Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания

Авторы патента:

Горохова Марина Николаевна (RU)

Клишев Валерий Геннадьевич (RU)

Шигапов Ильяс Ильгизович (RU)

Медведев Денис Игоревич (RU)

Лапидус Алексей Яковлевич (RU)

G01M15/04 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

Владельцы патента RU 2769047:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при оценке технического состояния двигателей внутреннего сгорания с учетом температурного и вибрационного признаков. Технический результат достигается тем, что способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения, отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле где σ_Ut - стандартное отклонение температуры, Вт; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_Ut - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле где σ_U_v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv_факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_U_v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле устанавливается статус технического состояния: исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО:ТП[Ut_факт]VП[Uv_факт]. Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить ее наглядность путем формирования цифрового кода с учетом температурного и вибрационного признаков на основе фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.

Известен способ диагностики и прогнозирования технического состояния машин [Авторское свидетельство №1519350 СССР. МПК G01M 15/00. Опубл. 10.06.97. Бюл. №16], заключающийся в измерении значения диагностических признаков вибрации корпуса у машин, которые испытывают до возникновения отказа, оценивают функции распределения вероятностей признаков вибрации для множества машин и, их относительную долю поля рассеивания погрешности как значение функции распределения соответствующего признака, а по близости функции к 0 или 1 судят о состоянии машины и определяют ее категорию качества по прогнозируемому ресурсу. Недостаток способа диагностики и прогнозирования технического состояния машин заключается в большом количестве проводимых испытаний, требующих измерения вибрации корпуса у значительного количества машин, испытываемых до отказа.

Известен способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы [Патент №2151384 РФ. 7 МПК G01M 15/00, F02M 65/00. Опубл. 27.04.2003. Бюл. №12], заключающийся в измерении и преобразовании сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания, причем сигнал с оптического датчика преобразуют в комплексный оптический спектр, а сигнал с акустического датчика - в комплексный акустический спектр, определяют относительный комплексный показатель путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого делают заключение о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материала деталей. Недостаток способа диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы заключается в том, что дополнительное введение оптического датчика в камеру сгорания влияет на процессы сгорания и показатели акустического датчика, что снижает точность оценки технического состояния.

Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания [а.с .№1546871 МПК G01m 15/00], заключающийся в сравнении измеряемого теплового потока с поверхности диагностируемых частей с эталоном. Измерение теплового потока ведут в местах, лежащих на поверхности выпускного трубопровода напротив выхлопа из цилиндра, а режим работы устанавливают путем изменения частоты вращения, причем для диагностирования величины подачи топлива устанавливают мощность: (0,5-1,0) n_max, для диагностирования угла опережения впрыска: (0,35-1,0)N_{e max}, при частоте вращения коленвала (0,5-1,0) n_max, а для диагностирования давления впрыска топливной форсунки устанавливают режим по частоте вращения коленчатого вала (0,6-1,0) n_max; без нагружения двигателя (N_{e max}- максимальная эффективная мощность двигателя, n_max - максимальная частота вращения). Недостаток способа диагностирования двигателя внутреннего сгорания заключается в низкой точности при диагностировании двигателя, имеющего одновременно более одной неисправности и ограниченность применения, так как числовые параметры привязаны к определенному типу двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания [Патент на изобретение №2511801 МПК G01m 15/04; G01m 15/10], заключающийся в измерении теплового поля на поверхности выпускного коллектора, при этом определяют конфигурацию коллектора и коэффициент, учитывающий особенность движения выпускных газов. Температуру выхлопных газов Т_ВГn определяют по формуле:

где - коэффициент, учитывающий количество окон в коллекторе; α_B - коэффициент теплоотдачи воздуха, Вт/К м²; α_ВГ - коэффициент теплоотдачи выхлопных газов, Вт/К м²; λ_к - коэффициент теплопроводности материала выпускного коллектора, Вт/Км; Т_с1 - температура наружной стенки выпускного коллектора, К; Т_в - температура наружного воздуха, К.

Температуру выхлопных газов сравнивают со значениями нормативно-технической документации, дают заключении о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания. Недостаток способа диагностирования двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что при наличии нескольких неисправностей, неоднозначно влияющих на техническое состояние исследование температуры выхлопных газов недостаточно.

