Отчет по лабораторной работе
по дисциплине «Основы работоспособности технических систем»
ЯГТУ 23.03.03 – 002 ЛР
Отчет выполнил
студент гр. АТ-43
_____В.А. Вершинин
__________И. А. Родионов
Исходные данные:
УАЗ Хантер 2003 пробег 242035 км. Двигатель змз-4091.10 инжектор. Автомобиль в заводском исполнении, без профессиональной подготовки. Недавно произведен капитальный ремонт двигателя.
Во время проезда через глубокий брод двигатель заглох. При попытке завести снова был услышан стук.
Требуется:
Найти причину неисправности, написать алгоритм поиска неисправностей.
Практическая часть
Нетрудно предположить, что причиной остановки двигателя является наличие воды в двигателе, т.е. был получен гидроудар.
Гидравлическим ударом называется явление, происходящее в двигателях внутреннего сгорания при попадании в рабочую камеру значительного количества жидкости. Как известно, цикл работы поршневого четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. На такте сжатия происходит сжатие газообразной топливовоздушной смеси (или воздуха у ДВС с впрыском в камеру сгорания). Газы, как известно, значительно изменяют свой объем при изменении давления. Жидкость изменяет свой объем в настолько малой степени, что ее считают практически несжимаемой. Если на такте сжатия в рабочей камере оказалась значительное количество жидкости, то поршень не сможет дойти до верхней мертвой точки и остановится (см. рисунок 1).
Рисунок 1 – Жидкость в рабочей камере
Разрушение деталей двигателя происходит в том случае, когда действующие на них нагрузки превышают допустимые по условиям прочности. Нагруженность деталей двигателя при попадании в рабочую камеру жидкости будет зависеть от количества жидкости, рабочего объема цилиндра и степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала в момент гидроудара и других факторов.
Отношение количества жидкости, попавшей в рабочую камеру к объему камеры сгорания при нахождении поршня в верхней мертвой точке, позволяет оценить положение поршня в момент его остановки при гидроударе и возможность остановки поршня.
Определим объем рабочей камеры ДВС при нахождении поршня в верхней мертвой точке для УАЗ Хантер с четырехцилиндровым двигателем, рабочим объемом 2,7 литра со степенью сжатия ε=9. Рабочий объем одного цилиндра будет Vp=2,7/4=0,676л. Объем рабочей камеры при нахождении поршня в верхней мертвой точке (минимальный объем) составит 70 мл.
С точки разрушения деталей двигателя важны силы, которые будут действовать на детали. Гидроудар происходит на такте сжатия, при котором поршень движется за счет вращения от энергии коленчатого вала. Источником силы на поршне, пытающимся сжать несжимаемую жидкость будет инерционная сила вращения коленчатого вала, маховика или соединенных с ними элементов трансмиссии (плюс масса автомобиля, энергия которого передается через колеса в трансмиссию и т.д.). Поршень, совершающий возвратно-поступательные движения соединен с коленчатым валом посредством кривошипно-шатунного механизма.
С точки зрения разрушения деталей двигателя важно, продолжал ли двигатель работать после того, как погнулся шатун или нет. Если двигатель продолжил работу с погнутым шатуном, то при последующих после гидроудара оборотах коленчатого вала возможно:
1. Соударение деформированного шатуна о нижнюю часть цилиндра. На некоторых современных двигателях минимальный зазор в этом месте настолько мал, что даже небольшой изгиб шатуна приводит к соударению, в результате чего происходит разрушение шатуна и повреждение поверхности цилиндра. При дальнейшей работе с разрушенным шатуном двигатель получает значительные повреждения.
2. При деформации шатуна уменьшается расстояние между осями его головок. Уменьшается длинна шатуна, что приводит к соударению поршня о противовесы коленчатого вала при подходе к нижней мертвой точке. Минимальный зазор в данном месте на современных двигателях достаточно мал.
Вышеуказанные разрушения по причине погнутого шатуна сопровождаются значительным шумом. Но бывают случаи, когда после гидроудара двигатель продолжает работать и не имеет внешних признаков неисправностей. Действительно, небольшая деформация шатуна не выдаст себя какими-то внешними проявлениями. Однако работа двигателя с деформированным шатуном недопустима по следующим причинам:
1. При деформации шатуна нарушается параллельность осей его шеек. То есть нарушается параллельность поршневого пальца и шатунной шейки (и оси) коленчатого вала. В итоге поршень ходит с перекосом, шатун относительно шатунной шейки также перекошен — имеется односторонний износ шатунного вкладыша.
