Диагностика бензинового двигателя

Двигатель внутреннего сгорания является источником механической энергии в большинстве автомобилей. Индикатором его состояния является расход топлива и масла, токсичность выхлопа и цвет выхлопных газов, шумы, стуки и вибрации а также динамические характеристики автомобиля.
Какие параметры двигателя нужно проверять, приобретая подержанный автомобиль и что именно диагностировать во время его эксплуатации — об этом и пойдет речь в этой статье, адресованной владельцам автомобилей.

Рассматриваться будут бензиновые двигатели внутреннего сгорания, которые устанавливаются на карбюраторные и инжекторные автомобили. Основное внимание уделим диагностике двигателя как силового агрегата, где тепловая энергия топлива при сгорании, преобразуется в механическую. Диагностикой считается та методика, которая позволяет безразборным способом оценить техническое состояние двигателя.

В каких случаях возникает необходимость в диагностике двигателя и в каком объеме ее проводить? Как правило, для этого есть два повода: когда приобретается подержанный автомобиль или, уже на своем авто возникли конкретные проблемы (повышенный расход масла, стуки, потеря мощности и т. д.). В каждом случае владельцу автомобиля желательно знать как можно больше: не только состояние «механики», но и состояние систем впуска, зажигания, энергоснабжения и управления двигателем. Нужна полная диагностика, так как выявленные дефекты, могут повлиять на предстоящие затраты после покупки автомобиля или просто, помогут спрогнозировать будущие расходы на уже имеющееся авто. Техническое состояние двигателя принято оценивать по диагностическим параметрам, которые и будут рассмотрены ниже.

1. Давление в цилиндре в конце такта сжатия — компрессия. Этот параметр позволяет оценить герметичность сопряжений поршень-кольцо-цилиндр и клапан-седло клапана, от которых зависит эффективность преобразования тепловой энергии, выделяемой при сгорании топлива, в механическую, а в конечном итоге — мощность и экономичность двигателя, его токсичность и расход масла. Известно два метода измерения компрессии: прямой и косвенный. При прямом методе все свечи зажигания извлекаются из цилиндров и через свечные отверстия, с помощью обычного стрелочного компрессометра, компрессометра с самописцем или электронного датчика мотор-тестера, измеряется компрессия.

   При косвенном методе свечи не извлекаются и компрессия с помощью мотор-тестера измеряется через ток стартера в режиме прокрутки коленвала. Метод, как правило, применяется когда нет прямого доступа к свечам зажигания или когда важнее знать не величину компрессии, а ее разность между цилиндрами. Следует отметить, что измерение обычным компрессометром имеет свои достоинста, чем и объясняется его широкое применение. На нем наглядно видно, за сколько тактов сжатия стрелка вышла на максимальное значение. Хороший результат когда за 2-3 такта, а если стрелка достигает максимума (даже близкого к номинальному значению компрессии) за 8-10 тактов, то это повод серьезно задуматься о состоянии двигателя.

   Имейте в виду, что результаты измерений зависят не только от состояния двигателя, но и от условий, при которых эти измерения проводятся. Необходимые условия при проверке компрессии: двигатель прогрет до рабочей температуры, полностью открытая дроссельная заслонка, чистый воздушный фильтр, полностью исправная и заряженная аккумуляторная батарея, исправный стартер, обеспечивающий коленвалу 250-300 оборотов в минуту, заблокированное зажигание (для исключения выхода его из строя), отключенные форсунки (исключить попадание топлива в катализатор). Последние два условия можно выполнить одновременно, если отсоединить разъем датчика коленвала.

   Результаты измерений должны быть сопоставлены с данными производителя двигателя. Разные производители ДВС имеют различные значения компрессии и степени сжатия. Необходимо отметить, что очень высокие значения компрессии, как и слишком низкие, говорят о наличии неисправности. Компрессия 16-17 кгс/см2 говорит о том, что компрессионные кольца могут уплотнятся избыточным количеством проникающего в цилиндры масла через закоксованные, либо изношенные маслосъемные кольца. В таких случаях, на дне поршня и стенках камеры сгорания, можно обнаружить большое количество отложений. С помощью эндоскопа, через свечное отверстие, хорошо видно их наличие.

   Проблемы с маслосъемными кольцами возникают вследствие перегрева двигателя, использования некачественного масла и просто несвоевременной замены масла. Залегание колец, либо их «закоксовка», сопровождаются повышенным «угаром» масла и «сизым» выхлопом. Следует иметь в виду, что «сизый» выхлоп также имеет место при «затвердевших» сальниках клапанов и изношенных направляющих втулках клапанов. В таких случаях свечи зажигания имеют сильный коркообразный нагар. В худшем случае при такой неисправности — это мокрая от масла и неработающая свеча.

