Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Сараєва Ірина Юріївна

УДК 629.083:621.431

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ДІАГНОСТУВАННЯ ЦИЛІНДРО-ПОРШНЕВОЇ ГРУПИ ТА ГЕРМЕТИЧНОСТІ КЛАПАНІВ БЕНЗИНОВОГО ДВИГУНА АВТОМОБІЛЯ

Спеціальність 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі авіаційних приладів та вимірювань Національного аерокосмічного університету імені М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут” Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Кошовий Микола Дмитрович,

Національний аерокосмічний університет імені

М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут”, завідувач кафедри авіаційних приладів та вимірювань, лауреат Державної премії України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Бажинов Олексій Васильович,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри автомобільної електроніки

кандидат технічних наук, професор

Міщенко Віктор Михайлович,

Кременчуцький університет економіки, інформацийних технологій і управління, професор кафедри автомобілів і автомобільного господарства

Провідна установа: Українська державна академія залізничного транспорту, кафедра експлуатації та ремонту рухомого складу, Міністерство транспорту та зв’язку України, м. Харків

Захист відбудеться: “13”вересня 2006 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків,

вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків,

вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий ”11” липня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку автомобільної техніки, її технічного обслуговування і ремонту технічна діагностика одержала своє логічне продовження у вигляді розвитку автоматизованих систем контролю. Діагностичний комп'ютер дозволяє контролювати всі електронні системи автомобіля, включаючи комплексну систему управління двигуном. Проте, існуючі діагностичні комп'ютери, що випускаються різними фірмами, такими як BOSCH, MATCO, ZECA, RIMBEX.INT та іншими, не дозволяють повною мірою продіагностувати механізми двигуна, зокрема, саму підвладну зносу і несправностям циліндро-поршневу групу (ЦПГ) двигуна.

Проблематика питання діагностики циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів бензинових двигунів виникла давно і пов'язана, перш за все, з труднощами при постановці технічного діагнозу. В літературних джерелах, де досліджується дана проблема, вказується на наступний факт: відомі методи і засоби діагностики не дають повної інформації про технічне становище ЦПГ та герметичність клапанів бензинових двигунів, внаслідок неточності і суперечності результатів діагностування, що і дало підставу для проведення наукових досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до планів науково-дослідницьких та господарсько-договірних робіт кафедри авіаційних приладів та вимірювань Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”: Господарський договір №308-145/91 „Розробка вимірювальних перетворювачів тиску з цифровим та частотним виходом для вимірювально-обчислювальних комплексів” з ПКБ „Авіаконтроль” (м. Харків); договір №303-14/2002 „Про співпрацю та сумісну діяльність по створенню науково-технічної продукції” с ВАТ „Авіаконтроль” (м. Харків) від 25.11.2002 р. Автор приймав участь у розробках цих тем у якості виконавця.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – удосконалити процес діагностування циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів, зробивши його більш достовірним, точним, інформативним і поглибленим.

Відповідно до поставленої мети в роботі необхідно вирішити наступні основні задачі:

- удосконалити метод діагностування циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів бензинового двигуна;

- розробити та дослідити математичні моделі, що дозволяють провести поглиблену діагностику циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів двигуна;

- формалізувати процес автоматизованої постановки діагнозу технічного стану циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів двигуна;

- удосконалити систему діагностування циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів бензинового двигуна;

- розвити математичні критерії якості діагностування;

- провести експериментальні дослідження розробленої діагностичної системи.

Об'єкт дослідження – процес діагностування технічного стану циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів двигуна внутрішнього згорання.

Предмет дослідження – удосконалення процесу діагностування циліндро-поршневої групи і герметичності клапанів бензинового двигуна автомобіля.

