Спосіб прогнозування ресурсу дизельного двигуна

Спосіб прогнозування ресурсу дизельного двигуна, відповідно до якого при заданому температурному режимі без зовнішнього навантаження шляхом миттєвого вмикання максимальної подачі палива розганяють двигун до максимальної кутово» швидкості обертання колінчастого вала, вимірюють кутову швидкість та прискорення обертання, визначають максимальну потужність та порівнюють одержаний результат з встановленим значенням, який відрізняється тим, що процес діагностування виконують в три етапи, на першому з яких прокручують колінчастий вал за допомогою електростартера при вимкненій подачі топлива та за значенням струму в його ланцюзі відшукують найменше по всіх циліндрах значення тиску повітря, на другому етапі запускають двигун і встановлюють мінімально стійку частоту обертання колінчастого вала, після чого різко вмикають максимальну подачу палива та при заданих значеннях кутової" швидкості обертання одночасно вимірюють прискорення розгону двигуна та його миттєву потужність, а також циклову подачу палива насосом, тиск початку впорскування палива форсунками, кут початку впорскування відносно верхньої мертвої точки першого циліндра, тиск наддуву повітря турбокомпресором та тиск масла в головній магістралі, а на третьому етапі, який починається з різкого вимкнення подачі палива, вимірюють тривалість затухання кутової швидкості в заданих її межах, повну тривалість' вибігу турбокомпресора та вибігу ротора реактивної мастильної центрифуги, а після закінчення третього етапу порівнюють одержані результати вимірювань з встановленими граничними значеннями параметрів, та за результатами порівняння визначають обсяг робіт, після виконання яких проводять на вказаних вище режимах другого етапу діагностування контрольну перевірку значення потужності двигуна, а потім прогнозують залишковий ресурс по параметру потужності та по параметрах мінімального тиску повітря і тривалості вибігу в заданих межах кутової швидкості, користуючись формулою -1 де Тп - залишковий ресурс (прогноз) в одиницях наробітку, Т м - наробіток в минулому від початку експлуатації двигуна, П в - виміряне значення потужності або тиску повітря в камері згоряння; П, - граничне значення вказаних параметрів. П„ - номінальне значення вказаних параметрів, о - показник ступеня апроксимуючої функції зміни значення потужності або тиску повітря в камері згоряння чи тривалості вибігу, після чого за вірогідне значення залишкового ресурсу двигуна приймають найменше з трьох обчислених за формулою значень прогнозу CM сч со ф Винахід належить до способів визначення та прогнозування зміни параметрів технічного стану дизельних двигунів мобільної техніки, зокрема потужності та параметрів, що пов'язані з потужністю та обумовлюють її значення. Потужність двигуна являє собою комплексний показник, що характеризує можливості вико нання мобільним засобом покладених на нього функцій. Тривалість виконання цих функцій (наробіток) обумовлюється граничним значенням потужності, нижче якого ефективність роботи двигуна недопустимо зменшується Значення потужності залежить від певної кількості параметрів стану складових елементів, серед яких є група 34622 регульованих, значення яких поновлюється при технічному обслуговуванні, та нерегульованих, значення яких обумовлюється незворотним зносом деталей. Остання группа параметрів визначає ресурс двигуна до капітального ремонту. У зв'язку з цим виникає потреба у регулярному діагностуванні двигуна по параметру потужності з метою визначення потреби виконання регулювальних робіт та вимірі значень ресурсних параметрів і прогнозуванні залишкового ресурсу двигуна в цілому. Поелементне діагностування двигуна при технічному обслуговуванні без урахування фактичного значення потужності, а також визначення лише однієї потужності без урахування стану параметрів, що впливають на потужність, є малоефективним і не дає можливості одержувати віропдний прогноз тривалості безвідмовної роботи двигуна по ресурсних параметрах. Принциповими відмінностями винаходу є: - системність вибору параметрів, що впливають на значення параметрів, та параметрів, що обумовлюють ресурс двигуна; - одночасність вимірювання потужності та параметрів, що впливають на її значення; - поетапність процесу діагностування двигуна за фіксованими параметрами режиму; - прогнозованість залишкового ресурсу двигуна за мінімумом часткових прогнозів по ресурсних параметрах. Відомий ряд способів та пристроїв, за допомогою яких є можливість вимірювати прискорення та інші параметри вільного розгону двигуна та визначати його потужність або крутний момент. Проте загальною рисою всіх виявлених джерел є відсутність системного підходу до визначення потужності, як комплексного показника технічного стану двигуна, та спроб прогнозувати залишковий ресурс двигуна по параметру потужності та ресурсних параметрах. Поряд із цим існує багато запатентованих технічних рішень, спрямованих на вимірювання параметрів перехідних процесів, головним чином - кутової швидкості та прискорення (уповільнення) перехідного процесу, які дають можливість визначати миттєві значення ефективної потужності двигуна. В деяких технічних рішеннях робляться спроби більш глибокого аналізу робочого процесу двигуна. Так. наприклад, в публікації "Обнаружение и диагностика дефектов в машинах с возвратно-поступательным движением рабочих органов" (РЖ № 8, 1991, публ.. 8.32.548, Inst. Eng. Austral - 1990 — Nfi 9 - с. 255-257) рекомендуються методи селективного аналізу коливань та детектування огинаючої робочого процесу двигуна, параметри якого порівнюють із зразковими і одержують висновки про наявність дефекту. До певної міри методи, що рекомендуються, містять ознаки системності та одночасності вимірювань, сформульовані у винаході. Проте згадані меітоди не дають можливості виявити причини порушення робочого процесу, а звідси й не забезпечують можливості прогнозування залишкового ресурсу двигуга. Деякі кроки в напрямку передбаченого винаходом системного підходу до вибору параметрів, що впливають на значення потужності (крутного моменту) та одночасності вимірювань, присутні в публікації "Методы определения крутящего момента на валу дизельного двигателя" (РЖ № 8, 1989, публ. 8, 32.393. Trans. ASAE-1988-31-№ 9. - с. 1350-1354), де рекомендується застосування вимірювання, крім Основного, ряду допоміжних параметрів, а саме: частоти обертання валу двигуна, витрат палива та температури вихлопних газів. Проте вказані методи не передбачають і не забезпечують можливості прогнозування залишкового ресурсу двигуна. Відомий спосіб діагностики поршневого двигуна внутрішнього згоряння за а. с. СРСР № 1183857 (МКИ G01M15/00; 3676520/25-06; 16.02.83), відповідно до якого на заданому режимі вимірюють по всіх циліндрах двигуна середній індикаторний тиск, максимальний тиск згоряння та кут повороту кривошипа, а за результатами вимірювань обчислюють так звані комплекси, які порівнюють з еталонними значеннями. Застосування способа-аналога дає можливість одержання поточної оцінки стану двигуна. Спосіб містить ознаку одночасності вимірювань, яка передбачена винаходом, та початкові елементи прогнозування. Проте відсутність в аналога ознак системності та поетапності не дозволяє одержувати прогноз залишкового ресурсу та не забезпечує належної вірогідності результатів вимірювань. Відомий також спосіб (УДК/681.518.54+620.19/, Технические средства диагностирования: Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - с. 333-336, 639-641) (прототип), який базується на застосуванні вільного розгону двигуна, під час якого вимірюють прискорення колінчастого валу і визначають потужність двигуна, а також вимірюють витрату палива. Крім того, на режимі прокручування валу двигуна електростартером визначають тиск повітря на такті стискання, використовуючи залежність напруги акумуляторної батареї від навантаження стартера. Спосіб містить елементи ознак одночасності та поетапності. Проте ознаки системності, а особливо прогнозованості в указаному способі практично не вирішуються, що не дає можливості одержувати прогноз залишкового ресурсу та не забезпечує належної вірогідності результатів вимірювань. В основу винаходу поставлено задачу підвищення вірогідності результату визначення та прогнозування залишкового ресурсу двигуна шляхом виявлення впливу регульованих і ресурсних параметрів на потужність двигуна та одержання прогнозу залишкового ресурсу. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що для виявлення впливу параметрів на значення потужності двигуна використовується триетапний процес діагностування, який складається з провертання валу двигуна електростартером без подачі палива, розгону двигуна при максимальній подачі палива та вибігу двигуна при вимкненій подачі. На першому етапі визначають найменше по всіх циліндрах значення стиску повітря (ресурсний параметр); 34622 на другому етапі одночасно визначають миттєву потужність двигуна, а також регульовані параметри: циклову подачу палива насосом, тиск початку впорскування палива форсунками, кут початку впорскування відносно верхньої мертвої точки першого циліндра, тиск наддуву повітря турбокомпресором та тиск масла в головній магістралі; на третьому етапі одночасно визначають тривалість затухання кутової швидкості в заданих її межах (ресурсний параметр), а також повну тривалість вибігу турбіни турбокомпресора та вибігу ротора реактивної, мастильної центрифуги. Після доведення регульованих параметрів до номінальних значень та можливої заміни окремих складових елементів виконують контрольну перевірку значення потужності в режимі другого етапу процесу діагностування. По параметру потужності та ресурсних параметрах виконують прогнозування залишкового ресурсу, користуючись