RU2769047C1 - Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2769047C1
RU2769047C1 RU2021115351A RU2021115351A RU2769047C1 RU 2769047 C1 RU2769047 C1 RU 2769047C1 RU 2021115351 A RU2021115351 A RU 2021115351A RU 2021115351 A RU2021115351 A RU 2021115351A RU 2769047 C1 RU2769047 C1 RU 2769047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
vibration
exhaust manifold
technical condition
wall
Prior art date
Application number
RU2021115351A
Other languages
English (en)
Inventor
Марина Николаевна Горохова
Валерий Геннадьевич Клишев
Денис Игоревич Медведев
Алексей Яковлевич Лапидус
Ильяс Ильгизович Шигапов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
Priority to RU2021115351A priority Critical patent/RU2769047C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2769047C1 publication Critical patent/RU2769047C1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания с учетом температурного и вибрационного признаков. Технический результат достигается тем, что способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения, отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле
Figure 00000035
где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUt - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле
Figure 00000036
где σU v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MU v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле
Figure 00000037
устанавливается статус технического состояния:
Figure 00000038
исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО:ТП[Utфакт]VП[Uv факт]. Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить ее наглядность путем формирования цифрового кода с учетом температурного и вибрационного признаков на основе фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания с учетом температурного и вибрационного признаков.
Известен способ диагностики и прогнозирования технического состояния машин [Авторское свидетельство №1519350 СССР. МПК G01M 15/00. Опубл. 10.06.97. Бюл. №16], заключающийся в измерении значения диагностических признаков вибрации корпуса у машин, которые испытывают до возникновения отказа, оценивают функции распределения вероятностей признаков вибрации для множества машин и, их относительную долю поля рассеивания погрешности как значение функции распределения соответствующего признака, а по близости функции к 0 или 1 судят о состоянии машины и определяют ее категорию качества по прогнозируемому ресурсу. Недостаток способа диагностики и прогнозирования технического состояния машин заключается в большом количестве проводимых испытаний, требующих измерения вибрации корпуса у значительного количества машин, испытываемых до отказа.
Известен способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы [Патент №2151384 РФ. 7 МПК G01M 15/00, F02M 65/00. Опубл. 27.04.2003. Бюл. №12], заключающийся в измерении и преобразовании сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания, причем 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 делают заключение о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материала деталей. Недостаток способа диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы заключается в том, что дополнительное введение оптического датчика в камеру сгорания влияет на процессы сгорания и показатели акустического датчика, что снижает точность оценки технического состояния.
Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания [а.с .№1546871 МПК G01m 15/00], заключающийся в сравнении измеряемого теплового потока с поверхности диагностируемых частей с эталоном. Измерение теплового потока ведут в местах, лежащих на поверхности выпускного трубопровода напротив выхлопа из цилиндра, а режим работы устанавливают путем изменения частоты вращения, причем для диагностирования величины подачи топлива устанавливают мощность: (0,5-1,0) nmax, для диагностирования угла опережения впрыска: (0,35-1,0)Ne max, при частоте вращения коленвала (0,5-1,0) nmax, а для диагностирования давления впрыска топливной форсунки устанавливают режим по частоте вращения коленчатого вала (0,6-1,0) nmax; без нагружения двигателя (Ne max - максимальная эффективная мощность двигателя, nmax - максимальная частота вращения). Недостаток способа диагностирования двигателя внутреннего сгорания заключается в низкой точности при диагностировании двигателя, имеющего одновременно более одной неисправности и ограниченность применения, так как числовые параметры привязаны к определенному типу двигателя внутреннего сгорания.
Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания [Патент на изобретение №2511801 МПК G01m 15/04; G01m 15/10], заключающийся в измерении теплового поля на поверхности выпускного коллектора, при этом определяют конфигурацию коллектора и коэффициент, учитывающий особенность движения выпускных газов. Температуру выхлопных газов ТВГn определяют по формуле:
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- коэффициент, учитывающий количество окон в коллекторе; αB - коэффициент теплоотдачи воздуха, Вт/К м2; αВГ - коэффициент теплоотдачи выхлопных газов, Вт/К м2; λк - коэффициент теплопроводности материала выпускного коллектора, Вт/Км; Тс1 - температура наружной стенки выпускного коллектора, К; Тв - температура наружного воздуха, К.
Температуру выхлопных газов сравнивают со значениями нормативно-технической документации, дают заключении о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания. Недостаток способа диагностирования двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что при наличии нескольких неисправностей, неоднозначно влияющих на техническое состояние исследование температуры выхлопных газов недостаточно.
