Лекции по электронике автомобиля

Лекция №1

Основные термины и определения диагностики

Стремление подвергнуть двигатель ремонту раньше потребности отчасти объясняется силой традиции, уста­ревших представлений о долговечности механизмов. При этом упускается из виду, что конструкции и технология изготовления двигателей непрерывно совершенствуются. За последние 10 лет долговечность отечественных авто­мобильных двигателей возросла более, чем в 2 раза. Если поршневые кольца первых двигателей ЗИЛ-130 нужно было заменять через 80—100 тыс. км пробега, то ресурс этих колец в настоящее время превышает 200 тыс. км. Подобные примеры можно было бы привести для мно­гих других деталей.

Кроме того, незнание методов диагностики двигате­лей, а порою и несовершенство их, является причиной того, что автомобили и их агрегаты подвергаются ремон­ту на основании субъективных заключений обслужива­ющего персонала, а не по фактической потребности. В то же время известно, что любая разборка механизма отрицательно влияет на его дальнейшую работоспособ­ность. С какой бы тщательностью ни была произведена разборка и сборка, режим затяжки крепежных соедине­ний всегда отличается от первоначального. Вследствие деформации материала деталей изменяется их геометри­ческая форма, нарушается соосность и т. д. Это приво­дит к тому, что при дальнейшей работе механизма вновь происходит приработка деталей, так называемая вторич­ная приработка, которая, как известно, сопровождается повышенной скоростью износа деталей. По некоторым данным, на вторичную приработку затрачивается до 30% ресурса безотказной работы механизмов, что резко сни­жает срок их службы.

Нередко встречается: и другая крайность: автомобиль или его агрегат подвергаются ремонту после аварийной поломки, когда отдельные детали не подлежат восста­новлению и их приходится заменять новыми, Восстановление других деталей связано с более сложными и до­рогими технологическими процессами. Например, в обыч­ном случае коленчатый вал двигателя подвергается при ремонте проточке и шлифовке. Этот способ — способ ремонтных размеров — один из самых дешевых и обес­печивает высокую долговечность коленчатых валов. Но если шейки вала вследствие аварийной поломки имеют глубокие задиры, оплавления, их приходится протачи­вать, наплавлять, вновь протачивать, шлифовать и под­вергать термообработке. Ремонт, таким образом, зна­чительно усложняется. Кроме того, общий срок службы деталей до полной выбраковки в этих случаях обычно резко сокращается. Следовательно, как чрезмерно ран­ний, так и поздний ремонт автомобиля или его агрегата весьма нежелательны.

Своевременно прекратить эксплуатацию автомобиля и подвергнуть его ремонту можно только в случае при­менения объективного инструментального диагностиро­вания технического состояния.

Диагностика в технике не случайно претерпела наи­более бурное развитие именно на автомобильном транс­порте. Автомобиль — достаточно сложная система, в ко­торой для хорошей работы всей машины в целом нужна надежная и согласованная работа ее отдельных агрега­тов и механизмов. Кроме того, автомобили в масштабе страны исчисляются десятками миллионов, и их эксплу­атацией занимается огромное количество людей. Отсюда понятно, что обеспечение надежной, безотказной рабо­ты автомобилей — важная народнохозяйственная за­дача.

Двигатель принято называть сердцем автомобиля. Он является наиболее сложным и дорогостоящим агрегатом. Техническое состояние его во многом зависит от исправ­ности всего автомобиля. Поэтому развитию методов и средств диагностики уделяется огромное внимание.

Диагностирование, в отличие от обычного контроля, ставит перед собой задачу определения технического состояния автомобиля или его агрегата для прогнозирова­ния ресурса дальнейшей безотказной работы. При этом диагностирование должно производиться на основании наследования, преимущественно без разборки механиз­мов, с помощью новейших достижений науки и техники.

Диагностика технического состояния системы— отрасль науки, изучающая и устанавливающая признаки неисправного состояния, методы, принципы и оборудова­ние, при помощи которых дается заключение о техниче­ском состоянии системы без разборки и прогнозирование ресурса ее безотказной работы.

Диагностирование— это один из видов технических воздействий, направленных на поддержание автомобиля в исправном состоянии. Диагностирование — часть кон­троля технического состояния системы по диагностиче­ским параметрам. Снятие отдельных деталей для при­соединения измерительных приборов не является разбор­кой.

Система— упорядоченная совокупность совместно действующих объектов, предназначенная для выполне­ния заданных функций. В качестве системы можно рас­сматривать двигатель или его механизмы, например, кривошипно-шатунный механизм.

Элемент— объект (часть системы), входящий в си­стему и выполняющий в ней заданные функции. Элемен­тами двигателя являются отдельные его узлы и детали.

Структура системы— определенная взаимосвязь, взаиморасположение составных частей (элементов), ха­рактеризующая устройство и конструкцию системы.

Параметр— качественная мера, объясняющая свой­ство системы, элемента или явления, в частности, про­цесса.

Параметр, используемый при диагностировании, называется диагностическим пара­метром.

Значение параметра— количественная мера пара­метра.

Структурный параметр — качественная мера, харак­теризующая свойство структуры системы или ее элемента.

Основной структурный параметр — ка­чественная мера возможности выполнения системой заданных функций.

Второстепенный структур­ный параметр — качественная мера, характеризу­ющая удобство эксплуатации, внешний вид, техническую эстетику и другое.

Под структурным параметром подра­зумевается геометрическая форма, размеры, взаимное расположение и сопряжение элементов, чистота их по­верхности, микроструктура материала и т. д.

Входной параметр— качественная мера воздействия на систему извне. В качестве входных параметров мож­но рассматривать нагрузку, климатические, атмосферные и другие условия.

Выходной параметр— качественная мера внешнего проявления свойств системы. Выходными параметрами двигателя являются мощность и крутящий момент, га­зовыделение, шумообразование и т. д.

Предельное значение параметра— показатель, при котором дальнейшая эксплуатация агрегата или узла не­доступна или нецелесообразна по технико-экономиче­ским соображениям.

Диагностический параметр (симптом)— косвенное проявление технического состояния системы, элемента,

Исправное техническое состояние— состояние систе­мы, при котором все бесструктурные и выходные пара­метры находятся в допустимых пределах изменения.

Неисправное техническое состояние— состояние системы, при котором хотя бы один из основных структур­ных и выходных параметров вышел за допустимые пре­делы изменения.

Работоспособное состояние— состояние системы, при котором ее основные структурные и выходные парамет­ры находятся в допустимых пределах изменения.

Отказ автомобиля, агрегата, узла, детали — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состоя­ния в течение определенного времени, запланированного для выполнения транспортной или специальной работы, а также выявленное при диагностировании, техническом обслуживании и ремонте.

Прогнозирование — определение срока службы авто­мобиля, агрегата или узла до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической до­кументации.

Диагноз — заключение о техническом состоянии си­стемы.

Диагноз, формируемый по минимальному числу общих диагностических параметров, называется экс­пресс-диагнозом.

Объективное диагностирование — процесс, осуще­ствляемый при помощи контрольно-измерительного обо­рудования, приборов и инструментов.

Субъективное диагностирование — определение без контрольно-измерительных приборов и инструментов ди­агностических параметров, поддающихся оценке с по­мощью органов чувств или с применением отдельных средств для усиления сигнала.

Общее диагностирование — диагностирование авто­мобиля, агрегата, узла по диагностическим параметрам, характеризующим их общее техническое состояние без выявления конкретной неисправности («исправен» — «неисправен»).

Диагностирование поэлементное (углубленное) — диагностирование автомобиля, агрегата, узла по пара­метрам, характеризующим их техническое состояние с выявлением места, причины и характера неисправностей и отказов.

Контрольно-диагностические средства — оборудова­ние, приборы и инструменты для оценки техническо­го состояния автомобилей. Контрольно-диагностические средства могут быть стационарными, передвижными, пе­реносными.

Вполне очевидно, что с изменением структурных па­раметров, например, зазоров, размеров, изменяются и параметры выходных процессов (мощность, расход топ­лива, давление в конце такта сжатия и др.). Поэтому параметры выходных процессов при определенных усло­виях могут служить косвенными признаками исправного или неисправного технического состояния двигателя. При этом диагностирование механизма может произ­водиться без его разборки.

Неисправное состояние наступает тогда, когда значе­ния структурных параметров агрегата и соответствую­щие им параметры выходных процессов выходят за пре­делы допустимых, заранее установленных.

Автомобиль является восстанавливаемой системой, может многократно подвергаться различным видам технического обслу­живания и ремонтам, т. е. он ремонтопригодный.

Ремонтопригодность— свойство, заключающееся в его при­способленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технических обслу­живании и ремонтов. В зависимости от уровня ремонтопригод­ности автомобиля изменяется продолжительность простоя при техническом обслуживании и ремонте, а также трудоемкость этих работ. Показателями ремонтопригодности автомобиля могут слу­жить, например, вероятность выполнения ремонта в заданное время, удельная трудоемкость и средняя стоимость технического обслуживания.

Сохраняемость—свойство автомобиля сохранять обуслов­ленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации. Сохраняемостью определяются целесообразные сроки хранения и консервации автомобилей, а также допустимые расстояния (время) транспортирования, после которых автомо­биль остается пригодным к дальнейшей эксплуатации без ремон­та. Показателем сохраняемости может служить, например, сред­ний срок сохранности.

Сохраняемость автомобиля зависит от качества его изготов­ления, интенсивности протекания в его элементах необратимых процессов (старения, коррозии), внешних факторов (температу­ры и влажности воздуха, агрессивности среды, солнечной радиа-ции), На срок сохраняемости большое влияние оказывает ка­чество консервации и обслуживания автомобиля в процессе хра­нения, а также свойство применяемых эксплуатационных материалов.

Долговечность автомобиля — свойство сохранять работоспо­собность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технических обслуживании и ремонтов. Предельное состоя­ние автомобиля может определяться по износу его базовых и ос­новных деталей, по условиям безопасности движения, по измене­нию эксплуатационных свойств и оговаривается в технической до­кументации. Наиболее часто предельное состояние автомобиля определяют по экономическим показателям.

Показателями долговечности автомобиля могут служить, на­пример, ресурс (пробег автомобиля или его агрегата до предель­ного состояния, оговоренного в технической документации) или срок службы (календарная продолжительность эксплуатации автомобиля до предельного состояния, оговоренного в техничес­кой документации). В практике эксплуатации автомобилей ос­новным показателем долговечности автомобиля (агрегата) при­нимают средний пробег до первого капитального ремонта. В этом случае очень важно точно оговорить понятие «капитальный ремонт» применительно к автомобилю или агрегату (узлу).

Работоспособность автомобиля — состояние, при котором он может выполнять заданные функции с параметрами, установлен­ными требованиями технической документации.

Надежность автомобиля закладывается при его проектирова­нии и доводке опытного образца, обеспечивается в процессе про­изводства и как одно из важнейших эксплуатационных свойств проявляется и поддерживается в процессе эксплуатации. Исходя из этого, следует рассматривать конструктивную, производствен­ную и эксплуатационную надежность автомобиля. По мере раз­вития ,и совершенствования методов расчетов, конструирований и технологии производства автомобилей, внедрения научно обо­снованных методов технической эксплуатации, эксплуатационная надежность автомобиля по своему уровню будет приближаться к конструктивной надежности.

Надежность автомобиля не остается постоянной в течение всего срока службы. По мере изнашивания деталей, накопления в них необратимых процессов (усталостных явлений, износа, коррозии) увеличивается вероятность появления неисправностей и отказов. Новые автомобили всегда имеют более высокую на­дежность по сравнению с автомобилями, имеющими большой пробег или прошедшими капитальный ремонт.

