МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ДАТЧИКА СИНХРОНИЗАЦИИ И ПРИМЕНЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Жеглов Валерий Николаевич, Уласевич Олег Евгеньевич, Кудрявцев Анатолий Михайлович

Дата публикации: 06.09.2015

Опубликовано пользователем: Жеглов Валерий Николаевич

Библиографическая ссылка:
Жеглов В.Н., Уласевич О.Е., Кудрявцев А.М. Методика математической обработки сигнала датчика синхронизации и применение гармонического анализа углового ускорения коленчатого вала для диагностирования двигателей // Портал научно-практических публикаций [Электронный ресурс]. URL: http://portalnp.ru/2015/09/8949 (дата обращения: 07.06.2018)

1) ЖЕГЛОВ В. Н., к.т.н., преподаватель РВВДКУ (ВИ);

2) УЛАСЕВИЧ О. Е., доцент, начальник кафедры РВВДКУ (ВИ);

3) КУДРЯВЦЕВ А. М., старший преподаватель РВВДКУ (ВИ).

Для расчёта углового ускорения коленчатого вала на ДВС с КСУД исходную информацию целесообразно принимать непосредственно с датчика синхронизации (ДПКВ) при помощи USB-осциллографа. При этом синхронизацию по цилиндрам необходимо выполнять по сигналу ДПРВ. Затем данные необходимо экспортировать в текстовый файл при помощи стандартной функции программы (скрипта) − экспорта, встроенной в программное обеспечение «USBOscilloscop». В экспортируемом файле хранятся мгновенные значения выборки сигнала с ДПКВ. По этим данным целесообразно выполнять расчёт углового ускорения коленчатого вала по следующему алгоритму.

По известной формуле рассчитывается угловая скорость:

,     (1)

где для двигателя ЗМЗ-4062.10 ∆φ = 6 (град) = π/30 (рад), ti = Ti, при этом длительность i − ой выборки Ti находится по формуле , где ν частота дискретности (оцифровки) сигнала аналогово-цифрового преобразователя, fi – число отчетов в выборке (цифровых значений) между двумя сигнальными импульсами ДПКВ, которое определяют известный угол поворота коленчатого вала.

Тогда:

    (2)

В этом случае угловое ускорение вращения коленчатого вала находится следующим образом:

,     (3)

где ∆t =(Ti+1+Ti) /2.

В итоге, для расчета углового ускорения в данном случае при измерении угла поворота в радианах используется уравнение [1]:

    (4)

Тогда при измерении угла поворота в градусах:

    (5)

Зависимость угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота несёт подробную диагностическую информацию о процессах, происходящих в цилиндрах двигателя. В результате неисправностей предмета исследования, отражением их действия является искажение динамики процесса сгорания, появление неравномерности вращения коленчатого вала и снижение мощности, вследствие чего, заметно меняется спектральный состав углового ускорения коленчатого вала. Его использование как диагностического параметра, в котором в отличие от предыдущих предложений (просто ускорение), концентрированно содержится подробная информация о рабочих процессах двигателя, является унифицированным как для бензинового двигателя, так и для дизеля.

Тем не менее, для получения возможности максимального использования этой информации для выполнения задач диагностирования является необходимым разложение периодической функции углового ускорения по углу поворота коленчатого вала в ряды Фурье.

Поскольку зависимость угловой скорости коленчатого вала по углу его поворота представляет собой периодическую функцию с периодом, равным периоду изменения углового ускорения коленчатого вала, для её обработки с целью извлечения необходимой диагностической информации могут быть использованы основные положения спектрального анализа [2].

В общем случае [2] спектр функции у(х) представляет собой совокупность её гармонических составляющих (гармоник), образующих ряд Фурье. Спектральный анализ периодических функций заключается в нахождении коэффициентов ак, bк ряда Фурье:

,    (6)

где f1 – частота повторения (или частота первой гармоники); k – номер гармоники.

Разложение в гармонический ряд Фурье периодической функции углового ускорения коленчатого вала от сил давления газов в общем случае для любого одноцилиндрового двигателя имеет вид [2]:

    (7)

где εср − среднее значение углового ускорения коленчатого вала; ωв − цикловая угловая скорость, которая зависит от периода изменения углового ускорения; t − время отсчёта; ak , bk − амплитуды фазовых составляющих гармоник k − го порядка (коэффициенты Фурье); k − порядок гармоники углового ускорения коленчатого вала.

В этом случае среднее значение углового ускорения коленчатого вала, коэффициенты Фурье и цикловая угловая скорость вычисляются по системе уравнений:

    (8)

где Т − период изменения углового ускорения коленчатого вала.

В соответствии с периодичностью углового ускорения коленчатого вала от одного цилиндра двигателя цикловая угловая скорость для четырёхтактных ДВС равна: , где ω − угловая скорость вращения коленчатого вала.

Число периодов гармоники, приходящихся на один оборот двигателя, называется порядком гармоники. Так как основной период углового ускорения коленчатого вала равен двум оборотам, полученные из гармонического анализа углового ускорения коленчатого вала гармоники с периодами 1, 2, 3, … обозначаются как гармоники ½- го, 1-го, 1½-го… порядков. Следовательно, за время одного оборота коленчатого вала моторная гармоника 1-го порядка проходит полный цикл изменения величины один раз, 1½-го порядка − полтора раза, 2-го порядка − два раза и т.д. В отличие от моторных гармоник, порядок математических (цикловых) гармоник показывает, сколько раз период этой гармоники укладывается в периоде исходного углового ускорения коленчатого вала (в периоде рабочего цикла ДВС). В четырёхтактных двигателях порядок математической гармоники (всегда целое число) всегда равен удвоенному порядку соответствующей моторной гармоники.

Список использованных источников

  1. Жеглов, В. Н. Программа для расчёта и анализа углового ускорения коленчатого вала ДВС [Текст] / В. Н. Жеглов // Электроника : межвузов. сб. науч. трудов. / Федеральное агентство по образованию, Рязанск. гос. радиотехнический ун-т – Рязань, 2009. – с. 43-48.
  2. Положительное решение о выдаче патента на изобретение G01M 15/04 №2008146154/06(060316). Способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания с впрыскиванием топлива [Текст] / В. Н. Жеглов, Н. П. Шевченко, А. Н. Патрин, Ю. В. Гармаш, А. В. Корзун. ; заявл. 21. 11. 2008, опубл. 24.


Количество просмотров публикации: -

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором публикации (комментарии/рецензии к публикации)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.