RU2794138C2

RU2794138C2 - Method for control of technical condition of cylinder-piston group of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2794138C2
Application number: RU2021116673A
Authority: RU
Inventors: Виктор Евгеньевич Тарасенко; Николай Николаевич Романюк; Анатолий Васильевич Дунаев; Валерий Андреевич Эвиев; Тамара Владимировна Манджиева; Нимя Григорьевич Очиров
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2023-04-11

Abstract

FIELD: engine construction.

SUBSTANCE: technical diagnostics of internal combustion engines (ICE) and determination of the technical condition of the cylinder-piston group (CPG) of ICE directly in the process of testing and operation. Identifying incipient defects both on the surfaces of parts of friction pairs and internal hidden defects, reliable determination of the degree of wear and state of the ICE CPG. A method for monitoring the technical condition of the ICE CPG is proposed, including the measurement of vibroacoustic signals and thermal radiation from the ICE elements using vibroacoustic sensors and thermal imaging sensors, synchronization, filtering and signal analysis. At the same time, when cranking the ICE crankshaft (CS) with a starter unit without supplying fuel to the cylinders, they control the parameters of gas pressure in the ICE crankcase space, measure the amplitudes of pressure pulses and their position according to the angle of the CS cranking, register their oscillograms, and assess the leakage of the piston ring seal. The acoustic signal from the built-in microphone is also monitored with the signal passing through a narrow-band low-pass filter up to 50 Hz.

EFFECT: diagnostic data is processed using an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области технического диагностирования двигателей внутреннего сгорания транспортных или тяговых машин, касается определения технического состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателей внутреннего сгорания непосредственно в процессе испытаний и эксплуатации.The present invention relates to the field of technical diagnostics of internal combustion engines of transport or traction machines, concerns the determination of the technical condition of the cylinder-piston group (CPG) of internal combustion engines directly in the process of testing and operation.

Известно, что при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) сжимаемый воздух и газы, образующиеся при сгорании рабочей смеси через зазоры между поршнями и цилиндрами прорываются в картер ДВС. С увеличением износа цилиндропоршневой группы указанные зазоры увеличиваются, поэтому при одних и тех же условиях работы ДВС расход картерных газов, выходящих в атмосферу, увеличивается. Если кратковременно изолировать полость картера ДВС от атмосферы, то картерные газы создадут в нем давление, причем, чем больше износ ЦПГ, тем выше будет скорость нарастания давления картерных газов. Следовательно, степень износа ЦПГ можно оценивать по скорости нарастания давления картерных газов, измеряя время от момента герметизации полости картера до момента достижения в картере заданного давления. Величину указанного времени можно использовать в качестве диагностического параметра состояния ЦПГ. Контроль этого параметра является менее сложным, чем контроль расхода картерных газов, при этом измерить время можно с большей точностью (например, осциллографом) в сравнении с измерением расхода (см. патент РФ № 2212025 С1, Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания / В.И. Черноиванов, А.Э. Северный, А.В. Колчин, Б.Ш. Каргиев, Г.Г. Емельянов, Т.И. Забалуев, 2002). It is known that during the operation of an internal combustion engine (ICE), compressed air and gases generated during the combustion of the working mixture through the gaps between the pistons and cylinders break into the crankcase of the internal combustion engine. With an increase in the wear of the cylinder-piston group, these gaps increase, therefore, under the same operating conditions of the internal combustion engine, the consumption of crankcase gases escaping into the atmosphere increases. If the cavity of the crankcase of the internal combustion engine is isolated from the atmosphere for a short time, then the crankcase gases will create pressure in it, and the greater the wear of the CPG, the higher the rate of increase in the pressure of the crankcase gases will be. Therefore, the degree of wear of the CPG can be assessed by the rate of increase in crankcase gas pressure by measuring the time from the moment the crankcase cavity is sealed to the moment the specified pressure is reached in the crankcase. The value of the specified time can be used as a diagnostic parameter of the state of the CPG. The control of this parameter is less complicated than the control of crankcase gas flow, while time can be measured with greater accuracy (for example, with an oscilloscope) in comparison with flow measurement (see RF patent No. 2212025 C1, Method for assessing the technical condition of the cylinder-piston group of an internal combustion engine V. I. Chernoivanov, A. E. Severny, A. V. Kolchin, B. Sh. Kargiev, G. G. Emelyanov, T. I. Zabaluev, 2002).

Известно, что изменение технического состояния двигателя внутреннего сгорания транспортной или тяговой машины характеризуется непрерывным изменением прямых (структурных) и косвенных (диагностических) его параметров. Касательно систем, узлов и механизмов ДВС настоящие алгоритмы и действия осуществляются по косвенным признакам в моменты технического обслуживания, и не носят характера реального времени (см. Рекомендации по внедрению диагностической системы управления состоянием дизелей тепловозов и дизель-поездов по результатам анализа масла [Электронный ресурс]. – 2019. – Режим доступа : http://osjd.org/dbmm/download?vp=51&load=y&col_id=2066&id=1542; Никитченко, С. Л. Ресурсосберегающее управление процессами эксплуатации и технического сервиса сельскохозяйственной техники / С. Л. Никитченко, Н. П. Алексенко, А. В. Котович, И. А. Олейникова // Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование. – 2018. – № 4(44). – С. 57 – 65).It is known that a change in the technical condition of an internal combustion engine of a transport or traction machine is characterized by a continuous change in its direct (structural) and indirect (diagnostic) parameters. Regarding the systems, units and mechanisms of internal combustion engines, these algorithms and actions are carried out by indirect signs at the time of maintenance, and are not real-time (see Recommendations for the implementation of a diagnostic system for managing the condition of diesel locomotives and diesel trains based on the results of oil analysis [Electronic resource] - 2019. - Access mode: http://osjd.org/dbmm/download?vp=51&load=y&col_id=2066&id=1542; Nikitchenko, S. L. Resource-saving management of the operation and maintenance of agricultural machinery / S. L. Nikitchenko, N. P. Aleksenko, A. V. Kotovich, I. A. Oleinikova // Technologies, means of mechanization and power equipment. - 2018. - No. 4 (44), - P. 57 - 65.

Известен способ определения технического состояния ДВС и экспертная система для его осуществления (см. патент РФ № 2078324 G01М 15/00, Бюл. № 12, 27.04.97), по которым осуществляется определение индикаторных диаграмм цилиндров, основанный на непрерывном измерении в фазе текущих значений угловых скоростей коленчатого вала, а также связывающей активные силы в цилиндре с крутящим моментом, выделении составляющей ускорения, отражающей рабочие процессы, вычисления косвенной индикаторной диаграммы цилиндра, сравнении ее с эталоном, присущим нормальному двигателю, а также с зависимостью изменения этой диаграммы при изменении состояния двигателя, классификации состояний по степени их близости. Экспертная система включает систему для регистрации и обработки индикаторных диаграмм, содержащую датчики давления в цилиндрах, усилители с коррекцией нулевой линии, аналогово-цифровые преобразователи и датчик угловых меток с отметчиком оборотов, блок управления и др.There is a known method for determining the technical condition of the internal combustion engine and an expert system for its implementation (see RF patent No. 2078324 G01M 15/00, Bull. No. 12, 27.04.97), which determine the indicator diagrams of the cylinders, based on continuous measurement in the phase of current values angular velocities of the crankshaft, as well as linking active forces in the cylinder with torque, highlighting the acceleration component, reflecting work processes, calculating an indirect cylinder indicator diagram, comparing it with the standard inherent in a normal engine, as well as with the dependence of this diagram change when the engine state changes , classification of states according to the degree of their proximity. The expert system includes a system for recording and processing indicator diagrams, containing pressure sensors in cylinders, amplifiers with zero line correction, analog-to-digital converters and an angle mark sensor with a speed counter, a control unit, etc.

Недостатком известного способа является косвенное определение индикаторных показателей работы двигателя, снижающее достоверность получаемых данных, ограниченность области определения технического состояния только ЦПГ двигателя, а также отсутствие возможности оперативного определения остаточного ресурса систем, узлов и механизмов двигателя внутреннего сгорания. Недостатком следует считать то обстоятельство, что при использовании такого способа требуется наличие специалистов высокой квалификации.The disadvantage of the known method is the indirect determination of indicator indicators of engine operation, which reduces the reliability of the data obtained, the limited scope for determining the technical condition of only the CPG of the engine, as well as the inability to quickly determine the residual resource of systems, components and mechanisms of the internal combustion engine. The disadvantage is that the use of this method requires the presence of highly qualified specialists.

