 determinat de un singur parametru de stare S cum e cazul celor mai simple sisteme:

D → S

Mai este maximă și atunci când același parametru de stare – S determină valorile mai multor parametrii de diagnosticare D1, D2, D3.

D1 = f1(S);

D2 = f2(S);

D3 = f3(S).

Gradul de informativitate este redus cand mai mulți parametrii de stare S1, S2, S3 influențează aceelași parametric de diagnosticare D.

Astfel de legături care caracterizează parametric de diagnosticare cu informativitate slabă sunt proprii ansamblurilor cu structuri complexe care pot prezenta mai multe feluri de stări reale, adică pot avea diferite defecte caracteristice. În această situație, gradul cel mai înalt de informativitate îl va avea parametrul de diagnosticare care atinge nivelul limită admisibil – D1- corespunzător valorii limită – S1 – a unui parametru de stare, în cazul unei singure defecțiuni probabile, iar cea mai mica informativitate o va avea acel parametru de diagnosticare care va atinge această valoare în cazul tuturor defectelor posibile.

4.Stabilitatea (repetabilitatea) parametrului de diagnosticare este determinata de abaterea maximă a mărimii acestuia față de valoarea sa medie, în cazul repetării probelor în aceleași condiții de testare.

Un parametru de diagnosticare este cu atât mai valoros cu cât repetabilitatea sa este mai mare, deci cu cât valorile obținute sunt mai grupate.

5.Economicitatea exprimă cheltuielile specifice impuse de măsurarea parametrului de diagnosticare.

Alegerea parametrilor de diagnosticare din totalitatea parametrilor disponibili se face folosind criteriile enumerate mai sus. Stabilirea numărului total de parametri de diagnosticare ai unui sistem are loc pe baza unei scheme în care sunt figurate legăturile structurale dintre sistem și mărimile fizice cu ajutorul cărora se pot face aprecieri cantitative asupra proceselor principale și auxiliare.

Capitolul 2

Diagnosticarea stării tehnice a motoarelor

2.1. Aspecte generale

Parametrii energetici, economici și ecologici ai motoarelor de autovehicule sunt dependenți de starea tehnică generală a acestora aflată într-o continuă modificare în procesul de exploatare.

În general schimbarea stării tehnice se produce în sensul înrăutățirii parametrilor ca urmare a uzurii normale sau accidentale a elementelor structurale a subansamblelor (mecanism motor, mecanism de distribuție, instalația de alimentare, răcire, ungere, aprindere etc.) precum și a dereglării sau avarierii unora din componente.

Diagnosticarea motorului se poate realiza în două moduri:

Diagnosticarea globală sau generală

Diagnosticarea de profunzime sau pe elemente

a)Parametrii de diagnosticare generală trebuie să fie niște mărimi de a căror valoare să depindă starea tehnică a mai multor componente ale motorului.

1. Parametrii de diagnosticare generală utilizați sunt:

putera efectivă a motorului;

consumul de conbustibil;

nivelul de zgomot;

gradul de poluare.

Dependența dintre parametrii de diagnosticare arătați mai sus și parametrii de stare ai motorului grupează mecanismele și sistemele în felul următor:

1. Puterea și consumul de combustibil;

instalația de alimentare cu aer și combustibil;

mecanism motor;

mecanism de distribuție;

sistem de răcire;

instalație de aprindere.

2.Nivelul de zgomot:

instalația de alimentare aer-combustibil;

mecanism motor;

instalația de răcire;

mecanism de distribuție.

Nivelul noxelor din gazele de evacuare:

instalația de alimentare aer-combustibil;

mecanism de distribuție;

instalația de aprindere;

mecanism motor.

b)Diagnosticarea de profunzime se face în cazurile în care semnalele de diagnosticare generală au valori inadmisibile (în afara limitelor) la repararea sau înlocuirea unor componente precum și în situații de avarii.

Ținându-se seama de semnalele de diagnosticare specifice componentelor care urmează a fi testate, alegerea parametrilor de diagnosticare trebuie să se facă și în funcție de capacitatea de informație, apreciată pe baza coeficientului informațional -Kinf. Acest coeficient indică dinamica schimbării valorii parametrului de control în funcție de parcursul automobilului și permite să se compare capacitățile informaționale a parametrilor de diagnosticare care au baze fizice diferite.

2.2.Diagnosticarea generală a motoarelor

2.2.1.Diagnosticarea după puterea efectivă

Această formă de diagnosticare se poate realiza prin:

determinarea directă a puterii;

suspendarea funcționării cilindrilor.

Determinarea puterii efective a motorului pe standuri de încercări dinamice a automobilelor, facilitează în mod obiectiv introducerea unor aproximări deoarece:

P = cf ce ηtr Pen

Prin urmare puterea efectivă a motorului la momentul determinării diminuată de abaterea de la valoare de proiectare a puterii datorită limitelor de toleranță acceptate în fabricație de – 5% (deci cf = 0,95), scăderea puterii ca efect a procesului de exploatare ce = 0,85…0,9 și scăderea ca urmare a pierderilor la transmisie (ntr = 0,88…0,92 la autoturisme și 0,82…0,88 la autocamioane).

Deci puterea efectivă la roată este:

Pe = (0,65 – 0,8)Pen

Dar cazul în care determinările pe standuri cu rulouri dau valori ale puterii în afara limitelor din relația anterioară și transmisia este în stare tehnică bună, impune o diagnosticare de profunzime a motorului.

Diagnosticarea prin suspendarea funcționării cilindrilor se bazează pe punerea în evidență a rezistenței interne create de unul sau mai mulți cilindrii la scoaterea din funcționare a unui cilindru (sau mai multor cilindrii) prin întreruperea aprinderii sau alimentării cilindrului respectiv.

La acest regim, funcționarea stabilă a motorului este condiționată de egalitatea dintre cuplul motor indicat și cel rezistent:

Mi1 = Mr

În diagrama din figura 2.1. corespunzătoare unui motor cu aprindere prin scânteie, această egalitate se realizează prin turația (n1) la punctul 1. Întreruperea aprinderii la unul dintre cilindrii va provoca scăderea cuplului motor indicat la Mi2, refacerea echilibrului se poate realize numai la o turație redusă (n2) adică la punctul 2.

Mi2 = M

În cazul în care jocurile din mecanismul motor sunt mai mari, atunci pierderile de energie prin frecare sunt mai reduse, la cilindrul la care s-a înterupt aprinderea. Scăderea cuplului indicat va fi mai mic (M3) iar echilibrul funcțional se stabilește în punctul 3 unde n3 mai mare decât n2.

Prin urmare cilindrii cu stare tehnică corespunzatoare vor crea reduceri mai mici de turație prin scoaterea lor din funcțiune decât ceilalți.

Aparatele destinate diagnosticării, după acest principiu, au de regulă două scale: una indică turația, iar cealaltă variația procentuală a acesteia. Dacă variațiile procentuale de turație între cilindrii nu depașesc 4 %, se consideră în stare tehnică bună.

În caz contrar se investighează cauzele care duc la funcționarea defectuoasă a cilindrilor la care s-a constatat cea mai mica reducere de turație.

La motoarele diesel se întamplă unele dificultăți în aplicarea metodei, deoarece nu se poate masura turația arborelui motor pe cale stroboscopică ci numai pe cale mecanică, iar domeniul determinărilor se limitează la zona de turație în care regulatorul este activ, adică în zona (nmax – nmin) figura 2.2.

