Устройство для диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

Г

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для диагностирования цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в условиях доводки и эксплуатации.

Известно устройство диагностирования ЦПГ, в частности задира пары поршень-втулка цилиндра ДВС по параметрам вибрации, содержащее по меньшей мере один измерительный преобразователь, коммутатор, согласующее устройство, полосовой фильтр, блок преобразования и блок индикации и сигнализации, связанные между собой последовательно. Блок преобразования выполнен в виде первого, второго и третье о квадратов, первого и второго фильтра нижних частот, делительного устройства и устройства сравнения, причем первый квадратор подключен к делительному устройству через цепь, содержащую второй квадратор и второй фильтр, соединенные последовательно, и через цепь, параллельную указанной цепи и содержащую первый фильтр и третий квадратор, соединенные последовательно, а делительное устройство соединено с устройством сравнения. Такое устройство реализует способ диагностирования задира пары поршень-втулка цилиндра ДВС, согласно которому в качестве информативной характеристики вибросигнала, выдепенного в окрестности собственной частоты колебаний пары поршень-втулка цилиндра, свидетельствующей о наличии задира, используют статистически осредненную вероятностную характеристику - коэффициент эксцесса плотности распределения вероятностей мгновенных значений вибросигнала с датчика, установленного на втулке цилиндра, Недостатками известного устройства являются значительная доля риска ложного срабатывания при обнаружении задира пары поршень-втулка цилиндра и узкая область функциональных возможностей устройства, ограниченная только диагностированием задира пары поршень-втулка цилиндра Вероятность ложного срабатывания обусловлена тем, что диагностический признак формируется значениями вибропроцесса в окрестности собственной частоты колебаний пары поршень-втулка цилиндра во временной области, взятыми безотносительно к определенной фазе рабочего цикла ДВС Это приводит к тому, что регистрируемые колебания на собственной частоте пары поршень-втулка цилиндра могут быть возбуждены не в результате взаимодействия трущихся поверхностей пары поршень- втулка цилиндра а другими источниками колебаний импульсного характера, например, перекладками поршня имеющими место на протяжении всего рабочего цикла ДВС; газодинамическими явлениями, обусловленными процессом сгорания и т.п. К тому же, использование характеристики коэффициента эксцесса мгновенных значений вибропроцесса, представленного во временной области в качестве диагностического признака, приводит к потере наглядности и трудностям интерпретации (в

0 физическом смысле) диагностической информации. Это не всегда дает достаточно надежную оценку состояния трения поршень-втулка цилиндра. Узкая область функциональных возможностей устройства не

5 позволяет определять другие виды неисправностей ЦПГ. Все вышеуказанные обстоятельства приводят к снижению точности пои оценке технического состояния ЦПГ. Цель изобретения - повышение точно0 сти оценки технического состояния ЦПГ путем определения максимального значения амплитудного спектра фрагментов временных реализаций вибросигнала на соответст- вующей фазе рабочего цикла ДВС,

5 предварительно отфильтрованных в полосе собственной частоты колебаний втулки цилиндра и сглаженных весовой функцией.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для диагностирования цилиндро0 поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащем последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации, коммутатор, согласующее устройство, блок преобразования, блок индикации и

5 сигнализации, блок преобразования выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительной машины, причем один из выходов

0 последней связан с одним из входов аналого- цифрового преобразователя. Внедрение предлагаемого устройства в условиях доводки и эксплуатации ДВС позволяет повысить точность при диагностировании основных

5 конструктивных элементов ЦПГ.

На чертеже приведена структурная схема устройства диагностирования.

Устройство диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего

0 сгорания содержит измерительные преобразователи вибрации 1, коммутатор 2, согласующее устройство 3, блок преобразования 4, блок сигнализации и индикации, соединенные между собой последовательно. Блок пре5 образования 4 содержит магнитограф 6 нормализатор 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 9, соединенные между собой последовательно. Блок индикации и сигнализации 4 содержит дисплей

10 и сигнализатор 11. образующие между собой параллельную цепь.

Предложенное устройство реализует способ диагностирования ЦПГ, согласно которому из регистрируемого вибросигнала X(t), представленного во временной области t, выделяется фрагмент Xj(t) на интервале наблюдения Т с последующей полосовой фильтрацией на центральной частоте, соответствующей собственной частоте колебаний втулки цилиндра. Отфильтрованный вибросигнал Xo(t) сглаживается весовой функцией a(t), т.е. X(t) XO(t)(t). После этого с помощью преобразования Фурье

X(f)/X(t)exp(-j2jrft)dt

о

находится амплитудный спектр временной реализации в частотной области

X(f) ((f) + (f)1/2.

В качестве диагностического признака используется величина max{ I X(f) I}.

