Анализ сигналов вибрации двигателя внутреннего сгорания




Скачать 45.72 Kb.
Дата01.08.2016
Размер45.72 Kb.
АНАЛИЗ СИГНАЛОВ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Ле Ван Туан



Томский политехнический университет, г. Томск

Научный руководитель: Казьмин В.П., к.т.н., доцент

В настоящее время наблюдается значительный рост числа автомобилей. В этой связи остро встаёт ряд проблем, связанных с загрязнением окружающей среды, выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС), безопасности эксплуатации, экономии топлива и т.д. Со временем в процессе эксплуатации из-за износа и возникновения различных неисправностей параметры работы ДВС начинают превышать эксплуатационные пределы.

ДВС является самой важной частью современного автомобиля. Двигатель – энергетическая машина, преобразующая тепловую энергию, выделяющуюся в результате сгорания топлива в механическую работу, рис. 1 [1]. Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, выполняющих определенные функции [1-2].


Рис. Устройство карбюраторного двигателя

1-шестерни привода распределительного вала; 2-распределительный вал;3-толкатель; 4-пружина; 5-выпускная

труба; 6-впускная труба; 7-карбюратор;

8-выпускной клапан; 9-провод; 10-свеча; 11-впускной клапан; 12-головка

цилиндра; 13-цилиндр; 14-водяная рубашка; 15-поршень; 16-поршневой палец; 17-шатун; 18-маховик; 19-коленчатый вал; 20-поддон картера.
Типичными неисправностями ДВС являются следующие: увеличенные зазоры клапанов, износ сальников клапанов или направляющих клапанов, износ или повреждение привода распределительного вала, уменьшение компрессии в результате износа цилиндропоршневой группы и т.д. [3]. На текущий момент времени разработано много способов диагностики неисправностей ДВС, например: по составу выхлопных газов, по шумам, издаваемым ДВС в процессе работы и т.д. [4]. Разработаны и используются специализированные компьютеризированные диагностические комплексы (мотортестеры) [4]. Для диагностики неисправностей ДВС используются различные методы, в том числе частотного анализа сигналов вибрации. Применение этого метода имеет свои ограничения из-за ряда особенностей работы ДВС - сигналы вибрации сильно зашумлены. В этой связи разработка новых и совершенствование известных методов для анализа таких сигналов является актуальной задачей.

В данной работе приведен пример использования частотно-временного корреляционного подхода при исследовании сигналов вибрации ДВС [5].

Частотно-временная корреляционная функция позволяет установить взаимосвязь сигналов не только во временном домене, а также и в частотном. Автокорреляционная функция, используя преобразование Фурье, находится по следующему выражению:

где – прямое дискретное преобразование Фурье сигнала , – комплексно-сопряженное значение результатов прямого дискретного преобразования, – обратное дискретное преобразование Фурье.

Согласно [6] перед вычислением произведения предварительно формируют его копий , , при этом весь спектр кроме -ой части обнуляется. В результате обратного преобразования Фурье каждой из этих копий получают частотно-временную автокорреляционную [6].

Для исследования возможности использования данного подхода применительно к анализу работы ДВС были исследованы сигналы вибрации двигателя K20- Honda. Основная задача, поставленная при исследовании сигналов, заключалась в обнаружении периодических сигналов. Такие сигналы в процессе работы ДВС могут создавать цилиндры, система сглаживания, коленчатый вал, и другие. Возможность выделения таких сигналов открывает возможность анализа особенностей работы ДВС и возможных причин неисправности. Наиболее простым параметром, характеризующим работу ДВС является частота вращения коленчатого вала.

Сигналы вибрации исследуемого двигателя были получены с использованием вибропреобразователя ДН-3, с частотой дискретизации 44100 Гц. C помощью штатного тахометра автомобиля была выставлена частота вращения коленчатого вала 3000 (об/мин). Результаты исследования сигналов полученных при указанной частоте вращения приведены на рисунках 2 и 3. На рисунке 2 приведена автокорреляционная функция, рассчитанная классическим способом. Основным недостатком, которой является отсутствие информации о частотных свойствах анализируемых сигналов. Анализ полученной функции затруднителен. На рисунке 3 приведен график частотно-временной корреляционной функции. Анализ полученных частотно-временных корреляционных функций позволил определить частоту вращения коленчатого вала равную 2985 об/мин. Полученный результат близок к показаниям тахометра. Незначительная погрешность в определении частоты вращения может быть обусловлена погрешностью определения частоты вращения по показаниям штатного тахометра.

Таким образом, предложенный поход можно применять для определения периодических составляющих сигналов вибрации ДВС.


d:\hoctap\nam 5\master\smotr\ле_ван_туан_рисунок\pic2.jpg

Рис. 2. Автокорреляционная функция анализируемого сигнала


Рис. 3. Частотно-временная автокорреляционная функция анализируемого сигнала



Рис. 4. 3-D график частотно-временной корреляционной функции



Вывод

В работе рассмотрена структура ДВС, различные методы диагностики состояния ДВС и способ применения частотно-временного корреляционного анализа при исследовании сигналов вибрации ДВС. Проведен эксперимент для проверки возможности использования этого подхода на двигателе K20- Honda на примере определения частоты вращения коленчатого вала.


Cписок литературы

  1. М.В. Мухина, В.В.Г лебов, И.А. Григорьева Устройство автомобиля. Ч1. Общее устройство автомобиля. - Н.Новгород: НГПУ, 2007. 43с.

  2. В.К. Вахламов, М.Г. Шатров, А.А. Юрчевский Автомобили: теория и конструкция автомобиля и двигателя. – М: Издательский центр «Академия», 2003. – 816 с.

  3. Автошкола [Электронный ресурс]. Основные неисправности двигателей внутреннего сгорания. URL: http://www.autoshcool.ru/2334-osnovnye-neispravnosti-dvigateley-vnutrennego-sgoraniya.html (дата обращения: 10.03.2014).

  4. Серия: слесарь по ремонту автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания, Часть 2. «Ремонт двигателя внутреннего сгорания. Диагностика ». URL: www.rtsh.ru/doc/gas_engin.pdf‎ (дата обращения: 20.02.2014).

  5. В.С. Аврамчук, В.П. Казьмин Анализ сигналов вибрации двигателя внутреннего сгорания// Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 5. – C. 69–73.

  6. Аврамчук В.С. Определение наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах на основе автокорреляционной функции // Известия Томского политехнического университета. – 2012. – Т. 321. – № 5. – C. 113–116.


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница