Диссертационная работа:

Маркелов Андрей Александрович. Диагностирование дизеля по результатам расчетно-экспериментального исследования индикаторной диаграммы в условиях рядовой эксплуатации : диссертация... кандидата технических наук : 05.04.02 Хабаровск, 2007 175 с. РГБ ОД, 61:07-5/2524

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 8

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОПИСАНИЯ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ВНУТРИЦИЛИНДРОВЫХ ПРОЦЕССОВ 11

1.1. Математическое описание тепловыделения в процессе сгорания 11

1.2. Методы описания процесса горения топлива в цилиндре дизеля 12

1.3. Способы и проблемы измерения диагностических параметров рабочего процесса поршневых двигателей 15

1.4. Методики определения технического состояния ДВС по параметрам внутрицилиндровых процессов 19

2. МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПО ИНДИ КАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИ РОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 37

2.1. Метод идентификации неисправностей по параметрам внутрицилиндровых процессов 37

2.2. Постановка задачи исследования 48

2.3. Современное представление о кинетике процесса горения и структуре пламени 48

2.4. Метод математического моделирования процесса сгорания предложенный Н.Ф. Разлейцевым 53

2.5. Математическое моделирование индикаторной диаграммы дизеля с имитацией дефектов технического состояния

2.5.1. Процесс сжатия 64

2.5.2. Процесс горения - расширения

2.6. Определение величин погрешности измерений 80

2.7. Проверка адекватности математического описания внутри-цилиндровых процессов

2.7.1. Дизель 449/12,5 82

2.7.2. Дизель 16ЧН26/26 85

3 РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ В УСЛОВИЯХ РЯДОВОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ 88

3.1. Тенденции развития аппаратурных средств определения индикаторной диаграммы 88

3.2. Выбор первичного преобразователя давления 91

3.3. Влияние индикаторного канала 101

3.4. Прибор для измерения индикаторной диаграммы дизеля в условиях эксплуатации 103

3.4.1. Методика определения положения ВМТ в опорном ПО цилиндре

3.4.2. Алгоритм работы прибора в процессе измерения экспериментальных данных 112

3.4.3. Основные направления совершенствования прибора 117

3.5. Диагностический комплекс «Магистраль» как средство измерения индикаторной диаграммы в условиях эксплуатации и лаборатории 118

4. РАСЧЕТНОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОГО МЕТОДА ИДЕНТИФИКАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЯ 122

4.1. Постановка задачи оптимизации 122

4.1.1. Выбор вектора варьируемых параметров 122

4.1.2. Обоснование метода оптимизации 129

4.2. Использование предложенного метода идентификации для оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания 139

4.2.1. Дизель 449/12,5 139

4.2.2. Дизель 16ЧН26/26 144

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 149

ЛИТЕРАТУРА 150

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 163

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 169

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 173

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 174

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 1  

Актуальность темы. Система технической диагностики (СТД) играет огромную роль в прогнозировании отказов двигателя, продлении его ресурса, поддержании соответствующего уровня его эффективных характеристик в эксплуатации. В реальных условиях эксплуатации, как правило, оцениваются только теплотехнические параметры, что не дает возможность в полном объеме оценить техническое состояние ДВС. В таких условиях наиболее привлекательным является разработка СТД основанных на анализе интегральных характеристик, несущих максимум информации о рабочем процессе дизеля. Примером такой характеристики является индикаторная диаграмма (ИД). Достоверность определения ИД во многом определяется выбором первичного преобразователя давления и отметчика ВМТ. Особенности измерения ИД непосредственно на транспортном средстве приводят к дополнительным погрешностям из-за дросселирования газа в индикаторном канале, неточного определения ВМТ и других, практически, не устранимых в рядовой эксплуатации причин. Поэтому, разработанные ранее многочисленные методики идентификации технического состояния (ТС) по ИД оказываются малоэффективными.

По мере увеличения быстроходности двигателей острота проблемы определения текущего технического состояния по ИД возрастает. Однако у большинства типов высокооборотных дизелей приемлемые методы получения ИД применительно к условиям рядовой эксплуатации отсутствуют. В связи с этим проблема определения текущего технического состояния ДВС по ИД наиболее остро стоит для дизелей средней быстроходности.

В сложившейся практике типичной оказалась ситуация, когда средства технической диагностики по ИД решают только одну (первую) задачу СТД, а именно, измерение и первичную обработку данных, оставляя принятие решения о техническом состоянии двигателя за экспертом.

Необходимо констатировать, что эффективность СТД дизеля по ИД может быть достигнута за счет комплексного подхода к задачам измерения, обработки и идентификации результатов, учитывающего реальные условия рядовой эксплуатации.

Цель работы. Разработка методов и средств диагностирования дизеля по ИД с использованием основных положений теории оценивания (идентификации) в эксплуатации.

Научная новизна:

1. Предложен комплексный подход к решению проблемы диагностирования дизеля средней быстроходности по ИД в условиях рядовой эксплуатации.

2. Разработан новый метод идентификации технического состояния дизеля по ИД, позволяющий качественно и количественно определять характерные неисправности и разрегулировки дизеля.

3. Предложена адаптированная к условиям транспортного средства новая методика синхронного ввода и последующей обработки данных при измерении ИД, учитывающая погрешности определения ВМТ и не требующая установки датчиков поворота коленчатого вала или дополнительных экспериментов.

4. Разработан оптимальный алгоритм «генерации» набора параметров, характеризующих ТС дизеля, обеспечивая при этом хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.

Практическую ценность представляют алгоритмы и программные реализации разработанного метода идентификации ТС дизеля, методики уточнения положения ВМТ на экспериментальной ИД, а также методика синхронного ввода данных ИД, программно и аппаратно реализованная в приборах «ДизельТест-ИД» и «ДизельТест-ТА». Прибор «ДизельТест-ТА» внедрен на предприятиях – филиалах ОАО «РЖД»: ДВЖД, СахЖД, ЗабЖД.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на Всероссийской конференции посвященной 100-летию транссиба (г. Хабаровск, ДВГУПС, октябрь 2001 г.), 60-ой региональной научно-практической конференции творческой молодежи (г. Хабаровск, ДВГУПС, апрель 2002 г.), Международной научно-технической конференции «Двигатели 2002» (г. Хабаровск, ХГТУ, сентябрь 2002 г.), Международной научно-технической конференции «Двигатели-2005» (г. Хабаровск, ТОГУ, сентябрь 2005 г.), Межрегиональных семинарах по проблемам ДВС (г. Хабаровск, ТОГУ, 2001 г., 2004 г., 2007 г.), заседаниях кафедры «ТТД» (г. Хабаровск ДВГУПС, 2001г. - 2007 г.), семинарах кафедр ДВГТУ, МГУ им. амд. Г.И. Невельского, ДАЛЬРЫБВТУЗа, (г. Владивосток, февраль 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК – 1.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 134 наименований и 5 приложений. Она содержит 149 страниц основного текста, 48 рисунков, 16 таблиц.