RU99108635A - Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и экспертная система для его осуществления - Google Patents

Claims (1)

1. Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания путем непрерывного измерения при многократных разгонах и выбегах двигателя без нагрузки средних значений в цикле работы двигателя, а также на рабочем такте каждого цилиндра, угловых скорости, ускорения коленчатого вала и динамической мощности, непрерывного измерения в стационарном режиме полной нагрузки и при прокрутке мгновенных значений угловых скорости и ускорения коленчатого вала, а также ротора турбокомпрессора, угловых меток по параметрам ускорения и параметрам впрыскивания топлива для идентификации номера цилиндров, нахождения индикаторных диаграмм давлений в цилиндрах при изменении состояния двигателя и соотнесения их с какими - либо косвенными признаками, отличающийся тем, что в режиме разгона без нагрузки от минимальной частоты вращения холостого хода до максимальной непрерывно измеряют средние значения в цикле работы двигателя угловых скорости, ускорения и динамической мощности, при достижении двигателем заданной заранее частоты вращения измеряют амплитудный спектр динамической мощности, находят среднее значение этого спектра мощности по множеству разгонов, аналогично измеряют амплитудные спектры динамической мощности при достижении двигателем частот вращения максимального крутящего момента, номинальной, начала срабатывания регулятора скорости, максимальной холостого хода и промежуточных, получают зависимость этих спектров от частоты вращения, аналогично получают зависимость амплитудных спектров динамической мощности при многократных выбегах двигателя без подачи топлива от максимальной частоты вращения до минимальной, сравнивают полученные зависимости спектров динамической мощности в разгоне и выбеге и их числовые показатели с эталонными, измеренными предварительно и соотнесенными с давлениями в цилиндрах исправного нормального двигателя, а также с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние двигателя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при достижении двигателем в разгоне частоты начала срабатывания регулятора скорости, измеряют амплитудный спектр динамической мощности, определяют среднее значение по множеству разгонов амплитудного спектра, сравнивают амплитуды гармоник амплитудного спектра динамической мощности, кратные частотам переколебаний регулятора, с предварительно полученным эталонным значением и значениями этих амплитуд при изменении состояния регулятора скорости от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние регулятора скорости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в стационарном режиме полной нагрузки при заданной заранее частоте вращения коленчатого вала непрерывно измеряют угловые скорость, ускорение и амплитудные спектры мгновенных значений углового ускорения коленчатого вала, усредняют спектры по множеству циклов работы двигателя, измеряют под нагрузкой эти спектры при частотах вращения максимального крутящего момента, номинальной, начала срабатывания регулятора скорости и промежуточных, получают зависимость спектров от частоты вращения, прокручивают двигатель, аналогично получают зависимость спектров мгновенных значений ускорений от частоты вращения, сравнивают полученные зависимости амплитудных спектров при полной нагрузке с эталонными, измеренными предварительно и соотнесенными с давлениями в цилиндрах исправного нормального двигателя, а также с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние двигателя, причем по изменению формы зависимости спектров от частоты вращения судят об изменении угла опережения подачи топлива, по изменению амплитуд гармоник этих спектров судят о различных неисправностях: по амплитуде гармоники, кратной первой гармонике частоты вращения, - о дисбалансе, по амплитуде гармоники, кратной второй гармонике частоты вращения, - о неуравновешенных силах второго порядка, по амплитудам гармоник, кратных третьей и четвертой гармоникам частоты вращения, под нагрузкой - о средней по цилиндрам индикаторной диаграмме, при прокрутке - о степени герметичности цилиндров: по разности амплитуд гармоник, кратных частотам f_к = f_цΦ_ц/Φ_чв (где к - номера гармонических составляющих, f_ц - частота цикла работы двигателя, Φ_ц - угол поворота коленчатого вала за цикл работы двигателя, Φ_чв - угол чередования вспышек между соседними группами из двух и более цилиндров, причем число таких групп четное), измеренных при полной нагрузке и прокрутке - о неравномерности работы цилиндров, по амплитудам гармоник, кратных пятой - восьмой гармоникам частоты вращения, - о механических потерях в цилиндро-поршневых группах, по амплитудам гармоник спектров, кратных частотам переколебаний регулятора, измеренных на регуляторной ветви, - о состоянии регулятора и системы автоматического регулирования скорости в целом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в стационарном режиме полной нагрузки двигателя, форсированного газотурбонаддувом, при заданной заранее частоте вращения коленчатого вала непрерывно измеряют угловые скорость, ускорение и амплитудные спектры мгновенных значений углового ускорения ротора турбокомпрессора, усредняют спектры по множеству циклов работы двигателя, измеряют под нагрузкой эти спектры при частотах вращения максимального крутящего момента, номинальной и промежуточных, получают зависимость спектров от частоты вращения коленчатого вала, сравнивают полученную зависимость с эталонной, измеренной предварительно и соотнесенной с давлениями в цилиндрах исправного нормального двигателя, а также с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние двигателя, причем по изменению формы зависимости спектров от частоты вращения судят об изменении угла опережения подачи топлива, по изменению амплитуд гармоник этих спектров судят о различных неисправностях: по амплитудам гармоник, кратных третьей и четвертой гармоникам частоты вращения коленчатого вала, - об индикаторной диаграмме, по амплитудам гармоник, кратных частотам f_к = f_цΦ_ц/Φ_цв - о не равномерности работы