Основная задача рациональной технической эксплуатации автомобиля заключается прежде всего в том, чтобы как можно дольше сохранить заложенную в нем надежность.

Фундаментальным понятием в теории надежности является понятие отказа.

Отказ автомобиля —это событие, заключающееся в наруше­нии работоспособности. Отказ может произойти вследствие раз­рушения, деформации или износа деталей, нарушения регулиро­вок механизмов или систем, прекращения подачи топлива, смаз­ки или такого изменения рабочих характеристик автомобиля (потеря мощности, перерасход смазки, большой тормозной путь и др.) или его элементов, когда они выходят за пределы допусти­мых норм, оговоренных техническими условиями.

Необходимо различать также понятие неисправность автомо­биля (или его элемента) — состояние, при котором он не соответ­ствует хотя бы одному из требований технической документации. Различают неисправности, не приводящие к отказам (разруше­ние окраски кузова автомобиля, вмятины в кабине и другие), и неисправности (и их сочетания), вызывающие отказы.

Для того чтобы точно определить понятие отказ и зафиксиро­вать все случаи отказов, необходимо точно сформулировать понятие нормального функционирования автомобиля (обусловить пределы допустимого изменения рабочих характеристик автомо­биля в целом и его отдельных элементов с учетом требований эксплуатации).

В зависимости от поставленной исследователем задачи отказы автомобиля можно классифицировать по различным призна­кам.

Для анализа физической природы отказов, их взаимосвязи для разработки мер по их прогнозированию отказы целесообраз­но классифицировать по следующим признакам:

по их взаимо­связи —

• на зависимые, т. е. возникшие в результате отказа дру­гих элементов, и
• независимые.

При анализе эксплуатационной надежности автомобиля главное внимание следует уделять пер­вопричинам, обусловливающим возникновение зависимых отка­зов. Поток зависимых отказов в процессе эксплуатации свиде­тельствует о несовершенстве выбранной структурной схемы сложных элементов автомобиля.

По последствиям отказы делятся на опасныеи безопасные.

Опасные отказы— это такие, возникновение которых представ­ляет опасность для жизни или здоровья людей, обслуживающих или пользующихся автомобилем. Опасные отказы могут возни­кать в механизмах управления автомобиля (рулевом управле­нии, тормозах).

По характеру изменения состояния автомобиля (агрегата, ме­ханизма) отказы могут быть внезапные или постепенные. Такое деление отказов является условным. Внезапные отказы в боль­шинстве случаев являются следствием постепенного качественного изменения физико-механических свойств материалов, но скрытого от наблюдателя до момента внешнего их проявления.

Для разработки мероприятий по повышению надежности автомобилей важное значение имеет классификация отказов по причинам их возникновения. По этой классификации отказы де­лятся на

• конструкционные,
• технологические,
• эксплуатационные и
• износные, обусловленные старением элементов.

Конструкционные отказы обусловливаются несовер­шенными методами конструирования автомобиля или его элемен­тов, ошибками и просчетами, допущенными конструктором. Эти отказы могут появляться, когда не учитываются «пиковые» (слу­чайные) нагрузки, величина которых значительно превышает эксплуатационные нагрузки, на которые рассчитан автомобиль. Проявляются конструкционные отказы преимущественно в первые периоды эксплуатации автомобиля, однако они могут возникнуть и на более поздней стадии эксплуатации. Характерной особенностью этих отказов является то, что они присущи по месту и времени всем экземплярам данной системы (элемента).

Технологические отказы имеют в своей основе неправильно назначенные технологические процессы изготовления деталей или являются следствием нарушения принятой техноло­гии сборки, регулировки, приработки или испытания автомобиля (агрегатов) неправильно выбранные материалы, нестабильность Их свойств. Они проявляются на самой ранней стадии эксплуа­тации автомобиля.

