РАДИОВОЛНОВОЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

January 31, 2013 by admin Комментировать »

Скрипник Ю. А., Горкун В. В., Шевченко К. Л., Горкун В. Н.\ Киевский национальный университет технологий и дизайна ул. Немировича-Данченко, 2, г. Киев, 01011, Украина тел.: 044 2562993, e-mail: autom@i. сот. иа ^Национальный аграрный университет Голосеево, г. Киев, 01041, Украина тел.: 044 2678433,

Аннотация – Показана принципиальная возможность использования радиоволнового метода для диагностики состояния цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания. Использование предложенного метода позволяет без разборки двигателя дифференцировать неисправность цилиндропоршневой группы и сделать вывод о необходимости ремонта или очищения цилиндров двигателя от продуктов сгорания.

I.                                       Введение

Известно, что автомобильный транспорт является важнейшей составляющей при организации грузовых и пассажирских перевозок. Значительная часть автотранспортных перевозок в общем объеме грузопассажирского потока обуславливает высокие требования ко всем составляющим системы безопасности дорожного движения. Одним из основных аспектов достижения безопасности дорожного движения является соответствие технического состояния автотранспорта нормативным показателям. Важным моментом служит так же экологическая безопасность автотранспорта. С точки зрения экологической безопасности наибольшего внимания заслуживают выбросы отработанных газов двигателей транспортных средств. Наличие в них загрязняющих атмосферу газообразных и сажеподобных веществ, связано как с неправильной настройкой системы подачи топлива, так и с износом цилиндропоршневой группы двигателей. Последнее кроме повышения уровня выбросов в окружающую среду вредных веществ вызывает повышение расхода горюче-смазочных материалов.

В связи с этим важное место занимают вопросы, связанные с оперативной диагностикой и поддержанием в рабочем состоянии систем транспортных средств, в частности, двигателей внутреннего сгорания.

II.                              Основная часть

Сегодня практически отсутствуют технические средства, которые позволяют без разборки двигателя оценить состояние его цилиндропоршневой группы и наличие продуктов сгорание на ее поверхностях.

Наибольшее распространение получил метод измерения компрессии, однако он не позволяет достоверно оценить износ поверхностей трения двигателя. Обусловлено это тем, что уменьшение компрессии в цилиндрах двигателя может быть вызвано не- герметичностью клапанной системы, а ее повышение

–   попаданием моторного масла в камеру сгорания через направляющие втулки кпапанов [1].

Известны также пневматические установки [2], принцип действия которых базируется на подаче в цилиндр через отверстие для свечи зажигания воздуха под давлением 8…10кг/см^и наблюдении за изменением давления при медленном ручном перемещении поршня в цилиндре в границах полного рабочего хода. С помощью такой установки хорошо определяется неравномерность износа цилиндра по его длине и герметичность клапанной системы. Но, при износе компрессионных колец достоверность результатов существенно уменьшается.

Перспективным на наш взгляд является применение радиоволнового метода [3], который позволяет оценить не только износ цилиндра, а и состояние внутренних поверхностей цилиндров и днища поршня.

Радиоволновой метод базируется на оценке параметров электромагнитных колебаний, которые взаимодействуют с контролируемым объектом. Особенностью радиоволнового метода являются использование электромагнитных волн СВЧ диапазона. Условия взаимодействия СВЧ волн с контролируемым объектом могут быть разными – резонансное возбуждение в контролируемом объекте электромагнитных волн, прохождение или отражение последних от контролируемого объекта. В общем случае на параметры электромагнитной волны влияют размер и форма объекта контроля, диэлектрическая и магнитная проницаемость среды, ее диэлектрические потери и другие параметры. В качестве выходных параметров в такой системе можно использовать изменения амплитуды, частоты, фазы, поляризацию электромагнитной волны, или другие, связанные с этими параметры.

Представим внутренний объем камеры сгорания в качестве объемного цилиндрического резонатора, как отрезка полого цилиндрического волновода. Для возбуждения такого резонатора можно использовать индуктивную или емкостную связь. При емкостной связи удлиненный внутренний проводник коаксиальной линии, который выполняет роль штыря для связи, располагают в области максимальной напряженности электрического поля. При индуктивной связи на конце кабеля вкпючают петлю, которую располагают в область максимальной напряженности магнитного поля. Элементы возбуждения могут вводиться в полость цилиндра через отверстие для свечи зажигания. В цилиндрических резонаторах существуют два вида колебаний с составляющими типов Е и Н. В такой электромагнитной системе возможно использование по меньшей мере двух информативных параметров: основной резонансной частоты и добротности резонансной системы [4].

