Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

1. Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что регистрируют вибролш преобразователем параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем виброимпульсы вьщеляют в ультразвуковом диапазоне частот, обрабатьгоают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние сопряжения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностирования и помехоустойчивости, вьщеление виброимпульсов проводят в зарезонансной области вибропреобразователя путем дифференцирования и фильтрации, причем порядок дифференцирования выбирают равным или большим трех. €/)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕВАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3513323/25-06 (22) 19.11.82 (46) 23.03.85. Вюл. К 11 (72) Т.Л. Метс (53) 621.43;001.41(088.8) (56) f Авторское свидетельство СССР

В 461330, кл. С 01 И 15/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 759891, кл. G 01 M 15/00, f980. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНйЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1 ° Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключа,ющийся в том, что регистрируют виброЩ

„„SU 1075113 А

4(51) G Of Н 3 00 G 01 М 17/00 преобразователем параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем эиброимпульсы выделяют в ультразвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эта-, лоном определяют состояние сопряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностирования и помехоустойчивости, выделение виброимпульсов проводят в зарезонансной области вибропреобразователя путем дифференцирования и фильтрации, причем порядок дифференцирования выбирают равным или большим трех.

10751

2 ° Устройство диагностирования двигателя внутреннего сгорания, со.— держащее измерительно-вычислительный блок, фазоизбирательное устройство, первую и вторую цепи преобразования, кажцая из которых содержит вибропреобразователь и фильтр, связанные последовательно, причем первая и вторая цепи соединены соответственно с измерительно- вычислительным блоком и с фазоизбирательным устройством, которые соединены между собой, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности диагностирования и помехоустойчивости, она дополнительно содержит два дифференциатора, каждый иэ которых включен в связь вибропреобразователя с фильтром, и последний настроен на эарезонансную область вибропреобраэователя.

Изобретение относится к области диагностики механизмов и машин, э частности д=игателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известны способы диагностирования

@ВС заключающиеся в том чтО регист рируют параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем им пульсы выделяют в заданном диапаз .Яе

10 частот (1), Недостатками этого способа являются невысокая точность и достоверность. так как выделение вибрационного сигнала в области собственных колеба15 ний виброакустического канала, расположенного в звуковом диапазоне частот, связано с искажением виброударного отклика и наличием помех От непроверяемых сопряжений. Невысокая точность метода связана также с большим

20 значением времени уствновления виброколебаний в вибрационном канале на звуковой частоте, которое превышает при добротности 610-200 канала, дли25 тельность удара-воздействия в механизме во много (до ста и более) раэ, Известны способы диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключающиеся в том, что регистрируют вибропреобразователем параметры виброимнульсов от исследуемого сопряже".. ния, причем, виброимнульсы выделяют в ультразвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние 35 сопряжения 12) .

Недостатками известных способа и устрОйства являются низкие тОчнОсть и помехоустойчивость, которые связаны с нестабильностью параметров и ниэким затуханием сигнала эибропреобразователя на его раэностной частоте.

Целью изобретения является повышение точности диагностирования и помехоустойчивости. поставленная цель дОстигается тем что в способе диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что регистрируют вибропреобразователем параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем виброимпульсы выделяют в 1 льтраэвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние сопряжения; выделение виброимпульсов проводят в эарезонансной области виблреобразоэателя путем дифференцирования и фильтрации, причем порядок дифференцирования выбирают равным или большим трех.

В устройство диагностирования двигателя вчутреннего сгорания, содержащее иэмерительно-вычислительный блок, фазоиэбирательное устройство, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит вибропре-..- образователь и фильтр, связанные последовательно, причем первая и вторая цепи соединены соответственно с измерительно-вычислительным блоком и с фазоиэбирательным устройством. которые соединены между собой. дополнительно включены два днфференциатора, каждый из которых включен в связь внбропреобраэователя с фильтром, и последний на зареэонансную область внбропреобразователя.

На фиг. 1,а изображен спектр ударного импульса," на фиг. 1,6 — нормиро1075113 где б — амплитуда ускорения ;.

1 — частота (селекции) сигнала; ь — длительность удара-воздействия

У 3,14.