   В случае, если какой-либо цилиндр имеет компрессию, по отношению к другим, ниже допуска, можно поступить следующим образом. С помощью шприца влить в цилиндр 5-10 мл. моторного масла и вновь измерить компрессию. Вариант первый — компрессия стала выше чем в остальных цилиндрах. Это означает, что в сопряжении клапан — седло клапана проблем нет и наиболее вероятной, и часто встречающейся причиной, является «закоксованность» компрессионных колец. Хотя может быть и худший случай — это поломка кольца или перегородок поршня. Вариант второй — компрессия после вливания масла не изменилась (или увеличилась всего на 0,5-1 кгс/см2). В этом случае уже без частичного или полного «вскрытия» двигателя не обойтись.

   Если позволяет время и есть желание то можно конкретизировать поломку. Сначала с помощью эндоскопа через свечное отверстие проверить нет ли «прогара» поршня. Далее выставить поршень исследуемого цилиндра на такте сжатия в верхнюю мертвую точку (впускной и выпускной клапаны закрыты). Через свечное отверстие подать в камеру сгорания сжатый воздух и выяснить, куда идет утечка воздуха. Если в выпускной коллектор — проблема с выпускным клапаном, если во впускной коллектор — проблема с впускным клапаном. Если утечка воздуха в систему охлаждения — проблема с прокладкой головки блока цилиндров, либо трещина в головке блока. Если проблемы с клапанами, то спешить снимать головку блока не стоит. Сначала снимите клапанную крышку и проверьте тепловые зазоры в клапанах или состояние гидрокомпенсаторов. Причиной неплотного закрытия клапанов могут быть «подклинившие» гидрокомпенсаторы (если они есть).

2. Эффективная мощность — это параметр, который снимается с колес автомобиля. Ее можно определить на беговых барабанах динамометрического стенда. Мощность двигателя – это характеристика, которая снимаемается с коленвала. Определить ее можно, измерив угловое ускорение вращения коленвала в режиме от холостых оборотов до максимальных, при резком нажатии до упора педали акселератора. Еще есть диагностический параметр, непосредственно связанный с мощностью двигателя, это баланс мощности по цилиндрам двигателя. Такая процедура измерения предусмотрена в некоторых мотор — тестерах. Суть метода заключается в том, что на работающем двигателе поочередно блокируется работа цилиндров и измеряется падение оборотов. Падение оборотов тем больше, чем больше мощность отключенного цилиндра. На экране монитора в виде номограмм отображается процентный вклад каждого цилиндра в общую мощность двигателя. Метод достаточно информативный, но имеет и некоторые ограничения. На многоцилиндровых двигателях точность метода снижается, кроме того возникает опасность повреждения катализатора, из-за попадания в него большого количества несгоревшего топлива при блокировке цилиндров.
3. Давление масла в системе смазки. Этот диагностический параметр позволяет оценить износ сопряженных деталей кривошипно-шатунного механизма (коренные и шатунные шейки коленвала — вкладыши), износ подшипников распредвала, состояние масляного насоса и редукционного клапана. Давление масла в системе смазки, как и величина компрессии, регламентируется производителем двигателя. Измеряется давление масла на прогретом двигателе с помощью манометра, подключенного вместо штатного датчика давления. Результаты измерений нужно сопоставить с данными производителя. Проблемы в системе смазки возникают, как правило, если несвоевременно меняется масло и масляный фильтр, смена масла сопровождается промывкой двигателя специальными быстродействующими средствами промывки. Частицы отложений, под действием сильных растворителей, отделяются от внутренних поверхностей и перекрывают каналы системы смазки. Опасна такая промывка и для тонких каналов подшипников турбокомпрессора.

   Если зимой автомобиль передвигается на короткие расстояния, двигатель имеет большое количество холодных пусков и не достигает рабочей температуры, а значит работает на «богатой» топливо-воздушной смеси. В таких случаях несгоревшее топливо и влага разжижают масло и образуют осадки, кислоты и смолы, которые сокращают срок жизни масла. Вследствие этого, смену масла и масляного фильтра необходимо производить раньше, чем рекомендует производитель автомобиля. Преждевременное старение масла также происходит от попадания большого количества топлива, проникающего в масляную систему при многократных и неудачных пусках холодного двигателя с последующей попыткой его запуска с «буксира».