В общем случае определение резонансной частоты представляет собой сложную задачу, которую чаще всего решают приближенными методами. Определение резонансной частоты в широком диапазоне частот еще более усложняется. Если необходимо знать только изменение резонансной частоты, то в общем случае оно может быть найдено при известных структурах поля [5]. Если в идеальном случае в объемном цилиндрическом резонаторе диаметром D и длиной / вдоль длины / укладывается р полуволн, то резонансная длина волны

где – критическая длина волны данного типа.

Известно, что длина волны и резонансная частота связаны соотношениям:

где с- скорость распространения электромагнитной волны.

Реальная камера сгорания мало похожа на идеальный цилиндрический резонатор. Значение ее собственной резонансной частоты определяется многими факторами, среди которых форма и объем камеры, состояние внутренней поверхности, количество продуктов сгорания (нагара), покрывающих стенки камеры и др. В данном случае вызывает интерес не собственное значение резонансной частоты, а ее отклонение от нормированного показателя, определенного для идеального состояния цилиндропоршневой группы двигателя. Поэтому целесообразно рассмотреть два случая.

В первом будем считать, что стенки цилиндра двигателя имеют идеальную форму, но на поверхности поршня и тарелок кпапанов есть отложения нагара. Этот случай отвечает потому, что в резонатор произвольной формы объемом , ограниченный идеальной проводящей поверхностью Sg и заполненный средой с параметрами Sg, μ^, вносится другая среда с параметрами ε^, и объемом V <Vg. Относительное изменение собственной частоты в общем случае определяется из выражения:

где век

торы, комплексно объединенные векторам электрической Eq и магнитной Hq , напряженности в объемном резонаторе объемом Vg, ограниченном идеальной проводящей поверхностью Sg и заполненном средой с параметрами–               собствен

ная частота; Е, Н – векторы электрической и магнитной напряженности в том же резонаторе, заполненном другой средой с параметрами ε^, μ^ \ f – собственная частота при внесении возмущения;

Определение напряженности поля Е , Н связано со значительными трудностями. При малых изменениях параметров поля Е^, приблизительно можно считать E = Eq, H=Hq. Тогда при заполнении

камеры сгорания диэлектрической средой {μ^ =0) выражение (3) преобразуется к виду:

Во втором случае будем считать, что нагар в камере сгорания отсутствует, но поверхность цилиндра имеет некоторый износ.

Этот случай отвечает тому, что резонатор произвольной формы объемом Vg , ограниченный идеальной проводящей поверхностью Sg и заполненный

средой с параметрами εg, μg, имеет деформацию проводящей поверхности полости, что приводит к изменению объема резонатора на величину V <Vg. Изменение собственной частоты:

где верхний знак + отвечает увеличению, нижний – уменьшению объема.

При малых изменениях поля Е^^ выражение (5) можно записать в виде:

Отметим, что в резонаторах на отрезках полых волноводов при заполнении вдоль оси ζ распределение поля имеет вид:

где Е =                                   Н  = Н{х, у,                  а    объем

ные интегралы могут быть заменены линейными.

В реальных условиях эксплуатации двигателей на собственную частоту могут влиять как наличие нагара, так и изменение геометрии цилиндра. Поэтому для получения информационной избыточности целесообразно использовать и другой информативный параметр – изменение добротности резонансной системы.

Известно, что добротность Q объемного резонатора определяется отношением запасенной энергии к энергии потерь за период и характеризует полосу пропускания резонатора в режиме вынужденных колебаний, а также его способность сохранить накопленную энергию в режиме собственных колебаний.

Различают добротность ненагруженного резонатора и добротность нагруженного резонатора. Добротность ненагруженного резонатора определяется по формуле:  где δ – глубина проникновения электромагнитной волны в металлическую стенку; V – объем резонатора; S- площадь поверхности стенок резонатора;

Н – напряженность магнитного поля.

Из выражения (8) видно, что добротность характеризует затухание электромагнитных колебаний в резонаторах, которые, в свою очередь, определяются потерями энергии в стенках резонатора и в среде, которая его заполняет. Кроме того, добротность Qq зависит от характера распределения магнитного поля по объему, ее значение тем больше, чем больше отношение объема резонатора к площади его поверхности.

Относительно случая, который рассматривается можно прогнозировать, что основной вкпад в изменение добротности резонансной системы будет вносить наличие нагара и вызванные этим потери энергии электромагнитного поля. При этом потери энергии из за износа поверхности цилиндра будут относительно малыми.