Regimul de funcționare se stabilizează în punctul 1. La întreruperea alimentării unui cilindru, cuplul motor indicat se reduce la Mi, echilibrarea regimului de funcționare putând fi realizată la starea 1 în cazul menținerii constante a turației la n1. Însă micșorarea cuplului motor duce la scăderea turației și regulatorul pompei de injecție va spori debitul injectat, mărind momentul motor și restabilind echilibrul funcțional în punctul 2 la turația n2 unde Mr = Mi’. Deplasarea suplimentară a cremalierei pompei de injecție (în cazul pompelor în linie) care s-a produs la scoaterea din funcțiune a cilindrului respectiv poate fi măsurată cu un comparator montat la capatul liber al cremalierei, deplasare care servește drept criteriu de apreciere a mărimii neuniformității funcționării cilindrilor.

2.2.2. Diagnosticarea pe baza consumului de combustibil

Consumul de combustibil este un parametru de apreciere globală a stării tehnice a motoarelor în decursul procesului de exploatare sau după efectuarea reparațiilor la mecanismul motor și instalația de alimentare.

Uzura normală a mecanismului motor, dereglările care se produc la instalația de alimentare cu combustibil și echipamentul electric de aprindere provoacă creșterea consumului de combustibil raportat la unitatea de parcurs. Indiferent de tipul aparatului de măsurare a consumului de combustibil, unitățile de măsură folosite sunt: [ kg/h ] sau [ l/100 km ].

Există în prezent o largă varietate de tipuri constructive de altfel de aparate de măsurare a debitului de combustibil: rotametre, debitmetre cu membrană, cu piston sau volumice.

Un astfel de debitmetru volumic a cărui schemă de funcționare se prezintă în figura 2.3. este produs de firma Bosch (Germania) fiind caracterizat de timpul redus de măsurare și precizie ridicată. Se utilizează la măsurători pe standuri cu rulouri pentru testările dinamice ale automobilelor sau la măsurători individuale pe drum.

Figura 2.3

Înainte de începerea măsurătorilor propriu-zise, supapa electromagnetică (6) este închisă iar (3) redeschisă, ceea ce permite pompei (2) să alimenteze motorul cu aprindere prin scânteie (5) din rezervorul (1). La începerea măsurătorii se închide supapa (3) și se redeschide (6), ceea ce facilitează alimentarea motorului din vasul (4) tarat în cm3. În momentul în care plutitorul (7) ajunge în dreptul reperului (0), (primul de sus pe scala de masură) contactele (8) cuplează dispozitivul de înregistrare a distanței parcurse cu care este echipat standul.

Dupa 100 m de rulare pe stand, același dispozitiv repune supapele (3) și (6) în poziția inițială. Pe scala recipientului (4) se citește nivelul la care a ajuns combustibilul și deoarece scala este gradată în cm3 iar distanța parcursă a fost 100, indicația aparatului este de fapt consumul în l/100 km.

Pentru repunerea aparatului în situația de măsurare, se cuplează pompa electrică nouă a aparatului care reumple recipientul.

Pompa nouă este scoasă automat din funcție în momentul în care plutitorul (7) ajungând în poziția superioară acționează unb comutator de oprire a pompei.

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”. Se exemplifică tipul prezentat în figura 2.4., unul din modelele cu fiabilitate ridicată.

Figura 2.4

Partea principală a acestui tip de aparat se prezintă în figura 2.5.

Figura 2.5

Pistonul (1) care este executat cu o înaltă precizie dimensional și calitate corespunzătoare a suprafețelor, culisează liber în cilindru.La capetele cilindrului sunt montate microcontactele (4) care acționează bobinele supapelor electromagnetice (2) și (3) astfel încat daca o parte a pistonului este în legatură cu supapa de admisie (2) deschisă, cealaltă parte comunică cu supapa de refulare (3) deschisă. La sfârșitul cursei pistonul acționează contactul (4) care va închide admisia la (2) și o deschide la supapa (3), respectiv închide refularea la (3) și 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 injectare sau spre carburator. Precizia de măsurare a aparatului este de + 1% .

2.2.3. Diagnosticarea dupa zgomot

Ansamblul de sunete emise de motor are o plajă largă de frecvențe și intensități. În afara zgomotului produs de contactul pieselor aflate în mișcări reciproce, există zgomote produse de frecările între piese, curgerea fluidelor de lucru (aer, lichide de răcire, ungere etc.), funcționarea ventilatorului, oscilațiile gazelor în colectoarele de admisie și evacuare, procesele de ardere normală sau detonantă.

Uzura suprafețelor în contact și modificările de formă ale pieselor provoacă variația intensității zgomotelor, în sensul amplificării odată cu creștera jocurilor, de exemplu.

Prin urmare, măsurarea intensității și analiza frecvențelor zgomotelor produse de motor, oferă un mijloc de diagnosticare generală sau pe elemente a motorului, la regimurile caracteristice de funcționare a motorului dinainte stabilite.

Nivelul general de zgomot, ca parametru de diagnosticare generală a motorului, se măsoară cu sonometre cu cuart și se exprimă în decibeli (dB). Pentru eliminarea gradului de reflexivitate a mediului și pentru a reduce influența pereților reverberatori, distanța de plasare a microfoanelor sonometrelor în jurul motorului nu trebuie să depășească 20-30 cm. Limita admisibilă a nivelului de zgomot se situează între 600-100 dB, valorile mai ridicate fiind valabile pentru motoarele diesel.

Vibrațiile generate de funcționarea unor ansambluri de piese ale motorului (mechanism motor, mechanism de distribuție) permit o diagnosticare de profunzime a acestor grupe de componente ale motorului care se va dezvolta în cadrul capitolelor respective.

2.2.4. Diagnosticarea puterii motorului prin metoda accelerației în gol

Această metodă se bazează pe determinarea accelerației unghiulare a arborelui motor la accelerarea în gol (fără sarcină) a motorului.

Momentul (Mi) în cazul accelerării în gol are valoarea dată de relația:

Mi = Mf + J ∙ [Nm]

unde: Mf – momentul corespunzător pierderilor mecanice interne ale motorului în Nm

J- momentul de inerție al tuturor maselor în mișcare ale motorului redus la axa de rotație a arborelui motor în Nms2.

= ε – accelerația unghiulară a arborelui motor (s-2)

În situația accelerării bruște a motorului, în gol, în cilindrii întră o cantitate de combustibil corespunzătoare puterii maxime. Cu cât puterea efectivă pe care o poate dezvolta motorul este mai mare, cu atât crește mai rapid și turația arborelui motor, adică accelerația unghiulară este mai mare.

Puterea efectivă (Pe) dezvoltată de motor în procesul accelerării se determină cu relația:

Pe = = J∙ [kW]

unde:

n – turația motorului (rot/min)

Momentul de inerție J este o mărime constructivă, iar pentru un motor dat are o valoare constantă și cunoscută, ceea ce permite exprimarea puterii (Pe) sub forma:

Pe = c’

sau Pe = c’∙ n ∙ ε

unde: c = ,

c’ = – constante specifice unui anumit tip de motor.

Prin urmare din relația de mai sus rezultă că determinarea puterii efective a unui motor (Pe) se poate face măsurând turația (n) și accelerația unghiulară (ε) în condițiile accelerării bruște a motorului până la turația maximă.

Determinarea puterii motoarelor prin metoda accelerării în gol necesită o instalație care să permită măsurarea concomitentă a vitezei unghiulare (), a accelerației unghiulare și a turației și apoi să efectueze operații de înmulțire, după introducerea constantei (c’) caracteristică fiecărui tip de motor.