Нормированная частотная характер. ристика вибропреобраэователя-акселерометра описывается эависймостью (фиг. 16):

20 (5)

Я} где fo, Й вЂ” частота резонанса и доб30 ротность вибропреобразователя.

Из выражения (5) можно вывести, что амплитуда сигнала зависит от частотй наиболее сильно в области резо- З5 нанса вибропреобраэователя. Она зависит от точности селекции сигнала на частоте Х 1, и -значения Й вибропреобразователя.

Так как добротность. Q >< 10, при се40 лекции сигнала на частоте Е У выражение (5) примет вид:

Н- (Sa), 1 (r r,j ã

Н"- (k, ) . {и}

Известно, что с увеличением частоты селекции сигнала, наблюдается снижение добротности и повышение поглощения колебаний вибросигнала диагностируемого объекта. С учетом этого, а также выражений (4) и (56), в зарезонансной области вибропреобразователя максимальная амплитуда селектируемого виброимпульса убывает по закону:

A(f)as ц/f" (g) ванная амплитудно-частотная характеристика пьезоэлектрического вибропреобраэователя; на фиг. 1;в — оператор дифференцирования; на фиг. 1,г— спектр вибросигнала после дифференци- S рования; на фиг. 2 — структурная схема устройства..

Идеализированный частотный спектр (см. фиг. 1,а) ударного воздействия в сопряжении механизма представляется10 формулой: где и 3 — показатель степени.

В силу того, что точное значение добротности виброакустического канала и поглощения вибросигнала неизвестно, предполагаем, что и 3...6.

Без учета процесса установления и ,затухания колебаний во время виброимпульса процесс вибрации на частоте -Х описывается синусоидной

А(Ц=А э г. (27ft+9 ) {7} где A — амплитуда составляющего с частотой 1, найденная из эа» висимости (6) ° — текущее время; .Ч - начальная фаза колебания.

Селекция высокочастотных составляющих из .всего спектра виброимпульсов затруднена из-за их малого значения.

Уменьшение амплитуд частотных составляющих селектируемого виброимпульса при росте частоты по закону (6) может быть скомпенсировано путем дифференцирования, оператор которого представлен на фиг. 1в.

Тогда преобразованный спектр сос тавляющих вибросигнала описывается формулой: д {ц„,(„(! з "(2" (,) с! С 1й где — — оператор дифференцирования щ-го порядка.

Производные синуса и косинуса— косинус и синус соответственно, отличаются друг от друга только начальной фазой 1, которая при измерении вибропараметров ДВС не имеет значе ния. Тогда огибающая максимальных амплитуд спектра вибрации примет вид: а полный спектр дифференцированного вибросигнала:

Л Н}=Км j Т {s n {J f i}, (1О} где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Если принимать mn, тогда спектр дифференцированного сигнала вибропреобразователя имеет практически ровную огибающую максимальных амплитуд частотных составляющих удара(фиг ° 1г).

107S113

Из сигнала с таким спектром путем фильтрации легко выделимы высокочастотные составляющие эарезонанснай области вибропреобразователя.

Порядок m дифференцирования виб- 5 росигнала выбирается достаточным для подавления низкочастотных составляющих, причем точное равенство м= и необязательно.

При селекции вибросигнала диагностируемаго ДВС в зарезонансной области вибропреобразователя, например, =300 кГц-; 40 = 32 кГц компоненты погрешностей (1) — (3) отсутствуют„

Потрешнасть от отклонения частоты резонанса вибрапреобраэователя: где. Ь|,. "- отклонение частоты резонанса вибрапреабразавателя в условиях диагностирования.

l pH Й t =2 к1 ц и f = 33 кГц погрешность ь —.:" 1 2Е, что значительно меньше компонентов погрешности по способу — прототипу.

Известна ч-;о с ростам частоты

Зй виброкапебаний добротность материала тела распространения колебаний уменьшается,. а поглощение повышается,.

Это значит. чта амплитуда вибрации, принимаемой в зарезопансной (ультразвуковой) области вибропреобразавате- 5 ля менее искажена собственными,резонансами акустического канала ДБС.

Па,цанным эксперимента на чатате т = 300 кГц в вибрасигнале форсунки дизеля марки СИД-62 амплитуда вибра- 1а импульсов ат непроверяемых сопряжений (помеха) да 10 раз меньше, чем на частоте х Гс,=: 32 кгц.

