Диагностирование тепловозного дизеля по сигналу скорости изменения внутрицилиндрового давления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Конькова Ирина Дмитриевна

• Конькова Ирина Дмитриевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Конькова Ирина Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНУТРИЦИЛИНДРОВОГО ДАВЛЕНИЯ

1.1. Применение индикаторных показателей для диагностирования дизеля

1.1.1. Контроль технического состояния дизеля по индикаторным показателям

1.1.2. Локализация неисправностей и разрегулировок дизеля с использованием индикаторных показателей дизеля

1.1.3. Контроль УОПТ и ЦП сопоставлением двух давлений в рабочем

и "моторном" цикле

1.2. Модель-ориентированные методы диагностики с использованием индикаторной диаграммы

1.2.1. Диагностирование по параметрам политропного процесса

1.2.2. Идентификация параметров модели рабочего процесса

1.3. Характеристики тепловыделения для диагностирования дизеля

1.3.1. Получение характеристик тепловыделения на основе сигнала давления

1.3.2. Виртуальные датчики тепловыделения

1.3.3. Методы контроля и диагностики с использованием характеристик тепловыделения

1.4. Сигнал-ориентированные методы диагностики

1.4.1. Диагностические признаки сигнала давления

1.4.2. Диагностические признаки сигнала первой производной

давления в цилиндре

1.5. Искажения, вносимые индикаторным каналом

1.6. Выводы

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ И ИХ КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

2.1. Основные положения математической модели моторного цикла

дизеля

2.2. Особенности программной реализации моторного цикла дизеля

2.3. Оценка адекватности модели

2.4. Моделирование рабочего цикла

2.5. Методика компьютерной реализации модели рабочего цикла тепловозного дизеля

2.6. Представление результатов моделирования моторного и рабочего циклов

2.6.1. Показатели процесса сжатия

2.6.2. Примеры представления результатов в моторном и рабочем циклам

2.7. Выводы

3. КРИТЕРИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Критерий потери уплотнения цилиндра

3.2. Влияние степени сжатия на оценку уплотнения цилиндра

3.3. Критерий начала воспламенения топлива

3.4. К вопросу о постоянстве фазы максимума скорости изменения давления на участке сжатия

3.4.1. Анализ на основе модели политропного процесса

3.4.2. Анализ на основе модели моторного цикла

3.5. Исследование влияния режимных факторов на величину показателя политропы сжатия

3.6. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ РЕШЕНИЙ . . . 101 4.1. Измерение сигнала скорости изменения давления и получение индикаторной диаграммы на его основе

4.1.1. Измерение скорости изменения давления

4.1.2. Получение индикаторной диаграммы на основе сигнала

скорости изменения давления

4.2. Экспериментальная установка

4.3. Экспериментальная проверка для критерия потери уплотнения цилиндра

4.4. Экспериментальная проверка для критерия начала воспламенения топлива

4.4.1. Эксперимент на исследовательской установке

4.4.2. Анализ экспериментальных данных комплекса «Магистраль»

4.5. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Подсистемы Simulink МаАаЬ главной блок-

диаграммы модели моторного цикла

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Сведения о внедрении результатов исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностирование тепловозного дизеля по сигналу скорости изменения внутрицилиндрового давления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Без малого половина инвентарного парка локомотивов РЖД (49%) на сегодняшний день представлена тепловозами, энергетической установкой которых является дизель. Хорошо известно [16, 87 и др.], что техническое состояние тепловозного дизеля определяет мощностные, экономические и экологические характеристики автономного локомотива. Несмотря на имеющиеся успехи в области разработки новых и совершенствования существующих методов и средства диагностирования подвижного состава, проблему поддержания дизеля в исправном состоянии на протяжении всего периода эксплуатации признать решенной нельзя. Отчасти это объясняется особенностями конструкции тепловозного дизеля.

Одной из таких особенностей является применение индивидуальных топливных насосов высокого давления (ТНВД), что требует настройки (регулировки) цикловой подачи и угла опережения подачи топлива (УОПТ) непосредственно на локомотиве [101], в то время как для блочных ТНВД эти задачи могут быть решены полностью в условиях топливного участка ремонтного предприятия. В качестве иллюстрации сказанного может служить рисунок 1, полученный нами при анализе результатов диагностирования тепловозных дизелей, выполненных диагностическим комплексом «Магистраль» [10]. а) б)

0,6%

3.8%

1 Оптимальное значение 1 <-5 град

1 -5 -0 град

0-5 град

1 >5 град

14.6%

28,9%

1 Оптимальное значение 1 <-5 град

Рисунок 1 - Результаты проверки УОПТ тепловозных дизелей 10Д100 (а) и Д49 (б) с помощью комплекса «Магистраль»

Как видно из представленных круговых диаграмм почти половина (45,5%) из 1078 проверенных ТНВД дизелей 10Д100 требовало регулировки УОПТ. Ненамного лучше обстоит дело с дизелем Д49, для которого процент требующих регулировки ТНВД составляет 33,3%, т.е. треть от всех 608 проверенных насосов.

Заводы-изготовители тепловозных двигателей предлагают технологию выполнения регулировок УОПТ и цикловой подачи, основанную на контроле максимального давления сгорания и температуры газов на выпуске из цилиндра во время реостатных испытаний [101]. Относительно высокая трудоемкость этих операций, недостаточная квалификация персонала, выполняющего их, а порой и полное пренебрежение рекомендациями изготовителя со стороны руководства депо становятся причинами эксплуатации тепловозов с дизелями, имеющими значительный разброс мощности между цилиндрами.

Неравномерное распределение нагрузки между цилиндрами тепловозного дизеля становится не только очевидной причиной снижения его максимальной мощности и коэффициента полезного действия, но также повышает вероятность возникновения чрезмерных термических напряжений в перегруженных цилиндрах, ведущих к разрушению деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Как показано в работе [99] вероятность последнего особенно возрастает для двигателей, значительное время работающих на переходных режимах, к каковым, безусловно, следует отнести и тепловозные дизели. Ситуация усугубляется по мере износа ЦПГ и потери гидравлической плотности цилиндра из-за термического воздействия прорывающихся из цилиндра газов со стенками цилиндра и тронка поршня [32]. При этом очевидно, что износ поршня, поршневых колец и стенок цилиндра, резко возрастает именно в перегруженных цилиндрах дизеля.

Все сказанное выше подтверждает актуальность выполнения работы, направленной на совершенствование средств и методов диагностики тепловозных дизелей, на поиск новых методов, способных надежно диагностировать различные неисправности, в том числе - снижение гидравлической плотности цилиндропоршневой группы и разрегулировки топливной аппаратуры дизеля.

Настоящее исследование выполнено с учетом "Стратегии научно-технического развития холдинга "РЖД" на период до 2025 года и перспективу до 2030 года (Белая книга)" [96], утвержденной заместителем генерального директора -главным инженером ОАО «РЖД» С.А. Кобзевым 17.04.2018., согласно которой, особый приоритет в современных условиях приобретает развитие систем диагностики и мониторинга, обеспечивающих объективность измерений и строящихся на принципах разумной достаточности при обеспечении заданного уровня надежности перевозочного процесса. Тематика работы также соответствует Федеральному закону от 23.11.2009 №261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» [100], «Энергетической стратегии холдинга «РЖД» на период до 2015 года и на перспективу до 2030 года», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» №2718р от 15.12.2011 [108].

Степень разработанности темы исследования. Становление системы диагностирования дизеля вообще и, тепловозного дизеля в частности, происходило в нашей стране во второй половине прошлого столетия благодаря таким ученым как Р.М. Васильев-Южин, А.И. Володин, А.С. Гребенников, Н.С. Ждановский, М.И. Левин, Е.А. Никитин, А.В. Николаенко, А.С. Пунда, А.Э. Симсон, Л.Г. Соболев, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский, А.З. Хомич и ряда другим.

