Диагностика двигателя с помощью вакуумметра

Диагностика двигателя с помощью вакуумметра

Одно из средств ранней диагностики, вакуумметр*, сохраняет свою эффективность для выявления технических неисправностей двигателя. Он так же может быть заменен электронным преобразователем давления.
*Вакуумметр – это тот же манометр, измеряющий отрицательное давление внутри какого-то объема, т.е. насколько давление внутри этого объема меньше атмосферного для данной местности в момент измерения, иными словами вакуумметрическое давление. Автор использует термин «вакуум», прекрасно понимая, что никакой это не вакуум, а скорее разрежение. Я буду придерживаться того же. Далее, выделенное курсивом будет означать мою «отсебятину».
Неужели до сих пор находится применение вакуумметрам? Сегодня полно двигателей, которые могут никогда не потребовать регулировки клапанов, которые сами регулируют зажигание, контролируют условия пропусков зажигания и сами корректируют подачу топлива при незначительном падении вакуума (при появлении подсоса воздуха во впускном тракте). Тем не менее, типичная топливная система, контролируемая компьютером, все еще сильно зависит от состояния двигателя и наличия сильных (различимых), надежных вакуумных управляющих сигналов.
Вот почему значения уровня вакуума сегодня важны как никогда. К тому же измерение вакуума с помощью вакуумметра оказывается самым быстрым и самым простым тестом. Не нужно искать специальных переходников для топливного расходомера как, например, для различных тестов по измерению давления топлива. Не нужно выворачивать свечи как при измерении компрессии. Надо просто найти подходящее место для подключения вакуумметра к впускному тракту и подключить его.
Когда мы измеряем давление во впускном тракте, на самом деле мы сравниваем давление внутри впускного тракта с атмосферным давлением снаружи впускного тракта. Разница этих давлений и является причиной поступления воздуха и топлива в камеру сгорания. Мы будем называть меньшее давление внутри впускного коллектора «вакуумом».
Величина созданного в тракте вакуума зависит от оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Если отключить подачу топлива и зажигание, и затем начать вращать двигатель стартером, то во впускном тракте начнет создаваться вакуум. Чем быстрее вращается двигатель, тем больший вакуум будет создаваться, но до тех пор, пока дроссельная заслонка будет создавать собой препятствие, оставаясь закрытой. Как только заслонка откроется, вакуум будет уменьшаться, но только если скорость вращения будет оставаться постоянной. Перед тем как идти дальше, важно понять эту основную концепцию.
Вероятно, вы уже слышали об использовании вакуумметра для проверки вакуума при запуске. Это полезный тест, т.к. свечи и топливо в процессе не участвуют и, таким образом, мы видим только механическое состояние двигателя. Без топлива и зажигания, понятие вакуума является самым простым для понимания. Оно зависит только от механического состояния двигателя, если мы знаем обороты и положение дроссельной заслонки (ДЗ).
Назовем измерение вакуума при принудительном вращении двигателя стартером при отключенной подаче топлива и зажигании «пусковым тестом», а показания вакуумметра «пусковым вакуумом».
Все усложняется, если мы включаем в процесс подачу топлива и зажигание, т.к.
они напрямую влияют на обороты двигателя. Например, если два одинаковых
двигателя работают при одинаковом положении ДЗ, то обеднение смеси приведет
к более медленному вращению одного из двигателей по сравнению с другим
двигателем, работающем на правильной смеси. Для выравнивания оборотов придется приоткрыть ДЗ первого (медленного) двигателя (уменьшая сопротивление поступающему воздуху), что приведет к снижению вакуума и соответственно показаний вакуумметра.
Таким образом, по вакууму можно достоверно оценить насколько хорошо работает двигатель. Чем выше вакуум при определенных оборотах и открытой заслонке, тем лучше работает двигатель. Понятно, что маленький (низкий по абсолютному значению) вакуум свидетельствует о наличии проблемы, но с чего начать поиск? На самом деле причина низкого вакуума может быть в чем угодно, включая зажигание, подачу топлива или свидетельствовать о механических проблемах.
Ниже мы поговорим об интерпретации показаний вакуумметра при различных тестах и идентификации заболеваний двигателя. Каждый нюанс, который влияет на вакуум, оставляет уникальный след.

