Способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы

 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для диагностирования и прогнозирования двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить диагностирование двигателей, их агрегатов и прогнозировать техническое состояние двигателя и элементов, узлов механизмов, объединенных в одну конструктивную схему. Предлагается способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы, при котором сигнал с оптического датчика преобразуют в комплексный оптический спектр, а сигнал с акустического датчика преобразуют в комплексный акустический спектр, определяют относительный комплексный показатель путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого судят о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материала деталей двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для диагностирования и прогнозирования двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, в котором преобразовывают светоизлучение процесса сгорания топлива в изменение сигнала, а затем регистрируют осциллографом и осуществляют диагностику систем и механизмов двигателя (см. а.с. СССР N 436991, кл. G O1 M 15/00, 1974 г.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известному способу присущи многочисленные внешние и внутренние возмущающие факторы, сложность обработки и неоднозначность результатов технического диагностирования.

Технический результат - упрощение диагностирования двигателей, их агрегатов и возможность прогнозирования технического состояния двигателя и его элементов, узлов, механизмов, объединенных в одну конструктивную схему.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, в известном способе диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы производят измерение и преобразование сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания.

Особенность заключается в том, что сигнал с оптического датчика преобразуют в комплексный оптический спектр, а сигнал с акустического датчика преобразуют в комплексный акустический спектр, определяют относительный комплексный показатель (ОКП) путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого судят о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материала деталей двигателя.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения; - замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; - исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.); - увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий; - выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; - создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена структурная схема реализации способа.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Источниками информации диагностирования двигателей внутреннего сгорания являются световое излучение, образующееся в камере сгорания 1 двигателя внутреннего сгорания 2 при горении (взрыве) топливной смеси, и акустический сигнал, возникающий в результате взрыва этой же смеси в камере сгорания 1. Световое излучение, являющееся опорным сигналом, регистрируют оптическим датчиком 3, а акустический сигнал - датчиком 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 оптический спектр S₁(ω) и комплексный акустический спектрр S₂(ω), где ω - частота сигнала. Далее сигналы S₁(ω) и S₂(ω) поступают на устройство деления 6, где определяется относительный комплексный показатель ОКП: Коэффициент ОКП характеризует собой амплитудную и фазовую частотные характеристики процессов, протекающих в двигателе. Анализ коэффициента ОКП позволяет судить о качестве работы всего двигателя в целом и прогнозировать его работоспособность. Так область низких частот дает информацию о параметрах подвижных частей 7 (поршень, шатун, кольца и т.д.) и их износе. Высокочастотная область позволяет диагностировать и прогнозировать процессы разрушения материала деталей двигателя.

Пример. С целью проверки предложенного способа диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания создана опытная установка по схеме, изображенной на прилагаемом чертеже. Здесь в качестве оптического датчика 3 используется фотодиод, а в качестве акустического датчика 4 - широкополосный пьезоэлектрический датчик, представляющий собой комбинацию из нескольких пьезоэлементов с различными диапазонами рабочих частот: от звукового диапазона в области 100 Гц до ультразвукового в области 1 МГц и выше. Датчики подключены к входу электронно-вычислительной машины (ЭВМ) со встроенной специализированной цифровой платой, осуществляющей функции устройства спектрального преобразования 5. При этом ЭВМ выполняет функции устройства деления 6 и представляет на экране видеомонитора в графическом виде спектральные зависимости действительной и мнимой частей коэффициента ОКП как функцию частоты ω в реальном масштабе времени.

Диагностирование и прогнозирование двигателя осуществляют по фиксированию отклонений данных графиков от эталонных зависимостей, полученных на эталонном двигателе. Так по мере износа подвижных частей двигателя и возрастания зазоров между трущимися поверхностями наблюдается постепенный рост коэффициента ОКП 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 ОКП в диапазоне свыше 1 МГц. Скорость данного роста позволяет прогнозировать состояние материала корпуса двигателя.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий: - средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при контроле работы двигателей внутреннего сгорания;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных методов до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы, заключающийся в том, что производят измерение и преобразование сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания, отличающийся тем, что 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1