Развитие технических средств измерения, их компьютеризация на рубеже XX и XXI веков послужили новым импульсом в развитии теории и практики диагностирования дизеля. Заметный вклад здесь принадлежит ученым и специалистам нашей страны, среди них И.К. Андрончев, В.Н. Балабин, П.А. Васин, И.И. Габитов, А.Н. Головаш, В.В. Грачев, Л.В. Грехов, А.Ю. Коньков, В.А. Лашко, Ю.П. Макушев, Д.Я. Носырев, А.А. Обозов, С.М. Овчаренко, А.Н. Соболенко, В.Ф. Тарута и многие другие.

Все современные тепловозные дизели оснащены индикаторным краном, облегчающим измерение параметров рабочих процессов, протекающих в отдельных цилиндрах двигателя. Как показал выполненный анализ современного состояния проблемы диагностирования тепловозного дизеля по сигналу внутрицилиндрового давления (глава 1), в настоящее время еще не полностью

использованы потенциальные возможности сигнал-ориентированных методов диагностики, позволяющих реализовать простые, надежные и эффективные средства диагностирования для работы как в составе бортовых систем диагностики, так и в виде компактных приборов для оперативной диагностики. Также незаслуженно малое внимание уделяется сигналу скорости изменения давления, диагностическая информативность которого, на наш взгляд, является более высокой, чем у сигнала давления.

Цель настоящей работы является: совершенствование средств и методов технической диагностики тепловозных дизелей на основе сигнала скорости изменения внутрицилиндрового давления.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнить анализ современного состояния проблемы диагностирования дизеля с использованием внутрицилиндрового давления и характеристик, полученных на его основе.

2. Разработать методику математического моделирования сигнала скорости изменения давления на основе адаптации и усовершенствования существующих моделей рабочего процесса среднеоборотного дизеля и реализовать ее в форме компьютерных моделей.

3. Провести расчетное исследования влияния ряда разрегулировок и неисправностей дизеля на характеристику скорости изменения давления, на основе которого предложить критерии, удовлетворяющие требованию их определения исключительно анализом данного сигнала.

4. Предложить способ прямого измерения сигнала скорости изменения давления с использованием существующих датчиков внутрицилиндрового давления, а также методику получения индикаторной диаграммы на основе этого сигнала.

5. Выполнить экспериментальную проверку возможности практического использования предложенных критериев диагностирования дизеля.

Научная новизна работы

1. Предложены безразмерные критерии для определения потери плотности цилиндра и отклонения угла опережения подачи топлива, определяемые по результатам асинхронного измерения сигнала скорости изменения давления.

2. Уточнена математическая модель рабочего процесса дизеля для возможности исследования влияния утечек рабочего тела и изучения связи действительного процесса с моделями политропного процесса.

Теоретическая значимость заключается в разработке нового метода диагностирования дизеля, ориентированного на анализ сигнала скорости изменения давления.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. Найденные взаимосвязи между параметрами технического состояния тепловозного дизеля Д49 и предложенными безразмерными критериями могут быть использованы при создании новых приборов для оперативной диагностики и регулировки дизеля без калибровки датчиков и привязки сигнала к углу поворота коленчатого вала, а также для разработки новых систем управления и бортовой диагностики тепловозного дизеля.

2. Способ получения индикаторной диаграммы на основе асинхронного измерения сигнала скорости изменения давления может быть использован в ранее разработанных системах диагностирования и контроля параметров тепловозного дизеля, использующих индикаторные показатели.

3. Компьютерные модели моторного и рабочего циклов тепловозного дизеля Д49 используются в учебной и научно-исследовательской работе университета.

Объектом исследования является тепловозный четырехтактный дизель типа Д49, а предметом исследования - связь термо- и газодинамических процессов в цилиндре тепловозного дизеля с параметрами технического состояния.

Методы исследования. Расчетное исследование основано на методах математического моделирования рабочих процессов дизеля, реализованных в средах МаАаЬ^тиНпк и Scilab/Xcos. Основные результаты расчетного

исследования проверялись в ходе натурных экспериментов на исследовательской одноцилиндровой установке.

Положения, выносимые на защиту:

1. Уточненная математическая модель моторного цикла дизеля, реализованная в среде Matlab Simulink.

2. Результаты расчетного изучения взаимосвязей между предложенными диагностическими критериями и соответствующими параметрами технического состояния при различных условиях работы тепловозного дизеля Д49.

3. Результаты экспериментальной проверки применимости предложенных диагностических критериев.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений и результатов подтверждается: согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, обоснованностью исходных математических положений и преобразований; корректным использованием фундаментальных физических законов при описании термо- и газодинамических процессов в цилиндре дизеля.

Основные положения и выводы диссертационной работы были представлены на МНК "Морская техника и технологии. Безопасность морской индустрии", (Калининград, БФУ им. И. Канта, 2015г.); VI МНТК "Локомотивы. Электрический транспорт. XXI век", (Санкт-Петербург, ПГУПС, 2018 г.); МНТК Двигатель-2018, (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 г.); МНК "Инновационные технологии развития транспортной отрасли" (Хабаровск, ДВГУПС, 2019 г.); тринадцатой НПК с МУ "Проблемы транспорта Дальнего Востока", (Владивосток, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2019 г.); девятой МНТК «Актуальные проблемы морской энергетики», (Санкт-Петербург, СПбМГТУ, 2020 г.).

Материалы диссертации опубликованы в 15 печатных работах, среди них 3 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки и 1 статья в сборнике, входящем в международную систему цитирования Scopus. Получен 1 патент на изобретение и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНУТРИЦИЛИНДРОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Техническое состояние тепловозного дизеля является решающим фактором, определяющим надежную, экономичную и экологически безопасную эксплуатацию автономного локомотива. Проблеме диагностирования дизеля вообще, и тепловозного дизеля в частности, посвящено огромное количество работ. Значительные шаги в направлении решения этой проблемы были выполнены в нашей стране во второй половине прошлого столетия благодаря таким ученым как Р.М. Васильев-Южин, А.И. Володин, А.С. Гребенников, Н.С. Ждановский, М.И. Левин, Е.А. Никитин, А.В. Николаенко, А.С. Пунда, А.Э. Симсон, Л.Г. Соболев, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский, А.З. Хомич и ряда другим.

Развитие технических средств измерения, их компьютеризация на рубеже XX и XXI веков послужили новым импульсом в развитии теории и практики диагностирования дизеля. Заметный вклад здесь принадлежит ученым и специалистам нашей страны, среди них И.К. Андрончев, В.Н. Балабин, П. А. Васин, И.И. Габитов, А.Н. Головаш, В.В. Грачев, Л.В. Грехов, А.Ю. Коньков, В.А. Лашко, Ю.П. Макушев, Д.Я. Носырев, А.А. Обозов, С.М. Овчаренко, А.Н. Соболенко, В.Ф. Тарута и многие другие.

В связи с развитием техники измерения и компьютерной обработки данных можно отметить два отличающихся друг от друга подхода. Первый характеризуется ростом числа используемых датчиков и развивается в направлении обработки большого объема данных с применением соответствующих методов, включая нечеткую логику, искусственный интеллект и др. Как правило, в этом случае используются результаты измерения параметров, изменяющихся во времени относительно медленно, чаще всего по причине изменения режима работы дизеля. Такой подход получает все большее распространение в бортовых системах управления и диагностирования современного двигателя. Так, например, согласно [132] современная система

управления автомобильным дизелем требует от 15 до 20 различных датчиков и до 150 справочных таблиц.

Второй подход ориентирован на регистрацию и анализ быстропротекающих процессов, параметры которых изменяются за рабочий цикл дизеля. Получение обширной информации при минимуме измерений обеспечивает такому подходу существенные преимущества при использовании в стационарных и переносных системах диагностирования, заключающиеся в возможности получения оперативной диагностической информации при проведении диагностики находящихся в эксплуатации дизелей с низкой степенью контролепригодности. Минимально возможное число датчиков в таких системах позволяет экономить материальные средства на этапе приобретения и ввода в эксплуатацию подобных средств диагностики, а также сократить затраты людских и материальных ресурсов на этапе подготовки объекта к проведению диагностических исследований и во время диагностических работ. Примером такого быстро изменяющегося параметра может служить давление в цилиндрах двигателя, применяемое в составе индикаторной диаграммы для анализа рабочего процесса дизеля еще его изобретателем Р. Дизелем [69]. Индикаторные диаграммы серии экспериментов, проведенных Р. Дизелем в период с 1893 по 1897 гг. опубликованы, например, в [142].