4. Давление картерных газов или количество газов, прорывающихся в картер. Эти диагностические параметры также позволяют оценить состояние цилиндро-поршневой группы достаточно объективно, но к сожалению, эта диагностика не получила широкого распространения. Для общего развития: измеренное значение не должно превышать некоторый порог, установленный для исправного двигателя. С ростом оборотов, давление не должно расти, а в идеале, может незначительно уменьшиться.
5. Разрежение во впускном коллекторе. Данный диагностический параметр позволяет оценить состояние цилиндро-поршневой группы и газо-распределительного механизма. По фазовым сдвигам, форме и амплитудным значениям кривой пульсирующего разрежения (в идеале это сигнал синусоидальной формы), можно судить о состоянии привода распредвала (ремень, цепь), зазорах и герметичности клапанов, наличии отложений и нагара на впускных клапанах, приводящих к ухудшению наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью. Если есть подозрение на большое количество отложений на впускном клапане, то необходимо с помощью эндоскопа, введенного через посадочные отверстия снятых форсунок, визуально осмотреть клапана. Исходя из количества отложений, можно рекомендовать очистку в режиме промывки инжекторов на работающем двигателе или механический способ очистки, путем частичной разборки двигателя.
6. Анализ вибраций, стуков и шумов двигателя. Исправный двигатель издает равномерный шум, о такой работе образно говорят — двигатель «шепчет». Но рано или поздно появляются разные аномалии. Наиболее часто появляется периодическое «вздрагивание» двигателя на холостых оборотах, которое обычно происходит из-за пропусков воспламенения топливо-воздушной смеси (дефектные свечи, несоответствующий зазор в свечах, раннее зажигание, «богатая» или «бедная» смесь). «Вздрагивание» в этом случае сопровождается синхронными «хлопками» в выхлопной трубе. Равномерная «тряска» двигателя на оборотах холостого хода характерна для одного или более неработающих цилиндров. Причины могут быть разные — не работает свеча зажигания или форсунка, нет компрессии в одном или нескольких цилиндрах, обрыв высоковольтного провода, «прогар» прокладки головки блока между двумя смежными цилиндрами и др. Последний дефект выявляется при измерении компрессии: в этих цилиндрах величина компрессии будет одинаковой между собой и низкой, по отношению к другим цилиндрам. Еще одно характерное проявление связанное с вибрацией двигателя: на оборотах холостого хода двигатель работает ровно, а при резком нажатии на педаль газа, ДВС набирает обороты с вибрацией, и затем, на высоких оборотах вновь работает ровно. В движении автомобиля это выглядит как «провал» при наборе оборотов.

   Причин здесь несколько. Может быть неисправным датчик положения дроссельной заслонки или расходомер воздуха, низкое давление топлива в системе впрыска, засоренные форсунки, «уставшие» свечи зажигания, или высоковольтные провода, либо не рабочая одна из катушек зажигания. Характерные шумы и стуки издает неисправное навесное оборудование (генератор, гидроусилитель руля, кондиционер, натяжные и вспомогательные ролики этих агрегатов). Определить источник шумов среди навесного оборудования достаточно просто, методом поочередного снятия приводного ремня соответствующих агрегатов, или с помощью стетоскопа. Сложнее обстоит дело с внутренними стуками двигателя. Увеличенные зазоры в сопряженных деталях, изношенные гидрокомпенсаторы, увеличенные тепловые зазоры клапанов приводят к ударным нагрузкам в механизмах, которые сопровождаются шумом и стуками. Перечислять, куда приложить стетоскоп, и какой стук будет при прослушивании коренных и шатунных подшипников, подшипников распредвала, поршней, клапанов и т. д. мы не будем, скажем одно – для этого нужны не только знания, но и опыт.

7. Анализ дымности выхлопа. У исправного, прогретого двигателя в теплую погоду, выхлоп практически бесцветный. После запуска двигателя, по мере прогрева глушителя, можно наблюдать более белый выхлоп (пар), который прекращается после испарения оттуда влаги. В холодную погоду пар виден и на прогретом двигателе. Густой белый выхлоп бывает в двух случаях — попадание по разным причинам охлаждающей жидкости в цилиндр либо попадание масла непосредственно в выпускную систему, где оно в большей части испаряется, а не сгорает. Такой выхлоп имеет характерный запах масла. Если выхлоп черный, диагноз один — слишком «богатая» топливо — воздушная смесь по целому ряду причин. Такой выхлоп всегда сопровождается повышенным расходом топлива с негативными последствиями для двигателя. «Сизый» выхлоп (иногда с оттенком голубого цвета) — это свидетельство попадания и сгорания масла в камеру сгорания. Пути попадания два — через кольца, или через сальники клапанов и направляющие втулки клапанов, по рассмотренным выше причинам.
8. Газоанализ. Диагностика технического состояния двигателя, и тем более рекомендация о необходимости ремонта, не может быть полной без анализа состава выхлопных газов. Но для анализа технического состояния ДВС недостаточно простого газоанализатора для измерения СО. В этом случае нужен уже более серьезный, четырехкомпонентный газоанализатор. Квалифицированный специалист с помощью газоанализатора может определить фактически любую неисправность в Вашем двигателе.