Известен способ диагностики технического состояния ДВС и/или трансмиссии автомобиля (см. патент РФ № 2165605 G01M15/00, Способ диагностики технического состояния двигателя внутреннего сгорания и/или трансмиссии автомобиля, 20.04.2001 Бюл. № 11), включающий измерение виброакустических сигналов с корпуса двигателя, синхронизацию сигналов, фильтрацию сигналов, их последующую обработку с определением фактических значений параметров сигналов и сравнение фактических значений параметров сигналов с уровнем опорных сигналов с получением информации о техническом состоянии двигателя и/или трансмиссии автомобиля. Согласно изобретению, перед началом диагностирования, при прокручивании двигателя и при использовании датчика давления внутри опорного цилиндра, определяют фазовые задержки между верхней мертвой точкой рабочего хода опорного цилиндра и синхросигналом рабочего цикла, а также фазы открытия и посадки клапанов механизма газораспределения. При диагностике работающего двигателя синхронизацию сигналов проводят относительно положения верхней мертвой точки рабочего хода опорного цилиндра; причем в качестве параметра сигналов используют огибающую временной реализации в определенных частотных полосах с привязкой момента начала измерения к верхней мертвой точке опорного цилиндра и фазовой селекцией сигналов с получением информации о техническом состоянии двигателя и дефектах. A known method for diagnosing the technical condition of the internal combustion engine and / or transmission of a car (see RF patent No. 2165605 G01M15 / 00, Method for diagnosing the technical condition of an internal combustion engine and / or transmission of a car, 20.04.2001 Bull. No. 11), including the measurement of vibroacoustic signals from the body engine, signal synchronization, signal filtering, their subsequent processing with the determination of the actual values of the signal parameters and comparison of the actual values of the signal parameters with the level of reference signals to obtain information about the technical condition of the engine and / or transmission of the vehicle. According to the invention, before starting diagnostics, when the engine is cranking and when using a pressure sensor inside the support cylinder, phase delays are determined between the top dead center of the support cylinder working stroke and the timing signal of the working cycle, as well as the opening and landing phases of the valves of the gas distribution mechanism. When diagnosing a running engine, the signals are synchronized relative to the position of the top dead center of the working stroke of the support cylinder; moreover, as a parameter of the signals, the envelope of the time realization in certain frequency bands is used with the moment of the start of measurement being tied to the top dead center of the reference cylinder and the phase selection of signals with obtaining information about the technical condition of the engine and defects.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности реализовать комплексный подход при диагностировании, базирующийся на обработке потоков данных от датчиков вибрации и акустики и позволяющий на основании данных по обработке скейлограмм достичь высокой достоверности результатов.The disadvantage of the known method is the inability to implement an integrated approach in diagnosing, based on the processing of data streams from vibration and acoustic sensors and allowing to achieve high reliability of results based on the data on the processing of scalograms.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату (прототипом) являются алгоритмы обработки сигналов в интегрированной системе виброакустической и тепловой диагностики двигателей (Тарасенко, В.Е. Алгоритмы обработки сигналов в интегрированной системе виброакустической и тепловой диагностики дизельных двигателей / В.Е. Тарасенко, О.Ч. Ролич, Д.А. Михаевич // Агропанорама. – Минск, 2020. – №6 (142). – С. 38–41 (прототип), согласно которым в целях идентификации дефектов узлов и агрегатов двигателей и детектирования моментов их зарождения в масштабе реального времени каждая из взаимно пересекающихся выборок постоянной длины подвергается вычислению одномерной гистограммы и вейвлет-преобразованию. Результирующее множество статистических и вейвлет-образов исходных выборок объединяется соответственно в двухмерную гистограмму и скейлограмму в виде полутоновых изображений, отражающих статистический и вейвлет ансамбли, динамически меняющиеся при добавлении или смене выборки в потоке данных. С целью подчёркивания контуров объектов аналитического ансамбля на его полутоновое представление возможно наложение цветовой палитры. Для вычисления интегральных характеристик объектов аналитического ансамбля его изображение подвергается адаптивной пороговой обработке и сегментации. Вектор признаков дефектов строится из описания отдельных объектов сегментированного изображения аналитического ансамбля множеством метрических характеристик, в общем состоящих из цепных кодов, геометрических и энергетических центров, периметров, площадей, показателей толщины, соотношений радиусов кривизны и взаимного расположения сегментированных объектов изображения аналитического ансамбля. Окончательное решение, связанное с состоянием узлов и агрегатов двигателей и распознаванием типов дефектов, принимается на базе корреляционного анализа результирующих векторов признаков сегментированных объектов с априори вычисленными векторами аналогичных признаков известных дефектов. По форме и максимальному значению корреляционной функции оценивается состояние узлов и агрегатов, в частности, их остаточный ресурс.The closest in technical essence and the technical result (prototype) achieved when using are the signal processing algorithms in the integrated system of vibroacoustic and thermal diagnostics of engines (Tarasenko, V.E. Signal processing algorithms in the integrated system of vibroacoustic and thermal diagnostics of diesel engines / V.E. Tarasenko, O. Ch. Rolich, D. A. Mikhaevich // Agropanorama. - Minsk, 2020. - No. 6 (142). - P. 38–41 (prototype), according to which, in order to identify defects in components and assemblies of engines and detection of the moments of their generation in real time, each of the mutually intersecting samples of constant length is subjected to the calculation of a one-dimensional histogram and wavelet transform. , dynamically changing when a selection is added or changed in the data flow. In order to emphasize the contours of the objects of the analytical ensemble, it is possible to overlay a color palette on its halftone representation. To calculate the integral characteristics of the objects of the analytical ensemble, its image is subjected to adaptive thresholding and segmentation. The defect feature vector is constructed from the description of individual objects of the segmented image of the analytical ensemble by a set of metric characteristics, generally consisting of chain codes, geometric and energy centers, perimeters, areas, thickness indicators, ratios of the radii of curvature and the relative position of the segmented objects of the image of the analytical ensemble. The final decision related to the state of engine components and assemblies and the recognition of types of defects is made on the basis of a correlation analysis of the resulting feature vectors of segmented objects with a priori calculated vectors of similar features of known defects. According to the form and maximum value of the correlation function, the state of nodes and assemblies is estimated, in particular, their residual resource.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности осуществления комплексного подхода при диагностировании, позволяющего достичь высокой достоверности результатов. Эффективное определение дефектов узлов и агрегатов двигателей должно дополняться возможностью определения величины износа сопрягаемых поверхностей, который наступает в процессе эксплуатации двигателя при различных режимах нагружения.The disadvantage of this method is the inability to implement an integrated approach to diagnosis, allowing to achieve high reliability of the results. Effective determination of defects in engine components and assemblies should be supplemented by the ability to determine the amount of wear of mating surfaces that occurs during engine operation under various loading conditions.

