CC BY
241
УДК 629.11
DOI: 10.14529/engin170306
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
12 1 1 1 А.В. Гриценко1'2, В.Д. Шепелев', З.В. Альметова', Е.В. Шепелева'
1 Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия, 2Южно-Уральский государственный аграрный университет, г. Челябинск, Россия,
В статье рассматривается методология применения виброакустического метода диагностирования на примере газораспределительного механизма (ГРМ). До начала 2000 года данный метод не находил широкого применения по причине значительной стоимости диагностических комплексов, сложности тарировки применяемых датчиков, сложности обработки и анализа диагностической информации. На сегодняшний день его использование упростилось в связи с появлением недорогих USB осциллографов и высокочувствительных вибродатчиков. Кроме того, заметно повысились возможности обработки диагностических данных и их представления. Помимо этого, значительно усовершенствован и автомобиль в области электронных систем и элементов, позволяющих синхронно получать нужный диагностический сигнал, после чего производить анализ полученных данных. Отказы элементов газораспределительного механизма двигателя и, в частности, прогар клапанов, нарушение их герметичности, смещение фаз, рост зазоров или их отсутствие возникают у большинства автотранспортных средств при пробегах гораздо меньших нормативных или предельных. Объясняется это целым рядом эксплуатационных факторов, таких как - несвоевременное проведение технического обслуживания, использование нерекомендуемых масел и топливных материалов, нарушение тепловых и нагрузочных режимов и др. В 30-50 % случаев эти факторы вызывают увеличение зазоров в клапанах ГРМ. Проведенные в представленном материале исследования позволили установить: при допуске на зазор в выпускном клапане 0,35 ± 0,05 мм величина сигнала виброимпульса составила -150-182 мВ. Проведенный контроль зазоров в клапанах ГРМ выявил 14 отклонений из 20 подконтрольных цилиндров ДВС. Любые превышения амплитуды сигнала виброимпульса выше 182 мВ требуют регулировки зазоров или замены гидротолкателей. Данный метод и используемый набор технологических приемов позволяют оперативно и без разборки определять техническое состояние систем двигателя при любых промежуточных состояниях диагностируемых объектов. Данный набор диагностических средств, технологических приемов и нормативных данных позволяет рекомендовать их использование на современных автотранспортных предприятиях, занимающихся эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием автотранспорта.
Ключевые слова: диагностирование, двигатель, система впуска, вибрация, амплитуда, фаза.
Введение
Отказы систем двигателя внутреннего сгорания стоят в ряду первых общего числа отказов автотракторной техники [1-4]. Для их определения используется значительное число методов и средств диагностирования [5-7]. Так в частности известен виброакустический метод [8-10]. Основы его применения на автотракторной технике разрабатывались еще в 1970-1980 годах ГОСНИТИ, ЛСХИ и др. институтами [9-12]. Так, в практике диагностирования использовались электронный стетоскоп «Экранас», КИ-13940-ГОСНИТИ. Но данный метод не получил широкого распространения. Главным образом это было связано со значительной дороговизной применяемого оборудования и сложностью его использования [9, 13]. На сегодняшний день разработаны недорогие диагностические средства, реализующие виброакустический метод диагностирования [11, 14-18]. Целью представленного исследования является повышение эффективности процесса диагностирования системы впуска виброакустическим методом.
Так в ряде литературных источников экспериментально определены наиболее характерные спектры виброимпульсов механизмов двигателей СМД-14А и Д-50. Установлено, что для зазоров в сопряжении поршень - гильза наиболее характерный спектр виброимпульсов лежит в диапазо-
Гриценко А.В., Шепелев В.Д., Диагностирование газораспределительного Альметова З.В., Шепелева Е.В._механизма виброакустическим методом
не частот 2-4 кГц, газораспределительного механизма - 7-10 кГц, поршневых колец - 10-16 кГц, шатунных и коренных подшипников - 0,5-2 кГц [7, 19]. Сконцентрируем внимание главным образом на газораспределительном механизме.
1. Теоретические исследования
Стуки клапанов возникают при увеличении тепловых зазоров между стержнями клапанов и носком коромысла (толкателем) в зависимости от конструкции ГРМ [7, 20-23]. Эти отчетливые звонкие стуки хорошо прослушиваются на прогретом двигателе при малой частоте вращения коленчатого вала [8, 24]. Ясно слышимые стуки подшипников распределительного вала обнаруживаются на малых оборотах холостого хода прогретого двигателя [22, 23].