Наиболее близким прототипом является способ диагностики двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении температуры выпускных газов на минимальной и максимальной частоте вращения. Температура выпускных газов на минимальной частоте вращения
Figure 00000003
определяется по формуле:
Figure 00000004
где
Figure 00000005
- коэффициент, учитывающий количество окон коллектора; αВГ - коэффициент теплоотдачи выпускных газов, Вт/(К м2); αВ - коэффициент теплоотдачи воздуха Вт/(К м2); δ - толщина стенки выпускного коллектора, м; λk - коэффициент теплопроводности материала выпускного коллектора Вт/(К м); Tcnmin; Tcnmax - температура наружной стенки выпускного коллектора на минимальной и максимальной частотах вращения соответственно, К; Т** - индекс тепловой нагрузки внешней среды.
Температура выпускных газов
Figure 00000006
на максимальной частоте вращения определяется по формуле:
Figure 00000007
Комплексный показатель на минимальной частоте вращения Nn min определяется по формуле:
Figure 00000008
где kT - коэффициент, учитывающий значимость температурного признака; kв - коэффициент, учитывающий значимость вибрационного признака; Тэ - эталонная температура, К; Vэ - эталонная скорость вибрации, м/с;
Figure 00000009
- температура выпускных газов на минимальной частоте вращения; Vmin - скорость вибрации выпускных газов на минимальной частоте вращения, м/с.
Комплексный показатель на максимальной частоте вращения Nn max определяется по формуле:
Figure 00000010
где kT - коэффициент, учитывающий значимость температурного признака; kв - коэффициент, учитывающий значимость вибрационного признака; Тэ - эталонная температура, К; Vэ - эталонная скорость вибрации, м/с;
Figure 00000011
- температура выпускных газов на максимальной частоте вращения; Vmax - скорость вибрации выпускных газов на максимальной частоте вращения, м/с.
По предельному отклонению комплексного показателя Nn max от критического значения определяют место неисправности и техническое состояние двигателя внутреннего сгорания. Недостаток способа диагностики двигателя внутреннего сгорания, что комплексный показатель не учитывает фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора в условиях повышенной температуры окружающей среды.
Задача, на которую направлено изобретение, заключается в повышении наглядности комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания.
Технический результат заключается в формировании цифрового кода на основе температурного и вибрационного признаков с учетом фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.
Технический результат достигается тем, что способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле:
Figure 00000012
где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; МUt - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле:
Figure 00000013
где σU v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUv - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле:
Figure 00000014
устанавливается статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО: ТП[Utфакт]VП[Uv факт].
Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет следующие отличия от прототипа:
1. Для учета температуры Utфакт и вибрации Uv факт наружной стенки выхлопного коллектора измеряются их фактические значения на режиме полной мощности.
2. Для перевода фактического значения температуры наружной стенки выхлопного коллектора в безразмерную величину определяется температурный признак ТП по формуле:
Figure 00000015
где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUt - среднее арифметическое значение температуры, Вт.
3. Для перевода фактического значения вибрации наружной стенки выхлопного коллектора в безразмерную величину определяется вибрационный признак VII по формуле:
Figure 00000016
где σU v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MU v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт.
4. Для установления статуса технического состояния определяется комплексная оценка КО по формуле:
Figure 00000017
где ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак; если 0<КО≤0,5 - исправное техническое состояние; КО>0,5 - неисправное техническое состояние
5. Для повышения наглядности комплексной оценки формируется цифровой код технического состояния:
Figure 00000018
где КО - комплексная оценка; ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации выхлопного коллектора, Вт.
Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Измеряются фактические значения температуры Utфакт и вибрации Uv факт на режиме полной мощности путем установки пьезоэлектрических датчиков на наружной стенке выхлопного коллектора. Температурный признак ТП с учетом фактического значения температуры наружной стенки выхлопного коллектора Utфакт определяется формуле:
Figure 00000019
где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUt -среднее арифметическое значение температуры, Вт.
Стандартное отклонение температуры σUt определяется по формуле:
Figure 00000020
где Utmin - минимальное значение температуры, Вт; Utmax - максимальное значение температуры, Вт.
Среднее арифметическое значение температуры MUt определяется по формуле:
Figure 00000021
Вибрационный признак VП с учетом фактического значения вибрации наружной стенки выхлопного коллектора Uv факт определяется по формуле:
Figure 00000022
где σU v - стандартное отклонение вибрации; Uv факт - фактическое значение вибрации выхлопного коллектора, Вт; MU v - среднее арифметическое значение вибрации.
Стандартное отклонение вибрации σUv определяется по формуле:
Figure 00000023
где Uv min - минимальное значение вибрации, Вт; Uv max - максимальное значение вибрации, Вт.
Среднее арифметическое значение вибрации MU v определяется по формуле:
Figure 00000024
Комплексная оценка КО технического состояния определяется по формуле:
Figure 00000025
где ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак.
Определяется статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное.
Цифровой код технического состояния формируется следующим образом:
Figure 00000026
где КО - комплексная оценка; ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации выхлопного коллектора, Вт.