Задачей предлагаемого изобретения является выявление зарождающихся дефектов как на поверхностях деталей пар трения, так и внутренних скрытых дефектов, достоверное определение степени износа и состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания непосредственно в процессе испытаний и эксплуатации транспортных или тяговых машин.The objective of the invention is to identify incipient defects both on the surfaces of parts of friction pairs and internal hidden defects, to reliably determine the degree of wear and condition of the cylinder-piston group of an internal combustion engine directly in the process of testing and operating transport or traction machines.

Поставленная задача решается за счёт того, что в способе контроля технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, включающем измерение виброакустических сигналов и теплового излучения от элементов двигателя, синхронизацию и фильтрацию сигналов, анализ на основе распознавания образов дефектов и динамики деформации формы сегментированных областей в интегрированном потоке изображений скейлограмм сигналов виброакустических датчиков и гистограмм сигналов тепловизионных сенсоров, осуществляют при прокручивании коленчатого вала двигателя пусковым устройством без подачи топлива в цилиндры осуществляют контроль параметров давления газов в картерном пространстве двигателя, измерение амплитуд импульсов давления и их положения по углу поворота коленчатого вала, регистрацию их осциллограмм, оценку по ним негерметичности кольцевого уплотнения поршней пропорционально амплитудам импульсов, а также контроль акустического сигнала со встроенного микрофона и пропускают сигнал через узкополосный низкочастотный фильтр до 50 Гц, обрабатывают данные диагностирования с использованием интегрированной системы диагностики на базе беспроводной mesh-сети.The problem is solved due to the fact that in the method for monitoring the technical condition of the cylinder-piston group of an internal combustion engine, including the measurement of vibroacoustic signals and thermal radiation from engine elements, synchronization and filtering of signals, analysis based on defect pattern recognition and deformation dynamics of the shape of segmented areas in an integrated flow images of scalograms of signals from vibroacoustic sensors and histograms of signals from thermal imaging sensors are carried out when the crankshaft of the engine is cranked by a starting device without fuel supply to the cylinders; they control the parameters of gas pressure in the crankcase space of the engine, measure the amplitudes of pressure pulses and their position according to the angle of rotation of the crankshaft, register their oscillograms , assessment of piston ring leaks in proportion to the pulse amplitudes, as well as monitoring the acoustic signal from the built-in microphone and passing the signal through a narrow-band low-frequency filter up to 50 Hz, processing the diagnostic data using an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network.

