Problemy diagnozowania uszkodzeń mechanicznych silników spalinowych

• Autorzy: Madej H. , Trzensik E.

Warianty tytułu

EN

Problems of IC engines mechanical fault diagnostics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono problemy związane z diagnozowaniem uszkodzeń mechanicznych współczesnych silników spalinowych. Głównym celem współczesnych pokładowych systemów diagnostycznych nadzorujących prace elektronicznych systemów sterowania jest przede wszystkim kontrola pracy silnika pod katem spełnienia wymagań ekologicznych. Współczesne systemy diagnostyki pokładowej (OBD) są standardowym wyposażeniem pojazdów osobowych, które pozwalają przede wszystkim na wykrywanie usterek pojazdu, mających wpływ na emisje toksycznych składników spalin. W praktyce sprowadza sie to do diagnozowania układów elektronicznych, odpowiedzialnych za podstawowe funkcje sterowania praca silnika. Wykrycie wczesnych faz rozwoju uszkodzeń mechanicznych, np. metodami wibroakustycznymi, może znacząco wzbogacić obecnie stosowane systemy i zapobiec poważniejszym uszkodzeniom, mającym wpływ na wielkość emisji i parametry robocze silnika. Uszkodzenia mechaniczne oraz zużycie eksploatacyjne, szczególnie we wczesnych fazach rozwoju, są kompensowane przez adaptacyjne systemy regulacji wskutek przyjętych dopuszczalnych zakresów regulacji. Autorom znane są przypadki występowania tego rodzaju uszkodzeń, których niemożliwość wykrycia doprowadziła do poważnych uszkodzeń silnika. Problem ten jest szerszy i dotyczy zarówno stacjonarnych, jak i trakcyjnych silników spalinowych. Wiedza o tym zjawisku wyznacza dwa najbardziej istotne kierunki działań, zmierzające do zwiększenia skuteczności systemów diagnozowania. Jednym z kierunków jest opracowanie nowych konstrukcji czujników i przetworników oraz układów przetwarzania generowanych przez nie sygnałów w celu zapewnienia jak najkrótszego czasu reakcji na dynamiczne zmiany sygnałów wejściowych. Innym kierunkiem badan jest określenie tych uszkodzeń silnika, których wykrycie przez system diagnostyki pokładowej jest utrudnione lub niemożliwe.

EN

The main purpose of modern, on board, diagnostic systems supervising electronic control systems is to check whether the ecological requirements are met. It means that the OBD system monitors catalyst and ignition system operations. However, the range of these activities is not sufficient for detection of engine faults formed during an exploitation. The assumed limits of the admissible variation of signals in the OBD systems are the reason of masking mechanical faults, which - at their early stages - are not visible for the system. Modern systems of on board diagnostics (OBD) are standard equipment of passenger cars allowing, first of all, to find faults which influence an emission of toxic components of exhaust gases. In practise, it is reduced to diagnostics of electronic systems responsible for basic functions of controlling car engine operations. Thus, currently used OBD systems usually allow only to find a simple fault of an individual element. This constitutes a significant limitation in a situation when some elements undergo an exploitation wear, but a wear of individual elements does not exceed their admissible value. Detection of early phases of mechanical faults e.g. by vibroacoustic methods, can significantly improve the currently used systems and prevent more serious damages having influence on emission quantity and work parameters of an engine. To this end, the application of an additional vibroacoustic diagnostic system supplementing the standard on board system in discovering faults of I.C. engines, can be very useful. Certain mechanical faults such as: increasing wear of valve seats and faces, shifting of timing gear phases, wear of a cylinder bearing surface even exceeding dimensions permissible for the given engine, in many cases - known from practice - do not trigger the reaction of the diagnostic system. The most often the application of algorithms of I.C. engines adaptive control systems is the reason of such situation. The engine adaptive control can lead to masking or adapting the developing errors. Mechanical faults and exploitation wear, especially in early development stages, are compensated by adaptive control systems as a result of the assumed admissible control ranges. Only, when more serious breakdown occurs, the process control is disturbed to such an extend that finding the failure becomes relatively easy since the system will switch to the breakdown mode operation.

Słowa kluczowe

PL

silnik spalinowy; uszkodzenie mechaniczne; diagnostyka; metoda wibroakustyczna

EN

combustion engine; mechanical fault; diagnostics; vibroacoustic method

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2011
• Tom: z. 73
• Strony: 71--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Madej H.

autor

Trzensik E.

• Katedra Budowy Pojazdów Samochodowych Politechniki Śląskiej, Katowice, ul. Krasińskiego 8,

Bibliografia

• 1. Batko W., Ziółko M.: Zastosowanie teorii falek w diagnostyce technicznej. Problemy Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, nr 7, Kraków 2002.
• 2. Czech P., Madej H.: Wykorzystanie analizy WPT i sieci neuronowych PNN w diagnozowaniu zakłóceń w dopływie paliwa do cylindrów. Problemy Eksploatacji, nr 1/2009.
• 3. Dąbrowski Z., Madej H.: Masking mechanical damages in the modern control systems of combustion engines. Journal of Kones, Vol. 13, No 3 / 2006.
• 4. Dąbrowski Z., Madej H.: O użyteczności symptomów wibroakustycznych w nowoczesnej diagnostyce silników spalinowych. Przegląd Mechaniczny, nr 1 / 2007, s. 32-35.
• 5. Fabis P., Flekiewicz M., Flekiewicz B., Madej H., Wojnar G.: Influence of piston slap on engine block vibration. SAE Paper, No. 2007-01-2163.
• 6. Geveci M.: An investigation of crankshaft oscillations for cylinder health diagnostics. Mechanical Systems and Signal Processing, 19 (2005), p. 1107-1134.
• 7. Isermann R.: Diagnosis methods for electronic controlled vehicles. Vehicle System Dynamics, Vol. 36, No. 2 - 3.
• 8. Liu B.: Selection of wavelet packet basis for rotating machinery fault diagnosis. Journal of Sound and Vibration, No. 284(2005), p. 567-582.
• 9. Madej H., Flekiewicz M., Wojnar G.: Spatial-phase selection of diesel engine vibroacustic signal for piston slap diagnostic. Journal of Kones. Powertrain and Transport, Vol. 14, No. 2 / 2007, p. 133-144.
• 10. Merkisz J., Mazurek S.: Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych. WKiŁ, Warszawa 2004.
• 11. Peng Z.K.,Chu F.L.:Application of the wavelet transform in machine condition monitoring and fault diagnostics: a review with bibliography. Mechanical Systems and Signal Processing, No. 18(2004), p. 199-221.
• 12. Wu J.D.,Liu C.H.: Investigation of engine fault diagnosis using discrete wavelet transform and neural network. Expert Systems with Applications, No. 35 (2008), p. 1200-1213.
• 13. Wu J.D.,Chen J.C.: Continuous wavelet transform technique for fault signal diagnosis of internal combustion engines. NDT&E International, No. 39(2006), p. 304-311.
• 14. Yan R., Gao R.X.: An efficient approach to machine health diagnosis based on harmonic wavelet packet transform. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, No. 21(2005), p. 291-301.
• 15. Zhang Z., Tomita E.: Knocking detection using wavelet instantaneous correlation metod. JSAE Review, No. 23(2002), p. 443-440.