формулою: -пг -1 Пн-П, де Тп - залишковий ресурс (прогноз) в одиницях наробітку; Т м - наробіток в минулому від початку експлуатації двигуна; П в - виміряне значення потужності або ресурсних параметрів; П, граничне значення вказаних параметрів; П и - номінальне значення вказаних параметрів; а - показник ступеня апроксимуючої функції зміни значення потужності або ресурсних параметрів. Найменше з одержаних значень залишкового ресурсу приймають як найбільш імовірне. Від прототипу винахід відрізняється тим, що на відміну від нього додатково використовується режим прокрутки без подачі палива та режим вибігу, що дає можливість встановлювати значення ресурсних параметрів та прогнозувати залишковий ресурс по цих параметрах Крім того, винахід відрізняється від прототипу тим, що одночасно з потужністю в режимі розгону вимірюються значення регульованих параметрів, що дає можливість коригувати значення потужності шляхом доведення значень регульованих параметрів до номінальних. На відміну від прототипу винахід передбачає визначення в режимі вибігу, крім повної тривалості затухання частоти обертання, ще й проміжних значень момента опору, що дає можливість встановити джерела опору шляхом диференціювання процесу вибігу у заздалегідь вибраних інтервалах часу. Винахід відрізняється від прототипу також тим, що процес прогнозування, передбачений винаходом, виконується за формулою, одержаною вперше, а прототипом передбачено лише порівняння фактичної потужності з допустимим значенням. Суттєвою відміною винаходу від прототипу є вимірювання як стабілізованого тиску масла в головній магістралі при розгоні двигуна, так і тривапості підвищення тиску від початку розгону до рівня стабілізації, що дає можливість оцінювати технічний стан системи змащення двигуна. Вказані суттєві ознаки винаходу є достатніми у всіх випадках. Відомості, що підтверджують можливість реалізації винаходу. Для реалізації винаходу потрібні джерела діагностичних сигналів, які містять таку інформацію 1. Температура охолоджуючої рідини в двигуні., 2. Струм в мережі електростартера. 3. Частота обертання колінчастого валу. 4. Положення верхньої мертвої точки (ВМТ) поршня 1-го циліндра. 5. Циклова подача палива. 6. Тиск початку впорскування палива форсункою. 7. Тиск наддуву повітря. 8. Тиск масла в головній магістралі. 9. Тривалість вибігу двигуна. 10. Тривалість вибігу турбокомпресора. 11. Тривалість вибігу ротора мастильної центрифуги. Джерелами цієї інформації в залежності від рівню контролепридатності об'єкта діагностування є вбудовані накладні чи тимчасово під'єднувані датчики, які перетворюють інформацію до електричного вигляду. Згадані датчики під'єднують до засобу обробки інформації та індикації результатів, після чого прогрівають охолоджуючу рідину в двигуні до температури, межі якої взазано в інструкції з експлуатації' об'єкту. Процес діагностування виконують в такій послідовності: 1-й етап - за допомогою електростартера прокручують колінчастий вал при вимкненій подачі палива двигуна, в результаті чого одержують послідовність імпульсів електричного струму, амплітуда яких відповідає максимуму тиску повітря в циліндрі в кінці такту стискання; 2-й етап - вмикають подачу палива і, запустивши двигун, встановлюють мінімально стійку частоту обертання колінчастого валу і, різко ввімкнувши максимальну подачу палива, створюють режим вільного розгону двигуна, протягом якого одночасно фіксуються: поточний час, частота обертання колінчастого валу, площа під кривою тиску подачі палива, максимум тиску впорскування палива, значення кута повороту вала від момента максимуму тиску до імпульса ВМТ, тиск наддуву повітря, тиск масла в головній магістралі: 3-й етап - після входу частоти обертання колінчастого валу на максимум різко вимикають подачу палива, внаслідок чого починається вільний вибіг двигуна, турбокомпресора та ротора мастильної центрифуги, протягом якого фіксується частота обертання та тривалість вибігу до моменту зупинки, обробкою яких визначається стан кривошипно-шатунного механізму, забрудненість турбіни та мастильної центрифуги. 34622 За результатами обробки інформації та їх порівняння з допустимими та фаничними значеннями параметрів, які виконуються автоматичними інформаційію-обчислювальними пристроями, наприклад, типу мотортестера Airto Mate-450 (Криптон) (Технические средства диагностирования Справочник. - М Машиностроение, 1989 - с 364), виявляють потребу в регулювальних роботах, після виконання яких проводять контрольну перевірку значення потужності в режимі 2-го етапу, а потім обчислюють прогнози залишкового ресурсу двигуна по параметрах стану циліндро-поршневої фупи, кривошипио-іиатунного механізму та ефективної потужності, і приймають за вірогідне значення залишкового ресурсу найменше з трьох обчислених значень протозу. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03