Наиболее близким прототипом является способ диагностики двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении температуры выпускных газов на минимальной и максимальной частоте вращения. Температура выпускных газов на минимальной частоте вращения определяется по формуле:

где - коэффициент, учитывающий количество окон коллектора; α_ВГ - коэффициент теплоотдачи выпускных газов, Вт/(К м²); α_В - коэффициент теплоотдачи воздуха Вт/(К м²); δ - толщина стенки выпускного коллектора, м; λ_k - коэффициент теплопроводности материала выпускного коллектора Вт/(К м); T_cnmin; T_cnmax - температура наружной стенки выпускного коллектора на минимальной и максимальной частотах вращения соответственно, К; Т** - индекс тепловой нагрузки внешней среды.

Температура выпускных газов на максимальной частоте вращения определяется по формуле:

Комплексный показатель на минимальной частоте вращения N_{n min}определяется по формуле:

где k_T - коэффициент, учитывающий значимость температурного признака; k_в - коэффициент, учитывающий значимость вибрационного признака; Т_э - эталонная температура, К; V_э - эталонная скорость вибрации, м/с; - температура выпускных газов на минимальной частоте вращения; V_min - скорость вибрации выпускных газов на минимальной частоте вращения, м/с.

Комплексный показатель на максимальной частоте вращения N_{n max}определяется по формуле:

где k_T - коэффициент, учитывающий значимость температурного признака; k_в - коэффициент, учитывающий значимость вибрационного признака; Т_э - эталонная температура, К; V_э - эталонная скорость вибрации, м/с; - температура выпускных газов на максимальной частоте вращения; V_max - скорость вибрации выпускных газов на максимальной частоте вращения, м/с.

По предельному отклонению комплексного показателя N_{n max} от критического значения определяют место неисправности и техническое состояние двигателя внутреннего сгорания. Недостаток способа диагностики двигателя внутреннего сгорания, что комплексный показатель не учитывает фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Задача, на которую направлено изобретение, заключается в повышении наглядности комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат заключается в формировании цифрового кода на основе температурного и вибрационного признаков с учетом фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.

Технический результат достигается тем, что способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле: где σ_Ut - стандартное отклонение температуры, Вт; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; М_Ut - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле: где σ_U_v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv_факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_Uv - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле: устанавливается статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО: ТП[Ut_факт]VП[Uv_факт].

Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет следующие отличия от прототипа:

1. Для учета температуры Ut_факти вибрации Uv_факт наружной стенки выхлопного коллектора измеряются их фактические значения на режиме полной мощности.

2. Для перевода фактического значения температуры наружной стенки выхлопного коллектора в безразмерную величину определяется температурный признак ТП по формуле:

где σ_Ut - стандартное отклонение температуры, Вт; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_Ut - среднее арифметическое значение температуры, Вт.

3. Для перевода фактического значения вибрации наружной стенки выхлопного коллектора в безразмерную величину определяется вибрационный признак VII по формуле:

где σ_U_v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv_факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_U_v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт.

4. Для установления статуса технического состояния определяется комплексная оценка КО по формуле:

где ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак; если 0<КО≤0,5 - исправное техническое состояние; КО>0,5 - неисправное техническое состояние

5. Для повышения наглядности комплексной оценки формируется цифровой код технического состояния:

где КО - комплексная оценка; ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; Uv_факт - фактическое значение вибрации выхлопного коллектора, Вт.

Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Измеряются фактические значения температуры Ut_факт и вибрации Uv_факт на режиме полной мощности путем установки пьезоэлектрических датчиков на наружной стенке выхлопного коллектора. Температурный признак ТП с учетом фактического значения температуры наружной стенки выхлопного коллектора Ut_факт определяется формуле:

где σ_Ut - стандартное отклонение температуры, Вт; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_Ut -среднее арифметическое значение температуры, Вт.

Стандартное отклонение температуры σ_Ut определяется по формуле:

где Ut_min - минимальное значение температуры, Вт; Ut_max - максимальное значение температуры, Вт.

