Принципы сбора первичной информации и формирование законов ее обработки являются предметом технической диагностики.

В технической диагностике используются понятия прямого (структурного) и косвенного (функционально зависимого от структурного) диагностического параметров. Прямой (структурный) параметр — это, как правило, характеристика (мера) технического состояния детали или узла двигателя (размер, форма, чистота поверхности, сопряжение деталей и т. п.). При диагностировании двигателя диагностические параметры используются для проверки работоспособности и поиска дефектов как двигателя в целом, так и его составных частей. В двигателе диагностическими параметрами могут служить параметры, характеризующие характер сопряжения основных деталей (зазор между цилиндром и поршнем, зазор между шейками коленчатого вала и подшипниками — коренными и шатунными, износ направляющих втулок клапана и т.п.), а также параметры, характеризующие работу двигателя (мощность, расход топлива, давление, температура деталей и газов, уровень шума и вибрации, состав выпускных газов и т. п.).

Для обеспечения высокой достоверности диагноза параметр двигателя, используемый в качестве диагностического, должен отвечать следующим требованиям:
— однозначно изменяться в соответствии с изменением технического состояния двигателя;
— иметь достаточно широкий диапазон изменения при изменении технического состояния (в этом случае легче и точнее можно оценить относительное изменение параметра);
— быть удобным для измерения.

Техническое диагностирование двигателей может проводиться как в процессе его эксплуатации при нормальной работе —-функциональное техническое диагностирование, так и при отрыве от выполнения полезной работы. В первом случае все операции диагностирования проводят непрерывно или с любой периодичностью, двигатель оборудован встроенными средствами диагностирования (датчиками), а аппаратура для приема и обработки информации диагностирования размещена на объекте, на котором установлен данный двигатель. При этом система диагностирования может быть полностью автоматизирована и представлять собой единый информационный комплекс с ЭВМ. Во втором случае диагностирование проводится с заданной периодичностью (по времени работы двигателя, по пробегу транспортной установки) или по потребности на специальных стендах. Стенд оборудован измерительной аппаратурой и аппаратурой обработки информации и имеет комплекс средств диагностирования, присоединяемых к двигателю. На двигателе для этой цели должны быть предусмотрены устройства сопряжения (разъемы, выводы, штуцера, переходники и др.). Иногда двигатель имеет определенное количество встроенных средств диагностирования, также подключаемых к измерительной аппаратуре стенда.

Техническая диагностика использует методы теории двигателей внутреннего сгорания и теории надежности, математическое моделирование, термо-, аэро- и гидродинамические закономерности и т. п.

Система технического диагностирования — совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей, подготовленная к диагностированию и осуществляющая его по правилам, установленным соответствующей документацией.

Чем больше деталей и узлов двигателя подвергнуто диагностированию, тем достовернее общий диагноз и прогноз. Число деталей, охватываемых диагностированием, и точность информации об их техническом состоянии в большой мере определяются конструкцией двигателя, его размерами и назначением. В этом отношении крупные судовые, тепловозные и стационарные двигатели имеют определенное преимущество по сравнению с автотракторными двигателями, поскольку на них проще и в большем количестве можно установить датчики информации (до нескольких сотен), что позволяет проводить локальное (поэлементное) диагностирование двигателя.

Как правило, системы диагностирования, например, судовых двигателей позволяют определять техническое состояние воздушных и газовых трактов, включая турбокомпрессор и охладитель воздуха, по давлению и температуре соответствующих сред; цилиндропоршневой группы с помощью термопар (проволочных, высокотемпературных пленочных), датчиков износа зеркала цилиндра, поршневых колец; топливной аппаратуры, включая систему впрыскивания топлива, с измерением расхода топлива и мощности в отдельных цилиндрах; смазочной системы и системы охлаждения с помощью датчиков давления и температуры.

Для автотракторных двигателей в связи с трудностями размещения на двигателе датчиков и преобразователей и установки измерительной аппаратуры более широко используется в настоящее время диагностирование на стендах, так как информация контрольно-измерительных приборов (например, давление и температура охлаждающей жидкости, масла) недостаточна для полноты оценки технического состояния двигателя.

При диагностировании двигателей на стендах используются методы, позволяющие оценивать как общее техническое состояние двигателя, так и методы локального (поэлементного) диагностирования. Техническое диагностирование двигателя в целом часто заключается в оценке технического состояния с информацией: «исправен» или «неисправен». При этом в практике диагностирования автотракторных двигателей техническое состояние оценивают по таким выходным параметрам, как максимальная эффективная мощность двигателя, расход топлива, состав и температура выпускных газов, расход масла на угар.

Эффективная мощность двигателя является объективным показателем его общего технического состояния. Однако изменение мощности вследствие увеличения в процессе изнашивания зазоров в сопряженных деталях за период эксплуатации двигателя довольно незначительно (около 7 %). что снижает ценность этого параметра как диагностического. Большее падение мощности двигателя связано с нарушением регулировок систем зажигания и питания. Поэтому часто эффективная мощность используется как комплексный параметр, отражающий согласованность настройки указанных систем двигателя. При этом качество регулировок оценивают по развиваемой двигателем мощности. Если двигатель развивает наибольшую мощность, то регулировки оптимальны.

