Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01M17/00 G01N3/00 

//Г 2/Г 3/Г VrSir S/f 7/r

ь a

JH

rff«

g СЛ

лЪ

ZYYYYYL

AnmM

2. Устройство диагностирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее измерительно-вычислительный блок, фазоизбирательное устройство, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит вибропреобразователь и , связанные последовательно, причем первая и вторая цепи соединены соответственно с измерительно-вычислительным блоком и

1075

с фазоизбирательньм устройством, которые соединены между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности диагностирования и помехоустойчивости, она дополнительно содержит два дифференциатора, каждый из которых включен в связь вибропреобраэователя с фильтром, и последний настроен на зарезонансную область вибропреобразователя.

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. €/)

Изобретение относится к области диагностики механизмов и машин, в частности дг;игателей внутреннего сго рания (две). Известны способы диагностирования toSCl, заключанщиеся в том, что регист рируют параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем им|Пульсы выделяют в заданном диапаз гне частот И, Недостатками этого способа являют ся невысокая точность и достоверност так как вьзделение вибращ онного сигнала в области собственных колебаний виброакустического канала, расположеиного в звуковом диапазоне частот, связано с искажением виброударного отклика и наличием помех от непроверяе№ ж сопряжений Невысокая точ ность метода связана также с большим значением времени уствновления виброколебаний в вибрационно 5 канале на звуковой частоте, которое превышает при добротности U t0-200 каналаэ длительность удара-воздайствня в мехаииз « во много (до ста и более) раз, Известны способы диагностирования двигателя внутреннего сгоранияj заклсочакяциеся в том, что регистрируют вибропреобразователем параметры виброимпульсов от исследуемого сопряже НИН, причем, виброШШульсы вьаделяют в ультразвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние сопряжения С2 . Недостатками известных способа и устройства являются низкие точность и помехоустойчивость, которые связаны с нестабильностью параметров и низКИМ затуханием сигнала вибропреобразователя на его разностной частоте. Целью изобретения является повышение точности диагностирования и помехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем чуо в способе диагностирования двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что регистрируют вибропреобразователем параметры виброимпульсов от исследуемого сопряжения, причем виброимпульсы выделяют в уугътразвуковом диапазоне частот, обрабатывают сигналы и сравнением их с эталоном определяют состояние сопряжения, выделение виброимпульсов проводят в зарезонансной области вибпреобразователя путем дифференцирования и фильтрации, причем порядок дифференциройания выбирают равньм или большим трех. В устройство диагностирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее, измерительно-вычислительный блок, фазоизбирательное устройство, первую и. вторую цепи преобразования, кажд.ая из которых содержит вибропре.; образователь и фильтр, связанные по следоватепьно, причем первая и вторая цепи соединены соответственно с измерительно-вычислительньм блоком и с фазоизбирательным устройством, которые соединены между собой, дополнительно включены два диффёрен диатора, калщый из которых включен в связь вибропреобразователя с фильтром, и последний на зарезонансную область вибропреобразователя. На фиг, 1,а изображен спектр ударного импульса; на фиг. 1,6 - нормиро3ванная амплитудно-частотная характё ристика пьезоэлектрического вибропр образователя; на фиг. Г,в - оператор дифференцирования; на фиг, 1,г спектр вибросигнала после диффереуц рования; на фиг. 2 - структурная схема устройства. Идеализированный частотный спект (см. фиг. 1,а) ударного воздействия в сопряжении механизма представляет формулой: sindf n Jfc- I где tt - амплитуда ускорения;„ f - частота (селекции) сигнала; t - длительность удара-воздействия;,14. Hop шpoвaннaя частотная характег ристика вибропреобразователя-аксепе рометра описывается зависимостью (фиг. 16): 1ИдЛЧ/чв) где fj , Q- частота резонанса и добротность вирропреобразов тепя Из выражения (5) можно вывести, что амплитуда сигнала зависит от ча тоты наиболее сильно в области резо нанса внбропреобразователя. Она зав сит от точности селекции сигнала на частоте и значения Q вибропреобразователя. Так как добротность С1 7/-10, при c лекции сигнала на частоте выр жение (5) примет вид: 145MJ Hct(j4) Известно, что с увеличением частоты селекции сигнала, наблюдается снижение до,бротности и повьопение поглощения колебаний вибросигнала диагностируемого объекта. С учетом этого, а также выражений (4) и (56) в зарезонансной области вибропреобразователя максимальная амплитуда селектируемого виброимпульса убьшае по закону: (Л«а/ (ь) 3Л где п 7,3 - показатель степени. В силу того, что точное значение добротности виброакустического канала и поглощения вибросигнала неизвестно, предполагаем, что ..о6. Без учета процесса установления и I затухания колебаний во время виброимпульса процесс вибрации на частоте f описьшается синусоидной A(t| jSir. (Zlfi-H j где (А| - амплитуда составляющего с частотой f, найденная из зв висимостк (6); i - текущее время; If - начальная фаза колебания. Селекция высокочастотных составляющих из всего спектра виброимпульсов затруднена из-за их малого значения. Уменьшение амплитуд частотных составлякнцих селектируемого виброимпульса при росте частоты по закону (6) может быть скомпенсировано путем дифференцирования, оператор крторого представлен на фиг. 1в. Тогда преобразованный спектр составляющих вибросигнала описывается формулой: А().