Измерение вакуума с помощью вакуумметра

Для измерений предпочтительно использовать вакуумметр со шкалой от -1 до 0 кгс/см2. В статье используется американская система единиц, и приводятся значения в дюймах ртутного столба. 1 inch Hg = 3.385E-2 bar, 1 inch Hg = 3.4532E-2 kg/cm2, 1 inch Hg = 3.342E-2 atmosphere. Можете пересчитать сами в зависимости от шкалы Вашего прибора, но разница будет незначительна. Я округлял полученные значения, т.к. считаю, что важны не абсолютные числа, а порядок величин и их относительные значения во время разных тестов и поведение стрелки прибора. При этом автор, называя вакуум нормальным, имеет ввиду, что его уровень находится в допустимых пределах, в противном случае он называет его аномальным.
Если это возможно, подключите вакуумметр к большому, расположенному по центру вакуумному порту впускного тракта. Убедитесь, что порт не загажен угольными отложениями. В зависимости от типа двигателя и конструкции впускного тракта, выбранное Вами место подключения вакуумметра может сильно влиять на его чувствительность и точность показаний, которые Вы получите.
Для того чтобы запуститься, обычно двигатель должен создать вакуум около 0.03 кгс/см2 (1 inch Hg). При продолжении вращения исправный двигатель увеличит вакуум во впускном тракте до нормального пускового вакуума от 0.1 до 0.2 кгс/см2 (3-6 inch Hg). Чем больший вакуум создает двигатель, тем быстрее он заведется. Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем более высокий и более стабильный вакуум он создаст.
Когда двигатель запускается неравномерно, пусковой вакуум также будет изменяться неравномерно (пульсировать). Наиболее распространенной причиной аномального или пульсирующего пускового вакуума и затрудненного запуска двигателя является проблема с ремнем ГРМ или цепью. Однако двигатель также может быть настолько горячим, что при запуске он проявляет дизельный эффект.
Проблемы с компрессией также могут создавать аномальный пусковой вакуум. Если пусковой вакуум нормальный, но сбрасывается регулярно и ритмично, ищите проблему в компрессии. Каждый раз, когда слабый цилиндр пытается воспламениться, две вещи происходят моментально: обороты возрастают и вакуум уменьшается. Прогоревший клапан может заставлять стрелку вакуумметра регулярно сбрасываться до нуля.
У Вас нулевое стартерное разрежение? Прежде чем Вы начнете искать существенный подсос воздуха, проверьте, не зависла ли дроссельная заслонка в открытом положении. Если да, то закройте ее и проведите тест повторно. Если дроссельная заслонка не закрыта или закрыта не полностью, некоторые вакуумметры (с плохой чувствительностью) могут не показать вакуума во время пускового теста.
На исправном двигателе нормальный вакуум холостого хода (ХХ) должно быть стабильным и находиться в пределах 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg). Двигатели большего литража имеют тенденцию создавать большее значение вакуума ХХ чем двигатели меньшего объема. Чем большую герметичность обеспечивают поршневые кольца и клапана, тем больший вакуум создаст двигатель.
Стабильный, но меньший чем нормальный вакуум ХХ может быть следствием подсоса воздуха, неисправности EGR (рециркуляция выхлопных газов) или проблемы с зажиганием / ремнем ГРМ или цепью. Если имеет место подсос воздуха, то принудительное (вручную) обогащение топливной смеси улучшит работу двигателя на холостом ходу. Если обогащение смеси не помогает, ищите в другом месте и продолжите диагностику.
Аномальный вакуум на ХХ и высоких оборотах заставляет стрелку вакуумметра падать регулярно и предсказуемо на холостом ходу, это обычно вызвано негерметичностью одного или нескольких клапанов. Во время такта сжатия прогоревший впускной клапан пропускает импульсы положительного давления во впускной тракт. При этом, если добавить оборотов, показания не стабилизируются.
Когда показания вакуумметра сбрасываются неравномерно и непредсказуемо на ХХ, клапан или клапана зависают. Стрелка может не падать так сильно как при прогоревших клапанах. Если клапана зависают, охлаждение двигателя или применение специальных присадок к маслу, освобождающих (раскоксовывающих) клапана, может временно стабилизировать показания вакуумметра.
Когда показания вакуумметра изменяются резко между нормальными и очень низкими, возможно имеет место утечка компрессии между смежными цилиндрами. Если это так, то оба эти цилиндра будут выявлены при балансировочном тесте цилиндров.
Слабые клапанные пружины вызывают аномальные показания вакуумметра на ХХ и высоких оборотах. Стрелка прибора будет колебаться быстро, и еще быстрее при увеличении оборотов двигателя. В зависимости от оборотов и состояния пружин, стрелка может пульсировать неравномерно. Когда слабые/сломанные пружины больше не могут закрывать клапан, поведение стрелки вакуумметра будет аналогичным как для прогоревшего клапана.
Сильно изношенные направляющие втулки клапанов вызывают аномальный вакуум на ХХ и нормальный вакуум на высоких оборотах. На холостом ходу стрелка прибора будет колебаться быстро в очень широком диапазоне, но показания стабилизируются при увеличении оборотов. При таком износе направляющих втулок двигатель будет иметь проблемы с расходом масла.
При 2500 об/мин на нейтрали, нормальный вакуум на высоких оборотах должен быть по меньшей мере равен показаниям на холостом ходу. Обычно вакуум при 2500 об/мин будет больше чем на холостом ходу. Если вакуум при 2500 об/мин меньше чем на холостом ходу, отключите систему EGR и проведите тест заново. Если показания остались низкими проверьте не уменьшилось ли сечение системы выхлопа. Имеется ввиду, что система выхлопа может уменьшиться в сечении, например, из-за неисправного, расплавленного каталитического конвертора, или в случае выхлопных труб с двойной стенкой внутренняя труба может проржаветь и забить ржавчиной наружную трубу. В этом случае давление выхлопных газов может оказать влияние на вакуум во впускном тракте.
Вы можете наблюдать за вакуумметром и источником вакуума одновременно. Например, подсоедините один вакуумметр к коллектору, а другой — к шлангу вакуумного модулятора трансмиссии. Если показания обоих изменяются не одинаковым образом во время дорожного теста, проверьте шланг модулятора и его соединения.
Используйте ваш вакуумметр в дорожных тестах так часто, как вам позволяет время. Чем дольше вы будете его использовать, тем быстрее вы поймете, что является нормальными показаниями. С «забитым» выпускным трактом, под нагрузкой показания будут ниже чем нормальные, и потребуется незначительного открывания дроссельной заслонки, чтобы сбросить показания до нуля.