Повышение точности селекции виброимпульсаи и тем самым улучшение их соответствия рабочим процессам ДВС обеспечит повышение точности и достоверности диагностических измерений.

Па фазавым и амплитудным параметрам выделенных описанным путем вибро- импульсов судят о техническом состоянии диагнастируемога механизма согласна известным зависимостям параметров вибраимпульсав ат технического состояния ДВС, 55

Тем самым предлагаемые условия осуществления способа вибрацианнаго диагностирования обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности определения технического состояния

ДВС. Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, содержит вибропреоб разаватели 1 и 2, дифференциатары 3 и 4, фильтры 5 и б, измерительновычислительный блок 7 и фазоиэбирательное устройство 8.

Избирательный вибрапреобразователь

1 прикрепляется к контрольной точке диагностируемаго сопряжения ДВС, а вибропреабразаватель 2 синхронизации— к сопряжению, вибраимпульс которого повторяется в определенный момент эа полный цикл работы ДВС. В качестве источника синхрасигнала служит, например, форсунка, вибраимпульс которой повторяется за каждые два поворота коленчатого вала четыре:<тактнагп ДВС, Сигналы вибропреобразавателей 1 и 2 подань| на вхадь дифференциаторав

3 и 4 соответственно. Вибросигналы с преобразованным Спектрам ат выходов дифференциатаров 3 и 4 подаются на фильтры 5 и б для селекции сигнала в эареэананснай области вибрапреабра= эавателя.

С помощью сигнала вибропреабраза-. вателя " . синхронизации фазаизбирательным устройством 8 иэ двух сигналов опорной точки, например, верхчей мертвой тачки (BNT) поршня, в цикле

t работы выделяется один, соответствующий проверяемому рабочему процессу

ДВС, Фа=-аизбирательное устройство 8„ работающее синхронна с ДВС, вырабатывает импульсы стробирования, подаваемые в иэмерительна-вычислительный. блок 7 в интервале времени рабочега процесса проверяемого сопряжения.

Иэмерительна-вычислительным блоком

7 измеряются амплитудные значения или фаза вибраимпульсав, принимаемых вибрапреабразователем 1 ва время импульса. стробиравания.

В качестве примера рассматриваем диагностирование цилиндрапагшневой группы (ЦПГ) одного из цилиндров

ДВС

Для этого измерительный вибропреабразаватель 1 устанавливают в соответствующую контрольную точку блока двигателя. Вибропреабраэаватель 2 синхронизации прикрепляют, например,, на вторую форсунку ДВС. Измеряют амплитуду виброимпульсав ат удара при перекладке поршня ва P>NT в начале

1075 j,13

Редактор С. Титова Техред С.Мигунова Корректор М. Розман

Заказ 1686/3 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ° Ужгород, ул. Проектная, 4 такта расширения в проверяемом ци.". линдре.

Известно, что существует почти линейная зависимость между амплитудой

А виброимпульсов и зазором в ЦПГ. 5

Тогда погрешность определения зазора ЦПГ (диагностирования) равна погрешности селекции и измерения амплитуды виброимпульсов. Снижение погрешности выделения вибросигнала ДВС обеспечивает повышение точности диагноза о его техническом состоянии.

Селекция сигнала при измерении фазы рабочего процесса, например, угла опережения подачи топлива секцией топливного насоса, производится ана логично описанному выше. Измерительный преобразователь 2 установлен на проверяемую секцию топливного насоса, Измерение производится по передне- о му фронту виброимпульса, превышающего уровень срабатывания. В качестве опорной точки, в отношении которои определяется угол опережения подачи топлива, обычно используется ВМТ.

Для точного и достоверного измерения необходимо срабатывание измерителя фазы от одной и той же части переднего фронта виброимпульса при повторении измерения на многих ДВС. Это обеспечивается стабильностью амплитуды и малой длительностью фронтов виброимпульсов, селектируемых в за= резонансной области вибропреобразователя.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение точности и помехоустойчивости вибрационного диагностирования путем использования виброимпульсов, выделенных в эареэо,нансной области вибропреобразователя, для суждения о техническом состоянии механизмов 1IBC.