Методика обработки осциллограмм при диагностировании цилиндропоршневой группы и анализ полученных данных
Technique for processing oscillograms during diagnostics of the cylinder-piston group and analysis of the obtained data

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

двигатель, цилиндропоршневая группа, осциллограмма, давление, контроль, эксперимент, чувствительность, engine, cylinder-piston group, oscillogram, pressure, control, experiment, sensitivity

АННОТАЦИЯ

Авторы: Гриценко Александр Владимирович, Банин Роман Валерьевич, Караулов Артем Вячеславович, Барышников Сергей Александрович

В настоящее время активно внедряется система встроенного контроля технического состояния автотракторных средств. Одновременно усложняются узлы и детали двигателя. Для определения степени износа систем двигателя требуются новые методы и средства диагностирования. В этой связи актуально применение метода оценки динамической компрессии. Однако данный метод показывает низкую точность при классическом варианте применения. Значительное повышение точности контроля динамической компрессии возможно посредством контроля мгновенных величин давления в камере сгорания на докритических режимах работы двигателя. Такие режимы реализуются внешним электроприводом с частотным регулированием. Для реализации экспериментальной работы был реализован стенд на базе двигателя lombardini 1503 LDW сельскохозяйственного трактора МТЗ-320 (двигатель 3ЧН-9,04/8,8). Выбраны средства измерения: осциллограф USB Autoscope III, датчик давления, оптический датчик. Разработана методика контроля осциллограмм давления в камере сгорания при прокрутке коленчатого вала двигателя на малых скоростях. Проведен многофакторный эксперимент. Определены значения коэффициента чувствительности мгновенного давления в камере сгорания Р, бар от частоты прокрутки коленчатого вала (привода стенда с частотным управлением) ν, Гц для минимального и предельного значения износа ЦПГ, которые составили: K_ΔР6 = 0,96 бар/Гц и K_ΔР31,5 = 0,69 бар/Гц. Коэффициент чувствительности уменьшается с увеличением степени износа ЦПГ, что можно объяснить возрастанием степени утечки воздуха из ЦПГ и уменьшением мощности механических потерь. Установлены значения коэффициента чувствительности мгновенного давления в камере сгорания Р, бар от степени износа цилиндра ДВС Z, % для пяти вариантов частоты прокрутки коленчатого вала, которые составили: K_ΔР0,7 = 0,011 бар/%, K_ΔР1,9 = 0,040 бар/%, K_ΔР3,1 = 0,046 бар/%, K_ΔР4,3 = 0,057 бар/%, K_ΔР5,5 = 0,059 бар/%. Коэффициент чувствительности возрастает с ростом значения частоты прокрутки коленчатого вала, что объясняется нелинейным возрастанием степени прироста мгновенного давления в ЦПГ при росте линейной скорости поршня. Определены относительные изменения мгновенной величины давления для пяти значений частоты прокрутки коленчатого вала (привода стенда с частотным управлением), которые составили: dP_5,5 = 74 %; dP_4,3 = 71 %; dP_3,1 = 71 %; dP_1,9 = 63 %; dP_0,7 = 77 %. Наибольшее относительное изменение мгновенной величины давления наблюдается в режимной точке – при dP_0,7. Это говорит о том, что в этой точке наблюдается минимальное изменение мгновенного давления по отношению к его начальной величине. Установлено, что в качестве основного режима диагностирования следует выбрать точку с наименьшим относительным изменением мгновенной величины давления – при dP_1,9. Разработанный метод может быть использован сервисными предприятиями при определении технического состояния двигателей автотракторных средств.

Abstract:

NAME: Technique for processing oscillograms during diagnostics of the cylinder-piston group and analysis of the obtained data
AUTOR: Gritsenko Alexander Vladimirovich, Banin Roman Valerievich, Karaulov Artem Vyacheslavovich, Baryshnikov Sergey Aleksandrovich

Nowadays a system of integrated monitoring of the technical condition of motor vehicles and tractors is being actively implemented. At the same time, engine components and parts are becoming more complex. New diagnostic methods and tools are required to determine the degree of wear of engine systems. In this regard, the use of the dynamic compression assessment method is relevant. However, this method shows low accuracy in the classical version of application. A significant increase in the accuracy of dynamic compression monitoring is possible by monitoring instantaneous pressure values in the combustion chamber at subcritical engine operating modes. Such modes are implemented by an external electric drive with frequency regulation. To implement the experimental work, a test stend based on the Lombardini 1503 LDW engine of the MTZ-320 agricultural tractor (3CHN-9.04/8.8 engine) was made. The following measuring instruments were selected: USB Autoscope III oscilloscope, pressure sensor, and optical sensor. It was developed a technique for monitoring combustion chamber pressure oscillograms during low-speed crankshaft cranking. It was conducted a multifactorial experiment. The values of the sensitivity coefficient of the instantaneous combustion chamber pressure P, bar, on the crankshaft cranking frequency (test bench drive with frequency control) ν, Hz were determined for the minimum and maximum values of CPG wear, which were: K_ΔР6 = 0.96 bar/Hz and K_ΔР31.5 = 0.69 bar/Hz. The sensitivity coefficient decreases with increasing CPG wear degree, which can be explained by an increase in the degree of air leakage from the CPG and a decrease in the power of mechanical losses. The values of the sensitivity coefficient of the instantaneous pressure in the combustion chamber P, bar, on the degree of wear of the internal combustion engine cylinder Z, % were established for five variants of the crankshaft scrolling frequency, which were: K_ΔР0.7 = 0.011 bar/ %, K_ΔР1.9 = 0.040 bar/ %, KΔР3.1 = 0.046 bar/ %, K_ΔР4.3 = 0.057 bar/ %, K_ΔР5.5 = 0.059 bar/ %. The sensitivity coefficient increases with the crankshaft scrolling frequency, which is explained by the nonlinear increase in the degree of instantaneous pressure increase in the CPG with the increase in the linear piston velocity. The relative changes in the instantaneous pressure value were determined for five values of the crankshaft scrolling frequency (frequency-controlled test bench drive), which were: dP_5.5 = 74 %; dP_4.3 = 71 %; dP_3.1 = 71 %; dP_1.9 = 63 %; dP_0.7 = 77 %. The greatest relative change in the instantaneous pressure value is observed at the mode point, at dP_0.7. This indicates that at this point there is a minimal change in the instantaneous pressure in relation to its initial value. It was found that the point with the smallest relative change in the instantaneous pressure value, at dP_1.9, should be selected as the main diagnostic mode. The developed method can be used by service companies to determine the technical condition of motor vehicle engines.