Наиболее важными, с точки зрения виброакустической диагностики, являются упругие колебания от соударений сопряженных деталей. Переменность нагрузки и изменение направления действующих сил в элементах механизмов при наличии между сопряженными деталями зазоров приводит к ударам, что вызывает вибрации деталей механизмов и всего двигателя [11-13, 16]. Например, перекладка поршня с одной стороны гильзы на другую заканчивается соударением и формированием вибрации импульсного характера.
Удары сопряженных деталей механизмов вызывают в соударяемых деталях деформацию, и упругие колебания с соответствующими амплитудами и частотами [25-27]. Скорость в начале удара ^0 соударяемых деталей является функцией нескольких величин [7]:
^0 = f(s, F, т1, т2, 'в, 'м, ю), (1)
где s - зазор в сопряжениях деталей, м; F - сила, под действием которой происходит соударение, Н; тх, т2 - массы соударяемых деталей, кг; ю - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; tB, tM - температура воды и масла соответственно, °С.
Каждая сопряженная пара деталей механизма формирует вибрации при соударении, как правило, импульсного характера с соответствующей частотой наполнения импульса (собственной частотой колебания). Спектр ударных ускорений определяется как функция максимальных ускорений в зависимости от собственных частот соударяемых деталей. Зная частоту перекладки деталей механизмов двигателя или машины, можно установить моменты образования импульсов, энергия которых пропорциональна ударному импульсу R, а следовательно, и зазору s . Чем больше зазор в сопряженных деталях, тем дальше перемещается вибрационный импульс относительно опорной точки, например, ВМТ; причем пропорционально увеличению зазора s возрастает энергия и интенсивность вибрации, вызванной соударением проверяемого сочленения.
Частота действия (Гц) возмущающей силы определяется по формуле
f = , (2) 60
где i - суммарное передаточное отношение; k - кратность действия возмущающей силы; g -порядок гармонических составляющих; n - частота вращения коленчатого вала, мин-1.
Зная частоту действия возмущающей силы кинематической пары, можно определить источники виброимпульсов временной реализации вибрации.
Для расшифровки осциллограмм и спектрограмм вибраций механизмов двигателя необходимо знать частотные характеристики упругих колебаний соударяющихся и базовых деталей исследуемых механизмов. В общем виде собственная частота колебаний детали будет, Гц:
f=
% 'у • (3)
Л
где Л 2 - ускорение соударяющихся объектов, рад/с2; у - прогиб при заданном ускорении, рад.
(г 2
Уравнение показывает, что для определения частоты упругих колебаний необходимо знать
Л 2 у
орение ——, которое можно опре
(г2
или прогиб при заданном ускорении.
ускорение ( у , которое можно определить у любого элемента детали при заданном прогибе у,
Л2
2. Методика исследований
Для измерения и регистрации осциллограмм амплитудных и фазовых параметров виброимпульсов использовался USB Autoscope III (USB-осциллограф Постоловского) с программой UsbOscilloscope [14]. Пьезодатчик (акселерометр) для измерения виброимпульсов устанавливался на крышке ГРМ в непосредственной близости от впускных и выпускных клапанов (рис. 1).
Рис. 1. Пьезодатчик (акселерометр) для измерения виброимпульсов, установленный на крышке ГРМ в непосредственной близости от впускных и выпускных клапанов
Крепление пьезодатчика (акселерометра) предусматривалось тремя способами, в зависимости от удобства и надежности фиксации в выбранном месте: 1) струбциной (винтовым соединением) в стык крышки, на болт, крышку; 2) магнитом к любой металлической поверхности; 3) вручную удержанием в месте касания датчика с вибрирующей поверхностью. Преимущественно использовались первый и второй способы крепления. На рис. 1 показан один из вариантов присоединения датчика, хотя на практике точками присоединения являлись крышка механизма ГРМ, боковые стенки блока ДВС, впускной коллектор. В предварительных экспериментах определялись места наибольшей интенсивности вибрации главным образом по амплитуде сигнала по фазе фиксировался номер соответствующего клапана. К определенным экспериментально местам наибольшей интенсивности вибрации осуществлялось подсоединение на магните пьезодатчика. Как минимум в трех повторностях измерений оценивалась амплитуда и фаза вибросигнала. Тем более, что развертка осциллограммы записывалась непрерывно и данных для анализа было более чем достаточно. Причем осуществлялось непрерывное сравнение данных измерений виброимпульсов и прямой контроль зазоров в клапанах ГРМ при помощи щупа.
Все измерения производились на пяти автомобилях ВАЗ-2112. При измерениях с использованием ШВ-осциллографа Постоловского регистрировалась осциллограмма амплитудных и фазовых параметров виброимпульсов, пример которой показан на рис. 2.
Рис. 2. Осциллограмма амплитудных и фазовых параметров виброимпульсов при измерениях с использованием ивВ-осциллографа Постоловского: 1 канал -амплитудные значения виброимпульсов, мВ; 2 канал - синхронизирующие импульсы 1-го цилиндра системы зажигания, В. Виброимпульсы по порядку работы цилиндров автомобиля ВАЗ-2112: 1 цилиндр -58 мВ; 3 цилиндр - 75 мВ; 4 цилиндр -216 мВ; 2 цилиндр -372 мВ (самый наибольший пик виброимпульса от удара)
При проведении измерений вибраций от соударения клапанов ГРМ двигатель прогревался до рабочей температуры. Измерение проводилось на частоте вращения ДВС, соответствующей холостому ходу - 860 мин-1. Длительность развертки осциллограммы (рис. 2) выбиралась из расчета одновременной фиксации двух последовательных циклов. Сравнение результатов измерения виброимпульсов производилось с результатами прямого контроля зазоров в клапанах ГРМ. Автомобили ВАЗ-2112 были подобраны с предельными значениями зазоров в клапанах ГРМ. В некоторых отчетливо прослушивались стуки при работе ДВС. Так на рис. 2 видно, что при закрытии выпускного клапана второго цилиндра возникает наибольший виброимпульс -372 мВ.
3. Экспериментальные исследования (расчеты на ЭВМ и т. д.)
Перед проведением экспериментальных исследований по измерению вибросигналов осуществлялся контроль зазоров в клапанах ГРМ при помощи щупа. На непрогретом двигателе зазоры по техническим требованиям должны быть: для впускных клапанов - 0,20 мм; для выпускных клапанов - 0,35 мм. Допуск на установку зазоров составляет ± 0,05 мм.
При этом перед основной частью экспериментальных исследований была проведена тарировка пьезодатчика (акселерометра). Для чего на «холодном» двигателе снималась крышка ГРМ и регулировочным щупом проверялись зазоры. После чего устанавливались номинальные значения зазоров и для них снималась осциллограмма виброимпульсов при рабочем тепловом режиме. На осциллограмме измерялась амплитуда, соответствующая каждому клапану ГРМ. Далее с шагом 0,05 мм до 0,60 мм устанавливались регулировочные шайбы и для установленных зазоров фиксировались виброимпульсы. После чего полученные данные были сведены в таблицу, на основании которой построен график на рис. 3.
Рис. 3. Результаты тарировки пьезодатчика (акселерометра): зависимость выходного сигнала виброимпульса и, мВ, от величины зазора г, мм, в клапанном механизме ГРМ
Форма тарировочной кривой на рис. 3 имеет нелинейный вид, что объясняется пропорциональностью между зазором и квадратом скорости формирования виброимпульса, полученная при проведении тарировки кривая с достоверностью 0,976 была аппроксимирована экспоненциальной линией. Уравнение в нераскодированном виде будет иметь вид:
у = 10,53-е0,670", (4)
где у - значение амплитуды виброимпульса, мВ; х - значение зазора в клапанном механизме ГРМ, мм.
Для измеренных в результате экспериментов амплитуд виброимпульсов и соответствующих им зазоров в клапанах ГРМ можно воспользоваться линией тренда на рис. 3 и уравнением, представленным на этом же рисунке. Множественная повторность измерений амплитуд виброимпульсов и их фазовых параметров показали расхождение максимум в 1-3 % от измерения к измерению. Что с достаточной точностью описывает реальный вибрационный процесс.
Основная часть экспериментальных исследований включала контроль виброимпульсов от соударения элементов ГРМ на 5 автомобилях ВАЗ с двигателем 2112. Перед проведением экспе-
римента «на холодную» провели измерение зазоров при помощи щупа. После чего на прогретом ДВС проводился контроль амплитудных и фазовых параметров виброимпульсов. Результаты контроля представлены в таблице.