(, С8) - оператор дифференцИроваat ния ГЦ-го порядка. Производные синуса и косинуса косинус и синус соответственно, отличаются друг от друга только начальной фазой У, которая при измерении вибропараметров ДВС не имеет значе ; ния. Тогда огибающая максимальных амплитуд спектра вибрации примет вид: /MaKc El K-f , О) а полный спектр дифференцированного вибросигнала: ) Kc((sit)(jTf), (10) где К - коэффициент пропорциональности. Если принимать , тогда спектр дифференцированного гигнала вибропрео,бразователя имеет практически ровную огибающую максимальных амплитуд частотных составляющих удара(фиг.1 г). Из сигнала с таким спектром путем фильтрации легко вьщелимы высокочастотные составляю1чие зарезонансной области вибропреобразователя. Порядок m дифференцирования вибросигнала выбирается достаточным для подавления низкочастотных составляющих, причем точное равенство нео6я;зательно. При сапекцин вибросигнала диагностируемого две в зарезонансной области вибропреобразователя, например f 300 кГц7- to 32 кГц компоненты погрешностей (1) (3) отсутствуют,, Погрешность от отклонения частоты резонанса вибропреобразователя: V. , Oll ,/ . -.. +7 °v I I, где . д1д - отклонение частоты резонан са вибропреобразователя в условиях диагностирования. При и кГц и о 32 кГц погрешность что значительно меньше компонентов погрешности по способу прототипу ИзвестноJ что с ростом частоты виброколебаний добротность материала тела распространения колебаний 1ень ниетсЯр а поглощение повьяпается, Это значит, что амплитуда вибраци пр1П1икаемой в зарезоиансной (ультразвуковой) области вибропреобразовате ля менее искажена собственными резонансами акустического канала ДВС, По дaнныr эксперимента на чатоте I 300 кГц в вибросигнале форсунки, дизеля марки СМД-62, амплитуда вибро импульсов от непроверяемых сопряжений (помеха) до 10 раз меньше, чем на частоте f cj f,- 32 кГц. Повышение точности Селекци1 вибро импзшьсов и тем самьм улучшение их соответствия рабочим процессам ДВС обеспечит повышение точности и досто верности диагности.ческик измерений. По фазовьм и амплитудным параметрам выделенных описанным путем вибро импульсов судят о техническом состоя нии диагностируемого механизма согл но известным зависимостям параметро виЬроимпульсов от технического сост яния две. Тем самым предлагаемые условия осуществления способа вибрационного диагностирования обеспечивают повы шение помехоустойчивости и точности определения технического состояния две. Устройство,, осуществляющее предлагаемый способ, содержит вибропреоб- разователи 1 и 2, дифференциаторы 3 и 4, фильтры 5 и 6, измерительновычислительный блок 7 и фазоизбира- тельное устройство 8, Избирательный вибропреобразователь 1 прикрепляется к контрольной точке диагностируемого сопряжения ДВС, а вибропреобразователь 2 синхронизации к сопряжению, виброимпульс которого повторяется в определенньш момент за полный цикл работы ДВС, В качестве источника синхросигна па служит, например, форсунка, виброимпулгьс которой повторяется за каждые два поворота коленчатого вала четырехтактного ДВС, Сигналы вибропреобразователей 1 и 2 поданы на входы дифференциаторов 3 и 4 соответственно, Бибросигналы с преобразованным Спектром от выходов дифференциаторов 3 и 4 подаются на ф1-шьтры 5 и 6 для селекции сигнала в зарезонансной области вибропреобразователя , С помощью сигнала вибропреобразователя 2 синхронизации фазоизбирательным устройством 8 из двух сигналов опорной точки, например, верхней мертвой точки (ВМТ) поршня, в цикле работы выделяется один, соотзетствуюгоий проверяемому рабочему процессу ДВС, Фазоизбирательное устройство 8, работающее синхронно с ДВС, вырабатывает импульсы стробирования, подаваемые в иэмерительно вы.числительный блок 7 3 интервале времени рабочего процесса проверяемого сопряжения. Измерительно-вычислительным блоком 7 измеряются амплитудные значения или фаза виброимпульсов, принимаемых вр бропреобразователем 1 во время импульса, стробирования, В качестве примера рассматриваем диагностирование цилиндропоршневой группы (ЦПГ) одного из цилиндров две. Для этого измерительный вибропреобразователь 1 устанавливают в соответствующую контрольную точку блока двигателя. Вибропреобразователь 2 синхронизации прикрепляют, например,,.на вторую форсунку ДВС Измеряют амплитуду виброимпульсов от удара при перекладке поршня во ВМТ, в начале такта расширения в проверяемом цилиндре . Известно, Что существует почти ли нейная зависимость между амплитудой А ви(5роимпульсов и зазором в ЦПГ. Тогда погрешность определения зазора ЦПГ (диагностирования) равна погрешности селекции и измерения амплитуды виброимпульсов. Снижение погрешности вцделения вибросигнала ЛВС обеспечивает повьпаение точности диаг ноза о его техническом состоянии. Селекция сигнала при измерении фа зы рабочего процесса, например, угла опережения подачи топлива секцией топливного насоса, производится аналогично описанному вьппе. Измерительный преобразователь 2 установлен на проверяемую секцию топливного насоса Измерение производится по передне му фронту виброимпульса, превышающего уровень срабатывания, В качестве

Фиг2 опорной точки, в отношении которой 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 вибропреобразо- вателя. Предлагаемые способ и устройство обеспечивают повьшгение точности и помехоустойчивости вибрационного диагностирования путем использования виброимпульсов, выделенных в зарезо- ,нансной области вибропреобразователя, для суждения о техническом состоянии механизмов ЛВС.