Măsurarea accelerației unghiulare și a turației motorului se realizează prin montarea pe carcasa volantului a unui traductor inductive sau utilizarea traductoarelor de turație existente, care generează impulsuri a căror frecvență este direct proporțională cu turația arborelui. Măsurătorile se realizează la regimul termic normal (85 – 95 C).

Dupa introducerea prin tastatura blocului de comandă a valorii constantei (c) corespunzătoare tipului respectiv de motor și a valorii turației (n) la care urmează să se determine puterea, de la mersul în gol , încet se accelerează brusc până la cursa totală a dispozitivului de accelerație (pedala, pârghie). Astfel pe monitorul aparatului sunt indicate valorile accelerației unghiulare, turației și puterii motorului, pe baza unor operații de calcul, adică a produsului dintre ε, n și constanta c’. Pentru motoarele supraalimentate cu turbosuflantă, valoarea puterii obținute de aparat se amplifică cu un coeficient de corecție care depinde de presiunea aerului de supraalimentare.

Schema de principiu a unui aparat cu indicare numerică este prezentă în figura 2.6.

Figura 2.6

În schema din figura 2.6. se poate vedea că impulsurile electrice de la senzorul 1 sunt transformate în impulsuri de tensiune în convertorul 2, care apoi se transmit la un convertor tensiune- perioadă 3. La valoarea nulă a potențialului dat la ieșirea convertorului tensiune – perioada 3, se deschide numărătorul de porți (contorul) 4 care rămâne deschis o durată de timp proporțională cu mărimea măsurată. În perioada în care este deschis, contorul 4 este alimentat cu impulsuri de frecvență constantă, de la un generator de impulsuri cu frecvență stabilă (oscilator) 5. Numărul de impulsuri care trec prin numărător reprezintă rezultatul codificat al măsurătorilor, care după decodificare apare pe panoul de afișare numerică 6.

În ultimul timp, pe plan mondial s-au realizat instalații perfecționate care permit măsurarea și înregistrarea valorilor cuplului și puterii dezvoltate de motor la diferite turații. Schema unei astfel de instalații complexe pentru măsurarea și înregistrarea momentului și puterii motorului prin metoda accelerării în gol este prezentată în figura 2.7.

Figura 2.7

Instalația este formată din senzorul inductiv (1), aparatul pentru înregistrarea turației și a accelerație unghiulare (2), multiplicatorul analogic (3) care efectuează produsul dintre turație si accelerația unghiulară ε în vederea determinării puterii efective Pe și aparatul înregistrator (4) (tip x – y). (5) și (6) reprezintă senzorul și aparatul de măsură a temperaturii lichidului de răcire.

Avantajul metodei de determinare a puterii prin metoda accelerării în gol constă în volumul redus de muncă și timp la efectuarea testărilor. Dezavantajul metodei constă în existența unor erori la determinarea puterii și complexitatea relativ mare a aparatului de măsurare.

2.2.5. Diagnosticarea pe baza presiunii de compresie

Măsurarea presiunii la sfârșitul compresiei ca modalitate de apreciere a gradului de etanșare a cilindrului este un procedeu utilizat frecvent, mai ales ca, în general, documentația tehnică a motoarelor de automobile dată de firmele constructoare indică valorile admisibile și limita ale acestei mărimi. Această metodă poate da rezultate decisive dacă este asociată și cu alte diagnosticări cum ar fi consumul de ulei prin ardere, pierderea de aer prin neetansietăti etc., având în vedere ca este caracterizată de un coeficient de informare sub 0,5.

Evitarea erorilor de diagnosticare la măsurarea presiunii de compresie impune condiții obligatorii privind turația arborelui motor și regimul termic în timpul probelor.

Influența turației arborelui motor se explică prin faptul că pierderea de substanță în procesul de comprimare depinde de durata acestuia, respectiv de viteza pistonului. În regim normal de funcționare a motorului, influența turației asupra pierderilor de gaze din cilindru este neînsemnată. În figura 2.8. se observă că în intervalul 0- 1000 rot/min există o influență majoră a variației turației asupra valorii presiunii la sfârșitul compresiei, iar la turații mai mari această influență este neglijabilă.

Prin urmare măsurătorile se realizează prin antrenarea arborelui motor cu demarorul care va trebui să asigure turații de cel puțin 180-200 (min-1). Aceasta presupune o încărcare la capacitatea maximă a bateriei de acumulatoare, demontarea tuturor bujiilor sau injectoarelor și deschiderea totală a clapetei de acelerație.

Figura 2.8

Compresometrele și compresografele utilizate (exemplu compresograful din figura 2.9.) au supape unisens și conuri de cauciuc care asigură o suficientă etanșare la nivelul orificiului bujiei sau injectorului.

Aparatul ce fixează prin apăsarea conului de cauciuc (1) în orificiul bujiei sau injectorului. Presiunea aerului deschide supapa (3) prevazută cu arcul (2) și ajunge în fața pistonului(4), care împreună cu arcul (5) formează manometrul aparatului. Deoarece formația arcului (5) este direct proporțională cu presiunea care acționează asupra pistonului (4), deplasarea capătului (6) al tijei pistonului este proporțională cu presiunea de compresie. Pârghia (7) articulată la tija (6) a pistonului va transmite mișcarea la capul de înregistrare (8) (prevăzut cu un vârf ascuțit care deplasându-se, imprimă pe hartia cerată, gradate în unități de presiune, valorile maxime ale presiunii la sfarșitul compresiei.

După fiecare măsurătoare, descărcarea aparatului și aducerea la zero a acului indicator se realizează prin apăsarea tijei (3) a ventilului unisens, iar suportul (10) împreună cu hârtia se deplasează la o distanță față de linia anterioară de măsurare pentru determinările la cilindrul următor. Așadar, pe aceeași diagramă vor fi imprimate valorile presiunilor de la toți cilindrii motorului, ceea ce permite analiza comparativă a presiunii. În general, valorile maxime ale presiunii de compresie se realizează dupa 10-15 curse ale pistonului.

Erorile datorate abaterii turației față de valoarea recomandată se pot corecta pe diagrama de corecție (fig.2.10.).

Figura 2.9

Regimul termic al motorului în timpul măsurătorilor influențează valoarea presiunii de compresie, ca urmare a influenței temperaturii asupra jocurilor din grupul piston-cilindru-segmenți, asupra gradului de etanșare asigurat de uleiul existent la nivelul segmenților și pe peretele cilindrului, și a turației realizate de demaror (mai ridicate în cazul uleiului cald care are o vâscozitate mai mică).

Figura 2.10

În figura 2.11. se prezintă diferențele care apar la presiunea de compresie la motorul cald față de motorul rece, în funcție de raportul de comprimare ε; aceste diferențe pot fi de 10-15% ( presiuni mai mari la motorul cald față de motorul la temperatură ambientală).

Evaluarea rezultatelor diagnosticării.

În cazul în care nu se cunoaște valoarea admisibilă pentru presiunea de compresie, această limită se poate aproxima prin determinarea presiunii teoretice de compresie Pct.

Pct = PA ∙ εn unde

PA este presiunea de cilindru la începutul cursei de compresie,

ε – raportul de compresie,

n – exponentul politropic.

Valoarea limită a presiunii de compresie este:

Pc = 0,8 ∙ Pct

În general, pentru motoarele cu aprindere prin scânteie în buna stare tehnică, în funcție de raportul de compresie, valorile presiunii de compresie sunt cuprinse între 9-15 bari, iar în cazul motoarelor cu un grad avansat de uzură, valorile sunt situate între 6 si 8 bari. Motoarele Diesel au presiuni de compresie în limitele de 20-30 bari.