Одним из проявлений ухудшения технического состояния ЦПГ является изменение определенных характеристик регистрируемого вибросигнала. При этом влияние неисправностей того или иного конструктивного элемента ЦПГ проявляется при наблюдении вибросигнала на определенной фазе рабочего цикла ДВС. Например, такой дефект как задир зеркала втулки цилиндра наиболее отчетливо может проявиться при положении поршня в верхней мертвой точке, когда скольжение верхних компрессионных колец по зеркалу цилиндра происходит в режиме граничного или даже сухого трения, т.е. возникает интенсивное взаимодействие трущихся поверхностей. С одной стороны увеличение зазора в паре пора внь-втулка цилиндра вызывает повышение энергии соударения перекладывающегося поршня и втулки цилиндра, с другой - увеличение толщины масляной пленки на зеркале цилиндра, обязанное с износом поршневых колец, ведет к снижению энергии соударения. Эти факторы, в конечном итоге, повлияют на характер протекания колебательных процессов, возбуждаемых при перекладке поршня на определенных фазах рабочего цикла ДВС. Поэтому при обработке вибросигнала необходимо предусмотреть операцию временного стробирования с целью выделения фрагмента временной реализации, на которой проявляется конкретная неисправность ЦПГ. Ответной реакцией любого воздействия на колебательную систему втулки цилиндра, в том числе связанного с изменением технического состояния конструктивных элементов ЦПГ, является возбуждение свободных колебаний такой системы )то означает, что

диагностическая информация будет концентрироваться в колебаниях, возникающих на определенной собственной частоте системы. Поэтому является естественным пред- 5 ставление диагностической информации в частотной области, которое возможно осуществить с помощью преобразования Фурье. Для увеличения помехозащищенности вибросигнала целесообразно ггредус0 мотреть операцию полосовой фильтрации с

центральной частотой пропускания, равной

собственной частоте колебательной систе мы втулки цилиндра ДВС. Для снижения

степени искажения информации в частот5 ной области, которое возникает при обработке сигналов с конечным интервалом наблюдения, следует применять операцию сглаживания весовой функцией (временным окном) наблюдаемого фрагмента.

0 С помощью предложенного устройства диагностирование ЦП Г осуществляется следующим образом.

Вибросигнал с одного из измеритель- ,ных преобразователей вибрации 1, установ5 ленных на втулке цилиндра, через коммутатор 2, согласующее устройство 3 поступает на один из входов магнитографа 6. Использование магнитографа снимает жесткие требования к быстродействию АЦП, ко0 торое определяет верхнюю граничную частоту спектра анализируемого сигнала, за счет разницы скоростей движения лентопротяжного механизма при записи и воспроизведении, а также позволяет осуществлять

5 долговременное хранение, многократный повторный анализ записанной информации и экономить ресурсы памяти ЭВМ. С одного из выходов магнитографа 6 через нормализатор 7 вибросигнал поступает на один из

0 входов АЦП 8. Нормализатор 7 согласует форму и динамический диапазон выходного напряжения манитографа б с входным напряжением АЦП 8. По готовности ЭВМ 9 к приему информации подается команда на

5 запуск АЦП 8 от процессора ЭВМ 9 по одному из выходов последней на один из входов АЦП 8. После получения команды на запуск вибросигнал в цифровой форме с одного из выходов АЦП 8 поступает на один из входов

0 ЭВМ 9. Использование ЭВМ 9 позволяет легко адаптировать устройство программным путем к изменению регистрируемых и измеряемых параметров, например, начало и длину фрагмента временной реализации,

5 настройку полосового фильтра на собственную частоту втулки цилиндра данной конструкции и т.п., а также производить необходимые вычисления с высокой точностью, которая достигается при цифровой об- работке данных. Далее с помощькз

программного модуля, находящегося в постоянном запоминающем устройстве ЭВМ 9, производится обработка полученной цифровой информации. Выбирается необходимый участок массива данных, который соответствует определенному фрагменту вибросигнала, в котором содержится информация о предполагаемой неисправности ЦПГ. Затем производятся операции полосовой фильтрации, сглаживания и пре- образования Фурье полученной временной последовательности. После этого находится максимальное значение вычисленного амплитудного спектра анализируемого фрагмента вибросигнала и с помощью решающих правил, разработанных на основе теории статистических решений и полученных в конкретном виде на этапе обучающего эксперимента, ставится диагноз.

Полученная информация подается на вход блока индикации и сигнализации 5, где

результаты диагностирования высвечиваются на экране дисплея 11, а в случае аварийной ситуации приводится в действие сигнализатор 12.

Формула изобретения Устройство для диагностирования цмлин- дропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации, коммутатор, согласующее устройство, блок преобразования, блок индикации и сигнализации, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, блок преобразования выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа, нормализатора, аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительной машины, причем один из выходов последней связан с одним из входов аналого-цифрового преобразователя.

Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные измерительные преобразователи вибрации 1, коммутатор 2, согласующее устройство 3, блок преобразования 4, блок 4 индикации и сигнализации. Блок преобразования 3 выполнен в виде последовательно соединенных магнитографа 6, нормализатора 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и электронно-вычислительной машины 9, причем один из выходов последней связан с одним из входов аналого-цифрового преобразователя. Предложенное устройство реализует способ диагностирования цилин- дропоршневой группы, согласно которому в качестве диагностического признака используется максимальное значение амплитудного спектра фрагмента вибросигнала, предварительно сглаженного весовой функцией и отфильтрованного в полосе частоте центром, соответствующей собственной частоте колебаний втулки цилиндра, что позволяет повысить точность оценки технического состояния УПГ ДВС. 1 мл. (Л С