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что по множеству разгонов и выбегов без нагрузки на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности получают аналогично зависимости средних значений амплитудных спектров динамической мощности, сравнивают полученные зависимости с эталонными и с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния цилиндров двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние отдельных цилиндров.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в стационарном режиме полной нагрузки и при прокрутке по множеству циклов работы двигателя на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности получают аналогично зависимости средних значений амплитудных спектров мгновенных значений углового ускорения коленчатого вала от частоты вращения, сравнивают полученные зависимости с эталонными, измеренными предварительно, и с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния цилиндров двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние отдельных цилиндров, причем по изменению амплитуд гармоник этих спектров судят о различных неисправностях: по амплитудам гармоник, кратных третьей и четвертой гармоникам частоты вращения, под нагрузкой - об индикаторной диаграмме, а при прокрутке - о степени герметичности каждого цилиндра по отдельности, по амплитудам гармоник, кратных пятой - восьмой гармоникам частоты вращения, - о механических потерях в цилиндро-поршневой группе каждого цилиндра по отдельности.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в стационарном режиме полной нагрузки по множеству циклов работы двигателя, форсированного газотурбонаддувом, на рабочем такте каждого цилиндра по отдельности получают аналогично зависимость среднего значения амплитудных спектров мгновенных значений углового ускорения ротора турбокомпрессора от частоты вращения двигателя, сравнивают полученные зависимости с эталонными, измеренными предварительно, и с предварительно полученными зависимостями изменения этих величин при изменении состояния цилиндров двигателя от нормального до допустимого и предельного и по степени их близости классифицируют состояние отдельных цилиндров.

8. Экспертная система для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания, содержащая датчики давления в цилиндрах с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, датчик угловых меток с отметчиком оборота, блок управления, первый и второй пороговые триггеры, блок ручного управления, приемник, электронно - вычислительную машину, цифровой индикатор, блок вывода, генератор тактовых импульсов, распределитель тактов, задатчик алгоритмов обработки, формирователь команд обработки, коммутатор, вычислительный блок, схему формирования импульсов коррекции, датчик угловых меток-зубьев, формирователь импульсов-зубьев, элемент ИЛИ цикла, датчик впрыска топлива, усилитель впрыска, двойной цифровой дифференциатор, цифровой дискриминатор знака, блок идентификации, задатчик моделей процессов, блок классификации состояний, задатчик функций изменения параметров, причем выходы датчика угловых меток подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, четвертый вход блока управления соединен с блоком ручного управления, пятый вход подключен через приемник к электронно-вычислительной машине, первый выход блока управления подключен к первому входу цифрового индикатора и первому входу блока вывода, выход которого связан с электронно-вычислительной машиной, а второй выход блока управления соединен с управляющими входами аналого-цифровых преобразователей, причем выходы датчиков давлений в цилиндрах через усилители связаны с соответствующими информационными входами аналого-цифровых преобразователей, третий выход блока управления соединен с первым входом вычислительного блока, четвертый выход подключен к корректирующим входам усилителей через схему формирования импульсов коррекции и к первому входу формирователя команд обработки, второй вход которого соединен через задатчик алгоритмов обработки с выходами приемника, а третий вход - с первым выходом вычислительного блока, второй выход блока управления соединен с первым входом распределителя тактов, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход распределителя тактов соединен с четвертым входом формирователя команд обработки и первым управляющим входом коммутатора, остальные входы которого подключены к выходам аналого-цифровых преобразователей, причем выход коммутатора соединен со вторыми входами блока вывода и вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу формирователя команд обработки, а четвертый вход - к первому выходу блока управления, второй выход вычислительного блока соединен со вторым входом блока цифрового индикатора и третьим входом блока вывода, вход первого порогового триггера соединен с выходом одного из усилителей, а выход - с первым входом элемента ИЛИ цикла, выход которого соединен с третьим входом блока управления, датчик впрыска через последовательно соединенные усилитель впрыска и второй пороговый триггер подключен ко второму входу элемента ИЛИ цикла, а датчик угловых меток-зубьев через формирователь импульсов зубьев соединен с шестым входом блока управления, пятый выход которого соединен с входом двойного цифрового дифференциатора, выход которого связан с первым входом цифрового дискриминатора знака, выход цифрового дискриминатора знака подключен к седьмому входу блока управления, второй вход цифрового дискриминатора знака, первые входы блоков идентификации и классификации состояний соединены с первым выходом блока управления, вторые входы блоков идентификации и классификации состояний, первые входы задатчика моделей процессов