Метод контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Маецкий, Александр Владимирович

• Маецкий, Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Маецкий, Александр Владимирович

Содержание

стр.

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы контроля качества рас-

пыливания топлива дизельной форсункой

1.1 Приборы и методы контроля качества распыливания топлива

1.1.1 Расчетные методы исследования

1.1.2 Расчетно-экспериментальные методы и примеры экспериментальных установок

1.2 Оптические методы контроля качества распыливания топлива. Патентный обзор методов и средств контроля распыливания топлива

1.3 Задачи и методы обработки изображений топливных струй

1.4 Выводы по главе. Выбор и обоснование направления диссертационных исследований

Глава 2. Теоретические основы совершенствуемого оптического метода контроля качества распыливания топлива

2.1 Гипотеза определения качества распыливания топлива по изображению топливной струи

2.2 Коррекция динамического изменения яркостей кадров видео

2.2.1 Постановка задачи. Линейный алгоритм решения

2.2.2 Архитектура искусственной нейронной сети

2.2.3 Математическое и вербальное описание искусственной нейронной сети

2.3 Методика расчета скорости тепловыделения двигателя

2.4 Выводы по главе

Глава 3. Реализация средства контроля качества распыливания топлива на основе усовершенствованного метода

3.1 Требования к системе, обоснование выбора видеокамеры

3.2 Описание экспериментальной установки

3.3 Описание программного обеспечения по «раскадровке» видеоизображений топливных струй

3.4 Описание программного обеспечения по обработке и анализу изображений топливных струй

3.5 Выводы по главе

Глава 4. Апробация средства контроля качества распыливания топлива

4.1 Методика проведения эксперимента и расчетов

4.2 Результаты экспериментальных исследований с использованием средства контроля качества распыливания

4.3 Корреляция результатов экспериментов контроля качества распыливания с результатами экспериментов контроля скорости тепловыделения —

4.4 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Список иллюстративного материала

Приложение А - Основные характеристики скоростной видеокамеры

Приложение Б - Краткая схема структуры основного программного

обеспечения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки»

Введение

Актуальность темы исследования. Важным элементом совокупности процессов, протекающих в дизельном двигателе, является процесс распыливания топлива распылителем форсунки. Распылитель форсунки - узел форсунки, посредством которого осуществляется распыливание и распределение топлива в камере сгорания дизеля [14]. Распыливание топлива - процесс, в котором происходит разрушение межмолекулярных связей в жидком топливе и распределение капель и паров топлива по объему камеры сгорания под воздействием аэродинамического сопротивления молекул воздуха [59]. Именно от качества этого процесса зависит последующее сгорание рабочей смеси и, следовательно, выходные характеристики двигателя: экономичность, экологичность, мощность и другие.

Исследования процесса распыливания топлива в условиях камер сгорания и в атмосферных условиях приводятся в работах Астахова И.В., Витмана JI.A., Ку-тового В.А., Лышевского A.C., Разлейцева В.Н., Трусова В.И., Шароглазова Б.А. и других. В настоящее время ведущими организациями в России, занимающимися изучением распыливания топлива дизельной форсункой, являются М1ТУ им. Н.Э. Баумана, МАДИ и другие.

Согласно ГОСТ 10579-88 [13], при визуальном наблюдении качественно распыливаемое топливо должно быть туманообразным, без сплошных струек и легко различимых местных сгущений. Качество распыливания определяют мелкостью, однородностью распыливания, равномерностью распределения капель топлива в объеме.

Непрерывное повышение требований к двигателям внутреннего сгорания по топливной экономичности и снижению токсичности отработавших газов, наряду с сохранением мощности и уменьшением размеров и массы двигателя, вынуждает предприятия в числе прочего разрабатывать и внедрять новые и совершенствовать имеющиеся способы топливоподачи. Но для проверки эффективности предложенных мер необходимы современные средства контроля быстропро-

текающих процессов, с анализом результатов в динамике по времени распылива-ния топливного потока.

Наиболее предпочтительными бесконтактными и неразрушающими методами контроля являются оптические, т.к. в них принципиально отсутствует механическое влияние на изучаемый процесс и возможно применение малого по сравнению с периодом развития потока времени измерения. Теорией распространения светового излучения через дисперсные среды и развитием оптических методов исследования занимались Ван де Хюлст Г., Дейрменджан Д., Дубнищев Ю.Н., Ринкевичус Б.С., Шифрин К.С. и другие ученые. В задачах обработки изображений значительный вклад внесли Кейсесент Д., Павлидис Т., Сойфер В.Д., Прэтт Э., Семенков О.И., Хуанг Т.С. и другие.

Развитию методов высокоскоростной регистрации способствует развитие современной микроконтроллерной техники и инструментов программирования, что позволяет регистрировать и обрабатывать данные на ЭВМ, применяя современные методы обработки информации.

Недостатком имеющихся приборов и методов контроля качества распиливания топлива является затруднение в определении однородности распиливания и равномерности распределения капель, а также отсутствие возможности контроля этих показателей в динамике. Зачастую такой контроль производится визуально, что не отвечает требованиям точности и современному развитию техники XXI века. Скоростная видеосъемка позволяет исследовать динамику быстропротекаю-щего процесса, но ее недостатком является динамическое изменение яркостей кадров, а также необходимость в сложной программной обработке, что пока не нашло своего решения.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что совершенствование оптического метода и средства контроля качества распыливания топлива в динамике с использованием высокоскоростной видеосъемки и ЭВМ является актуальной задачей, направленной на обеспечение точности такого контроля.

Степень разработанности темы. Известные приборы и методы контроля качества распыливания топлива имеют вышеназванные недостатки, что требует

дополнительных разработок. За основу был взят метод оптического контроля качества распыливания топлива по изучению отдельного фотоснимка топливной струи, и усовершенствован в степени, позволяющей оперативно и с высокой точностью контролировать распыливание топлива по оптической неоднородности топливной струи в динамике, обеспечивая контроль качества в развитии струи по нескольким циклам распыливания с погрешностью измерений до 10 %.

Цель диссертационной работы - усовершенствовать метод и создать на его основе средство оптического контроля качества распыливания топлива в динамике.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Выполнить обзор научно-технической литературы по методам контроля качества распыливания топлива, в том числе по оптическим методам контроля дисперсных сред и потоков;

2. Усовершенствовать оптический метод контроля качества распыливания топлива, с использованием скоростной видеосъемки;

3. На основе метода разработать и создать средство оптического контроля качества распыливания в динамике, а также методику проведения контроля;

4. Произвести лабораторные эксперименты с применением разработанного средства контроля качества распыливания с целью апробации средства, а также исследовать корреляцию динамики изменения оптической неоднородности потока распыленного топлива с параметрами работы двигателя.

Объект исследования: импульсные дисперсные потоки частиц распиливаемого топлива.

Предмет исследования: оптические методы и средства контроля характеристик импульсных дисперсных потоков, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение высокоскоростной цифровой регистрации и обработки изображений.

Методология исследования. Исследования проведены на основе использования методов обработки цифровых изображений, методов, основанных на

распространении светового излучения в дисперсных средах, методов обработки экспериментальных данных.

Достоверность полученных результатов обеспечена адекватным применением теории измерений, теории погрешности, теории цифровой обработки изображений, применением стандартных поверенных приборов и стендов, воспроизводимостью полученных результатов, удовлетворительным совпадением расчетных результатов с данными, полученными экспериментально.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Усовершенствован оптический метод контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки, позволяющий оценивать качество распыливания в динамике по оптической неоднородности топливной струи, а также методика проведения контроля, что обеспечивает оперативный контроль качества в развитии струи по нескольким циклам распыливания с погрешностью измерений до 10 %;

2. Разработаны алгоритмы коррекции динамического изменения яркости кадров видеоизображения линейным методом и методом с использованием искусственной нейронной сети, что позволяет уменьшить погрешность по яркости фона до 1 % и тем самым увеличить точность контроля;

3. В результате лабораторных исследований с применением усовершенствованного оптического метода контроля качества распыливания топлива получены экспериментально найденные закономерности поведения оптической неоднородности струи и ее зависимости от давления впрыска, вида топлива и других факторов;

4. Установлена корреляционная связь между оптической неоднородностью топливной струи и скоростью тепловыделения двигателя.