Пример. Двигатель внутреннего сгорания типа 3Д6 работает на режиме полной мощности.
Utфакт =5 Вт (Utmax=8 Вт; Utmin=4 Вт) и
Uv факт = 10 Вт (Uv max=12 Вт; Uv min=6 Вт)
Температурный признак ТП двигателя внутреннего сгорания типа 3Д6 составляет:
Figure 00000027
Стандартное отклонение температуры σUt составляет:
Figure 00000028
Среднее арифметическое значение температуры MUt составляет:
MUt=4+1=5 Вт
Вибрационный признак VП двигателя внутреннего сгорания типа 3Д6 составляет:
Figure 00000029
Стандартное отклонение вибрации σU v составляет:
Figure 00000030
Среднее арифметическое значение вибрации MU v составляет:
MU v =6+1,5=7,5 Вт
Комплексная оценка КО составляет:
Figure 00000031
Цифровой код технического состояния составляет: 1,25: 0,5[5]2,0[10].
Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить ее наглядность путем формирования цифрового кода с учетом температурного и вибрационного признаков на основе фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.

Claims (1)

  1. Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения, отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле
    Figure 00000032
    где σUt - стандартное отклонение температуры, Вт; Utфакт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MUt - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле
    Figure 00000033
    где σU v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; MU v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле
    Figure 00000034
    устанавливается статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО:ТП[Utфакт]VП[Uv факт].
RU2021115351A 2021-05-26 2021-05-26 Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания RU2769047C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115351A RU2769047C1 (ru) 2021-05-26 2021-05-26 Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115351A RU2769047C1 (ru) 2021-05-26 2021-05-26 Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769047C1 true RU2769047C1 (ru) 2022-03-28

Family

ID=81075940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115351A RU2769047C1 (ru) 2021-05-26 2021-05-26 Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769047C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050125183A1 (en) * 2002-01-18 2005-06-09 Stefan Lindberg Analysis system for analysing the condition of a machine
EP1677096A1 (en) * 1998-10-30 2006-07-05 Envirotest Systems, Inc. Multilane remote sensing detector
RU2511801C2 (ru) * 2012-04-26 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания
RU2019105456A (ru) * 2019-02-26 2020-08-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1677096A1 (en) * 1998-10-30 2006-07-05 Envirotest Systems, Inc. Multilane remote sensing detector
US20050125183A1 (en) * 2002-01-18 2005-06-09 Stefan Lindberg Analysis system for analysing the condition of a machine
RU2511801C2 (ru) * 2012-04-26 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания
RU2019105456A (ru) * 2019-02-26 2020-08-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания
RU2735049C2 (ru) * 2019-02-26 2020-10-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Szwaja et al. Comparisons of hydrogen and gasoline combustion knock in a spark ignition engine
US8516895B2 (en) In-cylinder pressure sensor diagnostic systems and methods
KR101466503B1 (ko) 연소불안정 제어장치 및 그 제어방법
Amirante et al. Towards the development of the in-cylinder pressure measurement based on the strain gauge technique for internal combustion engines
US5216881A (en) Arrangement for determining the engine speed and an additional operating characteristic variable of an internal combustion engine by means of a sensor
Herden et al. A new combustion pressure sensor for advanced engine management
Anastasia et al. A cylinder pressure sensor for closed loop engine control
RU2769047C1 (ru) Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания
US7461545B2 (en) Method and apparatus for monitoring cyclic variability in reciprocating engines
RU2735049C2 (ru) Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания
Dempsey et al. Comparison of cylinder pressure measurements on a heavy-duty diesel engine using a switching adapter
Ramírez et al. A methodology for non-invasive diagnosis of diesel engines through characteristics of starter system performance
Romani et al. Indirect Estimation of In-Cylinder Pressure through the Stress Analysis of an Engine Stud
JP2012031766A (ja) エンジンの失火検出装置及び方法
Goldwine et al. Studying the relationship between the vibration signature and the combustion process in diesel engines
JP4784488B2 (ja) 内燃機関の燃料性状検出装置、燃料性状検出方法。
JP2011111906A (ja) 筒内圧センサの診断装置
Chiavola et al. Experimental Study on the Combustion Monitoring via the Turbocharger Speed Fluctuations by Vibration Measurement
KR100494904B1 (ko) 차량의 실화 검출 방법
Harrow Some applications of basic combustion research to gasoline engine development problems
RU2021132591A (ru) Автоматизированная система мониторинга качества топлива двигателя внутреннего сгорания транспортных средств
RU2534640C2 (ru) Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания
Cuper-Przybylska Pressure measurement in the cylinder of four-stroke marine engine-simulation analysis
RU2336513C2 (ru) Способ оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания
KR100200279B1 (ko) 내연기관의 촉매온도 예측방법