Для диагностирования технического состояния двигателя по динамике изменения концентрации железа в картерном масле необходимо иметь следующие данные: результаты анализов серии последовательно отобранных проб масла (минимальное количество проб — 2—3); время работы двигателя (или пробег автомобиля) после очередной замены масла до отбора каждой пробы; общий срок службы двигателя; характеристики условий эксплуатации автомобиля.
Анализ проб масла может производиться любым из доступных способов определения концентрации железа или ферромагнитных продуктов износа в масле: спектральным, химическим, полярографическим или способом, основанным на использовании ферромагнитных свойств железа.
Разрушение поверхностей деталей из за естественного износа происходит постепенно. В начале возникают микроочаги аварийных износов, которые практически не влияют на работоспособность сопряжения. Однако, начало возникновения разрушительных явлений может быть установлено по повышению содержания железа в картерном масле. Возрастание концентрации железа начинается за 3—4 тыс. км. до возникновения очагов локального разрушения деталей.
В нашей стране в авторемонтном производстве широко применяется система ремонтных размеров, которая позволяет многократно восстанавливать работоспособность деталей с наименьшими затратами средств и этим самым значительно повышать их долговечность. Практически, если своевременно подвергать детали восстановлению, их можно использовать в течение 3—4 межремонтных периодов. Следовательно, использование метода диагностики двигателей по динамике изменения концентрации железа в масле, описанного выше, обеспечивает безаварийную работу и максимальную долговечность агрегатов.
Для заключения о техническом состоянии двигателя необходимо знать закономерности изменения содержания железа в масле по времени для нормального технического состояния и для характерных неисправностей.
Из рисунка 22 видно, как влияет общий срок эксплуатации современного двигателя на содержание железа в картерном масле. Чем больше общий срок эксплуатации, тем лучше детали прирабатываются, условия трения улучшаются и в масло попадает меньше железа. После пробега автомобиля с данным двигателем 80—90 тыс. км детали полностью прирабатываются, и дальнейшего уменьшения концентрации железа в масле не происходит. Данные закономерности используются для построения диагностических номограмм.
Наиболее характерными неисправностями являются: отказ фильтрующих элементов; ухудшение физико-химических свойств картерного масла; нарушение нормальной работы сопряжений «шейки коленчатого вала — вкладыш» и «гильза — поршень».
Отказ фильтрующих элементов сам по себе не сопровождается повышенным износом деталей. Но влияние фильтров на динамику изменения концентрации железа в масле очень велико.
Ухудшение свойств масла происходит сравнительно медленно и, по данным многих исследований, сопровождается линейной зависимостью возрастания концентрации железа в масле.
На долю кривошипно-шатунного механизма приходится почти три четверти механических потерь двигателя. Соответственно и продукты износа попадают в масло, главным образом, с деталей этого механизма. Поэтому нарушение условий трения в сопряжениях цилиндропоршневой группы и подшипниках коленчатого вала существенно влияет на динамику изменения содержания железа в масле. Условия смазки подшипников коленчатого вала и деталей цилиндропоршневой группы существенно отличаются. Поэтому возникновение неисправностей в каждой из этих групп деталей сопровождается определенной закономерностью изменения концентрации железа в масле.
Все эти особенности позволяют конкретизировать заключение о техническом состоянии двигателя и прогнозировать ресурс дальнейшей безотказной работы.
Диагностирование производится путем сравнения графических зависимостей, получаемых для конкретного двигателя, с диагностической номограммой),которая строится на основании обобщения результатов массовых наблюдений за двигателями данной марки и содержит стандартные кривые, характерные для различных состояний двигателя. Для упрощения и универсальности номограмма дополняется таблицами оптимальных значений концентрации железа или ферромагнитных продуктов износа в масле.
Под оптимальными значениями концентрации подразумеваются усредненные значения, характерные для подавляющего большинства двигателей одной выборки, имеющих одинаковый общий срок эксплуатации и работающих в идентичных условиях.
В таблицах все значения приведены для первой категории условий эксплуатации. В числителе приведены значения концентрации железа, в знаменателе — концентрации ферромагнитных продуктов износа в масле.
Диагностирование производится следующим образом. Отбирая очередную пробу масла из картера, записывают показания спидометра и определяют пробег после очередной замены масла. Этот пробег затем откладывается в прямоугольной системе координат в определенном масштабе по оси абсцисс. По оси ординат откладывается содержание железа или ферромагнитных продуктов износа, установленное в результате анализа. Полученную таким образом точку соединяют с точками, полученными аналогичным способом ранее. Если отобранная проба масла является первой из серии последовательно отбираемых из картера после очередной замены масла, то полученная точка может свидетельствовать только об уровне концентрации, но не о закономерностях ее изменения. Таким образом, даже на основании результатов анализа одной пробы масла можно получить однозначную информацию о техническом состоянии двигателя по схеме «годен — негоден».
Вид и расположение кривой, построенной путем соединения точек, позволяет сделать заключение о техническом состоянии двигателя при сравнении этой кривой со стандартной, взятой с диагностической номограммы и соответствующей таблицы. При этом для грузовых автомобилей необходимо учитывать условия эксплуатации.
Согласно Положения о техническом обслуживании и текущем ремонте подвижного состава автомобильного транспорта условия эксплуатации принято подразделять на три категории. Первая — характеризуется городскими и загородными дорогами преимущеетйенно с асфальтовым, бетонным и другим усовершенствованным покрытием, находящимся в хорошем состоянии. Ко второй категории относится работа на загородных дорогах преимущественно с щебеночным, гравийным, булыжным и другим каменным покрытием, находящимся в удовлетворительном состоянии. К этой категории относится также работа в условиях напряженного городского движения. Для третьей категории характерна работа на грунтовых, горных дорогах со щебеночным, гравийным, булыжным или другим твердым покрытием, а также работа в условиях повышенного маневрирования (на строительстве дорог, в карьерах, котлованах, на лесоразработках) .
Для второй и третьей категорий условий эксплуатации содержание продуктов износа в картерном масле выше, чем для первой, соответственно в 1,5 и 2,2 раза. Эти коэффициенты необходимо учитывать при использовании табличных данных. Рассмотренный способ диагностики позволяет легко осуществлять индивидуальный подход при определении технического состояния двигателя. Это является, несомненно, одним из наиболее важных достоинств способа.
Методика диагностирования технического состояния двигателя по динамике изменения концентрации продуктов износа в масле практически является универсальной. Для каждого типа и марки двигателя необходимо вначале построить стандартные кривые и разработать таблицы. Подобная методика может быть использована для диагностирования не только двигателей, но и прочих механизмов, имеющих масляный картер. Сюда могут быть отнесены трансмиссии: коробки передач, главные передачи, раздаточные коробки. Методика диагностирования этих агрегатов упрощается ввиду отсутствия в их конструкции фильтрующих элементов.