Трудно все запомнить?

Если Вы не обладаете фотографической памятью, запомнить все возможные комбинации показаний вакуумметра и причины их вызвавшие практически невозможно. Для упрощения, мы свели все испытания с помощью вакуумметра к их простым основам. Два следующих простых теста определят наличие хорошего вакуума до того как приступить к следующим проверкам.
1. Пусковой вакуум
2. Показания вакуумметра на прогретом, работающем на холостом ходу двигателе, при частично открытой дроссельной заслонке, без нагрузки на 2000 и 3000 об/мин и во время снижения оборотов с максимума при резком закрытии заслонки.
Во-первых, проверьте пусковой вакуум (обычно проводят на двигателе с отключенными подачей топлива и зажиганием). Подсоедините вакуумметр к источнику вакуума во впускном коллекторе. Убедитесь, что заслонка закрыта и двигатель вращается стартером с нормальной скоростью. Пусковой вакуум должен находиться в пределах по меньшей мере от 0.1 до 0.2 кгс/см2 (3-6 inch Hg).
Во-вторых, проверьте вакуум на прогретом двигателе на холостом ходу, при частично открытой ДЗ и при сбросе газа.
Сначала измерьте вакуум во впускном коллекторе на холостом ходу. Показания вакуумметра должны быть стабильными и находиться в пределах 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg).
Теперь увеличьте обороты до примерно 2000 об/мин. Удерживайте их постоянными и наблюдайте за показаниями. После начального уменьшения показаний при открытии дроссельной заслонки они должны вернуться к уровню вакуума ХХ, зафиксированному на предыдущем тесте, или близкому к нему. Некоторые EGR клапана срабатывают без нагрузки. Если вы увидите небольшое снижение вакуума во время теста с неизменным положением дроссельной заслонки, отключите EGR и проведите замеры снова.
Проведите измерения на 3000 об/мин, вы должны получить аналогичный результат.
Позвольте заслонке резко закрыться от ранее резко открытого положения. Показания вакуумметра должны резко увеличиться до более высоких значений, чем получены на холостом ходу, и составить 0.67-0.85 кгс/см2 (20-25 inch Hg), затем медленно опуститься по мере снижения оборотов двигателя. Стрелка вакуумметра должна вернуться на прежнее место, соответствующее показаниям при холостом ходе, полученным в начале этого теста, и оставаться в этом положении.
Если двигатель прошел эти тесты, то все говорит о том, что с механической точки зрения он в порядке — по-крайней мере достаточно исправный, чтобы прокачивать воздух на ХХ, частично открытой ДЗ и сбросе оборотов.
Стабильные показания вакуумметра в диапазоне 0.6-0.7 кгс/см2 (17-21 inch Hg) на холостом ходу — это есть гуд. Показания вакуумметра должны стабилизироваться на этом уровне или более высоком при удержании заслонки в частично открытом положении. Двигатель не смог бы этого сделать, если бы имел одну или две сломанные пружины. И синхронизация клапанов/поршней должна быть правильной, иначе двигатель не смог бы поддерживать прокачку на более высоких оборотах. И наконец, внутренние детали двигателя (клапана и поршневые кольца) должны обеспечивать достаточно хорошую герметичность, чтобы поднять вакуум при сбросе оборотов.
Если вы получили «правильные» показания вакуумметра, а двигатель не работает хорошо, поищите неисправность еще где-либо, например, проверьте давление топлива, вторичное искрообразование и содержание выхлопных газов. Если получены «неправильные» показания, вот Ваши варианты:
Если пусковой вакуум низкий, или ноль, поищите основную проблему, например, заклинивание распредвала или большой подсос воздуха.
Если вакуум холостого хода низкий, но стабильный, проверьте сначала ГРМ.
Объяснения показаниям вакуумметра, которые окажутся внутри указанных пределов, найдете в начале этой статьи, что поможет Вам идентифицировать результаты.
Самое главное преимущество вакуумметра — это его способность выявить проблемы, связанные с низким вакуумом. Другие тесты, такие как баланс мощности, four gas, вторичное зажигание и проверка давления топлива, также помогут Вам локализовать неисправности.