На защиту выносится:

1. Усовершенствованный оптический метод контроля качества распыливания топлива в динамике по значению оптической неоднородности топливной струи;

2. Средство оптического контроля качества распыливания топлива по оптической неоднородности топливной струи с использованием скоростной видеосъемки;

3. Методика и практические рекомендации по проведению контроля;

4. Результаты экспериментального исследования поведения оптической неоднородности и влияния различных факторов на качество распыливания топлива;

5. Наличие корреляционной взаимосвязи между оптической неоднородностью топливной струи и скоростью тепловыделения двигателя.

Теоретическая значимость работы. Предложенный алгоритм устранения динамического изменения яркости кадров видео с использованием искусственной нейронной сети позволяет разрабатывать алгоритмы по снижению динамического изменения яркости в исследованиях любых быстропротекающих процессов, основанных на пороговой обработке изображений.

Практическая значимость работы:

1. Усовершенствованный метод может быть применен на стадии опытно-доводческих работ распылителей дизельных форсунок, систем питания дизелей, топливной аппаратуры, при исследованиях распыливания различных видов топ-лив и в других случаях, требующих проведения контроля качества распыливания топлива;

2. Разработанное средство в виде программно-аппаратного комплекса позволяет автоматизировать процесс контроля качества распыливания топлива в динамике по значению оптической неоднородности топливной струи, а также находить корреляцию между оптической неоднородностью топливной струи и скоростью тепловыделения двигателя, что может быть использовано в исследованиях работы топливной аппаратуры.

3. На основе проведенных экспериментальных и теоретических исследований предложена методика и практические рекомендации по проведению контроля качества распыливания топлива.

Реализация и внедрение результатов работы. Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ-Сибирь № 11-08-98028 по теме «Разработка и исследование

альтернативной системы питания многотопливного дизеля» на 2011 г., ГК № 4-11ф от 02.06.2011 и договор № НК 11-08-98028 от 27.05.2011 (государственный регистрационный № 01201170294); гранта РФФИ-Сибирь № НК 13-08-98044 по теме «Исследование процессов смесеобразования и сгорания в дизелях с целью повышения эффективности и снижения токсичности при использовании биотоп-лив» на 2013-2014 гг., ГК № 35-13ф от 02.07.2013 и договор № НК 13-08-98044X13 от 31.07.2013 (государственный регистрационный № 01201367697). Оборудование для работы было приобретено в рамках гранта РФФИ № 11-0805031 по теме «Развитие материально-технической базы для проведения исследований по области знаний 08 (инженерные науки)» на 2011 г.

Разработанное средство контроля используется в ООО «Алтайский завод прецизионных изделий», а также в научно-образовательном центре «Теплофизи-ческих, химических и экологических проблем в энергетике» при АлтГТУ - аспирантами и докторантами в диссертационных работах.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись на:

- XII Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, 2011 г.);

- Международной заочной научной конференции «Технические науки: теория и практика» (г. Чита, 2012 г.);

- XI Международной заочной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (г. Новосибирск, 2012 г.);

- XVII Международном конгрессе двигателестроителей (г. Харьков - Рыбачье - Украина, 2012 г.);

- VII Всероссийской научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» (г. Барнаул, 2012 г.);

- IV Всероссийской научно-практической конференции «Информационно-измерительная техника и технологии» (г. Томск, 2013 г.) с награждением дипломом II степени.

Личный вклад автора. Автор проводил анализ научно-технической литературы по существующим методам контроля распыливания топлива. Принимал непосредственное участие в разработке метода и средства оптического контроля качества распыливания топлива, в подготовке и проведении лабораторных экспериментов, в обработке и анализе полученных результатов. Автор принимал активное участие в трех научных проектах, финансируемых грантами РФФИ.

Публикации. Соискатель является автором и соавтором свыше 30 научных работ, из них по теме диссертации - 18, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК России и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Общий объем публикаций по теме диссертации составляет свыше 10 п.л.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка используемой литературы, списка иллюстративного материала и приложений. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, 14 таблиц, 37 формул. Список используемой литературы включает 120 наименований. Рукопись диссертации оформлена в соответствии с ГОСТ Р 7.0.11-2011.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы контроля качества распыливания топлива дизельной форсункой. Представлена классификация методов исследования распыливания топлива. Приведен патентный обзор, примеры экспериментальных установок. Выбрано и обосновано направление диссертационных исследований.

Во второй главе представлены теоретические основы разрабатываемого оптического метода контроля качества распыливания топлива. Показано теоретическое представление о прохождении света через дисперсную среду, коей является топливная струя. Показаны теоретические проблемы разрабатываемого метода и пути их решения.

В третьей главе описана реализация средства контроля качества распиливания топлива на основе усовершенствованного метода. Средство включает в себя экспериментальный стенд, собранный из приобретенных приборов и устройств, а также пакет разработанного программного обеспечения. Последнее включает в себя программное обеспечение по раскадровке видеоизображений топливных струй и программное обеспечение по обработке и анализу изображений топливных струй.

Четвертая глава посвящена апробации разработанного средства контроля качества распыливания топлива. Описаны результаты экспериментальных исследований контроля качества распыливания топлива в зависимости от различных факторов, с использованием разработанного средства контроля. Также представлен корреляционный анализ результатов экспериментов контроля качества распыливания с результатами экспериментов контроля важнейшего показателя двигателя - скорости тепловыделения.

В заключении представлены итоги диссертационного исследования и перспективы дальнейшей разработки темы.

В приложениях приведены основные характеристики скоростной видеокамеры, краткая схема структуры разработанного программного обеспечения, а также прилагаются документы, подтверждающие использование результатов диссертационной работы.

Глава 1. Современное состояние проблемы контроля качества распыливания топлива дизельной форсункой

1.1 Приборы и методы контроля качества распыливания топлива

дизельной форсункой

Существующие методы исследования распыливания топлива можно разделить на расчетные и расчетно-экспериментальные. Расчетные методы предполагают исследования на расчетных моделях, полученных учеными теоретически или экспериментально. Расчетно-экспериментальные методы предполагают проведение экспериментов с последующей обработкой результатов измерений и проведением расчетов.

1.1.1 Расчетные методы исследования

В работе автора [61] на основании источников [79, с. 290-326], [9, с. 13-16, с. 39-42, с. 71-118], [48; 49; 52, с. 108; 53 - 55; 56, с. 102; 57; 58; 65; 86; 101; 107; 114; 120] приводится обзор расчетных методов контроля качества распыливания топлива дизельной форсункой (моделей впрыска и распыливания), а также анализ на основе выбранных моделей факторов, влияющих на качество распыливания.

Основными параметрами, описывающими импульсный дисперсный поток частиц (капель) распыливаемой жидкости (в том числе топливной), являются: средний размер частиц (или, мелкость распыливания), их однородность (или, распределение частиц по размерам) и равномерность распределения капель по

объему струи (объему камеры сгорания), скорость и направление движения частиц, температура частиц и другие. Качество распыливания определяют мелкостью, однородностью распыливания, равномерностью распределения капель топлива в объеме струи [86, с. 23; 107, с. 143]. При визуальном наблюдении распиливаемое топливо должно быть туманообразным, без сплошных струек и легко различимых местных сгущений [13]. Также важным элементом являются геометрические параметры струи: угол раскрытия струи (или, угол конусности струи), длина струи (или, дальнобойность), ширина переднего фронта струи (например, [107, с. 143]), объем струи, площадь сечения струи. Все показатели струи обобщенно делят на группы: скоростные, дисперсные и геометрические.

Обозначенные выше параметры являются выходными, которые зависят от целого ряда входных. Прежде всего, таких как: давление впрыска топлива, показатель вязкости топлива, диаметр соплового отверстия, кавитация в сопловом канале, геометрия проточной части корпуса распылителя и другие [48, 65, 107].

В [61] среди рассмотренных расчетных моделей отмечены модель Лышев-ского A.C. (1.1) определения мелкости распыливания и модель Кутового В.А. (1.2)-(1.9) определения мелкости и однородности распыливания.

Модель Лышевского [9, 52, 55, 56; 101, с. 63-65]:

d

АЧЧ

-0,266

> 0,0733

СТ.,

Jbi

(1.1)

V

т У

где с1к - средний (арифметический, поверхностный, объемный, по Заутеру) диаметр капель, м;

с!с - диаметр соплового отверстия, м;

рв, рт— плотность воздуха и топлива, кг/м3;

ос - скорость движения струи топлива из сопла, м/с;

рт - коэффициент динамической вязкости топлива, Па-с или Н-с/м ;

<Ут - коэффициент поверхностного натяжения топлива, Н/м;

Еш - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции форсунки и

способа осреднения размеров капель. Лышевский принимает его равным 3,01 [52, 56] или 3,02 [52].

В данной модели геометрия распылителя учитывается не детально, не раскрывается значение Ет, не раскрывается зависимость скорости движения струи топлива от давления впрыска.

Первую скобку формулы (1.1) называют критерием (числом) Вебера и обозначают \¥е [9, 79]. Но часть исследователей (напр., [49, 86]) в критерии Вебера вместо плотности воздуха рв вводят плотность топлива рт. Критические значения числа Вебера, определяющие зону перехода от устойчивого состояния капли к ее распаду, лежат в широких пределах 10,7-н20 [79, с. 296].

Модель Кутового определения мелкости распыливания [48, с. 49-52]:

Зпт = '

а. "Рср \ 71 0,25 (О 0,125

с1с+3ё2 ,2Р| __ 50 ; Iе1. J V

1-

с„-РоЛ

2Д

1 У

(1.2)

= 2

V 6(^2 у

' ¿с ^

3Рср+"ГР1

1 +

г 1 \

0,05

>0,5

1 +

Л, - А)

зл у

(1.3)

1 +

Г А

чзас +а2У

0,5

1 +

Рср '

4,5р

, \ 0,-5

1 +

V

3 Р

1 /

ч2Р. У; Я, =0,5-5,;

(1.4)

(1.5)

с!.. =<1,

' с! л '

1 + ^-

Ч

+ 2

2р,

V /

Рср +

7Т А

Г Л0,125 '■с

4<*су

Г \0'15

V

(1.6)

¿т,п й, с1шах е, =Я. -100%, (1-7)

где с>тт — безразмерный критерий мелкости распиливания, соответствующий диаметру ёт|П;

с>тах - безразмерный критерий мелкости распиливания, соответствующий диаметру с1тах;

с), - безразмерный критерий мелкости распыливания, соответствующий диаметру с1,;

с1тш - минимальный диаметр капель, мкм; с1тах — максимальный диаметр капель, мкм;

с1, - диаметр капель в конце первого участка суммарной кривой распыливания, мкм;

с1м - медианный диаметр капель, мкм; с1с - диаметр соплового отверстия, мм; /с - длина соплового канала, мм;

ръ - плотность воздуха или газообразной среды, в которую распылива-ется топливо, кг/м ;

рср - среднее давление впрыска, МПа; V - кинематическая вязкость топлива, мм /с;

Я, - относительный объем капель, соответствующий диаметру (I,;

- объем капель, соответствующий диаметру с!,, %; остальные параметры - константы:

с12 = 0,30 мм; с!0 = 16,5 мкм; р, =15,0 МПа; рх = 60 кг/м3; р0 = 1,2 кг/м3; = 5,23 мм2/с; л- = 3,14.

Модель учитывает все важные факторы, влияющие на качество распылива-ния. Но конструкция распылителя учитывается только диаметром соплового отверстия и соотношением длины соплового канала к его диаметру.

По величинам <Зтах, ётт и ё] можно определить неоднородность распыли-вания, как для всей суммарной кривой распыливания, так и для отдельных ее участков. Неоднородность распыливания для всей суммарной кривой:

Я =

2(а - а )

V тах шш / ^тах ^111111

(1.8)

Неоднородность распыливания для первого и второго участков суммарной кривой распыливания соответственно:

Н = 2Ч "Чти) иН 2(<*тах -<*))

<*тах + ¿1

(1.9)

Чем ближе Н к нулю, тем однороднее распыливание, и наоборот [48, с. 42-

43].

Л,*-2

__ 1. „_____ ____^__ 1 1 !______________'...... !_1

50 ! ЧЮ

§

(1) !

__Хе ~ ¿.т.т _ _ ..... ^

Рисунок 1.1- Суммарная кривая распыливания (а - экспериментальная, б - линеаризованная)

На рисунке 1.1 [48, с. 43] продемонстрирована суммарная кривая распиливания, она состоит из двух участков. Первый участок (начальный) с крутым подъемом кривой, второй участок (конечный) - плавный. Граница между первым и вторым участками определяется координатами середины суммарной кривой распыливания от крутого подъема к пологой части, т.е. величинами Qi и dj. Конец второго участка суммарной кривой имеет координаты dmax при Qmax = 100 %. Медианный диаметр dM отсчитывают по абсциссе суммарной кривой, соответствующей ординате QM = 50 % [48, с. 41-42].

По обеим моделям были произведены расчеты на ЭВМ средствами MathCAD. В модели Кутового (1.2)—(1.7) были приняты следующие значения и особенности: dc=0,35 мм; /с =2,33 мм; ръ=Ъ0 кг/м3; v=4 мм2/с; максимальное давление впрыска ртах=60 МПа; рср = 0,6-ртах [48, с. 51]; л-=3,1416; остальные значения (константы) были приведены выше. Назовем совокупность указанных значений исходными данными. Средний диаметр капель dcp рассчитывался как:

dcp=dmm ^dmax . (1.10)

При исходных данных получились результаты: dmirr=7,679 мкм; dM=31,335 мкм; d]=49,009 мкм; dmax=172,838 мкм; Qi=78,2 %; dcp=90,258 мкм; Н=1,83. Суммарная кривая распыливания по исходным данным приведена на следующем рисунке.

(d^.100%)

04. Qi)

/(dH,30%)

/(<W 0%)

О 50 100 150 ¿к,МКМ

Рисунок 1.2 - Суммарная кривая распыливания по исходным данным

В дальнейшем на модели Кутового проводилось исследование на предмет влияния отдельных факторов на качество распыливания следующим образом. Изменялся один из факторов в определенном диапазоне значений, остальные факторы оставались равными исходным данным. Результаты вычислений приведены в следующих таблицах.

Таблица 1.1- Качество распыливания в зависимости от ртах, с!с, 1С / с!с

Ртах, МПа [107, с. 147] ¿ср, мкм Н с1с, мм [48, с. 47; 86, с. 25; 107,с. 147] ¿ср, мкм Н /с/ас (с1с=0,35 мм) [48, с. 47; 54, с. 110] ¿ср, мкм Н

10 186,536 1,854 0,15 70,49 1,808 1,5 84,761 1,847

20 138,962 1,844 0,20 75,918 1,816 2 85,813 1,844

30 116,842 1,838 0,25 81,087 1,822 2,5 86,633 1,841

40 104,124 1,835 0,30 85,883 1,826 3 87,305 1,839

50 95,929 1,832 0,35 90,258 1,830 3,5 87.874 88,368 1,838 1.836"

60 90,258 1,830 0,40 94,189 1,833 4

70 86,142 1,828 0,45 97,66 1,835 4,5 88,804 1,835

80 83,048 1,827 0,50 100,665 1,837 5 89,195 1,833

90 80,663 1,826 0,55 103,197 1,838 5,5 89,549 1,832

100 78,789 1,825 0,60 105,252 1,838 6 89,872 1,831

110 77,293" 1,824 0,65 106,827 1,838 6,5 90,17 1,830

120 76,087 1,823 0,70 107,919 1,838 7 90,445 1,829

130 75,105 1,822 0,75 108,526 1,836 7,5 90,702 1,828

140 74,302 1,822 0,80 108,644 1,835 8 90,942 1,828

150 73,642 1,821 0,85 108,273 1,832 8,5 91,168 1,827

0,90 107,408 1,829 9 91,381 1,826

0,95 106,048 1,826 9,5 91,582 1,825

1,00 104,191 1,821 10 91,773 1,825

10,5 91,955 1,824

11 92,128 1,824

11,5 92,294 1,823

12 92,453 1,823

Таблица 1.2- Качество распыливания в зависимости от у и рх

2 V , мм /с _ с1Ср, мкм 73,3 13 Н Г,830Г рв, кг/м3 Г с1ср, мкм 85,254 Н ~ 1.763

4 90,258 1,830 3 85,614 1,768

7 98,162 1,830 5 85,972 1,772

10 103,557 1,830 7 86,328 1,777

13 107,714 1,830 9 86,682 1,782

16 111,121 1,830 11 87,033 1,787

19 114,023 1,830 13 87,381 1,791

22 116,558 1,830 15 87,728 1,796

25 118,815 1,830 17 88,072 1,801

28 120,852 1,830 19 88,414 1,805

31 122,711 1,830 21 88,754 1,810

34 124,423 1,830 23 89,092 1.814

37 126,011 1,830 25 89,428 1,819

40 127,493 1,830 27 89,762 1,823

64 136,806 1,830 35 91,077 1,841

67 137,749 138,658 1,830 37 91,400 1,845

70 1,830 39 91,722 1,849

73 139,533 1,830 41 92,042 1,853

76 140,379 1,830 43 92,361 1,857

79 141,196 1,830 45 92,677 1,862

82 141,988 1,830 47 92,992 1,866

85 142,755 1,830 49 93,305 1,870

Графики по таблицам 1.1 и 1.2 приведены на рисунке 1.3.

аСр,

мкм 160 140 120 100 80 60 ЗД 20 Н 0

4

\

\

V

»ср,

МКМ

91 90 89 88 87 86 85 84

50

100 Ртах-МП а с1

иср,

мкм 100

80

ео

40 20 о

г

1 /

/

/

/

/

•

ср.

мкм

120 100 80 60 40 20 0

10

¿ср, мкм'

92 •

80 ■

0,2 0.4 0,6

0,8

1

* * *

/

20

40

60

80 9 ММ "/С

84

10

Ж

« РЕ, кг/м3

Рисунок 1.3 - Качество распыливания в зависимости от различных факторов по модели Кутового

По модели Кутового можно сделать следующие выводы:

1) При увеличении давления впрыска значительно уменьшаются средний диаметр капель и показатель однородности, т.е. качество распыливания значительно улучшается. Причем, при увеличении давления до 90 МПа качество распыливания улучшается весьма значительно, свыше 90 МПа - динамика улучшения качества не столь значительна.

2) При увеличении диаметра соплового отверстия наблюдается в основном тенденция значительного увеличения среднего диаметра капель и показателя однородности, т.е. качество распыливания ухудшается.

3) При увеличении соотношения длины соплового канала к его диаметру наблюдается незначительное увеличение среднего диаметра капель, но уменьшение показателя однородности, т.е. по показателю среднего диаметра капель качество распыливания ухудшается, а по показателю однородности - улучшается.

4) При увеличении кинематической вязкости топлива значительно увеличивается средний диаметр капель, а показатель однородности не изменяется, т.е. по показателю среднего диаметра капель качество распыливания значительно ухудшается, а по показателю однородности - не изменяется. Причем, при увеличении вязкости до порядка 20 мм /с качество распыливания ухудшается весьма значительно, свыше 20 мм /с - динамика ухудшения качества не столь значительна.

5) При увеличении плотности воздуха в камере сгорания наблюдается незначительное увеличение среднего диаметра капель и значительное увеличение показателя однородности, т.е. качество распыливания ухудшается.

В модели Лышевского (1.1) были приняты следующие значения: сги =30,8-10"3 Н/м; рв=30 кг/м3; рт=800 кг/м3; ис=300 м/с; //т =3,2• 10"3 Па с; с!с=0,35 мм; Ет=3,01. Назовем совокупность указанных значений исходными данными. При исходных данных средний диаметр капель с1к получился равным 41,181 мкм.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маецкий, Александр Владимирович, 2014 год

Список литературы

1. Анисимов, Б.В. Распознавание и цифровая обработка изображений / Б.В. Анисимов, В.Д. Курганов, В.К. Злобин. - М.: 1983. - 243 с.

2. Архангельский, А .Я. Object Pascal в Delphi / А.Я. Архангельский. - М.: БИНОМ, 2002. - 384 с.

3. Барский, А.Б. Логические нейронные сети: методика построения и некоторые применения / А.Б. Барский // Приложение к журналу «Информационные технологии». - 2006. - № 8. - 32 с.

4. Барский, А.Б. Нейронные сети и искусственный интеллект / А.Б. Барский // Приложение к журналу «Информационные технологии». - 2003. - № 1. - 32 с.

5. Басевич, В.Я. Фотометрическая методика измерения числа и размеров

капель распыленного топлива в потоке / В.Я. Басевич // Приборы и техника экс, >\ ч

перимента.- 1957.-N6.-С. 15-18.

6. Блейхут, Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов / Р. Блей-хут. - М.: Мир, 1989. - 447 с.

7. Ван де Хюлст, Г. Рассеяние света малыми частицами : пер. с англ. Т.В. Водопьяновой; под ред. В.В. Соболева / Г. ван де Хюлст. - М.: ИЛ, 1961. - 536 с.

8. Вержбицкий, В.М. Основы численных методов : учебное пособие / В.М.

! . ! i ч ' I

Вержбицкий. - М.: Высшая школа, 2002. - 840 с.

9. Витман, Л.А. Распыливание жидкости форсунками / Л.А. Витман, Б.Д. Кацнельсон, И.И. Палеев. - М.: Госэнергоиздат, 1962. - С. 13-16, 39-42, 71-118, 248-249.

10. Гаврилов, В.В. Моделирование процесса распада топливной струи в дизеле /В.В. Гаврилов // Известия Томского политехнического университета. -Томск, 2003. № 4 - С. 69-72.

11. Гейнеман, A.A. Формирование структуры и эксплуатационных свойств пористых металлокерамических материалов на основе окалины легированных сталей / A.A. Гейнеман, O.A. Лебедева, A.B. Маецкий, Н.П. Тубалов // Повышение экологической безопасности автотракторной техники. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. - С. 77-87.

12. Гольцев, А.Д. Текстурная сегментация изображений с помощью нейро-подобной сети / А.Д. Гольцев // Нейроподобные сети и нейрокомпьютеры (сб. науч. трудов). -Киев: Изд-во АН УССР, 1991. - С. 36-43.

13. ГОСТ 10579-88. Форсунки дизелей. Общие технические условия. -

1

Введ. 1990-01-01. -М.: ИГПС Издательство стандартов, 2004. - 8 с.

< ! 1 1 ¡a vj.'ilüi

14. ГОСТ 15888-90 «Аппаратура дизелей топливная. Термины и определения». - Введ. 1992-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1990. - 14 с.

15. ГОСТ 23479-79. Контроль неразрушающий. Методы оптического вида. Общие требования. - Введ. 1980-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1980.- 12 с.

16. ГОСТ 24521-80. Контроль неразрушающий оптический. Термины и определения. -Введ. 1982-01-01. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1982. - 9 с.

17. Грузман, И.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах : учебное пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук, В.П. Косых и др. - Но-

< I

восибирск: Изд-во НГТУ, 2000. - 168 с.

18. Гуревич, М.М. Фотометрия. Теория, методы и приборы / М.М. Гуревич.

1 -1 IV».

- 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоатомиздат, 1983. - 272 с.

19. Дейрменджан, Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами : пер. с англ. О.И. Смоктия; под ред. К.Я. Кондратьева / Д. Дейрменджан. - М.: Мир, 1971. - 168 с.

t> и . , , , ' ......1Ы"

20. Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов.

- М.: Энергия, 1968. - 424 е.: ил.

с

21. Дубнищев, Ю.Н. Лазерные доплеровские измерительные технологии / Ю.Н. Дубнищев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 416 с.

22. Дудкин, В.И. Лазерно-телевизионная система контроля параметров факела дизельных форсунок / В.И. Дудкин, O.A. Журавлев, Л.Н. Мединская // Тезисы докладов I Всесоюзной конференции «Оптические методы исследования потоков». - 1991.-С. 97-98.

23. Еськов, A.B. Задачи и методы обработки изображений топливных струй / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Материалы XII Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, 30 сентября 2011 г.). - Новочеркасск: ЛИК, 2012. -С. 11-15.

24. Еськов, A.B. Исследование процессов смесеобразования в дизеле с применением оптического контроля качества распыливания топлива / A.B. Еськов, С.П. Кулманаков, A.M. Сагалаков, A.B. Маецкий, И.И. Кирюшин // Вестник алтайской науки. - 2014. -№ 1.-С. 287-291.

25. Еськов, A.B. Исследование связи структуры топливной струи и скорости тепловыделения с использованием комплекса оптического контроля качества распыливания / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» (г. Барнаул, 23 ноября 2012 г.) // Ползуновский альманах. - 2012. - № 2. - С. 43-44.

26. Еськов, A.B. Оптический метод исследования процесса распыливания рапсового и дизельного топлива / A.B. Еськов, A.B. Маецкий, A.M. Сагалаков // Датчики и системы. -2013. -№ 5. - С. 21-24.

27. Еськов, A.B. Оценка топливных струй на программно-техническом комплексе оптического контроля качества распыливания / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Материалы XVII Международного конгресса двигателестроителей (г. Харьков, 14-19 сентября 2012 г.) // Двигатели внутреннего сгорания. - 2012. - № 2. - С. 13-17.

28. Еськов, A.B. Приборы и методы оптического контроля параметров импульсных дисперсных потоков : дис. ... докт. техн. Наук / A.B. Еськов. - Барнаул. - 2007. - 344 с.

29. Еськов, A.B. Приборы и методы оптического контроля параметров распыления топлива дизельными форсунками : монография / A.B. Еськов. - Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2007. - 90 с.

30. Еськов, A.B. Средство оптического контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Контроль. Диагностика. - 2013. - № 3. - С. 71-74.

'■Г

31. Еськов, A.B. Стенд оптического контроля качества распыливания топлива на базе скоростной видеокамеры / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Научная перспектива.-2014.-№ 1.-С. 101-102.

32. Еськов, A.B. Стенд скоростной видеорегистрац,ии характеристик струй распыленных жидких топлив / A.B. Еськов, С.И. Гибельгауз, A.A. Тятюхин // Известия АГУ. - 2011. - № 3. - Т. 1/2. - С. 145-148.

33. Еськов, A.B. Экспериментальные исследования распыливания биотоп-лив под различным давлением впрыска с использованием средства оптического контроля качества распыливания / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Ползуновский вестник. - 2013. - № 4/3. - С. 76-80.

34. Еськов, A.B. Экспериментальные результаты оптического контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки / A.B. Еськов, A.B. Маецкий, C.B. Яковлев // Материалы XI Международной заочной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (г. Новосибирск, 25 июня 2012 г.). - Новосибирск: Изд-во «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. - С. 91-96.

35. Еськов, A.B. Экспериментальный оптический стенд для исследования

'.'t'-îK

процесса распыливания дизтоплива и рапсового масла / A.B. Еськов, A.M. Сагалаков, A.B. Маецкий // Вестник алтайской науки. - 2012. - № 1. - С. 131-134.

Vi ,'",■<./'

36. Еськов, A.B. Экспериментальный стенд и пакет программ для оптического контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки / A.B. Еськов, A.B. Маецкий // Ползуновский вестник. - 2012. - № 3/1.-С. 75-79.

37. Измерительная машина Contura G2 от Карл Цейс // ОПТЭК [Электронный ресурс]: [сайт] / ООО ОПТЭК. Электрон, дан. - М., 2011. - Режим доступа: http://optec.zeiss.ru/prom/?n=23415973. -Загл. с экрана.

38. Каллан, Р. Основные концепции нейронных сетей : Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 288 е.: ил.

'«VI пр.

39. Калужин, С.А. К вопросу опытного исследования структуры дизельного топливного факела методом целевой фоторазвертки [Текст] / С.А. Калужин, С.А. Романов, Ю.Б. Свиридов // Труды ЦНИТА. - Л.: 1979. - Вып. 74. - С. 3-8.

40. Камера скоростной видеосъемки «ВидеоСпринт» // Видеоскан [Электронный ресурс]: [сайт] / ЗАО НПК «ВидеоСкан». Электрон, дан. - М., 2012. -Режим доступа: http://videoscan.ru/page/731. - Загл. с экрана.

Н\1 I..I 111

41. Камера скоростной видеосъемки «Photron FASTCAM SA-1» // Седатэк [Электронный ресурс]: [сайт] / ООО «Седатэк». Электрон, дан. - М., 2011. - Режим доступа: http://www.sedatec.ru/products/hsi/625972/625975/. - Загл. с экрана.

" I Ч С'Г

42. Камера скоростной видеосъемки «Photron FASTCAM SA-4» // Седатэк [Электронный ресурс]: [сайт] / ООО «Седатэк». Электрон, дан. - М., 2011. - Режим доступа: http://www.sedatec.ru/products/hsi/625972/863884/. - Загл. с экрана.

43. Камера скоростной видеосъемки «Photron FASTCAM SA-5» // Седатэк

ОС ! рОН

[Электронный ресурс]: [сайт] / ООО «Седатэк». Электрон, дан. - М., 2011. - Режим доступа: http://www.sedatec.ru/products/hsi/625972/863816/. - Загл. с экрана.

• I

44. Камера скоростной видеосъемки «Photron FASTCAM ultima APX-RS» //

Седатэк [Электронный ресурс]: [сайт] / ООО «Седатэк». Электрон, дан. - М.,

. 1. , , \ г ,»259 / J, .

2011. - Режим доступа: http://www.sedatec.ru/products/hsi/625972/625976/. - Загл. с

Л! '

экрана.

' Ь ч « > ' ' '1 / 1 <{ I > Э'КЧ-Л • н " '

........ ; t

45. Карачинов, В.А. Телевизионные методы диагностики форсунок / В.А. Карачинов, C.B. Ильин, С.Б. Торицин, Д.В. Карачинов // Вестник новгородского государственного университета. - 2004. - № 26. - С. 155-160.

46. Климова, JI.M. Delphi 7. Основы программирования. Решение типовых задач : самоучитель / JI.M. Климова. - 2-е изд., доп. - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2005. -480 с.

47. Круглов, В.В. Искусственные нейронные сети: теория и практика / В.В. Круглов, В.В. Борисов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 382 с.

48. Кутовой, В.А. Впрыск топлива в дизелях / В.А. Кутовой. - М.: Машиностроение, 1981. -120 с.

49. Кухарев, М.Н. Исследование распыливания топлива применительно к быстроходным дизелям / М.Н. Кухарев // Исследование распыливания и горения дизельного топлива. НАМИ. - 1959. - Вып. 87. - С. 3-56.

50. Лазерное устройство контроля качества распыливания жидкости форсунками : пат. 2329486 Российская Федерация : МПК 6 G 01 N 21/53 / A.B. Гри-шанов, В.Н. Гришанов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева». - №

\ \ и

2006132214/28; заявл. 07.09.2006; опубл. 20.07.2008, Бюл. № 20. - 7 с.

I

51. Лопухова, Н.Г. Основы создания Web-страниц : методическое пособие / Н.Г. Лопухова, В.М. Лопухов, Ю.А. Крицкая. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. -64 с.

)

52. Лышевский, A.C. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками давления / A.C. Лышевский. - Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1961. -С. 108, 157. (всего 186 с).

53. Лышевский, A.C. Изменение давления топлива в плунжерном аккумуляторе насоса высокого давления в период впрыска / A.C. Лышевский, В.И. Кравченко // Рабочие процессы топливных систем дизелей. - 1973. - С. 3-25.

54. Лышевский, A.C. Питание дизелей : учебное пособие / A.C. Лышевский. - Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1974. - 470 с.

55. Лышевский, A.C. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками / A.C. Лышевский. -М.: МАШГИЗ, 1963. - 180 с.

56. Лышевский, A.C. Распыливание топлива в судовых дизелях / A.C. Лышевский. - Л.: Судостроение, 1971. - 248 с.

57. Лышевский, A.C. Системы питания дизелей : учебное пособие / A.C. Лышевский. - М.: Машиностроение, 1981. - С. 24-37.

58. Лышевский, A.C. Тонкость распыливания жидкого топлива обычными форсунками / A.C. Лышевский // Теплоэнергетика. - 1956. - № 10.

59. Маецкий, A.B. Новое видение процесса распыливания жидкого топли-

1 и пь

вав дизеле / A.B. Маецкий //Молодой ученый. -2010. - № 12. - Т. 1. - С. 31-32.

60. Маецкий, A.B. Обзор приборов и методов исследования качества распыливания топлива дизельной форсункой / A.B. Маецкий, A.A. Гребеньков // Молодой ученый. - 2011. - № 10. - Т. 1. - С. 48-54.

j ■ 1

61. Маецкий, A.B. Обзор расчетных методов исследования качества распыливания топлива дизельной форсункой и анализ факторов, влияющих на каче-

»> ' 11 >' /К '

ство распыливания / A.B. Маецкий // Молодой ученый. - 2012. - № 3. - Т. 1. - С. 61-70.

! ' Ы 1

62. Маецкий, A.B. Обработка изображений топливных струй с применени-

., \ I

ем алгоритма искусственной нейронной сети / A.B. Маецкий, A.B. Еськов // Ма-

, V > J 1

териалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Информационно-измерительная техника и технологии» (г. Томск, 15-17 мая 2013 г.). - Томск: Изд-во ТПУ, 2013.-С. 74-77.

Ol ЬЧЧ01

63. Маецкий, A.B. Программное обеспечение оптического комплекса исследования и контроля качества струи распыленного топлива / A.B. Маецкий //

г

Материалы Международной заочной научной конференции «Технические науки:

(> 1 и- . • i I nlKllbiX •.

t

, , i-ouij

теория и практика» (апрель 2012). - Чита: Изд-во «Молодой ученый», 2012. - С. 16-19.

64. Маецкий, A.B. Экспериментальные результаты оптического контроля качества распыливания топлива при изменении способа топливоподачи и диаметра сопла распылителя / A.B. Маецкий // Молодой ученый. - 2013. - № 11. - Ч. 1.-С. 133-138.

65. Марков, В.А. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях / В.А. Марков, С.Н. Девянин, В.И. Мальчук. - М.: Изд-во МГТУ, 2007. - 360 с.

66. Марков, В.А. Рапсовое масло как альтернативное топливо для дизеля / В.А. Марков, А.И. Гайворонский, С.Н. Девянин, Е.Г. Пономарев // Автомобильная промышленность. - 2006. - № 2.

67. Матиевский, Д.Д. Рабочие процессы в ДВС: учебное пособие / Д.Д. Ма-тиевский. - Барнаул: АлтПИ, 1983. - 84 с.

68. Методы компьютерной обработки изображений / под ред. В.А. Сойфе-ра. - М.: Физматлит, 2001. - 784 с.

69. Мобильные координатно-измерительные машины FARO // ТеСИС

> i ■ м [ »

[Электронный ресурс]: [сайт] / ООО ТеСИС. Электрон, дан. - М., 2011. - Режим доступа: http://www.tesis.com.ru/equip/kimfaro. - Загл. с экрана.

i . ¡О!

70. Ненашев, А.Л. Метод оптического контроля количества хлебобулочных изделий на конвейерных линиях в условиях нестационарной освещенности : дис. ... канд. техн. наук / А.Л. Ненашев. - Барнаул. - 2011. - 132 с.

71. Новиков, Л.А. Анализ потенциала модернизации дизелей семейства ЧН 21/21 для достижения действующих норм вредных выбросов / Л.А. Новиков // Двигателестроение. - 2011. -№ 4. - С. 31-38.

72. Оптическая обработка информации / под ред. Д. Кейсесента. - М.: Мир, 1980.-350 с.

73. Оптический способ определения качества распыливания жидкости рас-

\о 'HS чес.

пылителем : пат. 2347626 Российская Федерация : МПК 7 В 05 В 12/08 / В.В. Ев-

■ч > 1 !

\

стигнеев, A.B. Еськов, Е.А. Зрюмов, А.П. Потапов, С.П. Пронин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ). -№ 2007134776/12; заявл. 18.09.2007; опубл. 27.02.2009, Бюл. №6.-8 с.

74. Орлов, B.JI. Основы физики дисперсных материалов : учебное пособие / B.J1. Орлов, Ю.Б. Кирста, A.B. Еськов, A.B. Орлов. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2005.-98 с.

75. Остренко, С.А. Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика / С.А. Остренко. - М.: Инфра-М, 1995.

' 1 -.JO

76. Павлидис, Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений / Т. Павлидис. - М.: Мир, 1975.-396 с.

77. Пауков, Д. Прогнозирование с помощью искусственных нейронных сетей [Электронный ресурс]: [сайт] / Д. Пауков. Электрон, дан. - 2006. - Режим

!4 4i Ч)П

доступа: http://masters.donntu.edu.ua/2006/kita/kiryan/library/art06.htm. - Загл. с экрана.

78. Письменный, Д.Т. Конспект лекций по высшей математике. 2 часть. - 2-е изд., испр. - М.: Айрис-пресс, 2002. - 256 е.: ил.

79. Подача и распыливание топлива в дизелях / под ред. проф. И.В. Астахова. -М.: Машиностроение, 1972. - 360 с.

80. Подгаецкий, В.М. Биодизель - альтернативное топливо для дизелей /

В.М. Подгаецкий, Т.Н. Смирнова // Двигатель. - 2007. - № 2.

......он

81. Потапов, А.П. Метод и средство контроля качества распылителя жидкости по изменению контраста изображения тест-объекта : дис. ... канд. техн. наук / А.П. Потапов. - Барнаул. - 2010. - 118 с.

82. Потапов, В.И. Модели и задачи оценки надежности нейронной системы

при обучении и переобучении нейронной сети после отказов / В.И. Потапов //

о I ред.

Информационные технологии. - 2011. - № 11. - С. 59-64.

н

MCCIBU }

83. Программа для обработки изображений топливных струй и расчета площадей оптических неоднородностей: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / A.B. Маецкий, A.B. Еськов, С.И. Гибельгауз; заявитель и правообладатель Маецкий A.B. - № 2012616678; дата поступления 01.06.2012; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.07.2012.

84. Программа для раскадровки и обрезки кадров видеоизображений топливных струй: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / A.B. Еськов, A.B. Маецкий; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». -№ 2012615905; дата поступления 04.05.2012; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.06.2012.

85. Прэтт, Э. Цифровая обработка изображений. Часть 4 / Э. Прэтт. - М.:

>! 6Т/8

Мир, 1980.-380 с.

86. Разлейцев, В.Н. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях : монография / В.Н. Разлейцев. - Харьков: Вища школа, 1980. - С. 23-27.

87. Релей, Д.В. Теория звука / Д.В. Релей. - М.: ОГИЗ, 1944.

88. Ринкевичус, Б.С. Лазерная анемометрия / Б.С. Ринкевичус. - М.: Энер-

*I

гия, 1987.

п

89. Рождественский, В.В. Кавитация / В.В. Рождественский. - Л.: Судостроение, 1977. - 247 с.

I ......id'

90. Розенфелд, А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин / А. Розенфелд. - М.: Мир, 1972. - 285 с.

I .. ,ll! >vllU

91. Рудаков, П.И. Основы языка Pascal / П.И. Рудаков, М.А. Федотов. - 2-е

I

изд., испр. - М.: Радио и связь, 2000. - 208 с.

92. Свиридов, Ю.Б. О возможностях применения скоростной шлирен-

Г'с.ик

киносъемки при исследовании процессов смесеобразования и сгорания распыленных топлив [Текст] / Ю.Б. Свиридов, Е.В. Шатров, Г.М. Камфер // Труды ЦНИТА. - Л.: ЦНИТА, - 1963. Выпуск 18. - С. 13-22.

•и «г,,.,, . 1, образа*

ч

93. Свиридов, Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях / Ю.Б. Свиридов. - Д.: Машиностроение, 1972. - 224 с.

94. Семенков, О.И. Обработка и отображение информации в растровых графических системах / О.И. Семенков, C.B. Абламейко, В.И. Берейшик, В.В. Старовойтов. - Минск: Наука и техника, 1989. - 181 с.

95. Сизиков, B.C. Устойчивые методы обработки результатов измерений: учебное пособие / B.C. Сизиков. - Санкт-Петербург: Специальная Литература, 1999.-239 с.

96. Со, И.А. Использование данных о порогах цветоразличения для измерения цветовых различий / И.А. Со // Измерительная техника. - 2012. - № 2. - С. 21-24.

«• кК)р

97. Способ диагностирования электромеханических форсунок : пат. 2352807 Российская Федерация : МПК 7 F 02 M 51/06 / А.Н. Патрин, Ю.Н. Мер-

I

кушов, A.B. Алпатов, С.Е. Старчак; заявитель и патентообладатель Рязанский военный автомобильный институт им. генерала Армии В.П. Дубынина. - № 007136304/06; заявл. 01.10.2007; опубл. 20.04.2009, Бюл. №11. - 5 с.

98. Способ определения качества распыливания жидкости распылителем :

МТ 111-

пат. 2183509 Российская федерация : МПК 7 G 01 Р 5/18 / П.Ю. Гуляев, A.B. Есь-ков, В.В. Евстигнеев, И.Е. Карпов, В.И. Яковлев; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет, им. И.И. Пол-зунова» (АлтГТУ). - № 2001108025/12; заявл. 26.03.01; опубл. 20.06.02, Бюл. №

I v»v>

17(11 ч.).-3 с.

99. Способ определения угла начала впрыска топлива форсункой : пат. 2313689 Российская Федерация : МПК 6 F 02 M 65/00 / A.A. Кочуров, В.А. Глаголев, P.A. Грабарев, К.С. Красота, А.Н. Морозов; заявитель и патентообладатель

Рязанский военный автомобильный институт имени генерала армии В.П. Дубы!

нина. -№ 2006116443/06; заявл. 12.05.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. № 36. - 6 с.

W n k ч ! чпиверо

100. Стенд для испытания насос-форсунок и форсунок дизельных двигателей : пат. 2338921 Российская Федерация : МПК 7 G 01 М 15/04 / В.И. Черноива-нов, Р.Ю. Соловьев, A.B. Колчин, Б.Ш. Каргиев, Д.В. Доронин, В.А. Каргиев; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ). - № 2007113392/06; заявл. 11.04.2007; опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32.-11 с.

101. Трусов, В.И. Исследование влияния характеристики впрыска на тонкость распыливания форсунками закрытого типа / В.И. Трусов, J1.M. Ря-бикин // Автотракторные двигатели. - 1968. - С. 58-79.

■ Vi i5'

102. Уоссермен, Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика [Электронный ресурс]: [сайт] / Ф. Уоссермен. Электрон, дан. - Режим доступа: http.V/www.scintific.narod.ru/NNBooks/wasser.zip. - Загл. с экрана.

103. Устройство для испытания топливной форсунки на качество распыла

jN" .4-

топлива : пат. 2355908 Российская Федерация : МПК 7 F 02 М 65/00 / В.И. Чер-ноиванов, Р.Ю. Соловьев, Е.М. Филиппова, H.A. Петрищев, Г.Г. Емельянов, И.Б. Ивлева, A.A. Данков, Р.Т. Юсипов; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский техноло-

I' " ' и <

гический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ

! I

ГОСНИТИ). -№ 2007142061/06; заявл. 15.11.2007; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 14.

Г '' ' Л'\!|КЖ

-6 С.

104. Устройство для получения контрольного слепка проточной части корпуса распылителя форсунки дизеля : п. м. 15016 Российская Федерация : МПК В

' Г •')?,

21/00, F23 D11/24 / В.И. Дудкин, В.А. Герман; заявитель и патентообладатель

- 1

ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Пол-зунова». - № 2000106014/20; за-яв. 13.03.2000; опубл. 10.09.2000, Бюл. № 25.

105. Устройство для создания трехмерных моделей NextEngine Desktop 3D

: • \ ■ и. ■ ! • 1 1 о-тракта

Scanner // Новости Hi-Tech индустрии: [сайт] / iXBT. Электрон, дан. - М., 2011. -

Режим доступа: http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml705/48/65. - Загл. с экрана.

106. Хуанг, Т.С. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений / Т.С. Хуанг, Дж.-О. Эклунд, Г.Дж. Нуссбаумер и др. - М.: Радио и связь, 1984. -221 с.

107. Шароглазов, Б.А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов : учебник / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементьев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - С. 142-154.

108. Шифрин, К.С. Определение спектра частиц по индикатрисе рассеяния / К.С. Шифрин, Э.А. Чаянова // Изв. АН СССР; Сер. ФАО. 1966. - Т. 2, - № 2. - С. 149-163.

109. Шифрин, К.С. Рассеяние света в мутной среде. - М.: Гостехиздат, 1951.-288 с.

110. Элементарный учебник физики. Том 3 / под ред. акад. Г.С. Ландсберга. -М.: Наука, 1975.-640 с.

111. Яворский, Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. -3-е изд., испр. - М.: Наука, 1990. - 624 с.

112. Яковлев, С.В. Повышение экономичности и снижение вредных выбросов улучшением смесеобразования в дизеле с системой Common Rail : автореф. дис. ... канд. техн. наук / С.В. Яковлев. - Барнаул. - 2012. - 16 с.

113. Arcese, A. Image Detection Through Bipolar Correlation / A. Arcese, P.H.

i

Mengert, E.W. Trombini // IEEE Trans. Inf. Theory. - 1970. - № 5. - P. 534-541.

и

114. Giffenen, E. The effect of air density on spray atomization / E. Giff-enen, A.J. Lamb // The Motor Industry Research Ass. - 1953. - № 5.

115. Ketcham, D J. Real Time Image Enhancement Technique / D.J. Ketcham // Proceedings SPIE/OSA Conference on Image Processing, Pacific Grove, California. -

"■lii /¡CC

1976.-Vol. 74.-P. 120-125.

116. Prewitt, J.M.S. Object Enhancement and Extraction in: Picture Processing and Psychopictorics / J.M.S. Prewitt, B.S. Lipkin, A. Rosenfeld // Academic Press. -1970.-№3.-P. 75-150.

117. Roberts, L.G. Machine Perception of Three-Dimensional Solids, in: Optical and Electro-Optical Information Processing / L.G. Roberts // Tippett J. - 1965. - № 6.

118. Schreiber, W.F. Wirephoto Quality Improvement by Unsharp Masking / W.F. Schreiber // J. Pattern. Recognition. - 1970. - № 2.

119. Sklansky, J. Scanning Methods of Cutout Extraction / J. Sklansky, V. Gon-salez // Pattern Recognition. - 1980. - Vol. 12. - P. 327-331.

; ! s » • •

120. Tate, R.W. Atomization by centrifugal pressure nozzles / R.W. Tate, W.R. Marschall // Chem. Eng. Progress. - 1953. - № 4.

Список иллюстративного материала

Рисунки

Номер рисунка Название рисунка Страница

1.1 Суммарная кривая распыливания 16

1.2 Суммарная кривая распыливания по исходным данным 17

1.3 Качество распыливания в зависимости от различных факторов по модели Кутового 20

1.4 Качество распыливания в зависимости от различных факторов по модели Лышевского 23

1.5 Схема стенда для исследования продольных срезов струи 29

1.6 Схема для исследования поперечных срезов струи 29

1.7 Пример визуализации продольного и поперечных сечений струи топлива 30

1.8 Резиновый слепок 31

1.9 Расчетно-экспериментальные методы исследования распыливания топлива распылителем дизельной форсунки 31

1.10 Оптические методы исследования 34

1.11 Схема лазерного устройства контроля качества распыливания жидкости форсунками iIOHOpt 35

1.12 Схема устройства для испытания топливной форсунки на качество распыливания топлива 36

1.13 Схема стенда для определения технического состояния форсунок дизельных двигателей 1 , _ЛСл1 38

1.14 Схема испытания топливного насоса на стенде 39

Номер рисунка Название рисунка Страница

1.15 Схема способа контроля качества распиливания жидкости 40

1.16 Схема установки для определения качества распиливания жидкости распылителем 41

1.17 Восстановление дефокусированного изображения 44

1.18 Изменение контраста 45

1.19 Обработка струи 45

2.1 Гидродинамическая кавитация в сопловом канале 50

2.2 Формы распада струи жидкости при различных скоростях истечения 51

2.3 Схема струи распыливаемой жидкости 52

2.4 Схема прохождения светового излучения через поперечное сечение топливной струи 53

2.5 Оптическая неоднородность идеализированных струй 55

2.6 Динамическое изменение яркостей кадров к-. 57

2.7 Коррекция динамического изменения яркостей кадров видео линейным методом 59

2.8 Схема разработанной искусственной нейронной сети 1 «М 1 61

2.9 Модель искусственного нейрона 'Л 62

2.10 Сигмоид 1 , UM.it 63

3.1 Схема экспериментальной установки 73

3.2 Интерфейс программы для раскадровки видеоизображений ярь 76

3.3 Обрезка кадра видеоизображения топливной струи 77

Номер рисунка Название рисунка Страница

3.4 Изменение контраста изображения со струей 79

3.5 Выбор порога по методу «треугольника» 80

3.6 Визуализация оптической неоднородности струи при использовании различных пороговых методов 82

3.7 Варианты визуализации сегментации струи 82

3.8 Интерфейс программы по обработке топливных струй 83

3.9 Динамика изменения средней, яркости струи и средней яркости фона 84

3.10 Динамика изменения средней яркости струи и средней яркости фона до и после применения выравнивания яркостей по фону 86

3.11 Примеры графиков изменения во времени оптической неоднородности струи 89

3.12 Доверительные интервалы к линиям площадей яр-костных зон 90

4.1 Динамика изменения во времени оптической неоднородности струи в зависимости от давления впрыска 97

4.2 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка 4.1 в моменты времени от 568 до 2556 мкс 98

4.3 Динамика изменения во времени оптической неоднородности струи в зависимости от давления впрыска и наличия пилотной порции топлива 100

4.4 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка " ■ • . ' ' ' "'ММ 0!!1 4.3 в моменты времени от 568 до 2556 мкс V \ 1 1 1 > 101

'Ч Л1

Номер рисунка Название рисунка Страница

4.5 Динамика изменения во времени оптической неоднородности струи в зависимости от топлива и частоты вращения вала двигателя 103

4.6 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка 4.5 в моменты времени с 710 до 2698 мкс 104

4.7 Динамика изменения во времени оптической неоднородности струи в зависимости от температуры топлива и частоты вращения вала двигателя 105

4.8 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка 4.7 в моменты времени с 710 до 2698 мкс 106

4.9 Динамика изменения во времени оптической не- ( ■м однородности струи в зависимости от топлива и давления впрыска * \ i ........ 107

4.10 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка t .Ж' 4.9 в моменты времени от 568 до 2556 мкс - i 1 ' ч> 108

4.11 Динамика изменения во времени оптической неоднородности струи в зависимости от показателя Pf распылителя ' к * 110

4.12 Гистограммы площадей яркостных зон из рисунка 4.11 в моменты времени с 568 по 3124 мкс i 111

4.13 Динамика изменения во времени темной яркост- ной зоны в зависимости от топлива и давления IU , >ч из рис впрыска 113

4.14 Динамика изменения во времени светлой яркост- ! ной зоны в зависимости от топлива и давления впрыска 113

' V

но ',124

Номер рисунка Название рисунка Страница

4.15 Динамика изменения во времени темной и светлой яркостной зоны в зависимости от топлива 114

4.16 Вид струи топлива в момент времени 852 мс 115

4.17 Поведение скорости тепловыделения при сгорании дизельного топлива при различных давлениях впрыска и условиях топливоподачи 117

4.18 Поведение яркостной зоны № 2 для дизельного топлива при различных давлениях впрыска и условиях топливоподачи 117

Таблицы 1 :11; Н 1

Номер таблицы Название таблицы Страница

1.1 Качество распыливания в зависимости от ртах, с1с, /с/¿с 18

1.2 Качество распыливания в зависимости,-^. V. и рв 19

1.3 Качество распыливания в зависимости от ц. ,с1с, сгт 22

1.4 Качество распыливания в зависимости от цт,ръ,рт 22

2.1 Матрица яркостей пикселей кадра 60

2.2 Характеристика искусственной нейронной сети 61

2.3 Результаты обучения искусственной нейронной сети 65

3.1 Пример возможного распределения яркостей струи 88

3.2 Пример возможного распределения площадей яр-костных зон струи . ...!■, . . . 11.VI ОС / II 88

Номер таблицы Название таблицы Страница

4.1 Показатели некоторых жидкостей 109

4.2 Коэффициенты корреляции для топливоподачи с пилотной порцией топлива (шесть яркостных зон) 118

4.3 Коэффициенты корреляции для топливоподачи с пилотной порцией топлива (четыре яркостные зоны) 118

4.4 Коэффициенты корреляции для топливоподачи без пилотной порции топлива (шесть яркостных зон) 118

4.5 Коэффициенты корреляции для топливоподачи >1 . ■ .........ЧИ)' " ' без пилотной порции топлива (четыре яркостные зоны) 119

о ярко*

149

Приложение А Основные характеристики скоростной видеокамеры

ВидеоСпринт/вб

Техническая характеристика Значение

Тип ПЗС-матрицы 1Сх285АЬ

Размер ССБ-матрицы 6,6x8,8 мм

Предельный размер изображения 1280x1024 пикселей

Частота съемки видео, на которой возможен предельный размер изображения 488 кадров в секунду

Предельная частота съемки видео 250000 кадров в секунду

Размер изображения на предельной частоте съемки видео 1280x2 пикселей

Размер пикселя 6,45x6,45 мкм

Тип затвора электронный

Режимы синхронизации внутренняя или внешняя

Время накопления (экспозиции) от 1 мкс до 33 мс

Пределы регулировки усиления от 0 до 30 дБ

Разрядность оцифровки 8 или 10 бит

Объем памяти на контроллере УБ2001 32 Мбайт

Скорость передачи видеоданных по интерфейсу камера-контроллер 18,5 Мбайт/с

Погрешность выдержки межкадрового периода 0,5 мкс

Скорость передачи видеоданных по интерфейсу контроллер РС1-1Р до 30 Мбайт/с

Диапазон рабочих температур -40...+65 град, камера, 0...+70 град, контроллер

Масса камеры 2,8 кг

Габариты камеры ( Д>| )■ > , - , к 1 ■ . 1 диаметр - 180 мм, длина - 235^ак[и-