СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ РАБОТЫ
METHOD OF DIAGNOSIS AND FORECASTING OF OPERATING CONDITION OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES IN PROCESS OF THEIR OPERATION

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для диагностирования и прогнозирования двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано при стендовых испытаниях.
Известен способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что задают режим работы двигателя, определяют отклонение показателей состояния от предельно допустимых, проводят вычисления и по результатам оценивают техническое состояние двигателя, причем в качестве показателей состояния принимают параметры пульсаций давления среды [Авторское свидетельство СССР №352169, МПК G01М 15/00, опубл. 1972.01.01, БИ №28, автор Петрухин А.Ф. «Способ оценки технического состояния двигателя»].
Недостатком такого способа является весьма низкая достоверность информации, поскольку ее получение основано на определении гидравлического сопротивления фильтров и скорости его изменения при установившихся режимах движения жидкости в системах двигателя.
Известен способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы, в котором производят измерение и преобразование сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания, при этом сигнал с оптического датчика преобразуют в комплексный оптический спектр, а сигнал с акустического датчика - в комплексный акустический спектр, определяют относительный комплексный показатель путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого и судят о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материала деталей двигателя [Патент РФ №2151384, МПК G01M 15/00, опубл. 2000.06.20, БИ №12 за 2003 г., авторы Антонец Е.В.; Конюхов Г.А.; Никитин К.Е.; Сазанов B.E. «Способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы»].
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Недостатком данного способа является малая информативность и достоверность результатов.
Техническим результатом предлагаемого способа диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы является повышение достоверности оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания за счет информативности ионного спектра и расширения зоны измерения.
Технический результат достигается тем, что в способе диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы, заключающемся в измерении и преобразовании сигналов в комплексные спектры, возникающих в результате воспламенения и горения топливной смеси в камере сгорания, определении относительного комплексного показателя, сравнении его с эталонным и прогнозировании процесса разрушения материала деталей двигателя, причем в качестве опорного сигнала выбран ионный сигнал, акустический и ионный сигналы измеряются попарно по меньшей мере в двух диаметрально противоположных зонах цилиндра, определяют суммарные акустический и ионный комплексные спектры, затем определяют относительные комплексные показатели измеряемых зон путем деления акустического спектра на соответствующий ионный и относительный суммарный комплексный показатель путем деления суммарного акустического спектра на соответствующий ионный, сравнивая их величины с эталонными, а относительные комплексные показатели зон еще и между собой, судят о состоянии ДВС и прогнозируют процесс его разрушения.
Использование ионного сигнала, увеличение зоны измерения и использование различных спектров и показателей позволяет повысить информативность и достоверность в оценке технического состояния ДВС.
На чертеже представлено устройство диагностирования и прогнозирования двигателя, выполненное по предлагаемому способу.
Устройство, реализованное по предлагаемому способу диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы, включает двигатель внутреннего сгорания 1, его камеру сгорания 2, не менее двух пар ионных датчиков 3 и акустических 4, спектральный преобразователь 5, блок вычисления и сравнения 6 и блок прогнозирования 7.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Источниками информации диагностирования двигателей внутреннего сгорания являются ионное излучение, образующееся в камере сгорания 1 двигателя внутреннего сгорания 2 при воспламенении и горении топливной смеси, и акустический сигнал, возникающий в результате горения этой же смеси в камере сгорания 1. Поток ионов меряют ионными датчиками 3, а акустический сигнал регистрируют акустическими датчиками 4, которые встроены в корпус двигателя внутреннего сгорания 2. Датчики 3 и 4 электрически связаны с устройством спектрального преобразования 5, в котором сигналы, поступающие с датчиков 3 и 4, преобразуются соответственно в комплексный акустический спектр Sa(ω) и комплексный ионный спектр Sи(ω), где ω - частота сигнала. Далее сигналы Sa(ω) и Sи(ω) поступают на блок вычисления и сравнения 6. В блоке вычисления и сравнения 6 согласно программе строятся амплитудные и фазовые частотные характеристики, которые по амплитуде и фазе сравниваются с эталонными, устройство 6 осуществляет обработку результатов, вычисляет суммарные комплексные акустический и ионный спектры, складывая соответствующие спектры со всех датчиков, относительный комплексный показатель зоны путем деления акустического сигнала в данной зоне на соответствующий ионный, относительный суммарный комплексный показатель путем деления суммарного акустического комплексного спектра на ионный, скорость отклонения характеристик. Устройство прогнозирования 7 накапливает информацию, необходимую для оценки технического состояния, и позволяет прогнозировать процесс разрушения деталей двигателя.
Коэффициенты относительного суммарного комплексного показателя и относительного комплексного показателя зоны характеризуют собой амплитудную и фазовую частотную характеристики процессов, протекающих в двигателе. Анализ коэффициентов позволяет судить о качестве работы всего двигателя в целом и прогнозировать его работоспособность. Так область низких частот дает информацию о параметрах подвижных частей (поршень, шатун, кольца и т.д.) и их износе. Высокочастотная область позволяет диагностировать и прогнозировать процессы разрушения материала деталей двигателя.
Диагностирование и прогнозирование двигателя осуществляют по фиксированию отклонений данных графиков от эталонных зависимостей. Так по мере износа подвижных частей двигателя и возрастания зазоров между трущимися поверхностями наблюдается постепенный рост коэффициентов в низкочастотной области в диапазоне 100 Гц, пропорциональный росту износа. Скорость данного роста позволяет прогнозировать работу узлов двигателя. В то же время, как известно, сильные ударные нагрузки в условиях высоких температур приводят к постепенному разрушению корпуса двигателя, которое начинается с зарождения микротрещин. Последующий процесс роста этих микротрещин сопровождается возникновением высокочастотных ультразвуковых волн, которые фиксируются по росту коэффициентов в диапазоне свыше 1 МГц. Скорость данного роста позволяет прогнозировать состояние материала корпуса двигателя.
Предлагаемый способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы позволяет повысить достоверность оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания и увеличить его ресурс.