Среднее арифметическое значение температуры M_Ut определяется по формуле:

Вибрационный признак VП с учетом фактического значения вибрации наружной стенки выхлопного коллектора Uv_факт определяется по формуле:

где σ_U_v - стандартное отклонение вибрации; Uv_факт - фактическое значение вибрации выхлопного коллектора, Вт; M_U_v - среднее арифметическое значение вибрации.

Стандартное отклонение вибрации σ_Uvопределяется по формуле:

где Uv_min - минимальное значение вибрации, Вт; Uv_max - максимальное значение вибрации, Вт.

Среднее арифметическое значение вибрации M_U_v определяется по формуле:

Комплексная оценка КО технического состояния определяется по формуле:

где ТП - температурный признак; VП - вибрационный признак.

Определяется статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное.

Цифровой код технического состояния формируется следующим образом:

Пример. Двигатель внутреннего сгорания типа 3Д6 работает на режиме полной мощности.

Ut_факт =5 Вт (Ut_max=8 Вт; Ut_min=4 Вт) и

Uv_факт = 10 Вт (Uv_max=12 Вт; Uv_min=6 Вт)

Температурный признак ТП двигателя внутреннего сгорания типа 3Д6 составляет:

Стандартное отклонение температуры σ_Ut составляет:

Среднее арифметическое значение температуры M_Ut составляет:

M_Ut=4+1=5 Вт

Вибрационный признак VП двигателя внутреннего сгорания типа 3Д6 составляет:

Стандартное отклонение вибрации σ_U_v составляет:

Среднее арифметическое значение вибрации M_U_v составляет:

M_U_v=6+1,5=7,5 Вт

Комплексная оценка КО составляет:

Цифровой код технического состояния составляет: 1,25: 0,5[5]2,0[10].

Заявленный способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания позволяет повысить ее наглядность путем формирования цифрового кода с учетом температурного и вибрационного признаков на основе фактических значений температуры и скорости вибрации наружной стенки выхлопного коллектора.

Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания, заключающийся в определении комплексного показателя с учетом температуры и вибрации выпускных газов, а также их эталонных значений на максимальной и минимальной частоте вращения, отличающийся тем, что фактические значения температуры и вибрации наружной стенки выхлопного коллектора измеряются на режиме полной мощности, температурный признак определяется по формуле где σ_Ut - стандартное отклонение температуры, Вт; Ut_факт - фактическое значение температуры наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_Ut - среднее арифметическое значение температуры, Вт, а вибрационный признак определяется по формуле где σ_U_v - стандартное отклонение вибрации, Вт; Uv_факт - фактическое значение вибрации наружной стенки выхлопного коллектора, Вт; M_U_v - среднее арифметическое значение вибрации, Вт, при этом комплексная оценка определяется по формуле устанавливается статус технического состояния: 0<КО≤0,5 - исправное; КО>0,5 - неисправное и формируется цифровой код: КО:ТП[Ut_факт]VП[Uv_факт].

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к стендам при испытаниях топливных форсунок. Способ испытания электрогидравлической форсунки включает местное повышение температуры нагревом наружной поверхности электромагнита актуатора промышленным феном до заданной температуры.

Измеритель тяги камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, действующий в условиях присоединенного воздухопровода // 2766963

Изобретение относится к устройствам для испытаний камер сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), в частности к измерителям реактивной тяги камер сгорания, действующим в условиях огневых испытаний по схеме присоединенного воздухопровода. При подаче воздуха в камеру сгорания с различными термогазодинамическими параметрами имитируется работа камеры сгорания в составе двигателя в различных условиях полета летательного аппарата.

Способ испытания и проверки работоспособности свечей зажигания газотурбинных двигателей // 2766478

Изобретение относится к технике розжига горючих смесей с помощью электрической искры, в частности к емкостным системам зажигания авиационных газотурбинных двигателей. Техническим результатом является повышение достоверности проведения автономных испытаний систем зажигания при воспроизведении параметров воздействующих факторов, действующих на элементы системы зажигания, сокращение затрат на проведение испытаний свечей зажигания при проведении ресурсных испытаний газотурбинных двигателей.

Устройство для испытания и проверки работоспособности свечей зажигания // 2766315

Изобретение относится к технике проведения автономных испытаний свечей зажигания как в процессе проведения опытно-конструкторских работ по их разработке, так и при проведении автономных ресурсных испытаний свечей. Техническим результатом является повышение достоверности воспроизведения в автономных условиях параметров, воздействующих на свечи зажигания внешних воздействующих факторов, имеющих место на газотурбинном двигателе.