Între cilindrii aceluiași motor, în cazul m.a.s., nu se admit diferențe mai mari de 1 bar, iar la motoarele Diesel 2 bari. Diferențe mai mari provoacă intensificarea neuniformităților funcționale ale motoarelor, creșterea nivelului vibrațiilor și a solicitărilor dinamice ale pieselor mecanismului motor.

Pentru identificarea cauzelor care generează valori reduse ale presiunii de compresie la unii cilindrii, se analizează diagrama presiunilor de compresie.În figura 2.12 este exemplificată diagrama ridicată la un motor cu aprindere prin scânteie cu 5 cilindrii. Se observă că la cilindrul 5 apare o presiune mult mai mica în raport cu ceilalți cilindri. Sursa de pierderi de substanțe poate fi situate la nivelul segmenților și cilindrului sau la nivelul supapelor. Pentru localizarea defecțiunii, în cilindrul respectiv se toarnă ulei rece(30-50 gr.) prin orificiul bujiei (sau injectorului) dupa care se repetă măsurarea: dacă la această ultimă măsurare se constată o creștere a presiunii, înseamnă că neetanșeitatea este cauzată de segmenți (rupere de segment, blocare în canalul de piston, uzura excesivă), dacă presiunea rămâne la aceeași valoare scăzută, cauzele se restrâng la nivelul supapelor și al scaunelor de supape (cursa redusă a supapei de admisie, fisurarea supapei sau a scaunului).

Corelâd rezultatele măsurătorilor presiunii de compresie cu rezultatele altor forme de diagnosticare (consum de ulei, pierderea de aer prin neetanșeitate, zgomote etc.), diagnosticarea prin determinarea presiunii de compresie, poate pune în evidență următoarele defecțiuni:

uzura excesivă a uneia sau mai multor came;

uzura excesivă, ruperea sau blocarea segmenților;

rizuri profunde sau rizuri excesive ale suprafețelor de lucru ale cilindrilor;

fisurări ale garniturii de chiulasă;

micșorarea cronosecțiunii sau neetanșeitatea supapelor.

2.2.6. Diagnosticarea pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie

Evaluarea stării tehnice a mecanismului motor pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie este utilizată din ce în ce mai frecvent, deoarece tot mai mulți constructori de automobile completează caracteristicile tehnice ale motoarelor cu valorile nominale și limită ale depresiunii din colectorul de admisie.

Până la cilindrul motorului, depresiunea este influențată de starea filtrului de aer, carburator, geometria galeriei de admisie, însă mărimea depresiunii din colectorul de admisie depinde în mod hotărâtor de starea de etanșare a cilindrilor. Aparatul utilizat – vacuumetrul – se montează în poziția prezentată în figura 2.14. Unele motoare sunt dotate din construcție cu orificii obdurate pentru racordarea aparatelor de măsură. În cazul în care lipsesc aceste reducții, o rezolvare destul de simplă este introducerea unei reducții filetate în izolatorul (flanșa) dintre carburator și galeria de admisie, care este confecționat din teflon sau alt material plastic asa cum se observă în figura 2.15. După terminarea măsurătorilor se astupă orificiul cu un șurub de etanșare.

Figura 2.11

Figura 2.12

Ct = Vs ∙ 60 [l/h] Diagnosticările care pot fi realizate pe baza măsurării depresiunii din colectorul de admisie sunt:

starea termică a mecanismului motor – gradul de etanșare al cilindrilor;

jocul termic al supapelor;

momentul intrării în funcțiune a avnsului vacuumatic;

regimul de mers în gol – încet al motorului;

starea membranei avansului vacuumatic de aprindere;

Diagnosticarea gradului de etanșare a cilindrilor are în vedere dependența depresiunii din colectorul de admisie (Δp), de cantitatea de amestec aspirate în cilindru (Ca), de turația arborelui motor (n) și poziția clapetei de accelerație.

Cantitatea teoretică de amestecare care poate fi aspirată într-o ora este:

unde: Vs – cilindreea unitară;

i = 1 pentru motoare în 2 timpi și i = 2 pentru motoare în 4 timpi;

z – numărul de cilindrii.

În conformitate cu legea lui Bernoulli, cantitatea de amestec aspirat (Ca) este:

Ca = Fd

unde: – coeficient de debit;

Fd – secțiunea difuzorului;

p – masa specifică.

Rezultă că pentru aceeași poziție a clapetei de accelerație și o turație dată , depresiunea din colectorul de admisie depinde numai de gradul de atanșare a cilindrilor, luat în considerare prin coeficientul de umplere – figura 2.16.

Figura 2.12

Valorile depresiunii, în general, la clapeta complet deschisă sunt de 10kPa (75 mm col.Hg), iar la clapeta complet închisă 67 – 80 kPa (500-600 mm.col.Hg.).Acestea pot fi considerate ca valori admisibile.

Diagnosticarea stării de etanșare a cilindrilor la regimurile de sarcini parțiale se poate realiza cunoscând valoarea momentului motor în funcție de turație, la diferite unghiuri de deschidere a clapetei de accelerație.

Diagramele cu aceste variații de moment și de depresiune se obțin la probele omologare a tipului de motor ca în figura 2.17.

Figura 2.13

Din diagrama din figura 2.17. “a” se poate obține caracteristica M-Δp (fig.2.17. b) în scopul unei diagnosticări rapide.

Pentru diagnosticare, pe standurile cu role de diagnosticare dinamica a automobolelor, la turațiile date(n1, n2, n3…ni) se crează sarcina la roțile motoare care corespunde momentului motor dat și se compară valorile depresiunii citite cu cele ale caracteristicilor cunoscute pentru motorul diagnosticat.

Un indicator frecvent utilizat, în acest domeniu de diagnosticare este depresiunea maximă – Δpc – care permite aprecierea etanșeității mărimii masurate cu valoarea limită.

Pentru motoarele actuale, în funcție de ε, valorile uzuale pentru depresiunea maximă sunt 7.10-2…8,5.10-2 M.Pa (520…640 mm colHg).

Modul de măsurare al acestei valori este următorul: după înlăturarea șurubului opritor al poziției limită-închisă a clapetei de accelerație, se accelerează motorul în gol până la turația maximă (deschiderea maximă a clapetei) după care se închide clapeta brusc. Depresiunea se citește în zona turației maxime după închiderea clapetei.

Măsurarea depresiunii cu scoaterea din funcțiune a unui cilindru sau a unei perechi de cilindri, se bazează pe faptul că cilindrii scoși din funcțiune acționează ca o frână. De regulă se lucrează cu câte doi cilindrii. Astfel, la motoarele cu 4 cilindrii la prima probă se suspendă cilindrii 2 și 3 iar apoi 1 și 4, iar la motoarele cu 6 cilindrii se scot pe rând cilindrii 2, 3, 4, 5 și se lucrează cu 1 și 6, apoi se suspendă 1, 3, 4, 6 și rămân în funcțiune 2, 5 și în final se suspendă 1, 2, 5, 6, și se lucrează cu 3 și 4.

La un motor cu 4 cilindri, cei doi cilindrii suspendați se comportă ca o sarcină (frână) pentru cilindrii rămași în funcțiune.