Результаты контроля виброимпульсов от соударения элементов ГРМ
Показатели 1 цилиндр, мВ 2 цилиндр, мВ 3 цилиндр, мВ 4 цилиндр, мВ
1. ДВС 2112 (пробег 98 000 км) -58 -372 -75 -216
2. ДВС 2112 (пробег 186 000 км) -440 -225 -215 -243
3. ДВС 2112 (пробег 76 000 км) -338 -46 -38 -257
4. ДВС 2112 (пробег 157 000 км) -423 -354 -96 -426
5. ДВС 2112 (пробег 143 000 км) -325 -96 -103 -315
Проведенный контроль зазоров на 5 ДВС 2112 с разными пробегами при помощи щупа установил значительное доминирование увеличенных зазоров в выпускных клапанах. Последующее проведение диагностирования при помощи пьезодатчика (акселерометра) с измерительной аппаратурой подтвердило результаты прямого контроля щупом. Так при допуске на зазор в выпускном клапане 0,35 ± 0,05 мм величина сигнала виброимпульса составила -150-182 мВ. Поэтому любые превышения этого параметра выше этого значения требуют регулировки зазоров, а на автомобилях с гидротолкателями клапанов - замены гидротолкателей.
Как видно из таблицы, в некоторых цилиндрах значения виброимпульса сильно превышены. В 14 из 20 цилиндров требуется регулировка зазора. Причем для данных клапанов наблюдались существенные отклонения процесса выпуска (фазы выпуска, перекрытия фаз, время обтекания фасок клапана отработавшими газами).
4. Выводы
Проведенные экспериментальные исследования позволили установить широкие возможности для использования виброаппаратуры при диагностировании зазоров в клапанах ГРМ. При допуске на зазор в выпускном клапане 0,35 ± 0,05 мм величина сигнала виброимпульса составила -150-182 мВ. Любые превышения амплитуды сигнала виброимпульса требуют регулировки зазоров или замены гидротолкателей.
Разработанные технологические приемы и в совокупности виброакустический метод диагностирования имеет существенные преимущества по отношению к существующим лучшим аналогам (по компрессии, по пульсациям давления во впускном коллекторе, по изменению давления в цилиндре, продувке цилиндра воздухом). В первую очередь это существенная чувствительность вибросигнала к изменению зазора, тогда как вышеперечисленные методы вообще не позволяют выявить изменение теплового зазора. А также возможность одновременного (относительного) наблюдения за диагностируемыми элементами ГРМ, в то время как аналоги требуют проведение измерений в отдельном цилиндре двигателя, требуют электронные усилители. В конечном итоге это минимум чем в два раза уменьшение трудоемкости процесса диагностирования при высокой достоверности контроля. Кроме того, существенным преимуществом метода является его универсальность по отношению к другим соударяющимся, трущимся и вращающимся узлам и системам двигателя. При наличии датчиков положения коленвала, распредвала можно получать синхронную картинку работы любого узла в заданный момент времени или при требуемом угловом положении коленвала, распредвала двигателя.
5. Обсуждение и применение
Широкое применение альтернативных видов топлив, в частности в России газовых топлив, а также целый ряд эксплуатационных факторов приводят к отказу элементов газораспределительного механизма двигателя. Возникают такие сложноустранимые неисправности, как прогар клапанов, нарушение их герметичности, смещение фаз, рост зазоров. Для обнаружения признаков неисправностей ГРМ разработано значительное количество методов. Но большинство из них
обладает низкой чувствительностью. На наш взгляд, наибольшую чувствительность к возникающим неисправностям элементов ГРМ имеет виброакустический метод. Однако проблемным вопросом широкого его применения и связанных с ним технологических приемов до настоящего времени являлись: значительная стоимость диагностических комплексов, сложность тарировки применяемых датчиков, сложность обработки и анализа диагностической информации. Однако разработка и широкое применение USB осциллографов и высокочувствительных вибродатчиков позволили разрешить эту проблему.
Несмотря на достаточно системное исследование признаков отказов элементов ГРМ, применения виброакустического метода диагностирования и реализующих его средств, в последующих работах следует исследовать применение технологии вибродиагностики для других систем двигателя. Направления последующей работы на изучение предельных значений диагностических параметров, обоснование допусков и мероприятий по их восстановлению.
На наш взгляд, перспективным направлением развития данного метода является его использование как встроенного (штатного) метода распознавания изменений зазоров в сопряжениях систем двигателя. Это направление получает развитие в последнее время благодаря удешевлению вибродатчиков, акселерометров и устройств анализа и отображения информации, а также последующей ее обработки. Аналогом является датчик детонации и его использование для коррекции угла опережения зажигания. Представленные результаты в статье могут послужить основой для разработки встроенной системы диагностирования по результатам виброанализа. И последующей адаптивной подстройки элементов систем двигателя в соответствии с изменением технического состояния.
Представленный в статье метод может быть распространен на любые находящиеся в эксплуатации автомобили, а также перспективные новые модели. Современные двигатели с гидротолкателями очень чувствительны к качеству масла и поэтому контроль зазоров в эксплуатации очень важен с целью экспертизы и распознавания признаков интенсивного нарастания виброимпульсов отдельных клапанов ГРМ.
Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.),
соглашение № 02.A03.21.0011.
Литература
1. Соснин, Д.А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей: учеб. пособие/Д.А. Соснин. -М. : СОЛОН-Р, 2001. - 272 с.
2. Komorska, I. Diagnostic-Oriented Vibroacoustic Model of the Reciprocating Engine /1. Komorska // Solid State Phenomena. - 2012. - Vol. 180. - P. 214-221. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.180.214
3. Макушин, А. А. Аналитические исследования влияния конструкции ГРМ на показатели ДВС / А.А. Макушин //Автомобил. пром-сть. - 2012. - № 3. - С. 12-16.
4. Ветрогон, А.А. Повышение динамических характеристик двигателя внутреннего сгорания / А.А. Ветрогон, Л.И. Соустова, А.С. Романов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2016. - Т. 4, № 5-4 (25-4). - С. 216-221.
6. Ковальчук, Л.И. Диагностирование систем топливоподачи бензиновых ДВС по параметрам волновых процессов в топливной рампе /Л.И. Ковальчук, Г.А. Гусев // Автомобил. пром-сть. -2011. - № 4. - С. 25-26.
5. Браильчук, А.П. Виброакустический метод экспресс-диагностики форсунок впрыска легких топлив / А.П. Браильчук, А.А. Трифонов, Р.С. Санов // Вестн. ХНАДУ. - 2006. - Вып. 34-35. -С. 208-211.
7. Bânlaki, P. Part Failure Diagnosis for Internal Combustion Engine Using Noise and Vibration Analysis / P. Bânlaki, Z. Magosi // Periodica Polytechnica Transportation Engineering. - 2010. -Vol. 38 (1). - P. 53-60. DOI: 10.3311/pp.tr.2010-1.09
8. Kazmierczak, A. Dopplerowska Wibrometria Laserowa w Diagnostyce Silnika Spalinowego / A. Kazmierczak, K. Krakowian, R. Wrobel // Przeglad Elektrotechniczny. - 2010. - Vol. 86 (10). -P. 147-149.
9. Urbahs, A. The Problem of Vibro-Acoustic Diagnostics of Gas Turbine Engine Bearing Units /
A. Urbahs, S. Andreyev // 20th International Scientific Conference: Mechanika 2015 - Proceedings. -2015. - P. 268-271.
10. Yunusov, S.M. New Approach to the Formation of the Adequate Diagnostic Matrix of the Gas Turbine Engine / S.M. Yunusov, S.E. Guseynov // Proceedings - 25th European Conference on Modelling and Simulation, ECMS 2011. - 2011. - P. 362-369.
11. Bogus, P. Nonlinear Analysis of Combustion Engine Vibroacoustic Signals for Misfire Detection / P. Bogus, J. Merkisz, R. Grzeszczyk, S. Mazurek // SAE Technical Papers. - 2003. - Paper 200301-0354. DOI: 10.4271/2003-01-0354
12. Злотин, Г.Н. Анализ вибрационных свойств двигателя применительно к системам вибродиагностики механизма газораспределения / Г.Н. Злотин, К.И. Лютин // Известия Волгоград. гос. техн. ун-та. - 2008. - Т. 1, № 6 (44). - С. 8-11.
13. Лютин, К.И. Вибродиагностика систем ДВС с использованием нейронных сетей / К.И. Лютин, В.Е. Федянов // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. - 2007. - Т. 2, № 8 (34). - С. 88-90.
14. Руководство по эксплуатации USB Autoscope III, руководство по работе с программой USB осциллограф. - http://www.autoscaners.ru /catalogue/files/689/program_usb_oscilloscope.pdf.
15. Кузнецов, В.Н. Влияние фаз газораспределения на изменение давления во впускном коллекторе многоцилиндрового двигателя / В.Н. Кузнецов, В.И. Беляев, Ф.П. Мельников // Вестн. Алтайского гос. аграр. ун-та. - 2014. - № 12 (122). - С. 137-141.
16. Лавриненко, О.В. Определение информативных параметров для системы диагностики газораспределительного механизма ДВС / О.В. Лавриненко // Вестн. Нац. техн. ун-та. Харьков. политехн. ин-т. Серия «Информатика и моделирование». - 2014. - № 62 (1104). - С. 87-94.
17. Drozdziel, P. Repair Costs and the Intensity of Vehicle Use / P. Drozdziel, H. Komsta, L. Krzy-wonos // Transport Problems. - 2013. - Vol. 8, Iss. 3. - P. 131-138.