Методи дослідження. За допомогою тензометричного методу вимірювання з подальшим аналогово-цифровим перетворенням сигналу виконані вимірювання діагностичних параметрів. З використанням методів математичної статистики проведена обробка експериментальних даних. Застосувавши метод регресійного аналізу, встановлено кореляційний зв'язок між величиною компресії і частотою обертання колінчастого валу. Методом толерантних меж встановлена межа допустимої величини компресії. З використанням теоретичних методів: аналізу, синтезу, моделювання і булевої алгебри, - формалізовано процес діагностування.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше стосовно до нових моделей бензинових двигунів із двома, чотирма й п'ятьма клапанами на циліндр отримані: універсальний теоретичний закон щільності розподілу випадкової величини компресії; регресійні моделі, що описують зв'язок між частотою обертання колінчатого вала й випадковою величиною компресії, - що не суперечить фізичній сутності стохастичного об'єкту діагностування, на відміну від раніше прийнятого опису величини компресії за допомогою детермінованої функції, і дозволяє зробити більш поглиблену діагностику циліндро-поршневої групи й герметичності клапанів не тільки для окремо взятої моделі двигуна, а для широкого спектра бензинових двигунів сучасних легкових автомобілів.

Удосконалено метод діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна шляхом оцінки технічного стану об'єкта не по одному окремо взятому діагностичному параметру, а одночасно по трьох діагностичних параметрах: різниця компресії між циліндрами, темп наростання компресії, тиск картерних газів. Це дає можливість не тільки оцінити технічний стан об'єкта діагностування, але й локалізувати несправність циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна.

Одержали подальший розвиток: процес автоматизованої постановки діагнозу шляхом використання операцій математичної логіки над випадковими комбінаціями діагностичних параметрів, що дозволяє одержати об'єктивний висновок, який не залежить від кваліфікації фахівця, про технічний стан циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна; математичні критерії оцінки якості діагностичного параметра, які на відміну від існуючих дозволяють оцінити чутливість, стабільність та інформативність діагностичного параметра, як випадкової величини, а не детермінованої функції.

Практичне значення одержаних результатів. На базі аналогово-цифрової техніки розроблено сучасний автоматизований діагностичний стенд для оцінки технічного стану циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна автомобіля. Розроблено методику діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів бензинового двигуна. Основні наукові положення, практичні і методичні розробки використані і впроваджені на підприємствах: СТО “Opel” фірми “Автохаус Харків”, ВАТ “Авіаконтроль”, Державне підприємство Міністерства Оборони України „Харківський авторемонтний завод - 110”.

Особистий внесок здобувача. У роботах, написаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в наступному:

- експериментально досліджені, проаналізовані та систематизовані діагностичні параметри, що дозволяють виявити порушення герметичності камери згоряння бензинового двигуна, при використанні сучасного методу тензометричного виміру з аналогово-цифровим перетворенням даних [1,3];

- представлено новий комп’ютерний діагностичний стенд, який розроблено здобувачем особисто [2,7];

- виконано аналіз сучасних діагностичних систем автомобіля зарубіжного виробництва [5,6];

- удосконалено метод діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна шляхом оцінки технічного стану одночасно по трьом діагностичним параметрам: різниці компресії між циліндрами, темпу наростання компресії, тиску картерних газів [8].

Апробація результатів дисертації: Республіканська науково-практична конференція „Системотехніка на автомобільному транспорті”, Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет (ХДАДТУ), 1998; Міжнародна науково-технічна конференція „Приладобудування-98”, Вінниця-Сімферополь, 1998; Міжнародна науково-технічна конференція „Приборостроение-2000”, Калуга, 2000; Міжнародна науково-технічна конференція „Приладобудування-2004”, Вінниця-Ялта, 2004.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображені у 8 публікаціях, з них 1 без співавторів, 4 статті - у спеціальних наукових виданнях за переліком ВАК України, 4 статті - у матеріалах і тезах конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 262 сторінок, у тому числі 52 рисунка на 20 сторінках, 17 таблиць на 7 сторінках, список використаних джерел із 170 найменувань на 15 сторінках та 4 додатків на 95 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ до дисертації містить обґрунтування актуальності теми, мету, завдання й методи дослідження, опис основних наукових результатів та їхню новизну, відомості про практичну цінність виконаної роботи.

У першому розділі проаналізовані відомі наукові праці, що розглядають проблеми діагностування автомобільних двигунів, таких учених, як Ф.М. Авдонькін, І.М. Аринин, О.В. Бажинов, О.В. Дитятьєв, Я.Х. Закин, О.І. Зелик, Л.В. Мирошников, О. Фламиш та інших. Аналіз літературних джерел показав, що кількісна характеристика наявного спектра діагностичних параметрів ЦПГ досліджена в основному для застарілих двигунів сімейства ЗМЗ й ЯМЗ, які застосовуються на автомобілях ЗІЛ, ГАЗ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ, КАЗ, УРАЛ, ГАЗ, УАЗ, ВАЗ.

З використанням інформації, що приводиться в науково-технічної літературі, розширена класифікація методів діагностування ЦПГ (рис. 1).

Рис.1. Класифікація методів діагностики ЦПГ

Як показує практика технічного обслуговування й ремонту автомобільних двигунів найбільш поширеними, доступними і достовірними залишаються методи технічної діагностики ЦПГ, що дають загальну оцінку герметичності надпоршневого простору з вірогідністю, яка не перевищує 50%, за допомогою різних засобів діагностування: компресометра, компресографа, приладу К-69М, мотортестера. На підставі виконаного аналізу поставлені основні завдання дослідження.

У другому розділі проаналізована можливість реалізації діагностичної моделі на сучасному рівні із застосуванням аналогово-цифрової техніки. На основі аналізу характеристик вітчизняних і закордонних датчиків, обраний датчик російського виробництва МД10-В, що повною мірою задовольняє умовам діагностування ЦПГ. На базі персонального комп'ютера з використанням 16-ти канального аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) розроблений діагностичний стенд (рис. 2).

Програма для обробки цифрової інформації забезпечує відтворення функції тиску в циліндрі двигуна й одночасно розраховує частоту обертання колінчатого вала виходячи з того, що інтервалу часу між двома екстремумами функції відповідає два оберти колінчатого вала (рис. 3).

Рис. 2. Діагностичний стенд:

1 - монітор, 2 - клавіатура,

3 - маніпулятор, 4 - принтер,

5 - модем, 6 - системний блок з вбудованим АЦП, 7 – стійка |

Рис. 3. Вимір тиску в циліндрі двигуна: графічне відображення (а); цифрове відображення (б); 1 - функція тиску від часу; 2 – максимальні екстремуми тиску (компресія), МПа; 3 – частота обертання колінчатого вала, хв-1; 4 – координати крапки екстремуму

Розроблений діагностичний стенд дозволяє проводити вимір тиску в циліндрі двигуна із частотою 3200 Гц при кожному градусі повороту колінчатого вала з погрішністю, що не перевищує 1,67 %.

У третьому розділі пояснюються та узагальнюються результати експерименту. Статистична (нульова) гіпотеза дослідження полягає в наступному - випадкова величина компресії підкоряється нормальному закону розподілу. При дослідженні висунутої гіпотези був проведений попередній пошуковий експеримент із використанням розробленого діагностичного стенда. Діагностувалися двигуни автомобілів ВАЗ, Opel, Audi, Ford, Skoda, ZAZ-Daewoo, BMW, Mazda, Mitsubishi, Honda зі ступенем стиску 9,5-10,5 одиниць, з робочим обсягом 1,2-2,8 л., із двома, чотирма й п'ятьма клапанами на циліндр. Протягом 5 років у рамках експерименту було продіагностовано 75 двигунів.

Експериментальні дані були оброблені з використанням методів математичної статистики. З метою підвищення об'єктивності досліджень розглядалися 2 статистичних ряди: 1 ряд – містить у собі випадкову величину компресії різних моделей двигунів; 2 ряд – обмежений двигунами однієї моделі ВАЗ-21083, найпоширенішої на території України. Аналіз експериментальних даних показав - щільність випадкової величини компресії обох статистичних рядів має вигляд нормального закону розподілу (рис. 4).

Рис. 4. Апроксимація емпіричного розподілу випадкової величини компресії теоретичним розподілом: для двигунів різних моделей (а); для двигунів моделі ВАЗ-21083 (б)

Отримано статистики випадкової величини компресії для 1 й 2 варіаційних рядків відповідно: середньостатистичне значення МПа, МПа; мода М0=1,265 МПа; розмах розсіювання 0,561МПа, 0,539МПа; середньоквадратичне відхилення ?=0,123МПа, ?=0,107 МПа; дисперсія ?2=0,015, ?2=0,0115; коефіцієнт варіації V=9,5%,V=8,5%.

На підставі експериментальних даних отримано теоретичний закон щільності розподілу випадкової величини компресії:

для двигунів різних моделей

, (1)

для двигунів моделі ВАЗ-21083

. (2)

де х - середина заданого інтервалу випадкової величини компресії, МПа.

З використанням виконаних розрахунків побудовані графіки емпіричних і теоретичних функцій розподілу випадкової величини компресії (рис. 5).

Рис. 5. Функції розподілу випадкової величини компресії: для двигунів різних моделей (а); для двигунів моделі ВАЗ-21083 (б)

Погодженість емпіричного й теоретичного розподілів перевірена за критерієм згоди Колмогорова і становить 0,96. Однак, з урахуванням зауваження Вентцеля критерій Колмогорова може давати завищені показники ймовірності, тому погодженість емпіричного й теоретичного розподілів додатково перевірена за критерієм ?2 Пірсона, відповідно до якого імовірність становить 0,8.

Виконано регресійний аналіз, що встановлює ступінь впливу частоти обертання колінчатого вала на величину компресії сучасних бензинових двигунів. Отримано рівняння регресії:

для 2-х клапанних двигунів

, (3)

для 4-х й 5-и клапанних двигунів

. (4)

де хni - середнє значення частоти обертання колінчатого валу на і інтервалі, хв-1.

Лінійний коефіцієнт кореляції для обох рівнянь більше 0,9, а помилка коефіцієнта кореляції не перевищує 0,018. Представлені графічно результати регресійного аналізу (рис. 6) показують, що більш висока величина компресії досягається на менших обертах в 4-х й 5-и клапанних двигунах у порівнянні з 2-х клапанними. Це пов'язано з різним коефіцієнтом наповнення циліндрів. Середньоквадратична помилка, яка у цьому випадку характеризує міру близькості емпіричних даних теоретичним, становить відповідно 0,04 МПа, 0,01 МПа.

Рис. 6. Залежність компресії від частоти обертання колінчатого вала

Відповідно до технічних вимог по експлуатації й ремонту закордонних автомобілів деякі фірми рекомендують ураховувати при діагностуванні мінімальну величину компресії й темп наростання компресії, однак, характеристики цих параметрів однозначно не визначені. Тому, у роботі мінімально припустиме значення величини компресії визначено на основі виділення толерантних меж нормального розподілу відповідно доповнення до ГОСТ 27.302-86:

, (5)

де - вибіркове середнє; D - дисперсія; К – коефіцієнт, що залежить від заданих ймовірностей, К=2,696; n – розмір вибірки, n=172.

З використанням отриманих статистик мінімально припустиме значення величини компресії становить 0,958 МПа.

Дослідження темпу наростання компресії дозволило встановити, що низький темп наростання компресії в циліндрі можливий при зношуванні поршневих кілець і поршневих канавок по висоті перетину (рис. 7). На цей факт з обов'язковим обліком першого сплеску компресії указують і літературні джерела .

Рис. 7. Низький темп наростання компресії в циліндрі

У ході дослідження було встановлено, що величина першого сплеску компресії залежить від довільного положення кривошипно-шатунного й газорозподільного механізмів у момент старту. Тому, щоб уникнути помилки, пропонується враховувати, як діагностичну ознаку, різницю між максимальним за величиною Кmax і другим за рахунком К2 сплесками компресії:

. (6)

Експериментально визначені характеристики таких діагностичних параметрів, як темп наростання компресії, різниця компресії між циліндрами двигуна, тиск картерних газів (табл.1).

Таблиця 1

Експериментально встановлені значення діагностичних параметрів

Діагностичний параметр | Припустимі значення, МПа | Граничні значення, МПа

Темп наростання компресії | 0-0,24 | 0,25

Різниця компресії між циліндрами | 0-0,24 | 0,25

Тиск картерних газів | 0-0,044 | 0,045

У процесі експерименту виявлені типові несправності ЦПГ і клапана, визначені відповідні значення діагностичних параметрів. Так, наприклад, при задирах на поршні, деформації й зламі поршневих перегородок, заляганні поршневих кілець (рис. 8, а) спостерігається падіння компресії в несправному циліндрі стосовно справного й пульсуюче підвищення тиску картерних газів (рис. 9).

Рис. 8. Характерні несправності: залягання поршневих кілець, деформація й злам поршневих перегородок (а); прогар клапана (б)

Рис. 9. Результати діагностики двигуна з несправною ЦПГ: тиск у справному циліндрі (а); тиск у несправному циліндрі (б); тиск картерних газів (в)

При порушенні герметичності клапана внаслідок прогару головки або деформації стержня (див. рис. 8, б) відбувається падіння компресії в несправному циліндрі без підвищення тиску картерних газів (рис. 10).

Рис. 10. Результати діагностування двигуна з порушеною герметичністю клапана: компресія в несправному циліндрі (а); компресія в справному циліндрі (б); тиск картерних газів (в)

У четвертому розділі при математичному моделюванні процесу постановки діагнозу зроблені наступні допущення:

- у двигуні одночасно може виникнути тільки одна несправність;

- для визначення несправності, пов'язаної із прогаром прокладки головки циліндрів, не потрібно розробки складної діагностичної системи;

- збільшення зазору між циліндром і поршнем супроводжується збільшенням зазору в стиках поршневих кілець.

Основний недолік існуючих математичних моделей полягає в тім, що складний стохастичний об'єкт діагностування, яким є ЦПГ, намагаються описати за допомогою детермінованих виразів. Як наслідок такого принципу моделювання - неоднозначність діагнозу, недостатня глибина пошуку дефекту.

У ході дослідження об'єкт діагностування розглядався у вигляді “чорного ящика” з невідомими структурними параметрами (логічними функціями У), вихідними діагностичними параметрами (логічними змінними Х) і параметрами, що впливають. Номенклатура структурних параметрів, які перевіряють, визначена відповідно до ГОСТ 23435-79: зазор між циліндром і поршнем, зазор у стиках поршневих кілець, зазор між поршнем і кільцем по висоті канавки, герметичність клапана. Кінцева множина діагностичних параметрів, яка встановлена в ході попереднього експерименту, містить у собі тиск картерних газів, темп наростання компресії й різницю компресії між циліндрами (рис. 11). Кінцевою множиною параметрів, що впливають, є: температура рідини для охолодження, кут відкриття дросельної заслінки й частота обертання колінчатого вала. Передбачається, що кінцеву множину параметрів, що впливають, у процесі діагностування можна стабілізувати.

Рис. 11. Схема причинно-наслідкових зв’язків об'єкта діагностування

Відповідно до встановлених діапазонів діагностичних параметрів логічним змінним Х привласнені значення 0, якщо діагностичний параметр не виходить за межі припустимого значення, та - 1, якщо він перевищує це значення (табл. 2).

Таблиця 2

Діагностична матриця |

х1 | х2 | х3

у1-2 | 1 | 0 | 0

у3.1 | 1 | 1 | 0

у3.2 | 1 | 0 | 1

у4 | 0 | 0 | 1

Діагностичну матрицю можна представити у вигляді системи булевих функцій диз'юнкцій:

(7)

де у1-2 - зазор у стиках поршневих кілець; у3,1 - зазор між поршнем і кільцем по висоті канавці (верхнє значення параметру); у3,2 - зазор між поршнем і кільцем по висоті канавці (нижнє значення параметру); у4 - зазор між клапаном і сідлом (герметичність клапану).

Для вирішення завдання діагностики необхідно зворотне перетворення виразу (7), тобто визначення характеристики структурних параметрів за діагностичними з використанням логічної операції кон'юнкції:

(8)

де х1 – тиск картерних газів, МПа; х2 – темп наростання компресії від такту до такту стиску, МПа; х3 – різниця компресії між циліндрами, МПа.

З урахуванням привласнених логічним змінним значень вираз (8) приймає вигляд:

(9)

Можливість рішення математичної моделі в рамках прийнятих допущень полягає в одержанні однозначної відповіді про технічний стан об'єкта, що діагностується. Це означає, що в системі булевих функцій (9) немає жодного збігу в наборі логічних змінних. За умови нульового набору логічних змінних 0-0-0, коли всі змінні з множини Х приймають значення 0, одержимо математичну модель справного технічного стану об'єкта діагностування.

З урахуванням недосконалості існуючих математичних критеріїв якості діагностування, які дозволяють більшою мірою оцінити діагностичні параметри детермінованих функцій, удосконалені основні критерії - чутливість, стабільність та інформативність відносно статистичних моделей (табл. 3).

Таблиця 3

Критерії якості діагностичного параметра

Найменування критерію | Існуючий критерій | Пропонований критерій | Значення критерію для випадкової величини компресії

Чутливість  

Стабільність  |

1,29-0,958<0,369

Інформативність 

При оцінці чутливості діагностичного параметра пропонується оцінювати не відносну зміну Sр – граничного й Sn- номінального значень параметра, а відносну зміну середньостатистичного значення випадкової величини в межах її допустимих значень . Існуючий критерій стабільності є не чим іншим, як середньоквадратичним відхиленням ? випадкової величини, що не цілком обґрунтовано. Пропонується діагностичний параметр вважати стабільним, якщо виконується умова, при якій абсолютна величина відхилення від середньостатистичного значення не перевершує потроєного середньоквадратичного відхилення. Існуючий критерій інформативності не дає чіткої границі між інформативним і малоінформативним параметрами. Пропонується інформативним вважати той діагностичний параметр, у якого відношення різниці середньостатистичного значення випадкової величини параметра при справному й несправному стані об'єкта до різниці середньоквадратичних відхилень і перевищує 1

У п'ятому розділі розроблена методика діагностування ЦПГ та герметичності клапанів бензинового двигуна сучасних легкових автомобілів на комп’ютерному стенді. Умовно можна виділити кілька основних етапів процесу діагностування ЦПГ і герметичності клапанів двигуна: монтажні роботи, пов'язані з установкою датчика (рис. 12), цикл вимірів й автоматизована постановка діагнозу (рис. 13).

Рис. 12. Підключення датчика: до вентиляції картера (а); до циліндра (б) |

Рис. 13. Пост діагностики. Вимір діагностичних параметрів

Результати експериментальних досліджень класифіковані наступним чином: результати діагностування справних двигунів, результати діагностування двигунів з несправною ЦПГ, результати діагностування двигунів з порушенням герметичності клапанів. При виявленні несправностей здійснювалося розбирання двигунів і мікрообмір деталей.

Відповідно до ГОСТ 26656-85 коефіцієнт безрозбірного діагностування визначається відношенням числа контрольованих параметрів об'єкта, для яких не потрібне проведення демонтажних робіт, до їх загального числа:

, (10)

де Пк – число контрольованих параметрів даного виду діагностування;

Пн - загальне число контрольованих параметрів.

Коефіцієнт безрозбірного діагностування для розробленої системи становить 0,75.

ВИСНОВКИ

1. Існуючі засоби і методи діагностування не дозволяють швидко, точно й однозначно розрізнити характерні несправності циліндро-поршневої групи та порушення герметичності клапанів бензинового двигуна автомобіля, при цьому результат діагностичного висновку багато в чому визначається досвідом оператора та має суб'єктивний характер внаслідок неточності і суперечливості одержуваних відомостей, вірогідність яких не перевищує 50%.

2. Отримано теоретичний закон розподілу випадкової величини компресії для сучасних бензинових двигунів, що дозволяє довести гіпотезу про нормальний розподіл випадкової величини компресії з імовірністю 0,8 і виконати діагностику циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів не тільки для окремо взятої моделі двигуна, а для широкого спектра бензинових двигунів сучасних легкових автомобілів.

3. Для 2 клапанних двигунів і для 4-5 клапанних двигунів отримані рівняння регресії, які дозволяють встановити функціональний зв'язок між випадковою величиною компресії й частотою обертання колінчатого вала в бензинових двигунах сучасних автомобілів з коефіцієнтом кореляції більше 0,9 і помилкою коефіцієнта кореляції меншою ніж 0,018. Це дозволяє екстраполювати результати діагностування у випадку нестабільної роботи електроустаткування автомобіля, яке забезпечує старт двигуна в тестовому режимі.

4. Експериментально встановлено, що на величину темпу наростання компресії значний вплив чинить не тільки технічний стан циліндро-поршневої групи, але й початкове положення поршня та клапанів у момент старту, тому темп наростання компресії в циліндрі пропонується оцінювати, як різницю між максимальним за величиною сплеском компресії і другим за рахунком, що у справних циліндрів не перевищує 0,25МПа.

5. На основі вдосконаленого методу діагностування, що оцінює технічний стан циліндро-поршневої групи та герметичність клапанів двигуна за трьома діагностичними параметрами: різниця компресії між циліндрами, темп наростання компресії, тиск картерних газів, - розроблена статистична модель, що дозволяє на відміну від існуючих детермінованих моделей, по-перше, локалізувати несправність циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна, по-друге, формалізувати процес автоматизованої постановки технічного діагнозу; по-третє, забезпечити коефіцієнт безрозбірного діагностування 0,75, що на 25 % вище, ніж у відомих аналогів.

6. Для оцінки якості діагностичного параметра, як випадкової величини стохастичного об'єкта, а не детермінованої функції, пропонуються наступні критерії: при оцінці чутливості діагностичного параметра оцінювати не відносну зміну граничного й номінального значень параметра, а відносну зміну середньостатистичного значення випадкової величини в межах її допустимих значень; діагностичний параметр вважати стабільним, якщо виконується умова, при якій абсолютна величина допустимого відхилення від середньостатистичного значення не перевершує „трьох сигм”; інформативним вважати той діагностичний параметр, у якого відношення різниці середньостатистичного значення випадкової величини параметра при справному й несправному стані об'єкта до різниці середньоквадратичних відхилень перевищує 1.

7. Розроблено автоматизовану систему діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна, що на відміну від існуючих вітчизняних і закордонних аналогів дозволяє: фіксувати й відтворювати діагностичну інформацію в цифровому, графічному та текстовому виді; довгостроково зберігати діагностичну інформацію й передавати її по каналу Internet; фіксувати зміну тиску в циліндрі при кожному градусі повороту колінчатого вала; забезпечувати вимір динамічних процесів із частотою 3200 Гц і погрішністю, яка не перевищує 1,67%, що на 0,3-1,3% менше ніж у відомих аналогів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

АНОТАЦІЯ

Сараєва І.Ю. Удосконалення процесу діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів бензинового двигуна автомобіля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата наук за фахом 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Харківський національний автомобільно-дорожній університет. Харків, 2006.

Розроблено автоматизовану систему діагностування циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів двигуна, що дозволяє фіксувати зміну тиску в циліндрі при кожному градусі повороту колінчатого вала, відтворювати, довгостроково зберігати і передавати по каналу Internet діагностичну інформацію в цифровому, графічному й текстовому виді.

З використанням методів математичної статистики досліджені результати діагностування двигунів різних марок автомобілів ВАЗ, Opel, Audi, Ford, Skoda, ZAZ-Daewoo, BMW, Mazda, Mitsubishi, Honda зі ступенем стиску 9,5-10,5 одиниць, з робочим обсягом 1,2-2,8 л., із двома, чотирма й п'ятьма клапанами на циліндр. Отримані теоретичний закон розподілу випадкової величини компресії для цих двигунів, регресійні моделі, що описують зв'язок між частотою обертання колінчатого вала й випадковою величиною компресії та нижня межа допустимої величини компресії. Удосконалено метод діагностування, що передбачає оцінку технічного стану циліндро-поршневої групи та герметичності клапанів одночасно за трьома діагностичними параметрами: різниця компресії між циліндрами, темп наростання компресії, тиск картерних газів.

Ключові слова: автомобіль, двигун, діагностика, автоматизація процесу, статистика, компресія, тиск картерних газів.

АННОТАЦИЯ

Сараева И.Ю. Усовершенствование процесса диагностирования цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов бензинового двигателя автомобиля. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. Харьков, 2006.

Диссертационная работа направлена на повышение достоверности, точности, информативности и углубленности процесса диагностирования цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов бензиновых двигателей современных легковых автомобилей. Для достижения поставленной цели разработана автоматизированная система диагностирования цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов двигателя, которая позволяет фиксировать изменение давления в цилиндре при каждом градусе поворота коленчатого вала, воспроизводить, длительно сохранять и передавать по каналу Internet диагностическую информацию в цифровом, графическом и текстовом виде.

С использованием методов математической статистики исследованы результаты диагностирования двигателей различных марок автомобилей ВАЗ, Opel, Audi, Ford, Skoda, ZAZ-Daewoo, BMW, Mazda, Mitsubishi, Honda со степенью сжатия 9,5-10,5 единиц, с рабочим объемом 1,2-2,8 л., с двумя, четырьмя и пятью клапанами на цилиндр. Получены теоретический закон распределения случайной величины компрессии для этих двигателей, регрессионные модели, описывающие связь между частотой вращения коленчатого вала и случайной величиной компрессии, нижняя граница допустимой величины компрессии. Это позволяет произвести более углубленную диагностику цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов не только для отдельно взятой модели двигателя, а для широкого спектра бензиновых двигателей современных легковых автомобилей.

Экспериментально установлено, что на величину темпа нарастания компрессии значительное влияние оказывает не только техническое состояние цилиндро-поршневой группы, но и начальное положение поршня и клапанов в момент старта, поэтому темп нарастания компрессии в цилиндре предлагается оценивать, как разность между максимальным по величине всплеском компрессии и вторым по счету.

Усовершенствован метод диагностирования, который предусматривает оценку технического состояния цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов одновременно по трем диагностическим параметрам: разность компрессии между цилиндрами, темп нарастания компрессии, давление картерных газов. Использование данной комбинации диагностических параметров дает возможность локализовать неисправность цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов двигателя.

Формализован процесс автоматизированной постановки диагноза путем использования операций математической логики над случайными комбинациями диагностических параметров, что позволяет получить объективное заключение о техническом состоянии цилиндро-поршневой группы и герметичности клапанов двигателя, не зависящее от квалификации специалиста.

Разработаны математические критерии оценки качества диагностического параметра, которые в отличие от существующих критериев позволяют оценить чувствительность, стабильность и информативность диагностического параметра, как случайную величину, а не детерминированную функцию.

Основные научные положения, практические и методические разработки использованы и внедрены на предприятиях: СТО “Opel” фирмы “Автохаус Харьков”, ОАО “Авиаконтроль”, Государственное предприятие Министерства Обороны Украины “Харьковский автомобильный ремонтный завод – 110”.

Ключевые слова: автомобиль, двигатель, диагностика, автоматизация процесса, статистика, компрессия, давление картерных газов.

ABSTRACT

Sarayeva I. Yu. Diagnosing process improvement of cylinder-piston group and air-tightness of vehicle petrol engine valves. – Manuscript.

The thesis for a candidate’s degree (engineering) on speciality 05.22.20 - Operation and repair of transportation facilities. – Kharkiv National Automobile and Highway University. Kharkiv, 2006.

The automated diagnosing system of a cylinder-piston group and air-tightness of engine valves has been devised and it allows note the pressure variation in a cylinder at every degree of crankshaft turn, presentation, long-term storage and transmissions of diagnosing information in digital, graphic and text form using of Internet.

With the use of mathematical statistics methods diagnosing results of engines of different car brands like VAZ, Opel, Audi, Ford, Skoda, ZAZ-Daewoo, BMW, Mazda, Mitsubishi, Honda with a degree of compression of 9,5-10,5 units, with working by volume of 1,2-2,8 l., with two, four and five valves in a cylinder have been studied. The theoretical law of random distribution of compression for these engines, regressive models describing communication between rotational speed of the crankshaft and a random compression quantity, as well as, lower limit of a permissible compression quantity have been obtained. The diagnosing method, which allows for the estimation of specifications for the cylinder-piston group and air-tightness of valves, is simultaneously with three diagnosing parameters: the difference of compression between cylinders, rate of compression rise, pressure of crankcase gases has been improved.

Keywords: car, engine, diagnostics, automation of process, statistics, compression, pressure of crankcase gases.