При сравнении предложенного технического решения с объектами аналогичного назначения, обнаруженными в процессе патентного поиска по доступным нам материалам, установлено, что в известных способах отсутствуют признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.When comparing the proposed technical solution with objects of a similar purpose, found in the course of a patent search on the materials available to us, it was found that in the known methods there are no signs similar to the signs that distinguish the claimed solution from the prototype.

Основываясь на вышеприведенных данных, можно заключить, что предложенный способ контроля технического состояния ЦПГ ДВС обладает существенными отличиями.Based on the above data, it can be concluded that the proposed method for monitoring the technical condition of the ICE CPG has significant differences.

Одним из важных этапов предложенного способа диагностирования ЦПГ ДВС (только частью возможных функций) является идентификация дефекта с последующим вычислением количественных (метрических) характеристик соответствующих ему образов в интегрированной системе диагностики на базе беспроводной mesh-сети.One of the important stages of the proposed method for diagnosing the CPG of an internal combustion engine (only a part of the possible functions) is the identification of a defect with the subsequent calculation of the quantitative (metric) characteristics of the corresponding images in an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network.

Процесс идентификации дефекта включает: детектирование отклонений работы двигателя внутреннего сгорания или составляющего его узла от нормального режима; принятие решения о наличии дефекта в связи с выявленным отклонением от нормального режима; классификацию дефекта и определение его типа. Последовательность обработки потоков данных, поступающих от соответствующих датчиков и микрофона, заключается в следующем.The defect identification process includes: detection of deviations in the operation of the internal combustion engine or its component unit from the normal mode; making a decision on the presence of a defect in connection with the identified deviation from the normal mode; defect classification and determination of its type. The sequence of processing data streams coming from the respective sensors and microphone is as follows.

Каждая выборка полученных сигналов подвергается вейвлет-преобразованию. Каждый из используемых типов вейвлетов порождает полную ортогональную систему функций. Результирующее множество вейвлет-образов исходных выборок объединяется в двухмерную скейлограмму в виде полутоновых изображений, отражающих вейвлет ансамбли, динамически меняющиеся при добавлении или смене выборки в потоке данных.Each sample of the received signals is subjected to a wavelet transform. Each of the used types of wavelets generates a complete orthogonal system of functions. The resulting set of wavelet images of the original samples is combined into a two-dimensional scalogram in the form of grayscale images that reflect wavelet ensembles that dynamically change when a sample is added or changed in the data stream.

Объединённый образ двухмерной скейлограммы далее обобщённо именуется «аналитическим ансамблем». С целью подчёркивания контуров объектов аналитического ансамбля на его полутоновое представление возможно наложение цветовой палитры.The combined image of a two-dimensional scalogram is collectively referred to as the "analytical ensemble". In order to emphasize the contours of the objects of the analytical ensemble, it is possible to overlay a color palette on its halftone representation.

Анализ аналитического ансамбля как изображения проводится стандартными способами цифровой обработки изображений, заключающимися в их сегментации и вычислении интегральных характеристик сегментированных объектов.The analysis of the analytical ensemble as an image is carried out by standard methods of digital image processing, which consist in their segmentation and calculation of the integral characteristics of segmented objects.

Для вычисления интегральных характеристик объектов аналитического ансамбля, на базе которых впоследствии распознаются образы дефектов или оценивается состояние систем, узлов и механизмов ДВС, изображение аналитического ансамбля в интегрированной системе диагностики на базе беспроводной mesh-сети подвергается адаптивной пороговой обработке и сегментации. Вектор признаков дефектов строится из описания отдельных объектов сегментированного изображения аналитического ансамбля множеством метрических характеристик, в общем состоящих из цепных кодов, геометрических и энергетических центров, периметров, площадей, показателей толщины, соотношений радиусов кривизны и взаимного расположения сегментированных объектов изображения аналитического ансамбля.To calculate the integral characteristics of the objects of the analytical ensemble, on the basis of which the images of defects are subsequently recognized or the state of the systems, nodes and mechanisms of the internal combustion engine is estimated, the image of the analytical ensemble in an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network is subjected to adaptive thresholding and segmentation. The defect feature vector is constructed from the description of individual objects of the segmented image of the analytical ensemble by a set of metric characteristics, generally consisting of chain codes, geometric and energy centers, perimeters, areas, thickness indicators, ratios of the radii of curvature and the relative position of the segmented objects of the image of the analytical ensemble.