Следует отметить, что несмотря на очевидные различия в представленных подходах, принципиального противоречия и конкуренции между ними не существует. Так, с одной стороны, в стационарных системах диагностирования дизеля по индикаторной диаграмме часто дополнительно используются результаты измерения статических параметров (давление наддува, температура газов в выпускном коллекторе). С другой стороны, в современных бортовых системах управления и диагностики дизеля сигнал давления применяют не только в опытных разработках [130], но и в серийно выпускаемых образцах [112].

1.1. Применение индикаторных показателей для диагностирования дизеля

Анализ рабочего процесса дизеля, в том числе и с целью получения диагностической информации, может быть выполнен с использованием графических зависимостей давления от объема цилиндра или угла поворота коленчатого вала. Эти зависимости известны, соответственно, как свернутая и развернутая индикаторные диаграммы (ИД).

Основополагающей работой, определяющей базовые принципы анализа ИД, является монография [95]. По результатам обработки ИД в каждом цилиндре достаточно просто могут быть рассчитаны такие параметры, как: индикаторная работа газов в цилиндре Ь1 - площадь действительного цикла в координатах "давление - объем"; среднее индикаторное давление рш1 - условно постоянное давление в цилиндре, при котором за один ход поршня выполняется работа, равная индикаторной работе; максимальное давление сгорания рг - максимальное давление в рабочем цикле; угол поворота коленчатого вала, соответствующий максимальному давлению сгорания фг, индикаторная мощность N - индикаторная работа в единицу времени и ряд других параметров, которые в теории ДВС принято называть индикаторными показателями. Порядок определения этих показателей подробно изложен в многочисленной учебной и технической литературе [12, 16, 19, 28, 36, 60, 61, 87, 95, 134 и др.].

1.1.1. Контроль технического состояния дизеля по индикаторным показателям

Наиболее простым методом диагностирования являются параметрические методы контроля технического состояния, построенные на принципе Солсбери [7] - основном принципе диагностики, при котором диагноз выполняется на основе диагностического симптома, определяемого по расхождению фактически измеренной величины и ее эталонного значения. В большинстве случаев это позволяет решить задачу контроля технического состояния, т.е. нахождения ответа на вопрос "исправен или нет" объект диагностики.

В настоящее время для главных судовых двигателей получили широкое распространение системы мониторинга, рассчитывающие в режиме реального времени основные параметры рабочего процесса. Примерами таких систем являются NK-5, NK-100, NK-200 фирмы Autronica, а также их аналоги, поставляемые на рынок компаниями Sulzer, Samsung, Honeywell, Hyundai, Terasaki Electric и др. [92]. Как и многие другие, данные комплексы относятся к автоматизированным средствам диагностирования, в которых измерение и расчет параметров осуществляется автоматически, а для постановки диагноза требуется эксперт. Безусловно, информация о текущих параметрах рабочего процесса и тенденциях их изменения за некий период наблюдения может оказаться очень полезной для судомеханика при условии его высокой квалификации и достаточного опыта. В целом положительный опыт [20, 81] эксплуатации стационарных комплексов типа "Кипарис" [43] и "Локомотив" [34, 44] в локомотивных депо РЖД показывает, что подсистемы измерения ИД с расчетом параметров рабочих процессов, которыми оснащены эти комплексы, практически, не используются. На наш взгляд это связано, среди прочего, и с недостатками в подготовке персонала локомотивных депо.

Наряду с высокими требованиями к квалификации эксперта автоматизированным параметрическим методам диагностики сложных динамических систем присуща проблема определения эталонных значений. Несмотря на большое число работ в этом направлении, проблема остается актуальной. Как правило, эталонные значения параметров определяются с использованием регрессионных моделей, полученных на основе стендовых и эксплуатационных исследований исправного дизеля [24, 26, 37, 68, 89, 90 и др.].

Так в работе [68] для определения эталонного значения индикаторного КПД на исследуемом режиме работы тепловозного дизеля Д49 (ЧН26/26) предложены зависимости индикаторного КПД от температуры наддувочного воздуха и коэффициента избытка воздуха.

Авторы работы [26] в качестве параметров эталонных моделей двигателя 6ДКРН 67/140-4 используют давление наддувочного воздуха и число оборотов коленчатого вала. Аналогичный подход применяет автор работы [71], объектом исследования которой является двигатель 6L67GFCA.

Общими недостатками представленных решений проблемы выбора эталонных значений является необходимость дополнительных экспериментальных исследований для получения регрессионных моделей и их верификации. Неоднозначен также выбор параметров самой эталонной модели. Отчасти указанных недостатков лишен подход, предложенный автором работ [21, 22], в которых обосновывается применение интеллектуальных методов для определения эталонных моделей дизель-генераторной установки тепловоза. В этом случае математическая модель эталонного параметра представлена нейронной сетью, обучаемой в ходе эксплуатации локомотива. Входами такой системы являются датчики бортовой системы контроля и мониторинга локомотива. К сожалению, в настоящее время отечественные тепловозы не оснащаются бортовыми средствами измерения внутрицилндрового давления.

Также известно решение проблемы выбора эталонного значения контролируемого параметра рабочего процесса в многоцилиндровом двигателе при условии выполнения измерений во всех цилиндрах на одном и том же режиме двигателя [91]. Помимо контроля выхода параметров за предельно установленные значения, оператор системы диагностики может выявить аномальный цилиндр по сравнительному анализу показаний во всех цилиндрах двигателя. Развитие и практическое воплощение эта идея получила в комплексе "Магистраль" [ 10], в котором автоматическому анализу подвергаются ИД измеренные одновременно во всех цилиндрах двигателя. Один из цилиндров рядного двигателя или один из цилиндров правого и левого ряда У-образного двигателя выбирается условным эталоном, а для других определяется относительное отклонение для ряда контролируемых параметров с высокой чувствительностью. Например, отклонение в цикловой подаче топлива определяется, начиная с величины в 5%. Такой подход

требует большого числа дорогостоящих датчиков внутрицилиндрового давления (для тепловозного дизеля до 16 и больше), так как даже незначительное отклонение режима двигателя в процессе последовательного измерения диаграмм в цилиндрах не позволит получить высокой точности. Оригинальным решением этой проблемы является метод попарного диагностирования цилиндров многоцилиндрового двигателя, предложенный в работе [126]. Для измерения ИД во всех цилиндрах двигателя используется два датчика давления, один из которых постоянно установлен на одном "опорном" цилиндре, что позволяет выявить изменения режима двигателя, оценить их количественно и скорректировать диагноз для всех цилиндров двигателя.

1.1.2. Локализация неисправностей и разрегулировок дизеля с использованием индикаторных показателей дизеля

Практически все тепловозные дизели, эксплуатируемые на железных дорогах России имеют топливные насосы высокого давления индивидуального типа, что требует регулировки цикловой подачи (ЦП) и угла опережения подачи топлива (УОПТ) непосредственно на локомотиве [101, 102]. Поскольку отнесение отклонений этих параметров от установленных величин к неисправностями или дефектам двигателя является дискуссионным вопросом, в данной работе мы называем эти отклонения разрегулировками. Известно большое число методов диагностики топливной аппаратуры, основанных на результатах измерения вибрации [15, 31, 55, 79, 82, 107, 109], перемещения иглы форсунки [1, 2, 27], давления перед форсункой [9, 23, 37, 67, 73, 74] и в дренажной магистрали [13, 14] и некоторые другие [5, 66], однако в рамках данного исследования интерес представляют методы, использующие параметры рабочего процесса и, в частности, индикаторные показатели.

Первоначально решение проблемы автоматизации постановки диагноза по индикаторным показателям рабочего процесса дизеля шло по пути формирования, так называемых, матриц неисправности. Характерным примером такой работы

может послужить [26], в которой в зависимости знака диагностического симптома (плюс или минус) с учетом предложенных предельных значений определяются следующие отклонения: нарушение плотности цилиндра; поздний и ранний впрыск топлива; неисправности турбины или компрессора; плохой распыл топлива; закоксовывание соплового аппарата турбины. Данные перечень неисправностей определяет число столбцов матрицы (6), к которым авторы добавили еще одну для идентификации неисправности измерительного оборудования. Строками матрицы являются: давление в конце сжатия; разница максимального давления сгорания и давления в конце сжатия; среднее давление на линии расширения; угол, соответствующий максимуму давления; давление во впускном ресивере и температура газов на выходе из цилиндра. Таким образом, общая размерность матрицы составляет 7 столбцов и 12 строк, и помимо индикаторных показателей используются данные дополнительных измерений давления и температуры. Теоретически такая матрица с бинарными значениями может иметь т.е.

более чем 19 • 1024 вариантов заполнения, из которых только 7 вариантов имеют смысл.

В работах [75-77] перечень диагностических признаков, используемых в бинарной матрице дополнен значением скорости изменения давления в характерных точках сигнала, что совместно с показателями индикаторного процесса (среднее индикаторное давление, максимальное давление сгорания и др.) используется для определения разрегулировок топливной аппаратуры, снижения качества распыливания топлива форсункой и гидравлической плотности цилиндра.

Развитием матричного метода обнаружения вида дефекта или разрегулировки дизеля является работа [39], авторы которых вместо бинарной матрицы предложили таблицу, в ячейках которой графически в координатах -рт1 указаны зоны возможных значений относительных параметров. Здесь рт1 -относительное значение среднего индикаторного давления (отношение действительного давления к эталонному), - относительное значения 1-го параметра, включая: среднее давление на линии сжатия; среднее давление на линии

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Конькова Ирина Дмитриевна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аллилуев, В.А. Диагностирование топливной аппаратуры дизелей магнитоэлектрическим методом / В.А. Аллилуев, В.В. Мухин // Двигателестроение.- 1981.- №9.- С.24-25.

2. Аллилуев, В.А. Электронная диагностика автотракторных и комбайновых двигателей / В.А. Аллилуев, Н.С. Ждановский, А.В. Николаенко и др. // Тр. ЛСХИ, 1979.- 29 с.

3. Андриевский, А.Б. Решение инженерных задач в среде Scilab : Учебное пособие //А.Б. Андриевский, Б.Р. Андриевский, А.А. Капитонов и др.— СПб.: НИУ ИТМО, 2013. — 97 с.

4. Андрончев, И.К. Диагностирование тепловозного дизеля по параметрам рабочего процесса: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07: защищена 19.05.95 / Андрончев Иван Константинович.- Самарск. ин-т инж. ж.-д. трансп.- Омск, 1995.

5. Балагин, Д.В. Методика оценки рабочего процесса дизеля по изменению температуры трубопроводов насоса высокого давления // Вестник СибАДИ. 2012. №5 (27). - С.10-15.

6. Балаев, А.А. Моторный стенд для исследования влияния температуры наддувочного воздуха на показатели дизеля / А.А. Балаев, А.Ю. Коньков // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции (10-13 апреля 2012 г.).- Хабаровск.- Изд-во ДВГУПС. - 2012.- С.48-51.

7. Барков, А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев.- СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 2000.169 с.

8. Варбанец, Р.А. DEPAS 3. 1 Handy - система мониторинга рабочего процесса судовых дизелей / Р.А. Варбанец, В.Г. Ивановский, Ю.Н. Кучеренко // Сборник докладов 7 й международной конференции «Российское судостроение и судоходство на мировом рынке НЕВА-2003», Санкт-Петербург, 2003.- С. 114-115.

9. Васильев, Ю.А. Диагностирование топливной аппаратуры дизельных автомобилей / Ю.А. Васильев, С.А. Юренок, А.И. Коровин // Экспресс-информация; Серия "Техническое обслуживание и ремонт автомобилей".-М.:ЦБНТИ, 1977 - 43с.

10. Васин, П.А. Для диагностики тепловоза - комплекс "Магистраль" / П.А. Васин // Локомотив.- 2001.- №7.- С.27-31.

11. Вибе, И.И. Новое о рабочем цикле двигателей / И.И. Вибе.- М.; Свердловск: Машгиз, 1962.- 270 с.

12. Возницкий, И.В. Рабочие процессы судовых дизелей / И.В. Возницкий, С.В. Камкин, В.П. Шмелев и др.- М.: Транспорт, 1979.-208 с

13. Волкова, Л.Ю. Диагностирование процесса подачи топлива в дизелях / Л.Ю. Волкова, Ю.П. Макушев // Наука и техника Казахстана, 2018.- №2.- С.19-29.

14. Волкова, Л.Ю. Совершенствование диагностирования технического состояния форсунок тепловозных дизелей: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07: защищена 29.12.2014 / Волкова Лариса Юрьевна; Ом. гос. ун-т путей сообщ.- Омск, 2014. - 19 с.

15. Володин, А.И. Контроль работоспособности топливной аппаратуры / А.И. Володин, В.В. Вихирев, С.Б. Гельфонд и др. // Исследование надежности и экономичности дизельного подвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т. ж.-д. транспорта.- Омск, 1983.- С.31-34.

16. Володин, А.И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания / А.И. Володин.- М.: Транспорт, 1990.- 256 с.

17. Вырубов, Д.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1983.- 372 с.

18. Гайсин, Э. М. Повышение топливной экономичности автотракторных дизельных двигателей на основе регулирования режимов их работы пропуском подачи топлива / Э.М. Гайсин, В.Н. Хусаинов, К.В. Костарев // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2015. - №. 1. - С. 74-78.

19. Глаголев, Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания / Н.М. Глаголев.- Киев - М.: Машгиз, 1950.- 480 с.

20. Головаш А. Н. и др. Опыт использования автоматизированных комплексов КИПАРИС на Западно-Сибирской железной дороге // Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги. - 2001. - С. 212-218.

21. Грачев В.В. Научные основы применения методов интеллектуального анализа данных для контроля технического состояния локомотивов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.07: защищена 19.03.20 / Грачев Владимир Васильевич.- Санкт-Петербург, 2019. - 434 с.

22. Грачев В.В. Прескриптивный контроль энергоэффективности тепловоза с использованием интеллектуальных методов обработки измерительной информации: монография / В.В. Грачев.- СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2019. - 106 с.

23. Грибов, М.Г. Автоматизированная система диагностики топливной аппаратуры дизельных двигателей / Грибов М.Г., Калугин Ф.В., Хачумов В.М. //

Труды Седьмой национальной конференции по искусственному интеллек-ту с международным участием. КИИ'2000 (24-27 октября, г. Переславль-Залесский).-М.: Изд-во Физико-математической литературы, 2000.- Том 2.- С. 733-741.

24. Грин, А.А. Регрессионные зависимости по параметрам рабочего процесса в диагностировании и индицировании дизеля / А.А. Грин // Двигателестроение.-1991.- №1.- С.31-33.

25. Дизель-генератор 1А-9ДГ исп. 3 Руководство по эксплуатации 1А.9ДГ.62Р

26. Дмитриевский, Е.В. Построение алгоритма диагностирования малооборотного дизеля на основе регрессионных моделей (для использования с устройством К-748) / Е.В. Дмитриевский, М.И. Левин, А.А. Обозов, С.М. Шелков // Двигателестроение.- 1984.- №1.- С.46-49.

27. Досик, В.А. Метод измерения фаз впрыскивания топлива / В.А. Досик // Двигателестроение.с 1983.- №2.- С.24-25.

28. Дьяченко, Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы / Н.Х. Дьяченко, А.К. Костин, Б.П. Пугачев и др.: под ред. Н.Х. Дьяченко.- Л.: Машиностроение, 1974.- 552 с.

29. Емельянов, В.Е. Эксплуатация установок для оценки моторных свойств топлив: учеб. пособие // В.Е. Емельянов, В.Л. Гребенщиков. - М.: "Недра", 1991 -172 с.

30. Ерыганов, А.В. Определение степени сжатия дизеля по результатам индицирования рабочего процесса/ А.В. Ерыганов, Р.А. Варбанец // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология, 2017. - №1. - С. 44-49.

31. Ждановский, Н.С. Диагностика автотракторных двигателей / Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев, А.В. Николаенко и др.; Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. Н.С. Ждановского.- Л.: Колос.- 1977.- 264 с

32. Жуков, В.А. Влияние износ деталей цилиндропоршневой группы дизеля на температурное состояние поршня / В.А. Жуков, О.В. Мельник, Л.В. Тузов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2018. №5(51). С. 1040-1052.

33. Игин, В.Н. Эксплуатационные испытания тепловоза с электронной системой управления топливоподачей / В.Н. Игин, В.А. Марков, В.В. Фурман // Известия вузов. Машиностроение. - 2014. - №4 (649) . - С.25-37.

34. Информационно-измерительная система для диагностики дизелей и промышленных дизель-генераторов АЛ-030 / Руководство по эксплуатации.- ЗАО "ЛОКОМОТИВ", г. Ярославль, 1999.

35. Исаев, А.П. Анализ методов расчета показателей рабочего цикла судовых ДВС / А.П. Исаев, С.А. Каргин, К.К. Колосов // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. - 2009. - № 1. - С. 193-198.

36. Кавтарадзе, Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов / Р.З. Кавтарадзе.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.720 с.

37. Калугин, Ф.В. Непрерывная диагностика дизельного оборудования на основе интеллектуального анализа графиков рабочих характеристик / Ф.В. Калугин, В.М. Хачумов // Тезисы 5-й международной конференции Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта СЛО/СЛМ/РЭМ - 2005 (Москва, ИПУ РАН 25 по 27 октября 2005 г.).- М.: ИПУ РАН, 2005, с. 47.

38. Карминский, В.Д. Использование характеристик тепловыделения при диагностировании ДВС / В.Д. Карминский // Двигателестроение.- 1986.- №12.-С.22-23.

39. Карминский, В.Д. Разработка автоматизированной системы диагностирования ДВС по относительным величинам внутрицилиндровых параметров / В.Д. Карминский, Ю.А. Магнитский, Н.Н. Чешков // Двигателестроение.- 1984. №1.- С.52-53.

40. Карпов, Р.Г. Электроника в испытаниях тепловозных двигателей / Р.Г. Карпов.- М.: Машгиз, 1963.- 167 с.

41. Кирюхин, С.Н. Разработка метода синтеза индикаторных диаграмм по результатам виброметрирования двигателя / С.Н. Кирюхин, А.Н. Терехин, А.О. Шиманская и др. // Двигателестроение.- 2008.- №3.- С.21-24.

42. Комовский, В.Р. Пьезокварцевые датчики для измерения быстроизменяющихся давлений в высокофорсированных двигателях внутреннего сгорания / В.Р. Комовский, С.С. Соколов // Тр. центр. науч.-иссл. дизельного института.- вып. 67.- Рабочие процессы дизелей / под общ. ред. В.И. Балакина.-Л., 1975.

43. Комплекс интеллектуальный производственный автоматизированных реостатных испытаний «Кипарис». Паспорт. ЦВНТ.392106.025ПС. - Омск, 2006. -23 с.

44. Комплекс технической диагностики "Локомотив" // Локомотив. 2001.-№6.- С.13-15.

45. Коньков, А.Ю. Тепловозные дизели: устройство и основы рабочих процессов: учеб. пособие / А.Ю. Коньков. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2018. -149 с.

46. Коньков, А.Ю., Диагностирование дизеля на основе идентификации рабочих процессов: моногр. // А.Ю. Коньков, В.А. Лашко - Владивосток: Дальнаука, 2014. - 356 с.

47. Коньков, А.Ю. Диагностирование технического состояния тепловозного дизеля по индикаторной диаграмме на основе теории идентификации / А.Ю. Коньков, В.А. Лашко // Двигателестроение. - 2009. - № 3. - С. 19-23.

48. Коньков, А.Ю. Выбор фазового критерия сгорания по индикаторной диаграмме в системах управления дизелем / А.Ю. Коньков, А.И. Трунов // Фундаментальные исследования океанотехники и морской инфраструктуры: Теория. Эксперимент. Практика: материалы Междунар. науч. -техн. конф. Комсомольск-на-Амуре, 12-16 мая 2015 г. - Комсомольск-на-Амуре: ФБГОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. - С.157-160.

49. Коньков, А.Ю. Диагностирование неплотности цилиндра дизеля по результатам измерения скорости изменения внутрицилиндрового давления / А.Ю. Коньков, А.И. Трунов, И.Д. Конькова, Ю.А. Давыдов // Вестник ТОГУ. - 2018. -№4(51). - С. 9-16.

50. Коньков, А.Ю. Усовершенствованная методика получения экспериментальной характеристики тепловыделения в цилиндрах дизеля / А.Ю. Коньков, И.Д. Конькова, А.А. Балаев и др. // Актуальные проблемы создания и эксплуатации тепловых двигателей внутреннего сгорания в условиях Дальневосточного региона России: материалы Международной научно-технической конференции «Двигатели 2013» / под ред. проф. В.А. Лашко. -Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - С.57-74.

51. Коньков, А.Ю. Численное исследование влияния индикаторного канала на результаты обработки индикаторной диаграммы дизеля Д49 / А.Ю. Коньков, А.И. Трунов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2018. - №2. - С. 140-143

52. Конькова, И.Д. Термодинамические методы коррекции абсолютного давления в цилиндре ДВС / И.Д. Конькова, А.Ю. Коньков, А.И. Трунов // Вестник института тяги и подвижного состава.- Вып. 11.-2015.- С.45-49.

53. Кулешов, А.С. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания // А.С. Кулешов, Л.В. Грехов. - М.: Изд-во МГТУ, 2000. - 64с.

54. Кулешов, А.С. Программа Дизель-РК: моделирование и оптимизация рабочих процессов ДВС / А.С. Кулешов, Ю.М. Фадеев, Ф.Б. Барченко // В сборнике: Двигатель-2010 Материалы международной конференции. - 2010. - С. 287-292.

55. Куриц, А.А. Техническая диагностика тепловозных дизель-генераторов / А.А. Куриц, Ю.Л. Фоворов, А.И. Шедей и др.// Железнодорожный транспорт.-1972.- №1.- С.39-42.

56. Лашко, В.А. Метод идентификации технического состояния дизеля по результатам расчетно-экспериментального исследования индикаторной диаграммы в условиях рядовой эксплуатации / В.А. Лашко, А.Ю. Коньков, А.А. Маркелов // Вестник Тихоокеанского государственного университета.- 2007.- №1 (4).- С.57-68.

57. Лашко, В.А. Получение индикаторной диаграммы при асинхронном измерении сигнала давления / В.А. Лашко, А.Ю. Коньков // Двигателестроение.-2007.- №4.- С.33-37.

58. Лашко, В.А. Применение методов имитационного моделирования рабочих процессов дизеля при интерпретации результатов диагностического экспери-мента / В.А. Лашко, А.Ю. Коньков // Известия ВУЗов. Машиностроение.-2007.- №6.- С.46-53.

59. Левин, М.И. Эталонная модель процесса тепловыделения судового малооборотного дизеля для целей диагностирования / М.И. Левин, Е.В. Дмитриевский, А.А. Обозов // Двигателестроение.- 1985.- №1.- С.31-35.

60. Луканин, В.А. Двигатели внутреннего сгорания . В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: учеб. для вузов / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; под ред. В.Н. Луканина.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 2005.479 с.

61. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: учеб. для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др. - М. : Высш. шк., 2005. - 400 с.

62. Луканин, В.Н. Теплотехника : учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер. - М. : Высш. шк., 1999. - 671 с.

63. Маркелов, А.А. Диагностирование дизеля по результатам расчетно-экспериментального исследования индикаторной диаграммы в условиях рядовой эксплуатации : дис....канд. тех. наук: 05.04.02: защищена 29.05.07 / Маркелов Андрей Александрович.- Хабаровск.- 175 с.

64. Мешков, Д. В. Метод расчета термодинамической погрешности при индицировании ДВС / Д.В. Мешков, А.В. Савченко // Двигатели внутреннего сгорания.- 2014.- №1.- С.22-26.

65. Моек, Е. Техническая диагностика судовых машин и механизмов / Е. Моек, Х. Штрикерт.- Л.: Судостроение, 1986.- 232 с.

66. Мурзин, Д.С. Способ оптического контроля двухфазной среды в процессе топливоподачи / Д.С. Мурзин, Н.Н. Гейдт, Н.Н. Оранский и др. // Двигателестроение.- 1990.- №6.- С.23-24

67. Никитин, Е.А. Диагностирование дизелей / Е.А. Никитин, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский и др.-М.: Машиностроение, 1987.-224 с.

68. Никитин, Е.А. Диагностирование дизеля по данным теплового баланса / Е.А. Никитин, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский и др.// Двигателестроение.-1982.- №10.- С. 60-61.

69. Новиков, Л.А. Рудольф Дизель и его поршневой двигатель с воспламенением от сжатия / Л.А. Новиков// Двигателестроение.- 2008.- №1.- С. 3-9.

70. Носырев Д.Я., Тарасов Е.М., Левченко А.С., Мохонько В.П. Научные основы контроля и диагностирования тепловозных дизелей по параметрам рабочих процессов. - Самара: СамИИТ, 2001. - 174 с.

71. Обозов, А.А. Методы визуализации процессов судового дизеля для решения задач технической диагностики / А.А. Обозов // Судостроение.- 2009.-№1.- С.28-31

72. Обозов, А.А. Оценка герметичности камеры сгорания судового малооборотного дизеля для использования в системах технической диагностики // Судостроение. 2007. №6. С. 48-50.

73. Обозов, А.А. Статистическая теория распознавания образов и алгоритмы диагностирования топливной аппаратуры судового дизеля / А.А. Обозов // Двигателестроение.- 2008.- №1, №2.- С.32-35, 44-49.

74. Обозов, А.А. Эталонные характеристики процесса топливоподачи судовых дизелей / А.А. Обозов // Судостроение.- 2007.- №3.- С.32-36.

75. Пальтов, С.А. Использование диаграммы скорости изменения давления в качестве дополнительного источника информации / С.А. Пальтов // Эксплуатация морского транспорта. - 2009. - №2(56). - С. 60 -65.

76. Пальтов, С.А. Контроль рабочих процессов судовых двигателей с использованием электронных систем индицирования : автореф. дис. ... канд. тех.

наук: 05.08.05: защищена 04.03.10 / Пальтов Сергей Алексеевич.- Государственная морская академия имени адмирала С.А. Макарова.- Сп-б, 2010 - 23 с.

77. Пальтов, С.А. Методика контроля показателей рабочего процесса малооборотных ДВС // Двигателестроение. - 2009. - №2 (236). - С. 56-57.

78. Патрахальцев, Н.Н. Регулирование дизеля методом отключения-включения цилиндров или циклов / Н.Н. Патрахальцев, С.В. Страшнов, Б.А. Корнев и др. // Двигателестроение. - 2011. - №. 3. - С. 7-12.

79. Попков, В.В. Оценка качества функционирования топливной аппаратуры тепловозных дизелей методом виброакустического контроля: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07-Подвижной состав железных дорог и тяга поездов.- Омск.- 1990.267 с.

80. Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК: [электронный ресурс].- Режим доступа: https://diesel-rk.bmstu.ru/

81. Просвиров, Ю.Е. Эффективность использования "КИПАРИС" в депо / Ю.Е. Просвиров, А.Н. Егольников // Вестник транспорта Повольжья. - 2008.- 1(13).-С.85-86.

82. Просвиров, Ю.Е. Проблемы совершенствования систем диагностирования тепловозных дизелей / Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени д.т.н.- Самара.- 1999.-110 с.

83. Разлейцев, Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях / Н.Ф. Разлейцев.- Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1980.169 с.

84. Райков, И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания : учеб. для вузов / И.Я. Райков.- М.: Высшая школа, 1975.- 320 с.

85. Савченко, О.Ф. Измерительный технологический комплекс экспертизы технического состояния ДВС / О.Ф. Савченко, И.П. Добролюбов, В.В. Альт // Двигателестроение.- 1998.- №2.- С.27-30.

86. Самойленко, А.Ю. Электронные системы контроля параметров рабочего процесса судовых средне- и высокооборотных дизелей: монография / А.Ю. Самойленко.- СПб.: Судостроение, 2004.- 132 с.

87. Симсон, А.Э. Двигатели внутреннего сгорания (Тепловозные дизели и газотурбинные установки) : учеб. для вузов /А.Э. Симсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др.- М.: Транспорт, 1987.- 536 с.

88. Симсон, А.Э. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) : учеб. для вузов ж.-д. тр.-т / А.Э. Симсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др.- М.: Транспорт, 1980.- 384 с.

89. Соболев, Л.Г. Диагностические испытания ЦПГ главного двигателя теплохода "Новогрудок" в эксплуатационных условиях / Л.Г. Соболев, А.А. Галанин, А.А. Финогенов и др. // Двигателестроение.- 1981.- №12.- С.36-38.

90. Соболев, Л.Г. Эксплуатационные испытания системы технического диагностирования главного судового двигателя / Л.Г. Соболев, В.А. Залитис, В.Г. Агафонов и др. // Судостроение.- 1980.- №9.- С.21-24.

91. Соболенко, А.Н. Обеспечение безопасной эксплуатации главных судовых дизелей : автореф. дис. ... д-ра. тех. наук: 05.08.05: защищена 17.04.02 / Соболенко Анатолий Николаевич.- Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет.- Владивосток, 2002 - 38 с.

92. Соловьев, А.В. Системы мониторинга судовых дизелей в эксплуатации /

A.В. Соловьев // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология, 2018. - №. 1. - С. 87-92.

93. Способ определения технического состояния двигателя внутреннего сгорания и экспертная система для его осуществления / Добролюбов И.П., Савченко О.Ф., Альт В.В.; Пат. 2078324 Российская Федерация, МПК 001М15/00.заявитель и патентообладатель Сибирский физико-технический институт аграрных проблем СО РАСХН; Сибирский институт механизации и электрификации СО РАСХН .- № 94037900/06 ; заявл. 22.09.1994 ; опубл. 27.04.1997.

94. Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания / Д.Я Носырев, В.А. Краснов, А.Г. Старикова -Патент на изобретение № 2534640. Патентообладатель ФГБОУ ВПО СамГУПС. Заявка № 2016148564. Приоритет изобретения 12.02.13. Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ 11.12.2018; опубликовано 10.12.2014. Бюл. № 34.

95. Стечкин, Б.С. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя / Б.С. Стечкин, К. И. Генкин,

B.С. Золотаревский и др.- М.: Изд-во АН СССР, 1960.- 199 с.

96. Стратегия научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года (Белая книга). -М.: ОАО «РЖД». -2015. -128 с.

97. Толстов, А.И. К теории рабочего процесса быстроходного двигателя с воспламенением от сжатия / А.И. Толстов // Двигатели с воспламенением от сжатия.- 1951.- вып. 18.- С. 56 - 90.

98. Трунов, А.И. Исследование влияния индикаторного канала на точность измерения давления в цилиндре ДВС / А.И. Трунов, А.Ю. Коньков, Г.Б. Горелик //

Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции «Двигатель-2018», посвященной 150-летию основания факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана / М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. - С. 18-27.

99. Тузов, Л.В. Анализ теплонапряженности судовых дизелей / Л.В. Тузов,

B.И. Брежнев // Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2012. №4(16). С. 30-36.

100. Федеральный закон от 23.11.2009 №261-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (с изм. и доп., вступ. в силу с 26.07.2019).

101. Федотов, Г.Б. Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытание, совершенствование / Г.Б. Федотов, Г.И. Левин.- М.: Транспорт, 1983.192 с.

102. Фомин, Ю.Я. Топливная аппаратура дизелей: Справочник / Ю.Я. Фомин, Г.В. Никонов, В.Г. Ивановский.- М.: Машиностроение, 1982.- 168с.

103. Худяков, И. В. Возможность применения различных видов датчиков давления для управления рабочим процессом в двигателях внутреннего сгорания / И. В. Худяков // Науковий вюник Херсонсько! державно!' морсько! академп. - 2014. - № 1. - С. 255-260.

104. Худяков, И.В. Особенности проектирования амплитудных оптоволоконных датчиков / И.В. Худяков, Е.В. Белоусов, В. П. Савчук // Науковий вюник Херсонсько! державно! морсько! академп. - 2015. - № 1. - С. 244-250.