18. Czech P. Diagnosing of Car Engine Fuel Injectors Damage Using DWT Analysis and PNN Neural Networks /P. Czech, H. Bqkowski // Transport Problems. - 2013. - Vol. 8, Iss. 3. - P. 85-91.
19. Filipczyk, J. Analysis of Periodical Technical Inspection Systems in Automotive Transport. The Experiences of Poland and Russia / J. Filipczyk, I. Makarova, E. Belyaev // Transport Problems. -2015. - Vol. 10, Iss. 4. - P. 121-128.
20. The Possibilities of Improving the Operational Characteristics of Vehicle Gear by the Use of Cylindrical Arched Tooth Gear Drive /1. Ivanov, P. Rubin, A. Tarapanov, N. Kanatnikov // Transport Problems. - 2016. - Vol. 11, Iss. 2. - P. 61-66. DOI: 10.20858/tp.2016.11.2.6
21. Борисенко, В.А. Влияние износа профиля кулачка распределительного вала ДВС на изменение фаз газораспределения / В. А. Борисенко, С.А. Барышников // Достижения науки - агропромышленному производству: материалы LIV междунар. науч.-техн. конф. - Челябинск: Изд-во ЧГАА, 2015. - С. 19-23.
22. Усков, Д.А. Диагностирование газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу /Д.А. Усков, Н.М. Машрабов, В.А. Борисенко //Достижения науки -агропромышленному производству: материалы LIII междунар. науч.-техн. конф. - Челябинск: Изд-во ЧГАА, 2014. - С. 107-111.
23. Борисенко, В.А. К обоснованию коррекции фаз газораспределения при ремонте ДВС /
B.А. Борисенко, С.А. Барышников // Достижения науки - агропромышленному производству: материалы LIIIмеждунар. науч.-техн. конф. - Челябинск: Изд-во ЧГАА, 2014. - С. 27-30.
24. Драганов, Б. Х. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания /Б.Х. Драганов, М.Г. Круглов. - Киев: Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 175 с.
25. Ждановский, Н.С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей /Н.С. Жда-новский, А.В. Николаенко. - Л.: Колос, 1974. - 223 с.
26. Никитин, Е.А. Диагностирование дизелей / Е.А. Никитин, Л.В. Станиславский, Э.А. Ула-новский. - М. : Машиностроение, 1987. - 224 с.
27. Диагностика автотракторных двигателей /Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев, А.В. Николаенко, Б. А. Улитовский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос, 1977. - 264 с.
Гриценко Александр Владимирович, доктор технических наук, доцент, доцент кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка», Южно-Уральский государственный аграрный университет, г. Челябинск, [email protected].
Шепелев Владимир Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, [email protected].
Альметова Злата Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, [email protected].
Шепелева Елена Витальевна, аспирант кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, [email protected].
Поступила в редакцию 25 мая 2017 г.
DOI: 10.14529/engin170306
DIAGNOSIS OF THE GAS DISTRIBUTION MECHANISM BY THE VIBROACOUSTIC
A.V. Gritsenko1'2, [email protected], V.D. Shepelev1, [email protected], Z.V. Almetova1, [email protected], E.V. Shepeleva1, [email protected]
1South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, 2South Ural Agrarian State University, Chelyabinsk, Russian Federation
In the article the methodology of application of vibroacoustic diagnostic method is considered on the example of gas distribution mechanism (GDM). Until early 2000, this method was not widely used due to the high cost of diagnostic complexes, the complexity of calibration of the sensors used, the complexity of processing and analysis of diagnostic information. Nowadays, its use has been simplified due to the emergence of inexpensive USB oscilloscopes and highly sensitive vibration sensors. In addition, the possibilities of processing diagnostic data and their presentation have increased significantly. In addition, the car was improved in the field of electronic systems and elements, allowing synchronously to receive the necessary diagnostic signal, and then to analyze the obtained data. Element failures of gas distribution mechanism of engine, in particular valve burnout, failure of their tightness, phase displacement, gap growth or their absence, occur in most vehicles with much lower regulatory or limiting mileage. This is explained by a number of operational factors, such as untimely maintenance, the use of non-recommended oils and fuel materials, violation of thermal and load regimes, etc. In 30-50 % of cases, these factors cause an increase in the gaps in the GDM valves. The studies carried out in the presented material made it possible to establish: when the clearance for the outlet in the outlet valve was 0.35 ± 0.05 mm, the value of the vibration pulse signal was -150-182 mV. The control of the gaps in the GDM valves revealed 14 deviations from the 20 controlled engine cylinders. Any excess of the amplitude of the vibration signal above 182 mV requires adjustment of the gaps or replacement of hydraulic pushers. This method and a set of techniques used to quickly and without disassembly determine the technical state of the engine systems for any intermediate states of the diagnosed objects. This set of diagnostic tools, technological methods and regulatory data allows us to recommend their use in modern trucking enterprises engaged in the operation, repair and maintenance of vehicles.
Keywords: diagnosis, engine, inlet system, vibration, amplitude, phase.
References
1. Sosnin D.A. Avtotronika. Jelektrooborudovanie i sistemy bortovoj avtomatiki sovremennyh leg-kovyh avtomobilej: uchebnoe posobie [Autotronics. Electrical Equipment and Systems of Onboard Automation of Modern Cars]. Moscow, SOLON-R, 2001. 272 p.
2. Komorska I. Diagnostic-Oriented Vibroacoustic Model of the Reciprocating Engine. Solid State Phenomena, 2012, vol. 180, pp. 214-221. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.180.214
3. Makushin A.A. [Analytical Studies of the Effect of the Design of the Gas Distribution Mechanism on the Performance of an Internal Combustion Engine]. Avtomobil'naja promyshlennost', 2012, no. 3, pp. 12-16. (in Russ.)
4. Vetrogon A.A., Soustova L.I., Romanov A.S. [Increasing the Dynamic Characteristics of an Internal Combustion Engine]. Aktual'nye napravlenija nauchnyh issledovanijXXI veka: teorija ipraktika, 2016, Vol. 4, no. 5-4 (25-4), pp. 216-221. (in Russ.)
6. Koval'chuk L.I., Gusev G.A. [Diagnosis of Fuel Delivery Systems of Gasoline Internal Combustion Engines According to the Parameters of Wave Processes in the Fuel Rail]. Avtomobil'naja promyshlennost', 2011, no. 4, pp. 25-26. (in Russ.)
5. Brail'chuk A.P., Trifonov A.A., Sanov R.S. [Vibro-Acoustic Method of Express Diagnostics of Injectors of Light Fuel Injection]. Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, 2006, issue 34-35, pp. 208-211. (in Russ.)
7. Banlaki P., Magosi Z. Part Failure Diagnosis for Internal Combustion Engine Using Noise and Vibration Analysis. Periodica Polytechnica Transportation Engineering, 2010, vol. 38(1), pp. 53-60. DOI: 10.3311/pp.tr.2010-1.09
8. Kazmierczak A., Wrobel R. Dopplerowska Wibrometria Laserowa w Diagnostyce Silnika Spali-nowego. Przeglad Elektrotechniczny, 2010, vol. 86 (10), pp. 147-149.
9. Urbahs A., Andreyev S. The Problem of Vibro-Acoustic Diagnostics of Gas Turbine Engine Bearing Units. 20th International Scientific Conference: Mechanika 2015 - Proceedings, 2015, pp. 268-271.
10. Yunusov S.M., Guseynov S.E. New Approach to the Formation of the Adequate Diagnostic Matrix of the Gas Turbine Engine. Proceedings - 25th European Conference on Modelling and Simulation, ECMS 2011, 2011, pp. 362-369.
11. Bogus, P., Merkisz J., Grzeszczyk R., Mazurek S. Nonlinear Analysis of Combustion Engine Vibroacoustic Signals for Misfire Detection. SAE Technical Papers, 2003, paper 2003-01-0354. DOI: 10.4271/2003-01-0354
12. Zlotin G.N., Ljutin K.I. [Analysis of the Vibration Properties of the Engine in Relation to the Vibrodiagnostic Systems of the Gas Distribution Mechanism]. Izvestija Volgogradskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta, 2008, vol. 1, no. 6 (44), pp. 8-11. (in Russ.)
13. Ljutin K.I., Fedjanov V.E. [Vibrodiagnostics of ICE Systems Using Neural Networks]. Jenergo-i resursosberezhenie: promyshlennost' i transport, 2007, vol. 2, no. 8 (34), pp. 88-90. (in Russ.)
14. Rukovodstvo po jekspluatacii USB Autoscope III, rukovodstvo po rabote s programmoj USB oscillograf [Operating Instructions USB Autoscope III, Operating Instructions USB Oscilloscope]. Available at:_http://www.autoscaners.ru /catalogue/files/689/program_usb_oscilloscope.pdf (accessed 10 April 2017).