Далее производится оценка состояния ЦПГ двигателя по характеру изменения давления в картере при прокручивании коленчатого вала пусковым устройством без подачи топлива. При этом картер двигателя на период разгона изолируется от атмосферы при помощи разгрузочного клапана 3 (либо иным возможным способом). Контроль параметров давления газов в картерном пространстве двигателя осуществляется датчиком давления 4, расположенным в картере двигателя. Next, the state of the engine CPG is assessed by the nature of the pressure change in the crankcase when the crankshaft is rotated by the starting device without fuel supply. In this case, the engine crankcase is isolated from the atmosphere for the period of acceleration using the unloading valve 3 (or in another possible way). Control of gas pressure parameters in the crankcase space of the engine is carried out by pressure sensor 4, located in the crankcase.

Характер изменения давления, а именно его производная, в данном случае есть величина прямо пропорциональная расходу картерных газов, прорывающихся через неплотности ЦПГ, а расход картерных газов напрямую связан с неплотностью ЦПГ. Данные о закономерностях расхода картерных газов в зависимости от неплотностей ЦПГ различных двигателей внутреннего сгорания размещены в базе данных интегрированной системы диагностики на базе беспроводной mesh-сети.The nature of the pressure change, namely its derivative, in this case is directly proportional to the flow rate of crankcase gases breaking through the leaks of the CPG, and the flow of crankcase gases is directly related to the leakage of the CPG. Data on the patterns of crankcase gas flow depending on the leaks of the CPG of various internal combustion engines are placed in the database of the integrated diagnostic system based on a wireless mesh network.

На чертеже изображена схема реализации заявляемого способа, где 1 –двигатель внутреннего сгорания; 2 – микрофон; 3 – разгрузочный клапан; 4 – датчик давления картерных газов; 5 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 6 – интегрированная система диагностики на базе беспроводной mesh-сети (с блоком индикации).The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method, where 1 is an internal combustion engine; 2 - microphone; 3 - unloading valve; 4 - crankcase gas pressure sensor; 5 - crankshaft speed sensor; 6 - an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network (with a display unit).

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

На двигатель внутреннего сгорания 1 к любому каналу, имеющему прямой доступ к полости его картера, параллельно подключают микрофон 2, разгрузочный клапан 3 и датчик давления картерных газов 4. Отключают систему вентиляции картерного пространства. При отсутствии в конструкции двигателя встроенного датчика частоты вращения коленчатого вала, в кожух маховика двигателя устанавливают датчик частоты вращения коленчатого вала 5 индукционного типа. При этом будет фиксироваться отметка верхней мертвой точки и могут использоваться индуктивные датчики приборов ЭМДП, ИМД, ИМД-2М, ИМД-Ц и им подобные. Микрофон 2, датчик давления картерных газов 4, разгрузочный клапан 3 и датчик частоты вращения коленчатого вала 5 подключают к интегрированной системе диагностики на базе беспроводной mesh-сети, которая корректируется с учетом вида двигателя и его основных конструктивных параметров. On the internal combustion engine 1, to any channel that has direct access to the cavity of its crankcase, a microphone 2, an unloading valve 3 and a crankcase gas pressure sensor 4 are connected in parallel. The crankcase ventilation system is turned off. In the absence of a built-in crankshaft speed sensor in the engine design, an induction-type crankshaft speed sensor 5 is installed in the engine flywheel housing. In this case, the mark of the top dead center will be fixed and inductive sensors of the EMDP, IMD, IMD-2M, IMD-C and the like devices can be used. Microphone 2, crankcase gas pressure sensor 4, unloader valve 3 and crankshaft speed sensor 5 are connected to an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network, which is adjusted taking into account the type of engine and its main design parameters.