Способ определения плавности вращения редуктора // 2765520

Изобретение относится к машиностроению. Способ включает измерение вибрационных параметров редуктора, дополнительно проводят измерение вибрационных параметров заведомо исправного редуктора.

Стенд для испытаний шлиц-шарнира автомата перекоса вертолета // 2764324

Изобретение относится к испытаниям устройств вертолетов. Стенд для испытаний шлиц-шарниров автомата перекоса вертолета содержит раму (1) с закрепленным на ней нагружающим устройством, а также средства измерения.

Способ определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания // 2762813

Изобретение может быть использовано при испытаниях и при техническом диагностировании машин. Способ определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что при проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают транспортное средство с механической коробкой передач.

Телеметрический комплекс технического диагностирования судового валопровода // 2761142

Изобретение относится к области испытания и измерения параметров, возникающих на частях системы судового валопровода. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности телеметрического комплекса в части регистрации параметров работы подвижных и неподвижных частей системы судового валопровода в различных условиях эксплуатации, а также технического диагностирования.

Способ определения экологической безопасности технического обслуживания машин по удельной суммарной массе топливно-смазочных материалов, поступающих в почву // 2760953

Изобретение относится к техническому обслуживанию автотранспортных машин, в частности к способам определения экологической безопасности технического обслуживания автомобилей, тракторов, комбайнов и других самоходных машин. При определении экологической безопасности технического обслуживания машин по удельной суммарной массе топливно-смазочных материалов (ТСМ), поступающих в почву, фиксируют ТСМ на экран по видам обслуживания отдельной марки машины в полевых условиях и по каждому виду обслуживания находят среднюю массу этих материалов на экране, размещенном под обслуживаемой машиной.

Способ определения технического состояния турбокомпрессора дизеля // 2759782

Изобретение относится к определению технического состояния лопаточных машин в процессе эксплуатации транспортного средства. Целью изобретения является повышение точности определения технического состояния турбокомпрессора.

Способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках относится к области аэрокосмического и энергетического машиностроения и может использоваться для нанесения регламентированных коррозионных повреждений, одновременных испытаний коррозионной, абразивной и температурной стойкости материалов и сплавов в среде продуктов сгорания жидких и/или газовых топлив, загрязненных оксидами серы, углерода, азота, пылью, парами воды, хлористым водородом, солями и другими коррозионно-активными агентами. Предложен способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках, включающий размещение исследуемых образцов во вращающейся кассете, которая вращается с заданной скоростью и снабжена коллектором ввода охлаждающего воздуха, подачу и регулирование расхода горючего газа в реакторе, подачу и регулирование расхода воздуха для охлаждения исследуемых образцов снаружи и по внутренним каналам посредством системы распределения сжатого воздуха, подающей воздух, необходимый для внутреннего охлаждения образцов, внутрь вращающейся кассеты, и холодный воздух на поверхность исследуемых образцов, ввод абразивных частиц в солевой раствор, который далее впрыскивают в реактор, ввод и вывод исследуемых образцов в факел пламени посредством серверного электродвигателя с приводом, размещенного на подвижной платформе, передвигающейся по рельсам, расположенным перпендикулярно потоку пламени. Причем ход привода задан таким образом, чтобы исследуемые образцы в одном крайнем положении находились в зоне нагрева, а в другом - в зоне охлаждения. При этом для испытаний при высоких температурах в качестве горючего газа используют один из газов - пропан, водород или ацетилен, а абразивные частицы представляют собой измельченные порошки диоксида кремния и/или корунда и/или железа и/или вулканического пепла. Технический результат - обеспечение возможностей нанесения регламентированных коррозионных повреждений, одновременных испытаний коррозионной, абразивной и температурной стойкости в диапазоне 500-2350°С образцов сплавов, в том числе лопаток газовых турбин, охлаждаемых по внутренним каналам воздухом, в среде высокоскоростных потоков продуктов сгорания жидких и/или газовых топлив, загрязненных оксидами серы, углерода, азота, пылью, парами воды, хлористым водородом, солями и другими коррозионно-активными агентами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.