Astfel se pot stabilii efectele cilindrilor scoși din funcțiune asupra celor care funcționează. Cu cât starea cilindrilor, elasticitatea și starea de uzură a segmenților, etanșeitatea supapelor este mai bună, cu atât sarcina cilindrilor care funcționează este mai mare. Această sarcină se manifestă prin scăderea turației și a depresiunii pentru aceeași poziție a clapetei de accelerație, Prin urmare, cu cât starea de etanșare a cilindrilor scoși din funcțiune este mai bună, cu atât sarcina cilindrilor rămași în funcțiune este mai mare, iar cu atât mai mult scade turația și depresiunea.

Scoaterea din funcțiune a cilindrilor se face la o turație de cel puțin 1500 rot/min. Valorile cu care se modifică depresiunea între cilindrii care sunt scoși pe rând din funcțiune, trebuie să fie cât mai apropiate.

Cilindrul sau perechea de cilindrii a căror scoatere din funcțiune nu determină o scădere notabilă a turației și a depresiunii prezintă deteriorări a gradului de etanșare.

Operația de diagnosticare prin această metodă trebuie să dureze cât mai putin pentru a limita spălarea peliculei de ulei de pe pereții cilindrilor.

2.2.7. Diagnosticarea etanșeității cilindrilor pe baza debitului de gaze scăpate în carter

În timpul funcționării motorului o parte din gazele de ardere scapă din camera de ardere în carterul motorului prin jocul existent între piston și cilindru. Debitul gazelor scăpate este direct proportional cu gradul de uzură al cilindrilor, segmenților și 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 și D110 este de 48 l/min, iar la D131 de 80 l/min, pentru timpi de măsurare de 15-17 secunde, la turațiile nominale. Cunoscându-se valorile nominale ale debitului de gaze scăpate în carter se poate aprecia gradul de uzură al grupului piston-cilindru.

Deoarece debitul de gaze scăpate în carter depinde și de turația arborelui motor, așa cum se observă în figura 2.18., măsurătorile se practică la turația maximă de mers în gol a motorului. Dacă se cunosc curbele de variație ale debitului de gaze în funcție de turația Q = f(n), determinările comparative se pot efectua și la alte valori ale turației arborelui motor.

Figura 2.14

Măsurarea debitelor se poate realiza atât cu aparate cu măsurarea instantanee a debitului cât și cu contoare de gaze, cronometrând separate și timpul în secunde. În figura 2.19 se prezintă schema instalației cu debitmetru volumetric (contor de gaze).

Figura 2.15

Contorul (1) se cuplează la orificiul de alimentare cu ulei al motorului prin conul de cauciuc (5). Înainte de contor se interpune o unitate de filtrare (3) (de exemplu un tub cu perforații pe care se înfășoară straturi de tifon). Acest element filtrant realizează în același timp cu filtrarea și răcirea gazelor în vederea protejării contorului.

Timpul de măsurare poate fi stabilit între 1-5 min, ținând seama de necesitatea evitării supraîncălzirii contorului.

Rezultatele măsurătorilor de debit de gaze scăpate în carter se asociază și cu alte forme de diagnosticare (presiunea la sfârșitul compresiei, pierderea de aer prin neetanșeități, etc.) pentru a se putea evalua cât mai realist starea tehnică generală a grupului cilindu-piston.

Pentru stabilirea stării tehnice a fiecărui cilindru în parte, se măsoară la început debitul de gaze scăpate în carter având toți cilindrii în funcțiune, după care se scoate din funcțiune, pe rând, câte un cilindru, prin întreruperea aprinderii sau decuplarea injectorului, efectuându-se măsurarea debitului de gaze fără cilindrul respectiv. Dacă la scoaterea din funcțiune 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 situația în care funcționau toți cilindrii, înseamnă că cilindrul respectiv are un grad de etanșare foarte scăzut (segmenți blocați, rupți, ovalizarea cilindrului, etc.).

La determinarea debitului de gaze scăpate în carter, se aduce motorul la temperatura de regim 85-95 0C, după care se obturează orificile de legatură ale carterului motorului cu mediul exterior, probele efectuându-se la regimul de funcționare în gol la turația maximă.

Diagnosticării gradului de etanșare a cilindrilor pe baza debitului de gaze scăpate în carter i se poate asocia și 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, cand presiunea în carter ajunge la 80-160 mm Hg, grupul piston- cilindru este considerat la un nivel mare de uzură, necesitând intervenții de mentenanță.

Și în cazul măsurării presiunii gazelor din carterul motorului este necesară ermetizarea carterului prin obturarea orificiilor de ventilație și cel al jojei de ulei, utilizându-se manometer cu domenii de măsurare corespunzătoare.

Capitolul 3

Descrierea standului experimental

3.1. Caracteristicile tehnice ale motorului cu ardere internă instalat pe stand

Pe standul experimental se va instala un motor cu ardere internă pe benzină, în 4 timpi, având 4 cilindri verticali în linie, Marca Ford.

Caracteristicile motorului sunt prezentate in tabelul 3.1

3.2. Descrierea standului experimental

Obiectul acestei lucrări de diplomă constă în proiectarea și realizarea practică a unui echipament pentru diagnosticare clasică a unui motor cu aprindere prin scânteie aflat în dotarea Laboratorului de Autovehicule Rutiere, din cadrul Facultății de Mecanică Timișoara.

Standul experimental este conceput pentru încercarea și diagnosticarea unui motor cu ardere internă, în patru timpi, funcționând cu benzină, după un ciclu Otto.

În continuare vom face o descriere a standului experimental. În figura 3.1 este prezentată o imagine de ansamblu a standului. Acesta este format dintr-un cadru de susținere pe care este fixat cu elemente eleastice motorul și celelalte accesorii necesare bunei funcționări a acestuia.

Fig. 3.1 Vedere de ansamblu a standului experimental

Figura 3.2 Rezervorul de alimentare

Figura 3.3

În figura 3.2 sunt prezentate câteva detalii privind sistemul de alimentare cu combustibil, sistemul de alimentare cu energie electrica, sistemul de aprindere (calculatorul motorului, imobilizatorul de cheie)

În figura 3.4 este prezentat ECU (Unitatea electronică de control), aceasta reprezentând unitatea principală a sistemului de comandă și control a motorului, care monitorizează și gestionează întreaga funcționare a acestuia pentru realizarea unor scopuri precise: reducerea elementelor nocive din gazele de evacuare, reducerea consumului de combustibil, creșterea siguranței și confortului.

Fig. 3.4 ECU (Unitatea electronică de control)

ECU controlează, verifică și ajustează toți parametrii importanți ai motorului, adică este responsabil de întregul management al acestuia. Pentru aceasta ECU ține cont de condițiile de lucru ale motorului cumulate cu turația și variabilele de mediu (temperatura exterioară, densitatea aerului, etc.)

Un control corect al funționării motorului se realizează datorită multitudinii de senzori cu care este dotat acesta: senzori ce măsoară presiunea, temperatura, turația, cantitatea de aer care intră în motor, etc.

În acord cu aceste informații și ținând cont de datele culese de către senzori (traductori), ECU decide asupra momentului aprinderii, a cantității de carburant injectate, a presiunii de supraalimentare, etc.

În figura 3.5 este prezentată schema bloc a sistemului de control al motorului.

Fig. 3.5 Sistemul de control al motorului – schema bloc

Sarcinile principale îndeplinite de ECU:

Modificarea avansului

Control unghiul DWEL

Detectarea detonațiilor

Injecția de combustibil

Control amestec aer-combustibil (S. Lambda)

Control relanti

Control presiune supraalimentare

Limitarea turației și a vitezei vehiculului

In figura 3.6 este prezentată scema bloc a unui motor Otto unde sunt enumerati senzorii și actuatorii.