С целью уменьшения помех от газодинамического фона в картере и импульсов акустического давления от соударения деталей двигателя коленчатый вал двигателя прокручивается пусковым устройством без подачи топлива в цилиндры, а сигнал с микрофона 2 пропускается через узкополосный низкочастотный фильтр с полосой пропускания до 50 Гц.In order to reduce interference from the gas-dynamic background in the crankcase and acoustic pressure pulses from the collision of engine parts, the engine crankshaft is scrolled by the starting device without fuel supply to the cylinders, and the signal from microphone 2 is passed through a narrow-band low-frequency filter with a bandwidth of up to 50 Hz.

При прокручивании коленчатого вала пусковым устройством без подачи топлива в цилиндры ДВС 1 и посредством интегрированной системы диагностики на базе беспроводной mesh-сети осуществляется измерение амплитуд импульсов давления и их положение по углу поворота коленчатого вала, а также регистрация их осциллограмм. По полученным осциллограммам интегрированная система диагностики на базе беспроводной mesh-сети 6 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя в автоматическом режиме осуществляет оценку негерметичности кольцевого уплотнения поршней пропорционально амплитудам импульсов с выводом информации в удобном для пользователя виде.When cranking the crankshaft with a starting device without supplying fuel to the cylinders of internal combustion engine 1 and using an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network, the amplitudes of pressure pulses and their position along the angle of rotation of the crankshaft are measured, as well as their oscillograms are recorded. According to the received oscillograms, the integrated diagnostic system based on a wireless mesh network 6, in accordance with the order of operation of the engine cylinders, automatically evaluates the leakage of the piston ring seal in proportion to the pulse amplitudes with information output in a user-friendly form.

При прокручивании коленчатого вала пусковым устройством без подачи топлива интегрированная система диагностики на базе беспроводной mesh-сети 6 держит разгрузочный клапан 3 в закрытом состоянии, разобщая картер двигателя с атмосферой, и строит характеристику изменения давления картерных газов по датчику давления картерных газов 4. When the crankshaft is cranked by a starting device without fuel supply, the integrated diagnostic system based on a wireless mesh network 6 keeps the unloader valve 3 in the closed state, separating the engine crankcase from the atmosphere, and plots the change in crankcase gas pressure using the crankcase gas pressure sensor 4.

Интегрированная система диагностики на базе беспроводной mesh-сети 6 способна вести контроль иных показателей двигателя для обеспечения корректного соотношения результатов, для чего она выполнена многоканальной. По полученной характеристике используемая система 6 делает обобщенную оценку состояния цилиндропоршневой группы. Результат выводится на блок индикации.An integrated diagnostic system based on a wireless mesh network 6 is capable of monitoring other engine indicators to ensure the correct ratio of results, for which it is made multi-channel. According to the characteristic obtained, the used system 6 makes a generalized assessment of the state of the cylinder-piston group. The result is displayed on the display block.

Сообщения и массивы данных в используемой интегрированной системе диагностики на базе беспроводной mesh-сети, построенной на базе радио интерфейса BLE, передаются как в advertise-режиме, так и в режиме прямого соединения. В относительно низкоскоростном advertise-режиме портативным мобильным прибором распределения целевых указаний отдаются команды управления, в частности, команды синхронизации времени, захвата массивов данных и сигнализации об их готовности. Считывание полученных результатов из очередного модуля данных, вследствие обмена значительным объёмом информации, осуществляется по высокоскоростному выделенному BLE-каналу в режиме прямого соединения с модулем.Messages and data arrays in the used integrated diagnostic system based on a wireless mesh network, built on the basis of the BLE radio interface, are transmitted both in the advertise mode and in the direct connection mode. In a relatively low-speed advertise mode, control commands are given by a portable mobile device for distributing targets, in particular, commands for time synchronization, capturing data arrays and signaling their readiness. The reading of the obtained results from the next data module, due to the exchange of a significant amount of information, is carried out via a high-speed dedicated BLE channel in the mode of direct connection with the module.

В качестве портативного мобильного прибора распределения целевых указаний или внешнего конфигуратора, кроме предлагаемого прибора, может выступать мобильное устройство, работающее под операционной системой Android или iOS. Это связано со стандартом Bluetooth-интерфейса, встроенного практически в любой современный мобильный прибор, со стандартным протоколом взаимодействия по Bluetooth и защитой на транспортном уровне информации, передаваемой по соответствующему радиоканалу.In addition to the proposed device, a mobile device operating under the Android or iOS operating system can act as a portable mobile device for distributing targets or an external configurator. This is due to the Bluetooth interface standard built into almost any modern mobile device, with the standard Bluetooth interaction protocol and protection at the transport level of information transmitted over the corresponding radio channel.

Окончательный диагноз состояния цилиндропоршневой группы ДВС и распознавание типов дефектов, принимается на базе корреляционного анализа результирующих векторов признаков сегментированных объектов с априори вычисленными векторами аналогичных признаков известных дефектов. Состояние цилиндропоршневой группы оценивается по форме и максимальному значению корреляционной функции двигателя.The final diagnosis of the state of the ICE cylinder-piston group and the recognition of types of defects is made on the basis of a correlation analysis of the resulting feature vectors of segmented objects with a priori calculated vectors of similar features of known defects. The state of the cylinder-piston group is estimated by the form and maximum value of the engine correlation function.

Алгоритм построения скейлограммы состоит из следующих этапов.The scalogram construction algorithm consists of the following steps.

В качестве диагностических векторов сегментированного аналитического ансамбля, позволяющих идентифицировать образы зарождающихся или прогрессирующих дефектов, используются множества чисел, включающие координаты энергетических и геометрических центров сегментированных объектов, их площади и определяющие форму коэффициенты толщины.Sets of numbers are used as diagnostic vectors of a segmented analytical ensemble, which make it possible to identify images of incipient or progressive defects, including the coordinates of the energy and geometric centers of segmented objects, their areas, and the thickness coefficients that determine the shape.

Принятие решения о наличии, типах и степени выраженности дефектов ЦПГ ДВС основывается на анализе пространственного расположения и форме сегментированных объектов (соответствующих определённым дефектам) аналитического ансамбля, степени их обособленности и характера группировки. Динамика деформации формы сегментированных объектов оценивается по изменению их площадей и коэффициентов толщины.Making a decision about the presence, types and severity of defects in the ICE CPG is based on an analysis of the spatial arrangement and shape of segmented objects (corresponding to certain defects) of the analytical ensemble, the degree of their isolation and the nature of the grouping. The dynamics of shape deformation of segmented objects is estimated by changing their areas and thickness coefficients.

При наличии базы образов дефектов их распознавание и оценка скорости развития осуществляется путём анализа значений коэффициентов корреляции между диагностическими векторами сегментированных объектов аналитического ансамбля и аналогичными векторами, принадлежащих базе образов дефектов. Своевременное обнаружение зарождения дефектов позволит повысить работоспособность ЦПГ и значительно продлить ее эксплуатационный ресурс.If there is a database of defect images, their recognition and estimation of the development rate is carried out by analyzing the values of the correlation coefficients between the diagnostic vectors of segmented objects of the analytical ensemble and similar vectors belonging to the database of defect images. Timely detection of the origin of defects will improve the performance of the CPG and significantly extend its service life.

Описанный способ контроля технического состояния ЦПГ ДВС с использованием алгоритмов вычисления и обработки аналитического ансамбля потока данных позволяет выявлять дефекты как на поверхностях деталей пар трения, так и внутренние скрытые дефекты и достоверно определять степень износа ЦПГ ДВС в процессе диагностирования.The described method for monitoring the technical condition of the ICE CPG using algorithms for calculating and processing the analytical ensemble of the data flow makes it possible to detect defects both on the surfaces of friction pair parts and internal hidden defects and to reliably determine the degree of wear of the ICE CPG in the process of diagnosing.

Claims

A method for monitoring the technical condition of a cylinder-piston group of an internal combustion engine, including measuring vibroacoustic signals and thermal radiation from engine elements, synchronizing and filtering signals, analyzing based on defect pattern recognition and deformation dynamics of the shape of segmented areas in an integrated image stream of scalograms of signals from vibroacoustic sensors and histograms of thermal imaging signals sensors, characterized in that when the engine crankshaft is rotated by a starting device without fuel supply to the cylinders, the parameters of gas pressure in the crankcase space of the engine are monitored, the amplitudes of the pressure pulses and their position in the angle of rotation of the crankshaft are measured, their oscillograms are recorded, and the leakage of the annular piston seals in proportion to the pulse amplitudes, as well as monitoring the acoustic signal from the built-in microphone and passing the signal through a narrow-band low-pass filter up to 50 Hz, processing diagnostic data using an integrated diagnostic system based on a wireless mesh network.