При диагностировании двигателей могут быть использованы как стационарные, так и передвижные стенды.

Крупные судовые и тепловозные двигатели более приспособлены для диагностирования в процессе нормального функционирования на объекте, а автотракторные — на диагностических стендах.

Диагностирование по элементам в отличие от диагностирования двигателя в целом дает более точную оценку места, причины и характера неисправности.

Износ трущихся поверхностей деталей и состояние систем двигателя существенно влияют на его расход топлива. Увеличение удельного расхода топлива непосредственно отражает снижение КПД двигателя. Поэтому расход топлива, как и эффективная мощность, служит важным параметром, характеризующим общее состояние двигателя.

Важными показателями общего технического состояния двигателя являются также состав и температура выпускных газов, которые отражают полноту сгорания топлива. Полнота сгорания топлива зависит от технического состояния цилиндропоршневой группы, от исправности систем питания воздухом и топливом, системы зажигания. Состав выпускных газов определяется специальными газоанализаторами, и по результатам анализа делается заключение о коэффициенте избытка воздуха, условиях и характере сгорания топлива.

Расход масла на угар в результате проникновения масла в камеру сгорания, обусловленного насосным эффектом поршневых колец и вентиляцией картера, используется для контроля технического состояния цилиндропоршневой группы и двигателя в целом, поскольку этот параметр зависит от износа поршня, колец, а также от теплового и нагрузочного режимов работы двигателя.

В качестве основных методов локального диагностирования автотракторных двигателей можно отметить методы: определения количества газов, прорывающихся в картер; оценки утечки сжатого воздуха из камеры сгорания; акустический и вибрационный; оценки параметров картерного масла и др.

Определяя количество газов, прорывающихся в картер за единицу времени, можно достаточно точно оценить состояние поршневых колец и зеркала цилиндра.

Для измерения количества прорвавшихся газов используют газовые расходомеры.

Техническое состояние цилиндра, поршневых колец, клапанов и уплотнений газовых стыков оценивают по величине утечки сжатого воздуха из камеры сгорания. Сжатый воздух под определенным давлением подается в цилиндр от внешнего источника через отверстие для свечи зажигания или форсунки при положении поршня в ВМТ (иногда и в НМТ). Снижение давления в цилиндре характеризует износ деталей цилиндропоршневой группы. Метод достаточно прост и объективен.

Количественная оценка зазоров в сопряжениях работающего двигателя может быть получена измерением уровня, либо шума, либо вибрации, если для двигателя данного типа исследована зависимость между этими величинами.

Метод оценки концентрации металлических примесей в картерном масле позволяет оценить техническое состояние любой трущейся детали двигателя. Концентрация металла данной детали в картерном масле свидетельствует об ее износе и является величиной, отвечающей всем требованиям, предъявляемым к диагностическим параметрам, особенно по широте диапазона изменения. Ценность метода состоит также в том, что он позволяет обнаружить неисправность до ее внешнего проявления.

Описанные методы дают возможность с большей или меньшей точностью прогнозировать работоспособность двигателя с момента диагноза. Остаточный ресурс двигателя может быть достаточно просто определен при известных начальных и предельных значениях параметров состояния основных деталей и при измерении диагностического параметра в момент прогнозирования. За начальное значение параметра принимают среднее статистическое, а за предельное — указанное в технических условиях. В этом случае прогнозирование ведется по одному определению текущего значения диагностического параметра. Однако этот метод не учитывает индивидуальные особенности двигателя и условия его эксплуатации и дает большую погрешность прогноза (до 60%). Более достоверно прогнозирование, основанное на использовании многократного диагноза, поскольку в качестве начального значения параметра берется конкретное значение, соответствующее первому диагнозу, а многократность диагноза позволяет выявить и учесть зависимость диагностических параметров от величины использованного ресурса для конкретных условий эксплуатации.

При создании системы диагностирования для двигателей какого-либо типа необходимо выполнить следующие работы.

Исследовать двигатель как объект диагностирования с построением математической модели, содержащей зависимость диагностических параметров от технического состояния.

Построить алгоритм технического диагностирования с выделением наиболее предпочтительного состава контролируемых диагностических параметров и с использованием для этого математической модели двигателя.

Построить алгоритм прогноза.

Разработать технические требования к комплексу средств диагностирования и подготовить двигатели к установке этих средств.

Испытать систему диагностирования и разработать документацию на эксплуатацию системы диагностирования.

Непрерывное диагностирование в процессе эксплуатации показывает динамику изменения диагностических параметров и обеспечивает более точный прогноз.

Прогнозирование предсказание технического состояния двигателя в определенный момент эксплуатации.