Fig. 3.6 Schema bloc a unui motor Otto

Senzorii (traductoare) au rolul de a prelua informatii referitoare la diverși parametrii (temperatură, presiune, debit de aer, concentrație de oxigen, etc) și a le transforma în semnale electrice, ce sunt apoi preluate și analizate de ECU.

Actuatorii preiau semnalele electrice transmise de ECU și le transformă în acțiuni mecanice asupra componentelor sistemului vizat, aceștia pot fii motoare pas cu pas, electrovalve, electromagneți.

3.3. Proceduri de lucru

Pentru funcționare motorului se va avea in vedere ca întrerupătoarele de pe panoul de control să fie conform figurii 3.7

Figura 3.7

Întrerupătorul 1: pe acesta se simulează un scurt circuit între plusul bobinei și masa caroseriei care duce la arderea siguranței 16 (15 A) de pe tabloul de siguranțe

Întrerupătorul 2: întrerupe semnalul de la senzorul de pe vibrochen

Întrerupătorul 3: întrerupe alimentarea pe bobină

Întrerupătorul 4: intrerupe debitmetru de aer

Întrerupătorul 5: întrerupe alimentarea de pe pompa de benzina

În figura 3.8 este prezentă mufa pentru măsurători

Figura 3.9

Pe mufa de măsurători cu ajutorul programului AutoData se vor putea face mai multe măsurători.

Figura 3.10

Se va alege tipul autovehicului

Figura 3.11

Din meniul principal se va alege “Engine management/Component testing”

Figura 3.12

Pe mufa de măsurători se vor măsura urmatoarele componente:

Pe poziția 1 se poate masura tensiunea pe debitmetru de aer

Figura 3.13

Pe poziția 2 se poate masura semnalul la bobină

Figura 3.14

Pe poziția 3 se poate măsura senzorul de pe volantă

Figura 3.15

Pe poziția 5 se poate verifica rezistenta unui injector

Figura 3.16

Pe poziția 4 se poate măsura incarcarea bateriei

Figura 3.17 Scheme electrice

Figura 3.18 Localizarea componentelor

3.4. Tehnologia de realizare a standului

Motorul standului provine de pe o lucrare de licență mai veche de unde s-a tăiat partea de cadru cu motor unde au fost atașate două roți pentru stabilitate.

Ca prima fază în realizarea standului, s-a desfăcut tot cadrul de sustinere urmând a se indepărta antifonul cu care a fost vopsit deoarece la fiecare contac cu acest cadru era riscul de murdărire, s-a finisat fiecare imbinare prin sudură. După pregătirea cadrului a urmat vopsirea cu un strat de grund iar peste acesta s-a vopsit cu vopsea de culoare neagră, pentru vopsirea cadrului s-a folosit un pistol de vopsire.

Figura 3.19

Figura 3.20

Următorul pas după vopsirea și remontarea cadrului a urmat cosmetizarea instalației electrice și refacerea unor legături electricecu ajutorul schemelor electrice din programul specializat Ford si Autodata. A fost înlaturată o mare parte din instalație pentru a ramâne strict doar partea electrică necesară funcționării motorului.

Figura 3.21

Pe parcursul acestei etape s-au întâmpinat greutăți în asezarea imobilizatorului acesta poziționându-se pe contact sub panoul de comandă, ducând la nepornirea motorului datorită necitirii cheii. Ca atare am ales varianta de al monta deasupra panoului de comanda pentru a putea citi cheia.

A urmat montarea si legarea turometrului și ceasul care ne indică temperatura apei de răcire din motor. Turometrul este legat pe ECU conform schemei electrice de la Ford, pe circuitul mic din instalația de răcire a motorului s-a montat un cot unde a fost prinsa o sonda de temperatură pentru ceasul care indică temperatura apei.

Figura 3.22

O altă etapă în realizarea standului a fost montarea unei pompe externe de benzină și adaptarea unui rezervor de benzină acesta fiind unul de generator electric cu un motor diesel acesta fiind avantajos pentru existența legăturii conductei de retur a combustibilului.

Figura3.23

Ca și ultimă etapă a fost legarea întrerupătoarelor pe senzori și legaturile în mufa de măsurători pentru măsurarea mai multor senzori. Găurile pentru montarea întrerupătoarelor au fost realizate manual cu pile de diferite dimensiuni si rugozități.

CAPITOLUL 4

Calculul caracteristicei exterioare a motorului

În cadrul aplicației se vor trasa: caracteristica exterioară a motorului cu ardere internă.

Caracteristica exterioară.

In cazul în care sursa energetică a autovehiculului este un motor cu ardere internă cu piston, parametrii funcționali ai acestuia, necesari pentru studiul dinamicii autovehiculului sunt puși în evidență de caracteristica exterioară. Aceasta reprezintă curbele de variație ale puterii efective, momentului motor și consumului specific de combustibil funcție de turația sau viteza unghiulară ale arborelui motor, la admisia totală, în condițiile unor reglaje (avans, regim termic) optime.

In Fig. 1.1. este reprezentată caracteristica exterioară a unui motor cu aprindere prin scânteie pe care se disting următoarele regimuri de funcționare în raport cu turația arborelui motor:

turația minimă no de funcționare a motorului în sarcină la care se dezvoltă
momentul motor Mo și puterea Po;

turația la momentul maxim nM la care se dezvoltă momentul motor Mm și
puterea Pm;

turația la puterea maximă nP la care se dezvoltă momentul motor MP și
puterea maximă PP;

turația maximă % la care se dezvoltă momentul motor Mn și puterea PN.

Atunci când crește turația peste valoarea n^ puterea motorului se reduce din cauza înrăutățirii umplerii cilindrilor cu amestec carburant și sporirii pierderilor mecanice în motor. De aceea turația maximă depășește numai cu 10 -20% turația la puterea maximă np. Dacă motorul este echipat cu regulator-limitator de turație, turația de intervenție a limitatorului nn este real mai mică sau cel puțin egală cu turația la puterea maximă np. Dacă nN < nP ea se numește turație nominală iar puterea și momentul corespunzătoare se numesc putere nominală și moment nominal

Caracteristica exterioară a motorului se poate separa în două zone: zona de funcționare stabilă a motorului alcătuită din plaja de turații cuprinsă între nM și np (nN) și zona de nestabilitate situată între turațiile nM și n0 . în cazul motoarelor cu regulator-limitator de turație zona cuprinsă între nN și ng (og – turația maximă de mers în gol) poartă numele de caracteristică de regulator.

Figura 4.1

Extensia zonei de stabilitate se apreciază prin coeficientul de elasticitate Ce al motorului.

La motoarele cu aprindere prin scânteie Cs = 0,45 – 0,65 iar la motoarele cu aprindere prin comprimare Ce = 0,55 – 0,75.

Variația momentului motor în zona de stabilitate se apreciază prin coeficientul de adaptabilitate (suplețe):

Valorile coeficientului de adaptabilitate sunt cuprinse între 1,10 – 1,4 pentru m.a.s. și 1,05-1,15 pentru m.a.c.

Caracteristica exterioară se determină experimental pe standul de probă prin respectarea unei metodologii bine precizată și de regulă standardizată.

Atunci când caracteristica exterioară nu este determinată experimental se
procedează, la proiectarea unei caracteristici convenționale pe baza parametrilor
motorului indicați de fabricant folosind relații empirice recomandate în literatura de
specialitate.