Эксплуатационные отказы возникают в случае на­рушения установленных правил технической эксплуатации авто­мобиля, а также при несоответствии конструкции автомобиля ус­ловиям внешней среды и заданным режимам работы. Износные отказы обусловлены старением системы И возникают в результате постепенного накапливания в элемен­тах необратимых изменений (рекристаллизация металла, кор­розия, усталостные явления, изменения формы деталей и т. д.). Износные отказы возникают вследствие совместного действия нескольких причин, поэтому важно установить главную причину возникновения отказа и устранить ее.

Если при испытании новой машины произошел отказ, следо­вательно, на стадии проектирования уровень прочности не был скоординирован с уровнем нагрузки. Поэтому нужно хорошо знать внешние условия работы машины, нагрузки, воспринимае­мые машиной, амплитуды их рассеивания и пр. При таком под­ходе к пониманию отказов надежность можно определить как свойство машины (элемента) непрерывно сохранять работоспо­собность в определенных условиях эксплуатации в течение задан­ного периода времени.

Надежность автомобиля оценивается вероятностными, чи­сленными характеристиками, которые могут быть получены на основании математической обработки достаточной статистичес­кой информации.

Теория надежности автомобиля является разделом общей тео­рии надежности машин и развивается на базе теории вероятнос­тей и математической статистики. В ряде разделов теории на­дежности широкое применение получают методы теории инфор­мации, теории массового обслуживания, линейного и нелинейного программирования и др.

«При решении задач теория надежности использует результа­ты исследований физических и химических процессов, лежащих в основе явлений, связанных с потерей качества».

Непрерывное совершенствование техники, усложнение функций, выполняемых машинами и техническими системами, ведет к усложнению и самих машин. Чем сложнее машина, тем, при прочих равных условиях, она менее надежна. Для снятия этого противоречия в теории надежности разрабатываются методы со­здания надежных машин и систем путем резервирования, вы­бора оптимальной структурной и функциональной схем, раци­ональных методов и приемов технической эксплуатации и ре­монта.

Применительно к автомобилю задачи теории надежности со­стоят в том, чтобы устанавливать и изучать количественные ха­рактеристики надежности, закономерности возникновения отка­зов, методы анализа и прогнозирования отказов, методику испы­тания и математической обработки статистических показателей.

Профессор Я. X. Закин определил три условия, при которых параметры выходных процессов могут служить симптомами технического состояния.

Первое условие (условие однозначности) заключается в том, что каж­дому значению структурного параметра должно соот­ветствовать одно, вполне определенное значение пара­метра выходного процесса.

Например, по мере из­нашивания двигателя увеличиваются зазоры в его сопряжениях, и в этой связи уменьшается максимальная мощность.

Второе условие (условие широты поля изменения): параметр выходного процесса должен иметь, возможно большее относительное изменение при абсолютном из­менении структурного параметра.

Объяснить это условие можно на таком примере. С увеличением износа двига­теля максимальная мощность его снижается и при пре­дельном износе мощность меньше первоначальной на 5—7%. В то же время содержание металлических про­дуктов износа в картерном масле двигателя может воз­расти на 800—1000%. Рассматривая содержание продук­тов износа в масле, как параметр выходного процесса, можно отметить, что относительное изменение его зна­чительно больше (более, чем в 100 раз), чем изменение максимальной мощности. Поэтому, намного легче, и точ­нее уловить относительное изменение этого параметра и, таким образом, более достоверно провести диагностиро­вание.

И,наконец, третье условие, при соблюдении которого параметры выходных процессов могут служить симпто­мами технического состояния: доступность и удобство измерения параметра. Если параметр выходного процес­са даже удовлетворяет условиям однозначности и широ­ты поля изменения, но его очень трудно измерить или для этого требуется весьма сложное оборудование, то он практически не может использоваться для диагнос­тики.

Необходимо знать, что методов диагностики техни­ческого состояния двигателей много. Далеко не все из них удовлетворяют указанным условиям. Поэтому в большинстве случаев для установления объективного ди­агноза технического состояния целесообразно применять несколько методов.

Источник статьи: http://avtic.1c-umi.ru/diagnostika_elektrooborudovaniya_avtomobilya/lekciya_1/