15. Kuznecov V.N., Beljaev V.I., Mel'nikov F.P. [Influence of Phases of Gas Distribution on Pressure Change in an Inlet Manifold of the Multi-Cylinder Engine]. Bulletin of Altai State Agricultural University, 2014, no. 12 (122), pp. 137-141. (in Russ.)
16. Lavrinenko O.V. [Determination of Informative Parameters for the Engine Gas Distribution System Diagnostics System]. Bulletin of National Technical University. Kharkiv Polytechnic Institute. Ser. Informatics and Modeling, 2014, no. 62 (1104), pp. 87-94. (in Russ.)
17. Drozdziel P., Komsta H., Krzywonos L. Repair Costs and the Intensity of Vehicle Use. Transport Problems, 2013, vol. 8, iss. 3, pp.131-138.
18. Czech P., B^kowski H. Diagnosing of Car Engine Fuel Injectors Damage Using DWT Analysis and PNN Neural Networks. Transport Problems, 2013, vol. 8, iss. 3, pp. 85-91.
19. Filipczyk J., Makarova I., Belyaev E. Analysis of Periodical Technical Inspection Systems in Automotive Transport. the Experiences of Poland and Russia. Transport Problems, 2015, vol. 10, iss. 4, pp.121-128.
20. Ivanov I., Rubin P., Tarapanov A., Kanatnkiov N. The Possibilities of Improving the Operational Characteristics of Vehicle Gear by the Use of Cylindrical Arched Tooth Gear Drive. Transport Problems, 2016, vol. 11, iss. 2, pp.61-66. DOI: 10.20858/tp.2016.11.2.6
21. Borisenko V.A., Baryshnikov S.A. [Effect of Wear of the Cam Profile of the Camshaft on the Change in the Phases of the Gas Distribution]. Dostizhenija nauki - agropromyshlennomuproizvodstvu: Materialy LIV mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [The Achievements of Science -Agro-Industrial Production: Materials of the LIV International Scientific and Technical Conference]. Chelyabinsk, CSAA Publ., 2015, pp. 19-23. (in Russ.)
22. Uskov D.A., Mashrabov N.M., Borisenko V.A. [Diagnosis of the Gas Distribution Mechanism of the Internal Combustion Engine at Idle]. Dostizhenija nauki - agropromyshlennomu proizvodstvu: Materialy LIII mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [The Achievements of Science -Agro-Industrial Production: Materials of the LIII International Scientific and Technical Conference]. Chelyabinsk, CSAA Publ., 2014, pp. 107-111. (in Russ.)
23. Borisenko V.A., Baryshnikov S.A. [To the Justification of the Correction of the Phases of the Gas Distribution for the Repair of Internal Combustion Engines]. Dostizhenija nauki - agropromyshlen-nomu proizvodstvu: Materialy LIII mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [The Achievements of Science - Agro-Industrial Production: Materials of the LIII International Scientific and Technical Conference]. Chelyabinsk, CSAA Publ., 2014, pp. 27-30. (in Russ.)
24. Draganov B.H., Kruglov M.G. Konstruirovanie vpusknyh i vypusknyh kanalov dviga-telej vnu-trennego sgoranija [Design of Intake and Exhaust Ducts of Internal Combustion Engines]. Kiev, Vishha shk. Golovnoe izd-vo, 1987. 175 p.
25. Zhdanovskiy N.S., Nikolaenko A.V. Nadezhnost' i dolgovechnost' avtotraktornykh dvigateley [Reliability and Durability of Automotive Engines]. Leningrad, Kolos Publ., 1974. 223 p.
26. Nikitin E.A., Stanislavskiy L.V., Ulanovskiy E.A. Diagnostirovanie dizeley [Diagnosis of Diesel Engines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987. 224 p.
27. Zhdanovskiy N.S., Alliluev V.A., Nikolaenko A.V., Ulitovskiy B.A. Diagnostika avtotraktornykh dvigateley [Diagnostics of Automotive Engines]. Leningrad, Kolos Publ., 1977. 264 p.
Received 25 May 2017
ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ
FOR CITATION
Диагностирование газораспределительного механизма виброакустическим методом / А.В. Гриценко, В. Д. Шепелев, З.В. Альметова, Е.В. Шепелева // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». - 2017. - Т. 17, № 3. - С. 48-57. DOI: 10.14529/engin170306
Gritsenko A.V., Shepelev V.D., Almetova Z.V., She-peleva E.V. Diagnosis of the Gas Distribution Mechanism by the Vibroacoustic. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mechanical Engineering Industry, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 48-57. (in Russ.) DOI: 10.14529/engin170306