In general, se aproximează că momentul motor variază în funcție de turația arborelui cotit după o parabolă pătratică de forma:

în care: M – valoarea curentă a momentului motor; Mp – momentul motor corespunzător puterii maxime; n – turația curentă a arborelui motor; nP – turația arborelui motor corespunzătoare puterii maxime; – coeficienți experimentali ale căror valori medii sunt: =l; = l; = l pentru m.a.s. și = 0,53; = 1,56; = 1,09 pentru m.a.c.în patru timpi.

O altă relație de calcul a momentului motor este următoarea:

în care: Mm – momentul maxim dezvoltat de motor; nM – turația corespunzătoare momentului maxim.

In cadrul aplicației se vor rezolva următoarele:

trasarea caracteristicii exterioare a motorului cu combustie internă ai cărui parametrii de bază sunt dați, adică reprezentarea curbelor M = f (n) și P = f (n);

determinarea coeficienților de elasticitate Ce și de adaptabilitate Ca;

Pentru trasarea caracteristicii exterioare se parcurg următorii pași:

se calculează momentul motor corespunzător puterii maxime Mp folosind relația;

se aleg valorile coeficienților , și ;

se dau lui "n" valori succesive cuprinse n și n cu un pas de 150 -200 rot/min;

pentru valorile lui "n" alese se calculează valorile corespunzătoare ale
momentului motor M și ale puterii efective Pe valorile obtinute se vor inscrie in tabelul 1.1;

– se reprezintă grafic M = f (n) și Pe = f (n)

Caracteristica exterioară a motorului.

Valorile parametrilor caracteristicii exterioare.

Tabel 1.1

CAPITOLUL 5

Diagnosticare pe standul motor

5.1 Determinarea presiunii maxime de compresie la un motor

Scopul lucrarii:Măsurarea presiunii la sfârsitul compresiei cu un compresometru sau compresograf pentru verificarea gradului de etanșare a cilindrilor.

Valorile normale ale presiunii, p, obtinute în timpul antrenării motorului cu demarorul, se indică urmatoarea relatie empirică :

p = 1,55ε – 2,35 [bar]

unde ε este raportul volumetric de comprimare al motorului.

Metode si aparatură de diagnosticare

Compresometrul este de fapt un manometru adaptat acestui scop. El este prezentat în figura alaturată și cuprinde, în afară de manometrul 1, tubul 5 racordat acestuia a cărui extremitate opusă se termină printr-un con de cauciuc 6, strapuns de un orificiu. În interiorul tubului 5 este plasată supapa unisens 2, controlată de arcul 3. Rolul acestei supape este de a opri iesirea aerului comprimat din tubul manometrului, de aceea ea se denumeste, în mod curent, supapă de reținere. Plasarea ei trebuie să se faca cât mai aproape de priza de presiune, în scopul evitării modificarii spatiului de comprimare al cilindrului. Se evita astfel jocul indicatorului manometrului datorita variatiilor de presiune din timpul unui ciclu motor. În același timp, se pot diminua erorile de citire datorită inertiei aparatului. Aducerea la zero se poate face fie cu dispozitivul 4.

Compresograful înregistreaza pe o banda de hârtie sau dintr-un alt material (fig. 1) presiunile maxime de compresie ale fiecărui cilindru.

Compresografele sunt mai utile decât compresometrele, mai ales în cadrul atelierelor de reparatii și al statiilor de întretinere, deoarece diagramele înregistrate constituie documente utile pentru urmărirea stării tehnice a motoarelor automobilelor.

Figura 5.1

Prezentarea aparaturii din laborator si modul de funcționare

În general, aceste aparate se construiesc pentru câmpuri de presiuni de 0 ÷14 bar pentru motoarele cu aprindere prin scânteie si de 0 ÷ 60 bar pentru motoarele cu aprindere prin comprimare .

Unele dintre cele mai utilizate aparate de acest gen, la noi în tară, au fost compresografele marca MOTOMETER, produse în Germania si destinate atât motoarelor cu aprindere prin scânteie cât si celor cu aprindere prin comprimare.

Trusa compesografului pentru motoarele M.A.C și M.A.S cu diferite tipuri de adaptoare.

Figura 5.2

Compresografele pentru M.A.S (stânga) și M.A.C (dreapta).

Valoarea presiunii la sfârșitul compresiei trebuie să fie între 9-15 bari la MAS.Dacă valoarea este între 6-8 bari înseamnă că motorul respectiv are uzuri accentuate care duc la pierderea presiunii în interiorul cilindrului.

Motoarele Diesel fară uzuri au presiuni între 20-30 bari.

Între cilindri nu se admit diferențe mai mari de 1 bar la MAS și de 2 bari la MAC.

Figura 5.3

Compresograful se fixează în orificiul bujiei sau injectorului prin intermediul conului de cauciuc care asigură o etanșare perfectă. Aparatul are supapă unisens care oprește ieșirea aerului comprimat, după fiecare măsurătoare, se aduce aparatul la zero prin apăsarea tijei.Presiunea cilindrilor se imprimă pe o diagramă, ceea ce permite analiza comparativă presiunii. În general valorile maxime ale presiunii de compresie se realizează dupa 10-15 curse ale pistonului.

Pentru ca masurătorile sa aibe valori cât mai reale temperatura motorului trebuie să fie la circa 80 de grade Celsius.

Determinarile se vor efectua la turatia de antrenare a motorului cu demarorul, adică

150 -200 rpm. La aceasta turatie, presiunile măsurate sunt însă puternic influențate de variația turației, care la rândul ei depinde de numeroși factori.

Precizia determinării presiunii maxime de compresie prin această metodă este influențată si de temperatură. Astfel, în situația motorului rece se obtin valori cu

10 ÷ 15 % inferioare, traduse prin abateri de 2,5 ÷ 10 bar.

Figura 5.4

5.2. Determinarea parametrilor bateriei de acumulatoare si a sistemului electric de alimentare

Scopul lucrarii

-la nivelul bateriei se vor efectua:

a) determinarea tensiunii la borne;

b) studiul aspectului exterior;

c) verificarea nivelului de electrolit / verificarea “ochiului magic”;

d) determinarea gradului de incarcare si a starii de uzura;

-la nivelul sistemului electric de alimentare se vor efectua:

a) verificarea conexiunilor si gradul de intindere a curelei de antrenare a generatorului;

b) verificarea starii generatorului

Aparatura utilizata

– Multimetru

-Tester BOSCH BAT121

-Autoturisme: Ford 1.6 16V

Modul de lucru

Figura 5.5

Pentru masurarea parametrilor bateriei cu testerul BAT121 se va alege functia “Test baterie” si se vor introduce caracteristicile inscriptionate pe carcasa acesteia.

a) determinarea tensiunii la bornele acumulatorului

– se realizeaza cu testerul BOSCH sau cu un multimetru, in ambele situatii alegand functia de voltmetru si conectand clestii la borne;

– testul la baterie se face cu motorul oprit, altfel masuratoarea va fi afectata de paraziti.

b) studiul vizual

– pentru a functiona corect bateria trebuie sa fie curata, sa nu existe praf sau alte impuritati ce pot conduce curentul electric pe carcasa, in special pe capacul superior pentru a evita aparitia curentilor de descarcare pe suprafata;

-se verifica bornele si conectorii in cautare de eventuali oxizi de culoare albastru-verzui care poate creste rezistenta proprie a conexiunilor.

c) verificarea electrolitului

– nivelul electrolitului trebuie sa fie cu 10-15 mm deasupra placilor pentru e evita sulfatarea acestora, si implicit reducerea performantelor bateriei.

– densitatea electrolitului se poate masura cu un densimetru;

– la unele acumulatoare fara intretinere electrolitul se poate poate verifica cu ajutorul “ochiului magic” ce poate indica 3 posibilitati in functie de culoare:

1. alb-transparent: nivel de electrolit scazut

2. negru: stare de descarcare

3. verde (sau alte culori): acumulator in stare buna

d) determinarea gradului de incarcare si a starii de uzura

-gradul de incarcare se estimeaza pe baza tensiunii la borne sau pe baza densitatii electrolitului;

-starea de uzura se determina cu ajutorul testerului BOSCH care trebuie sa indice peste 70% pentru o baterie in stare buna..

a’) verificarea conexiunilor si gradul de intindere a curelei de antrenare a generatorului

-se verifica intinderea curelei prin apasare, estimand rezistenta opusa de aceasta;

-conexiunile se verifica vizual; acestea trebuie sa fie integre, nu trebuie sa fie oxidate sau acoperite cu alte impuritati.

b’) verificarea starii generatorului

-alternatorul este o masina electrica sincrona;

-acesta se verifica utilizand functia “Test Generator” a testerului BAT121 in mai multe situatii:

1. la pornirea motorului termic

2. la mers incet in gol (700 rpm) fara consumatori

3. la mers incet in gol (700 rpm) cu consumatorii porniti

4. la turatii medii (2000 rpm) fara consumatori

5. la turatii medii (2000 rpm) cu consumatorii porniti

Observatii si concluzii

-testerul BOSCH BAT121 este facil de utilizat deoarece este destinat special pentru astfel de masuratori si are o interfata prietenoasa, avand posibilitatea de a indica daca o baterie trebuie inlocuita relativ rapid, comparand datele inscrise pe baterie cu masuratorile obtinute;

-bateria de acumulatoare are urmatoarele roluri: sursa de enrgie pentru aprindera initiala;

sursa de energie cand cerintele depasesc capacitatea de livrare a sistemului de incarcare;

stabilizator de tensiune.

-daca cureaua alternatorului nu este bine intinsa vor exista pierderi prin frecare si acesta va da tensiuni mai mici, chiar daca el in sine functioneaza bine;

-curentul de descarcare la rece reprezinta curentul pe care il poate da o baterie timp de 10 secunde la o temperatura de -18°C si o tensiune de 7.5V EN

5.3. Verificarea injectorelor de benzina

Notiuni teoretice

La MAS, majoritatea sistemelor moderne de alimentare cu combustibil sunt de tip injecție de combustili, adică crearea unui curent de combustibil care are o viteză mult mai mare decât a aerului din jurul său. În practică injecția se realizează în mai multe moduri: monopunct (un injector central pentru toți cilindrii ce pulverizează cobustibilul în galeria de admisie) sau multipunct (cazul în care fiecare cilindru al motorului este deservit de câte un injector). Injecția poate fi indirectă (când se pulverizează cobustibilul în poarta supapei de admisie) sau directa (când pulverizarea se face în camera de ardere)

Injectorul este un element component al echipamentului de injecție, cu rol de introducere a combustibilului în cilindrul motorului sau în galeria de admisie, de pulverizare fină a acestuia și de distribuire uniformă a picăturilor de combustibil în incinta unde se pulverizează. Injectorul este o supapa electromagnetică normal închisă care injectează datorită diferenței de presiune dintre amontele și avalul acului injector. Injectorul conține o bobină care se alimentează cu tensiune și creează un câmp electromagnetic ce generează o forța, care ridică acul injectorului învingând rezistența arcului. Acul injector se va ridica cu 0.06….0.1 mm.

1. Scopul lucrarii

-determinarea tensiunii si a curentului in infasurarea bobinei injectorului la diferite turatii si regimuri de functionare

Aparatura utilizata

– stand BOSCH FSA 740 – osciloscop

-motor cu aprindere prin scanteie BMW

Modul de lucru

-pentru masurarea curentului, se monteaza clestele inductiv pe cablul de alimentare al injectorului cel mai din stanga, considerat a fi injectorul 4

-pentru masurarea tensiunii, pe panoul cu borne se conecteaza pinii aparatului la bornele injectorului 4

-se porneste motorul si se observa ca tensiunea si intensitatea au valori negative (figura 5.10), deci montajul este incorect facut, indexul injectorului nu este 4 cum s-a presupus, ci este 1

-se reface montajul, conectandu-se pe panoul cu borne injectorul 1

-se verifica semnul curentului si al tensiunii (figura 5.11)

-se tine motorul in regim de mers incet in gol (figura 5.12)

-se mentine motorul la o turatie constanta n=2500 [rpm] (figura 5.13)

-levierul clapetei se actioneaza rapid, accelerandu-se violent motorul (figura 5.14)

-se accelereaza motorul apoi se impinge rapid levierul in sensul deceleratiei pentru a efectua frana de motor (figura 5.15)

Rezultate obtinute

Rezulatele obtinute constau in forma semnalelor inregistrate in urmatoarele figuri:

Figura 5.10 Montare incorecta

Figura 5.11 Montare corecta

Figura 5.12 Regim de mers incet in gol

Figura 5.13 Turatie constanta n=2500 [rpm]

Figure 5.14 Accelerare violenta

Figura 5.15 Frana de motor

Interpretarea rezultatelor

-timpul de alimentare este format din doua parti: mai intai timpul necesar deschiderii injectorului, apoi timpul de injectie propriu-zis.

-pe graficele obtinute se disting pe semnalul curentului, in cadrul timpului de alimentare, doua zone cu pante diferite: prima mai lina corespunzatoare timpului de deschidere si a doua, cu panta ridicata, corespunzatoare timpului de injectie.

-comparand cele doua semnale, de curent si de tensiune, se poate observa ca tensiunea scade la 0 cand bobina injectorului este alimentata si curentul creste, practic circuitul se inchide.

-dupa intreruperea circuitului, tensiunea continua sa creasca un timp foarte scurt peste 12V catre valori mari (peste 60V); acest fapt se datoreaza remanentei electromagnetice din bobina.

-urmarind semnalul de curenti, se constata ca tinjectie>tdeschidere cu o singura exceptie: in cazul franei de motor unde tinjectie=0.4 [ms] iar tdeschidere=1.4 [ms]. Practic in aceste conditii motorul trebuie sa franeze si are nevoie ca injectorul sa pulverizeze cat mai putin combustibil.

Capitolul 6

Concluzii

În lucrare am prezentat o analiză a diagnosticării motoarelor din punct de vedere al aspectelor teoretice.

Am realizat un stand experimental functional avand la baza un motor cu aprindere prin scanteie nefunctional in momentul de inceput.

Am realizat adaptari, completari la echipamentul de baza pentru a se putea realiza o simulare experimentala a unor defectiuni la un motor cu aprindere prin scanteie.

Prin realizarea acestui stand s-a urmărit posibilitatea realizarii mai multor lucrari practice:

testarea și verificarea senzorilor de pe motorul cu aprindere prin scânteie

simularea anumitor erori și detectarea acestoro cu ajutorul programului de specialitate AutoData

determinarea punctului de compresie

verificarea încărcării și testarea bateriei de alimentare

verificarea injectoarelor de pe motorul cu aprindere prin scânteie

De asemnea prin intermediul standului dupa o metodologie propriu creata s-a realizat o modalitate de a testa (diagnostica) urmatorii parametri:

masurarea debitului de aer

masurarea semnalului de la bobina de inductie

masurarea senzorului de volanta

masurarea incarcarii bateriei

masurarea injectorului

Ulterior standul putând fii imbunățit, realizâmdu-se mult mai multe lucrări de incercare si diagnosticare.