и задатчика функций изменения параметров соединены с выходом формирователя команд обработки, причем четвертый вход блока идентификации соединен с выходом задатчика моделей процессов, а выход - с третьим входом блока классификации состояний, четвертый вход которого соединен с выходом задатчика функций изменения параметров, а выход - с четвертым входом блока вывода, причем шестой выход блока управления соединен со вторым управляющим входом коммутатора, а вторые входы задатчика моделей процессов и задатчика функций изменения параметров соединены с третьим входом блока идентификации, кроме того вычислительный блок содержит схему выбора экстремума, измеритель периода, цифровой дифференциатор, блок вычислений среднего индикаторного давления и блок регистров параметров, причем третий вход вычислительного блока является первым управляющим входом блока регистров и первым входом схемы выбора экстремума, цифрового дифференциатора, измерителя периода и блока вычисления среднего индикаторного давления, выходы которых, а также первый и второй входы вычислительного блока подсоединены к информационным входам блока регистров, при этом второй вход вычислительного блока является вторым входом схемы выбора экстремума, цифрового дифференциатора и блока вычисления среднего индикаторного давления, третьим входом которых является выход блока регистров, четвертый вход блока вычисления среднего индикаторного давления является первым входом вычислительного блока, а выход цифрового дифференциатора соединен с четвертым входом схемы выбора экстремума, второй выход которой является первым выходом вычислительного блока, второй выход и четвертый вход которого являются соответственно выходом и вторым управляющим входом блока регистров, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены измеритель динамической мощности, блок инерционных констант, анализатор спектра, алгебраический сумматор-усреднитель, регистратор скоростных характеристик, датчик угловых меток ротора турбокомпрессора, формирователь импульсов ротора, селектор частоты вращения, причем первые входы измерителя динамической мощности и анализатора спектра связаны с выходом двойного цифрового дифференциатора, вторые входы измерителя динамической мощности, анализатора спектра, алгебраического сумматора-усреднителя, регистратора скоростных характеристик, а также вход блока инерционных констант соединены с первым выходом блока управления, третьи входы анализатора спектра, алгебраического сумматора-усреднителя, регистратора скоростных характеристик, четвертый вход измерителя динамической мощности соединены с выходом формирователя команд обработки, причем выход регистратора скоростных характеристик соединен с третьими входами блока идентификации и цифрового индикатора, с пятым входом блока вывода, третий вход измерителя динамической мощности связан с выходом блока инерционных констант, а выход - с четвертым входом анализатора спектра, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом алгебраического сумматора-усреднителя, выход которого соединен с первым входом регистратора скоростных характеристик, четвертый вход которого связан с третьим выходом вычислительного блока, причем восьмой вход блока управления соединен через формирователь импульсов ротора с датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора, а пятый вход анализатора спектра - с третьим выходом вычислительного блока, первый вход селектора частоты вращения соединен с выходом измерителя периода, второй вход - со вторым входом блока регистров, а выход является третьим выходом вычислительного блока.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что в блок управления, содержащий формирователи сигналов угловых меток, оборота, начала цикла и команд управления, счетчик текущего угла, избирательный блок, делитель периода, два элемента И и два элемента ИЛИ, причем к первому входу первого элемента И подключен выход формирователя команд управления, третий и четвертый входы которого являются соответственно четвертым и пятым входами блока управления, первый вход которого является входом формирователя сигналов угловых меток, а второй вход является входом формирователя сигналов оборота, при этом второй вход формирователя сигналов начала цикла является третьим входом блока управления, а выход подключен через счетчик текущего угла к входу избирательного блока и первому входу формирователя команд управления, причем выход счетчика текущего угла является третьим выходом блока управления, выход делителя периода соединен с третьим входом формирователя сигналов начала цикла, вторым входом счетчика текущего угла, вторым входом формирователя команд управления и вторым входом первого элемента И, а выход первого элемента И является вторым выходом блока управления, первым и четвертым выходами которого являются соответственно второй выход формирователя команд управления и выход избирательного блока, причем выход формирователя сигналов угловых меток соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу делителя периода и первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим выходом формирователя команд управления, причем выход формирователя сигналов оборота связан с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу формирователя сигналов начала цикла, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ являются соответственно шестым и седьмым входами блока управления, дополнительно введены два элемента ИЛИ и третий элемент И, причем выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока управления, а второй вход связан с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ и с четвертым выходом формирователя команд управления, а второй вход является восьмым входом блока управления, второй вход четвертого элемента ИЛИ связан с третьим выходом формирователя команд управления, выход четвертого элемента ИЛИ является шестым выходом блока управления.