105. Черных, И.В. БтиПпк: Инструмент моделирования динамических систем / И.В. Черных // М.: Диалог-МИФИ. - 2003. - 252 с.

106. Шарапов, В.М. Пьезоэлектрические датчики / В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, Е.В. Шарапова; под ред. В.М. Шарапова.- М.: Техносфера, 2006.632 с.

107. Шевчук, В.Д. Техническая диагностика тепловозов / В.Д. Шеву-чук, Э.Д. Тартаковский и др. // Электрическая и тепловозная тяга.- 1974.- №9.-

C.17-18.

108. Энергетическая стратегия холдинга «РЖД» на период до 2015 года и на период до 2030 года. -М.: ОАО «РЖД». -2011. -97с.

109. Эрлих, Л.А. Комплексная оценка технического состояния дизеля и топливной аппаратуры / Л.А. Эрлих, В.К. Ланглов // Двигателестроение.- 1987.-№5.- С.35-37, 63-65.

110. Andersson, I. and Eriksson, L., "Ion sensing for combustion stability control of a spark ignited direct injected engine", 2000.

111. André, V., Bueno, José A. Velasquez and Luiz F. Milanez (2012). Internal Combustion Engine Indicating Measurements, Applied Measurement Systems, Prof. Zahurul Haq (Ed.), ISBN: 978-953-51-0103-1, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/applied-measurement-systems/internal-combustion-engineindicating-measurements.

112. Audi 3.0-liter V6 TDI with clean diesel system. Self-Study Program 941803,

2009

113. AVL - DiTEST [Электронный ресурс] / AVL DiTest GmbH, 2020.- Режим доступа: http://www.avlditest.com

114. Babaelahi, M., Sayyaadi, H. A new thermal model based on polytropic numerical simulation of Stirling engines // Applied Energy. 2015. Т. 141. № 1. С. 143159.

115. BorgWarner Ludwigsburg GmbH. "Borgwarner equips new generation of diesel engines from Volkswagen with pressure sensor glow plugs", 2014. URL

116. Brunt, M. and Pond, C., "Evaluation of Techniques for Absolute Cylinder Pressure Correction," SAE Technical Paper 970036, 1997, doi: 10.4271/970036. - 14 p.

117. Brunt, M., Rai, H., and Emtage, A., "The Calculation of Heat Release Energy from Engine Cylinder Pressure Data," SAE Technical Paper 981052, 1998.

118. Bueno, A. V., Velasquez, J. A., Milanez, L. F. A new engine indicating measurement procedure for combustion heat release analysis //Applied Thermal Engineering. - 2009. - Т. 29. - №. 8. - С. 1657-1675.

119. Citron, S., O'Higgins, J., and Chen, L., "Cylinder by Cylinder Engine Pressure and Pressure Torque Waveform Determination Utilizing Speed Fluctuations," SAE Technical Paper 890486, 1989, doi: 10.4271/890486.

120. Corti, E., Moro, D., Solieri L. Real-Time Evaluation of IMEP and ROHR-related Parameters // SAE Technical Paper 2007-24-0068. 2007. D0I:10.4271/2007-24-0068

121. Engine Indication. User Handbook .- AVL, 2002.- 151 pp.

122. Equipment for vehicle technical inspections, headlamp adjustment systems, pollution inspection stations, EOBD reader, braking bench, suspension bench - Capelec [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.capelec.fr

123. Fanelli, I., Camporeal, S., Fortunado, B. On-Board Pegging Calculation from Piezo-Electric Sensor Signal for Real Time In-Cylinder Pressure Offset Compensation // SAE Int. J. Engines. 2012. № 5(2). С. 672-682.

124. Gao J., Wu Y., Shen T. Experimental comparisons of hypothesis test and moving average based combustion phase controllers // ISA Transactions. 2016. № 65. P. 504-515. D01:10.1016/j.isatra.2016.09.003

125. Glavmo, M., Spadafora, P., and Bosch, R., "Closed Loop Start of Combustion Control Utilizing Ionization Sensing in a Diesel Engine," SAE Technical Paper 1999-010549, 1999, doi: 10.4271/1999-01-0549.

126. Hountalas, D., Antonopoulos, A., Zovanos, G., and Papagiannakis, R., "Evaluation of a New Diagnostic Technique to Detect and Account for Load Variation during Cylinder Pressure Measurement of Large-Scale Four-Stroke Diesel Engines," SAE Technical Paper 2012-01-1342, 2012.

127. Hountalas, D., Kouremenos, D., and Fiveland, S., "Some Considerations on the Estimation of the Heat Release of DI Diesel Engines Using Modelling Techniques," SAE Technical Paper 2004-01-1405, 2004, doi:10.4271/2004-01-1405.

128. Hountalas, D.T., Kouremenos, D.A. and Sideris, M., "A Diagnostic Method for Heavy-Duty Diesel Engines Used in Stationary Applications", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004; Vol. 126, Pages 886-898

129. Hountalas, D.T. , Anestis, A. Effect of pressure transducer position on measured cylinder pressure diagram of high speed diesel engines. Energy Convers. Mgmt, 1998, Vol. 39, No. 7, p. 589-607.

130. Husted, H., Kruger, D., Fattic, G., Ripley, G. et al., "Cylinder Pressure-Based Control of Pre-Mixed Diesel Combustion", SAE Technical Paper 2007-01-0773, 2007.

131. Izerman, R. Fault-Diagnosis Systems. An Introduction from Fault Detectionto Fault Tolerance; Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006, 475 p.

132. Izerman, R.Combustion Engine Diagnosis: Model-based Condition Monitoring of Gasoline and Diesel Engines and their Components; Springer-Verlag GmbH Germany, 2017, 303 p.

133. Johansson, T. and Stenlaas, O., "Heat Release Based Virtual Combustion Sensor Signal Bias Sensitivity," SAE Technical Paper 2017-01-0789, 2017, doi: 10.4271/2017-01-0789.

134. John, B. Heywood.Internal Combustion Engine Fundamentals. New York :McGraw-Hill, cop. 1988,

135. Konkov, A. and Trunov, A. (2020) Improving the Accuracy of Determining the In-cylinder Pressure of a Diesel Engine When Measured Through an Indicator Channel. In: Popovic Z., Manakov A., Breskich V. (eds) VIII International Scientific Siberian Transport Forum. TransSiberia 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 1115. P. 312-320. Springer, Cham.

136. Kouremenos, D., Rakopoulos, C., and Hountalas, D., "Multi-Zone Combustion Modelling for the Prediction of Pollutants Emissions and Performance of DI Diesel Engines," SAE Technical Paper 970635, 1997, doi: 10.4271/970635.

137. Kuleshov, A.S.: Model for predicting air-fuel mixing, combustion and emissions in DI diesel engines over whole operating range. SAE Technical Paper 200501-2119, (2005). doi: 10.4271/2005-01-2119.

138. Lee, K., Kwon, M., Sunwoo, M., Yoon, M. An In-Cylinder Pressure Referencing Method Based on a Variable Polytropic Coefficient // SAE Technical Paper 2007-01-3535.- 2007. - 12 p.

139. Leonhardt, S., Ludwig, C., Schwarz, R. Real-time supervision for diesel engine injection, Control Engineering Practice, Volume 3, Issue 7, 1995, Pages 10031010, https://doi.org/10.1016/0967-0661(95)00084-8.

140. Leonhardt, S., Muller, N., Isermann, R. (1999). Methods for engine supervision and control based on cylinder pressure information. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 4(3), 235-245. doi: 10.1109/3516.789682

141. Matekunas, F.A., "Engine combustion control with ignition timing by pressure ratio management," U.S. Patent 4 622 939, 1986.

142. Mollenhauer, K., Tschoke, H. (ed.). Handbook of diesel engines. - Berlin : Springer, 2010. - T. 1., DOI 10.1007/978-3-540-89083-6

143. Morishita, M., Kushiyama, T. An Improved Method of Determining the TDC Position in a PV-Diagram // SAE Technical Paper. 1998. № 980625

144. Pawletko, R., Polanowski, S. Influence of fuel injection system faults of marine diesel engine on the heat release characteristics. Combustion Engines. 2013, 154(3), 314-318.

145. Pawletko, R., Polanowski, S.: Influence of gas channels of medium speed marine engines on the accuracy of determination of diagnostic parameters based on the indicator diagrams. J. Polish CIMAC: Diagnosis Reliab. Saf. 7(2) (2012). http: //www.polishcimeeac.pl/Papers2/2012/016.pdf

146. Polanowski, S., Pawletko, R. Low speed marine diesel engine diagnosis based on passive experiment. Journal of Polish CIMAC. 2012. Vol.7, No.2. PP. 161-166

147. Polanowski, S., Pawletko, R., Witkowski, K.: Influence of pressure sensor location on the quality of thermodynamic parameters calculated from the marine engine indicator diagram. Combust. Engines 154(3), 319-323 (2013). http://www.combustion-engines.eu/en/numbers/11/313

148. Polonowski, C., Mathur, V., Naber, J., and Blough, J., "Accelerometer Based Sensing of Combustion in a High Speed HPCR Diesel Engine," SAE Technical Paper 2007-01-0972, 2007, doi:10.4271/2007-01-0972.

149. Randolph, A., "Methods of Processing Cylinder-Pressure Transducer Signals to Maximize Data Accuracy," SAE Technical Paper 900170, 1990, doi:10.4271/900170. - 12 p.

150. Ritscher, B. Dual-fuel engine with cylinder pressure based control // MTZ industrial. 2013. № 3. P. 14 - 23. D0I:10.1007/s40353-013-0094-5

151. Schiefer, D., Maennel, R., Nardoni, W. Advantages of Diesel Engine Control Using In-Cylinder Pressure Information for Closed Loop Control // SAE Technical Paper Series 2003-01-0364. 2003. D0I:10.4271/2003-01-0364

152. Scilab: Home Page [электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www. scilab. org/

153. Souflas, I., Mason, B., Cary, M., and Schaal, P., "Mode Transition Optimisation for Variable Displacement Engines," SAE Technical Paper 2016-01-0619, 2016.

154. Thor, M., Egardt, B., McKelvey, T., and Andersson, I., "Parameterized Diesel Engine Combustion Modeling for Torque Based Combustion Property Estimation," SAE Technical Paper 2012-01-0907, 2012, doi:10.4271/2012-01-0907.

155. Wiebe, I.I. Brennverlauf und Kreisprozesse von Verbrennungsmotoren / I.I. Wiebe.- Berlin, VEB Verlag Technik, 1970.- 280 S.

156. Wilhelmsson, C., Tunestal, P., & Johansson, B. (2006). Model Based Engine Control Using ASICs: A Virtual Heat Release Sensor. In Les Rencontres Scientifiques de l'IFP: "New Trends in Engine Control, Simulation and Modelling" Institut Francais du Petrole.

157. Willems, F., Doosje, E., Engels, F., and Seykens, X., "Cylinder Pressure-Based Control in Heavy-Duty EGR Diesel Engines Using a Virtual Heat Release and Emission Sensor," SAE Technical Paper 2010-01-0564, 2010.

158. Witkowski, K. Diagnosis of injection system marine diesel engine with the use of the heat release characteristics // Combustion Engines. 2015. Vol. 54, № 3, P. 392 - 398.

159. Witkowski, K. Research the Possibility of Obtaining Diagnostic Information about the Ships Engine Fuel Injection System Condition based on the Analysis of Characteristics of Heat Release // Journal of KONES. 2019. Vol. 26. № 3. P. 249 - 256. DOI: 10.2478/kones-2019-0080

160. Woschni, G., "A Universally Applicable Equation for the Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine," SAE Technical Paper 670931, 1967, doi: 10.4271/670931.

161. Woshni, G., Anisitis, F. Eine Methode zur Vorausberechnung der Änderung des Brennverlaufs mittelschbell-laufender Dieselmotoren bei geranderten betriebsbedingungen // MTZ, 1973, №4, S/ 106 - 115.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Подсистемы 81тиПпк МаШЬ главной блок-диаграммы

модели моторного цикла

Диаграмма подсистемы "Объем" (рисунок А.1) содержит блоки математических операций и пользовательских функций, с помощью которых вычисляется текущий объем (выходной сигнал "V"), соответствующий входному сигналу - углу поворота коленчатого вала "й"

Рисунок А.1 - Блок-диаграмма подсистемы "Объем"

Диаграмма подсистемы "Теплообмен" представлена на рисунке А.2. В этом блоке-подсистеме вычисляется коэффициент теплоотдачи (по формуле Вошни), тепловой поток теплоотдачей "dQ" и приращение объема из-за теплообмена dV_heat на текущем временном шаге интегрирования. При этом выходным сигналом, передаваемым на главную диаграмму программы является тепловой поток, а величина приращения объема dV_heat объявлена глобальной переменной с помощью блока Goto.

Входными параметрами подсистемы являются средняя температура стенок "tw", задаваемая пользователем как константа с главной диаграммы программы и текущий объем "V", вычисление которого рассмотрено выше. В расчете также используются глобальные переменные программы: давление p, температура T, показатель адиабатного процесса к.

Для возможности визуализации коэффициента теплоотдачи диаграмма содержит осциллограф.

Рисунок А.2 - Блок-диаграмма подсистемы "Теплообмен"

Состав смеси газов, являющихся рабочим телом цилиндра в процессе сжатия и, зависящие от этого константы смеси рассчитываются в подсистеме "Состояние смеси идеальных газов", блок-диаграмма которой приведена на рисунке А.3. Входными сигналами для подсистемы являются степень рециркуляции (Кг), коэффициент избытка воздуха (alpha), а также текущая масса рабочего тела (m). Первые две величины реализованы в программе глобальными константами, задаваемыми с главной диаграммы. Масса рабочего тела в цилиндре также рассчитывается на главной диаграмме программы. С помощью блоков арифметических операций вычисляются доли четырех компонентов смеси: двуокиси углерода, азота, кислорода, водяного пара. Вычисляется газовая постоянная смеси Rmix и ее температура T.

Рисунок А.З - Диаграмма подсистемы "Состояние смеси идеальных газов"

Объемные доли компонентов смеси к их молекулярным массам объявлены глобальными переменными "С02", "Н20", "N2", "02", которые используются при расчете кажущейся молекулярной массы смеси и при вычислении средней теплоемкости смеси. Последнее реализовано в подсистеме "Изохорная теплоемкость смеси" (рисунок А.4).

Рисунок А.4 - Блок-диаграмма подсистемы "Изохорная теплоемкость смеси"

Входным параметром этой подсистемы является текущая температура смеси. Для каждого компонента смеси вычисляется его молярная теплоемкость при постоянном объеме (с использованием известных регрессионных моделей) и далее - массовая теплоемкость смеси при постоянном объеме, являющаяся единственным выходным параметром подсистемы с_у.

Расчет объемных долей компонентов смеси, в зависимости от коэффициента избытка воздуха выполнен в подсистеме "Состав смеси" (рисунок А.5).

Œ>

Кг

►CD

г_со2

►CD

г h 2d

KU

г nZ

Kjj

г o2

С помощью арифметических блоков этой диаграммы осуществляется расчет объемных долей смеси воздуха и продуктов сгорания для топлива, состав которого задан содержанием углерода, водорода и кислорода (С+И+0=1).

Обмен рабочим телом между цилиндром, впускным и выпускным коллекторами, а также с картером через неплотности поршневых колец выполнен с помощью подсистем "Расход через выпускной клапан", "Расчет через впускной клапан", "Расход уплотнения (утечки)". Эти подсистемы имеют однотипную структуры (рисунок А.6) и используют вызов функции Ма1ЬаЬ, использующей газодинамические уравнения для истечения газа через отверстие (приложение Б).

Рисунок А.6 - Подсистема "Расход через выпускной клапан"

Выходными сигналами этих подсистем являются массовый и объемный расход рабочего тела. Входными - давление и температура в объемах двигателя, для которых выполняется расчет газообмена, константы рабочего тела и площадь отверстия, через которые эти объемы сообщаются друг с другом.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Сведения о внедрении результатов исследования