2. При работе погнутого шатуна в его теле возникают изгибающие напряжения. В итоге велика вероятность образования на теле шатуна усталостной трещины, в результате произойдет разрушение шатуна и последующее разрушение деталей двигателя при взаимодействии вращающегося коленчатого вала с обломками шатуна и «освободившимся» поршнем.
С точки зрения экспертизы двигателя транспортной машины следует разделять гидроудар, произошедший вследствие попадания в рабочую камеру жидкостей из обслуживающих систем силовой установки (топливо, масло системы смазки, охлаждающая жидкость) и гидроудар произошедший по причине попадания воды через систему питания воздухом.
В нашем случае для выявления неисправности сначала необходимо проверить воздушный фильтр на наличие деформации гофр из-за попадания воды.
При извлечении фильтра замечаем коробление гофров (см. рисунок 2)
Рисунок 2 – Коробление гофров воздушного фильтра
Это указывает на то, что жидкость попала в фильтр и вместе с воздухом попала в камеру сгорания.
Далее разбираем двигатель. Он должен быть тщательно очищен от грязи. Разборку двигателя производим на стенде, позволяющем устанавливать двигатель в положениях, обеспечивающих свободный доступ ко всем деталям во время разборки. Разборку двигателя необходимо производить инструментом соответствующего размера (гаечные ключи, съемники, приспособления), рабочая поверхность которых должна быть в хорошем состоянии.
Для снятия двигателя автомобиль необходимо установить на смотровую яму или эстакаду с общим и переносным освещением. Рабочее место должно быть оборудовано талью или другим подъемным устройством грузоподъемностью не менее 300 кг.
Работу по снятию двигателя производить в следующем порядке:
1. закрыть внешние поверхности передних крыльев фартуками из мешковины с целью предохранения их от повреждений при проведении работ;
2. отключить и снять аккумулятор;
3. снять капот;
4. слить охлаждающую жидкость из системы охлаждения двигателя, открыв краники на нижнем бачке радиатора и на левой стороне блока цилиндров, при этом рычаг управления краном отопителя установить в крайнее правое положение, и снять пробки радиатора и расширительного бачка;
5. слить масло из двигателя, для чего отвернуть сливную пробку масляного картера. После слива масла пробку поставить на место и туго затянуть.
Работы, производимые с левой стороны автомобиля:
1. отсоединить разъемы и клеммы проводов от катушек зажигания, датчиков: фазы, температурного состояния двигателя, указателя температуры охлаждающей жидкости, указателя давления масла, сигнализатора аварийного давления масла;
2. освободить жгут проводов из скоб на левой стороне крышки клапанов и откинуть его с двигателя.
Работы, производимые с правой стороны автомобиля:
1. отсоединить провода от генератора и стартера;
2. отсоединить разъемы проводов от электромагнитных форсунок, регулятора холостого хода, датчиков: массового расхода воздуха, положения дроссельной заслонки, детонации, синхронизации и температурного состояния впускного трубопровода;
3. отсоединить провод «массы» от шпильки ресивера;
4. отсоединить и снять шланги, соединяющие воздушный фильтр с дроссельным патрубком, в сборе с датчиком массового расхода воздуха;
5. отсоединить шланг подвода топлива от топливопровода двигателя;
6. отсоединить шланг отвода топлива от редукционного клапана;
7. отсоединить шланг вакуумного усилителя тормозов от ресивера;
8. отсоединить два шланга отопителя от двигателя;
9. отсоединить провода от омывателя стекол, отвернуть болты его крепления и снять;
10. отсоединить тягу привода дроссельной заслонки;
11. освободить жгут проводов из скоб на правой стороне крышки клапанов и откинуть его с двигателя.
Работы, производимые спереди автомобиля:
1. отсоединить шланги от радиатора, водяного насоса, корпуса термостата и
снять их;
2. отсоединить от радиатора шланг расширительного бачка;
3. отвернуть болты крепления радиатора и снять радиатор;
4. снять ремень привода насоса ГУР, отсоединить насос от кронштейна и отвести его в сторону;
5. отсоединить провод аккумулятора от болта передней крышки головки
цилиндров;
6. отсоединить и снять вентилятор с муфтой привода.
Работы, производимые снизу автомобиля:
1. отсоединить массовый провод от картера сцепления;
2. отсоединить рабочий цилиндр привода выключения сцепления от картера сцепления;
3. отсоединить от двигателя приёмную трубу глушителя;
4. зацепить двигатель за грузовые проушины и приподнять двигатель;
5. отвернуть болты крепления двигателя к раме автомобиля, отсоединить картер сцепления от коробки передач и снять двигатель с автомобиля;
6. отсоединить и снять вилку выключения сцепления, вынуть муфту выключения сцепления с подшипником.
Разборка механизмов двигателя:
1. отсоединить шланги подогрева дросселя;
2. отсоединить шланги вентиляции картера;
3. снять регулятор холостого хода;
4. снять ресивер;
5. снять впускную трубу;
6. снять выпускной коллектор;
7. отсоединить провода высокого напряжения с наконечниками от свечей;
8. вывернуть свечи;
9. снять крышку клапанов с катушками зажигания;
10. снять переднюю крышку головки цилиндров;
11. снять верхний и средний успокоители цепи;
12. снять крышку верхнего гидронатяжителя цепи и гидронатяжитель;
13. отвернуть болт крепления звездочки впускного распределительного вала, удерживая ключом распредвал от проворачивания и снять звездочку;
14. снять крышки распределительных валов, проверив правильность меток на них;
15. снять цепь со звездочки выпускного распределительного вала и вынуть распределительные валы;
16. ослабить хомуты шланга корпуса термостата;
17. снять термостат с корпусом;
18. отсоединить скобу крепления трубки отопителя, снять шкив водяного насоса;
19. отвернуть болты крепления головки цилиндров;
20. снять головку цилиндров;
21. с помощью присоски вынуть гидротолкатели из головки;
22. снять усилитель картера сцепления;
23. снять масляный картер и масляный насос;
24. снять крышки шатунов вместе с вкладышами;
25. вынуть поршни вместе с шатунами. Перед разборкой шатунно-поршневой группы проверить правильность меток на шатунах и их крышках, а также их соответствие порядковым номерам цилиндров;
26. отвернуть болт стяжной коленчатого вала или храповик и снять шкив коленчатого вала;
27. снять крышку нижнего гидронатяжителя цепи и гидронатяжитель;
28. снять водяной насос;
29. снять натяжной ролик;
30. снять крышку цепи;
31. расконтрить болты крепления звездочек промежуточного вала, снять звездочки и цепь;
32. отвернуть болты фланца промежуточного вала;
33. снять крышку привода масляного насоса и вынуть шестигранный валик и привод масляного насоса;
34. отвернуть гайку и снять с промежуточного вала шестерню привода
маслонасоса;
35. вынуть промежуточный вал;
36. снять сцепление и маховик;
37. снять задний сальникодержатель;
38. отвернуть болты крепления крышек коренных подшипников коленчатого вала;
39. снять крышки коренных подшипников коленчатого вала вместе с вкладышами и упорными полушайбами, проверив правильность меток на крышках;
40. вынуть коленчатый вал в сборе с втулкой и звездочкой;
41. снять втулку и звездочку с коленчатого вала.
После разборки двигателя обращаем внимание на то, что в цилиндре над местом, где верхнее кольцо останавливается в ВМТ (верхняя мертвая точка поршня), есть нагар. Поскольку деформированный шатун укорачивается, поршень в положении ВМТ опускается ниже своего прежнего нормального положения. При смещении поршня ширина кромки нагара ступенчато увеличивается, что хорошо заметно и невооруженным глазом, а величину расширения кромки нагара можно замерить обычной линейкой. Даже после обрыва деформированного шатуна ширина кромки нагара легко укажет, что пока шатун был "жив", его длина была меньше положенной.
Рисунок 3 - Пояс нагара в верхней части цилиндра с кривым шатуном
При гидроударе погнуло несколько шатунов (см. рисунок 4)
Также у поршня на юбке будет заметно пятно контакта характерной диагональной формы. Также на поршне появится дополнительное контактное пятно, расположенное выше поршневого пальца, в то время как противоположная зона огневого пояса, наоборот, покрыта большим слоем нагара.
Рисунок 4 – Погнутый шатун
На цилиндре, в котором работал деформированный шатун, будут ответные поршню следы: в верхней части цилиндра в месте касания поршня поясок нагара будет стерт, его кромка будет неровной, возможно, с рисками от нештатного касания поршня (см. рисунок 5).
Рисунок 5 – След от перекошенного поршня в верхней части цилиндра
После деформации шатуна вкладыши также начнут работать с перекосом. На них появятся следы "диагонального" износа – блестящие полоски по краям (см. рисунок 6).
Рисунок 6 - Диагональный след от перекоса шатунных вкладышей на шейке коленвала
Вывод: таким образом из-за непонимания водителем возможностей своего авто, произошёл гидроудар. После снятия головки блока цилиндров и визуального осмотра двигателя видим на стенках цилиндра увеличенный поясок нагара, это означает что шатун поршня смят. Также на поршне видим дополнительное контактное пятно. При дальнейшем разборе двигателя видим на стенках цилиндра следы от перекошенного поршня. Отделив шатун от коленвала, можем наблюдать диагональный след от перекоса шатунных вкладышей на шейке коленвала.
.