Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН тОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕВАМ ИЭОВЕТЕНИй И ОТНРЬ 1 ТИЙ(53) 621.43;001.41(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 461330, кл. С 01 М 15/00, 1975,2. Авторское свидетельство СССРУ 759891, кл. С 01 М 5/00, 1980. (54) СНОСОВ ДИАГНОСТИРОВАНйЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключа.ющийся в том, что регистрируют виброЩ 801075113 А 4(Я) С 01 Н 3 00 С 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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.Ф107512Устройство диагностирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительно-вычислительный блок, фазоизбирательное устройство, первую и вторую цепи преобразования, калдая 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 цельюповышения точности диагностированияи помехоустойчивости, она дополнительно содержит два дифференциатора, каждый иэ которых включен в связь вибропреобразователя с фильтром, и последний настроен на эарезонансную областьвибропреобраэователя,Изобретение относится к области диагностики механизмов и машин, э частности д:игателей внутреннего сгорания (ДВС).Известны способы диагностирования ЙВС заключающиеся в том что регистрируют параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем импульсы выделяют в заданном диапазоне30частот И .Недостатками этого способа являются невысокая точность и достоверность. так как выделение вибрационного сигнала в области собственных колеба 15 ний виброакустического канала, расположенного в звуковом диапазоне частот, связано с искажением виброударного отклика и наличием помех от не- проверяемых сопряжений. Невысокая точ. ность метода связана также с большим20 значением времени уствновления виброколебаний в вибрационном канале на звуковой частоте, которое превышает при добротности 6"10-200 канала, дли-,25 тельность удара-воздействия в механизме во много (до ста и более) раэИзвестны способы диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключающиесяв том, что регистрируют вибропреобразователем параметры виброимнупьсов от исследуемого сопряже", ния, причем, виброимнульсы выделяют в ультразвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние 35 сопряжения 121.Недостатками известных способа и устройства являются низкие точность и помехоустойчивость, которые связаны с нестабильностью параметров и ниэ О ким затуханием сигнала вибропреобразователя на его раэностной частоте.Целью изобретения является повышение точности диагностирования и помехоустойчивости.Поставленная цель достигается темчто 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 вибпреобразоэателя путем дифференцирования и фильтрации, причем порядокдифференцирования выбирают равнымили большим трех.В устройство диагностированиядвигателя вчутреннего сгорания, содержащее иэмерительно-вычислительныйблок, фазоиэбирательное устройство,первую и вторую цепи преобразования,каждая из которых содержит вибропре-.,"образователь и фильтр, связанные последовательно, причем первая и втораяцепи соединены соответственно с измерительно-вычислительным блоком и сфазоиэбирательным устройством. которые соединены между собой, дополнительно включены два днфференциатора,каждый из которых включен в связьвнбропреобраэователя с фильтром, ипоследний на зареэонансную областьвнбропреобразователя,На фиг, 1,а изображен спектр ударного импульса," на фиг. 1,6 - нормиро"ит от час асти резоОна зави игнала на вибропрекоси личаются40 ной Фазой вибропара сть. Йастоте я, Тогдплитуд вид45 акс (1 ичением наблюдае повышени бросигнала. С учей (4) и вибропр амплит Известно, ы селекции то с увел сигнала, тности и ебаний в го объек ый спект еренцированного я виб осигнала: снижение добрпоглощения колдиагностируемэтого, а такжм Т (во (эЕ Л Н)=К где том (5 б), еобуда ывает выраже й облас симальнвиброим носнима и в зарезонансразователя м селектируемо по закону: Если 5 диффе о,браз ную о частоь в о, т анного г да спЕктрнала вибропретически ровенциро вателя меет пра максимал ибающуюных со ных амплитудудара (Фиг1 г)тавля ванная амплитудно-частотная характеристика пьезоэлектрического вибропреобраэователя; на фиг. 1;в - оператор дифференцирования; на фиг. 1,г - спектр вибросигнала после дифферерци рования; на фиг, 2 - структурная схема устройстваИдеализированный частотный спектр (см. Фиг. 1,а) ударного воздействия в сопряжении механизма представляется 10 формулой: где б - амплитуда ускорения;.1 - частота (селекции) сигнала; Г - длительность удара-воздействияУ ф 3,14.Нормированная частотная характег-" ристика вибропреобраэователя-акселерометра описывается эависймостью (фиг. 1 б): г де Е, 9 - частота резонаротность вибротеля.Из выражения (5) можночто амплитуда сигнала завтотй наиболее сильно в облнанса вибропреобразователсит от точности селекциичастоте 1" Г, и значения 9обрвзователя.Так как добротнолекции сигнала на чжение (5) примет вид; где о ъЗ - показатель степени,В силу того, что точное значение добротности виброакустического канала и поглощения вибросигнала неизвестно, предполагаем, что о 36.Без учета процесса установления и ,затухания колебаний во время виброимпульса процесс вибрации на частоте Х описывается синусоиднойАЦ=А 51 г (2711+Ч (7 где А - амплитуда составляющего счастотой 1, найденная из эависимости (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. 1 в.Тогда преобразованный спектр сос . бросигнала описывает оператор дифференцирования щ-го порядка. дные синуса и косинуса - синус соответственно, отруг от друга только началькоторая при измерении етров ДВС не имеет значе,.п огибающая максимальных пектра вибрации примет озффициент пропорциональ1075113Из сигнала с таким спектром путемФильтрации легко выделимы высокочастотные состанляющие зарезонанснойобласти вибропреобразователя.Порядок щ диФФеренциронания вибросигнала выбирается достаточным дляподавления низкочастотных составляющих, причем точное равенство м= инеобязательно,При селекции вибросигнала диагностируемого ДВС в зарезонансной области вибропреобразователя, например,1=300 кГц-; 10 = 32 кГц компонентыпогрешностей (1) - (3) отсутствуютПотрешнасть от отклонения частоты 15резонанса вибрапреобразователя: где.41 - отклонение частоты резонанса вибропреобразонателя:вусловиях диагностирования.25При ЙВ, =.2 кГц и 1, = 32 крц погрешность б в ,. щ 123, что знлчитепьнО меньше компонентов погрешности по способу - прототипу.Известна чта с ростом частотыЗй виброкапебаний добротность материала тела распространения колебаний уменьшается а поглощение повышаетсяЭто значит. что амплитупа вибрации, принимаемой в зарезонансной (ультразвуковой) Области вибропреобразовате-Зб ля менее искажена собственными,резоПРнсами акустического канала ДБС,ПО цанным экспепимента на чатоте300 кГц в вибросигнале Форсунки дизеля марки СИДамплитуда виброа импульсов ат непронеряемых сопряжений ,помеха) до 10 раз меньше, чем на частоте х й ь, - .: 32 кГЦ.Повышение точности селекции виброимпульсав и тем самым улучшение их соответствия рабочим процессам ДВС Обеспечит повышение точности и достоверности диагностических измерений,по Фазавым и амплитудным параметрам Быделеннь 1 х Описанным путРм Виброимпульсон судят О техническом состоянии диагностируемога механизма согласно известным зависимостям параметров виброимпульсов ат технического состояпия ДВС. 55Тем самым предлагаемые условия осуществления способа вибрационнаго диагностирования обеспечивают повышение помехоустойчивости и точностиопределения технического состоянияДВС. Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, содержит вибропреобразаватели 1 и 2, диФференциаторы 3и 4, Фильтры 5 и б, измерительновычислительный блок 7 и Фазоиэбирательное устройство 8.Избирательный вибропреобразователь1 прикрепляется к контрольной точкедиагностируемого сопряжения ДВС, авибропреабразователь 2 синхронизации - к сопряжению, вибраимпульс которого повторяется в определенный момент эа полный цикл работы ДВС. В качестве источника синхросигнала служит, например, Форсунка, виброимпульс которой повторяется за каждые два поворота коленчатого вала четырехтактного ДВС,Сигналы вибропреобразователей 1 и 2 подань на вхадь диФференциаторав 3 и 4 соответственно, Вибросигналы с преобразованным Спектром от выходовдифференциаторов 3 и 4 подаются на Фильтры 5 и б для селекции сигнала в зарезонансной области вибропреобра= эонателя,С помощью сигнала вибропреобразо-. вателя 2 синхронизации Фазоизбирательным устройством 8 из двух сигналов опорной точки, например, верхнеймертвой точки (ВИТ) поршня, в цикле работы выделяется один, соответствующий проверяемому рабочему процессу ДВС, Фаэоизбирательное устройство 8 работающее синхронно с ДВС, вырабатывает импульсы стробиронания, подаваемые в иэмерительно-вычислительный блок 7 в интервале времени рабочего процесса проверяемого сопряжения.Измерительно-вычислительным блоком 7 измеряются амплитудные значения или Фаза виброимпульсав, принимаемых вибрапреабразователем 1 во время импульса страбиравания.1В качестве примера рассматриваем диагностирование цилиндрапоршневой группы (ЦПГ) одного из цилиндров ДВСДля этого измерительный нибропреОбразаватель 1 устанавливают в соответствующую контрольную точюу блока двигателя. Вибропреобраэаватель 2 синхронизации прикрепляют, например на вторую Форсунку ДВС. ИэмРряют амплитуду виброимпульсов от удара при перекладке поршня во ВМТ, в начале