При изменении положения поршня в цилиндре соответственно будут изменяться резонансная частота и добротность системы. Поэтому целесообразно проводить измерения не при одном положении поршня (например, в нижней мертвой точке), а при полном рабочем ходе. Результатом измерений при этом будут две зависимости, показывающие изменения резонансной частоты и добротности. По отношению значений максимальной и минимальной резонансных частот можно также косвенно оценивать степень сжатия в каждом цилиндре.

III.                                  Заключение

Показана принципиальная возможность использования радиоволнового метода для диагностики цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания. Предложенный метод позволяет определять характерные для каждого цилиндра двигателя параметры и дифференцировать неисправность цилиндропоршневой группы.

IV.                           Список литературы

[1]  Ремонт автомобилей. Учебник для техникумов/ Под ред. С. И. Румянцева. -2-е изд., перераб. и доп.- М.: Транспорт, – 1998.- 327с.

[2]  /. М. Юрковський. Як виявити i усунути несправн1сть легкового автомоб1ля. Ки1в, Техн1ка, 1986, – 104с.

[3]  Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн. 2 / Под ред.

В.       В. Клюева. – 2-е изд. Перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986.,-352с., ил.

[4]  Д. Б. Головко, Ю. О. Скрипник, К. Л. Шевченко. Частотно- дисперс!йн! анал1затори складу та властивостей ма- тер!ал!в та речовин. КиТв, МП »Леся», 2002.,182с.

[5]  Скрипник Ю. А., Шевченко К. Л. Способ индикации резонансной частоты измерительной цепи. Авт. Свид. СССР № 1506372, Бюл.№ 32 от 07.09.89г.

RADIOWAVE METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES’ CONDITION ESTIMATION

Skripnik Yu., Gorkun V., Slievclienko Κ., ^Gorkun V.

Kiev Nationai University of Teciinoiogies and Design

2,        Nemirovicii-Danciienlio Str., Kiev, 01011, Ui<raine Pii.: 044 2562993, e-maii: autom@i.com.ua Nationai Agrarian University Goioseevo, Kiev, 01011, Ui<raine

Abstract – The basic opportunity of use of the radio wave method for diagnostics of a condition of internal combustion engines is shown. Use of the offered method allows differentiating without disassembly of the engine malfunction cylinder-piston groups and making decision on necessity of repair or cleaning of cylinders of the engine from products of combustion.

I.                                        Introduction

One of the basic aspects of achievement of traffic safety is conformity of technical conditions of motor transport to normative parameters. As an important point serves as ecologically safe motor transport. From the point of view of ecological safety of the greatest attention emissions of the fulfilled gases of engines of transport vehicles. In this connection the important place is borrowed with the questions connected with operative diagnostics and maintenance in working order of systems of vehicles, in particular, of internal combustion engines.

II.                                       Main Part

Today practically there are no means, which allow estimating without disassembly of the engine, its condition of a cylin- der-piston group and presence of combustion products on its surfaces.

To our mind, perspective application of a radio wave method [3], which allows estimating not only deterioration of the cylinder, and a condition of internal surfaces of cylinders and the bottoms of the piston. The radio wave method is based on estimation of parameters of electromagnetic fluctuations, which cooperate with controllable object.

The radio wave method is based on estimation of parameters of electromagnetic fluctuations, which cooperate with controllable object. Feature of a radio wave method are using of SHF range electromagnetic waves. Conditions of interaction of SHF waves with controllable object can be different – resonant excitation in controllable object of electromagnetic waves, passage or reflection of the last from controllable object. Generally parameters of an electromagnetic wave are influenced with the size and the form of object of the control, dielectric and magnetic permeability of environment, dielectric losses and other parameters. As target parameters it is possible to use changes of amplitude, frequency, a phase, polarization of an electromagnetic wave, or other parameters connected with these.

At change of position of the piston in the cylinder resonant frequency and good quality of system will change accordingly. Therefore, it is expedient to spend measurements not at one position of the piston (for example, in the bottom dead point), and at a full working course. Result of measurements thus will be two dependences showing changes of resonant frequency and good quality at a full speed of the piston. Under the attitude of values of the maximal and minimal resonant frequencies it is possible to estimate indirectly also a degree of compression in each cylinder.

III.                                      Conclusion

The basic opportunity of use of a radiowave method for diagnostics of internal combustion engines is shown. The offered method allows defining characteristics for each cylinder of the engine parameters and to differentiate malfunction.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты