The application of the deterministic chaos method in the assessment of the combustion process in diesel engines fitted in non-road vehicles

• Autorzy: Merkisz J. , Waligórski M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody chaosu deterministycznego w ocenie poprawności procesu spalania w silnikach ZS pojazdów pozadrogowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes the problem of the combustion process diagnostics in diesel engines of HDV vehicles in the aspect of the environment protection and misfire detection as well as its use in the OBD/EOBD systems. Vibroacoustic processes were taken into consideration and the chosen parameters of the vibration signals obtained from the specified locations in the engine were the diagnostic estimators of the process changes. The paper discusses the diagnosis of the course of the process from the point of view of the OBD system requirements, in order to check the possibility of using the deterministic chaos method and vibroacoustic processes in on-line diagnostic processes and in the design of combustion monitors in diesel locomotive engines. This stage of the scientific studies was done to check the sensitivity of selected non-linear methods for the process changes or their lack. The paper also presents the signal analyses, limitations of the method, criteria of the process qualification and its accuracy. Diagnostic algorithms of misfire detection and possibility of its practical use in contemporary vehicle drivertrains have been described as well.

PL

W pracy opisano problematykę diagnostyki procesu spalania dla silników ZS pojazdów typu HDV (Heavy-Duty Vehicles) w aspekcie ochrony środowiska naturalnego i wykrycia braku zapłonu oraz jej zastosowania w systemach OBD/EOBD. W pracy rozważano procesy wibroakustyczne, wybrane parametry sygnałów drgań uzyskanych z określonych miejsc na silniku stanowiły estymatory diagnostyczne zmian procesu. Artykuł dotyczy diagnozy przebiegu procesu z punktu widzenia wymagań diagnostyki OBD i takiegoż systemu, dokonano sprawdzenia możliwości zastosowania metody chaosu deterministycznego i procesów wibroakustycznych do bieżącej diagnostyki spalania i budowy monitora diagnostycznego w silnikach lokomotyw spalinowych. Powyższy etap badań naukowych był zrealizowany w celu kontroli wrażliwości wybranych metod nieliniowych na zmiany procesu lub jego brak. Przestawiono również analizy sygnałów i ograniczenia zastosowania metody oraz możliwości jej praktycznego zastosowania w obecnych źródłach napędu pojazdów.

Słowa kluczowe

EN

combustion process; misfire; diagnostics; vibroacoustics; environmental protection; OBD system; deterministic chaos theory

PL

proces spalania; wypadanie zapłonu; diagnostyka; wibroakustyka; ochrona środowiska naturalnego; system OBD; teoria chaosu deterministycznego

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 50, nr 3
• Opis fizyczny: Pełny tekst na DVD, Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Merkisz J.

autor

Waligórski M.

• Faculty of Machines and Transport at Poznań University of Technology

Bibliografia

• [1] Abarbanel H.D.I: Analysis of Observed Chaos Data. Springer 1996.
• [2] Aittokallio T., Gyllenberg M., Hietarinta J., Kuusela T., Multama T.: Improving the false nearest neighbors method with graphical analysis, Physical Review 18 (1999) 416-421.
• [3] Baker G. L., Gollub, J. P.: Wstęp do dynamiki układów chaotycznych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998.
• [4] Barczewski R., Szymański G. M.: Zastosowanie metod selekcji sygnału drganiowego w diagnostyce silników spalinowych. Pojazdy Szynowe 3-4/2004.
• [5] Barczewski R., Tabaszewski M.: "Analiza przestrzenno-widmowa w diagnostyce złożonych obiektów mechanicznych". XXVI Ogólnopolskie Sympozjum "Diagnostyka Maszyn" Węgierska Górka 15-20.03.1999, Zeszyt 1/99.
• [6] Barczewski R.: AFC - the method of amplitude spectrum correction. Congress of Technical Diagnostics, Gdańsk 1996.
• [7] Barczewski R.: Analiza nieliniowości z zastosowaniem STSF-AFC jako metoda diagnozowania. II International Congress of Technical Diagnostics Warsaw, Poland 19-22 September 2000.
• [8] Barczewski R.: Application of the Short Time Fourier Transform (STFT) with Amplitude and Frequency Correction (AFC) to non-linear system free vibration signal analysis. Report: CRI Hannover -DAAD, November 1997.
• [9] Daily J. W.: Cycle-to-Cycle Variation: A Chaotic Processing?. Combustion Science and Technologies, 1988, Vol. 57, 149-162.
• [10] Daw C. S., Kennel M. B., Finney C. E. A., Connolly F. T.: Observing and modelling nonlinear dynamics in an internal combustion engine. Physical Review E, Vol. 57, No. 3, 1998, 2811-2819.
• [11] Foakes A. P., Pollard D. G.: Investigation of a Chaotic Mechanism for Cycle-to-cycle Variations. Combustion Science and Technology, 1993, Vol. 90, 281-287.
• [12] Gorman M., El-Hamdi M., Robbins K. A.: Four Types of Chaotic Dynamics in Cellular Flames. Combustion Science and Technology, 1994, Vol. 98, 79-93.
• [13] Iokibe T.: Industrial Application of Chaos Engineering. 2nd On-line Conference on Soft Computing in Engineering Design and Manufacturing (WSC2), 23-27 June 1997.
• [14] Jerrelind J., Stensson A.: Nonlinear dynamics of parts in engineering systems. Chaos, Solitons and Fractals, 11, 2000, 2413-2428.
• [15] Kantz H., Schreiber T.: Non-linear Time Series Analysis, Cambridge University Press, Cambridge, 1997.
• [16] Kennel M. B., Brown R., Abarbanel H.D.I.: Determining embedding dimension for phase-space reconstruction using a geometrical construction, Physical Reviev A 45 (1992) 3403-3411.
• [17] Li W., Gu F., Ball D., Leung A. Y. T, Phipps C. E.: A study of the noise from diesel engines using the independent component analysis. Mechanical Systems and Signal Processing (2001) 15(6), pp. 1165-1184.
• [18] Luo G., Xie J.: Bifurcations and chaos in a system with impacts. Physicia D, 148, 2001, 183-200.
• [19] Marwala T., Hunt H. E. M.: Is damage identification using vibration data in a population of cylinders feasible? Journal of Sound and Vibration (2000) 237(4), pp. 727-732.
• [20] Mitra, S.K., Kaiser J. F. (eds.): Handbook for Digital Signal Processing. John Wiley & Sons, 1993.
• [21] Newland D.E.: Practical Signal Analysis: Do Wavelets make any difference? Proceedings of DTC'97 1997 ASME Design Engineering Technical Conference, September 14-17, 1997 Sacramento, California.
• [22] Ott E.: Chaos w układach dynamicznych. WNT, Warszawa, 1997.
• [23] Rhodes C., Morari M.: False-nearest-neighbors algorithm and noise-corrupted time series, Physical Review E 55 (1997) 6162-6170.
• [24] Roberts J. B., Peyton Jones J. C., Landsborough K. L.: Stochastical modelling and estimation for cyclic pressure variations in spark ignition engines. Mechanical Systems and Signal Processing (2001) 15(2), pp. 419-438.
• [25] Shie Qian, Dapang Chen: Joint Time-Frequency analysis. Methods and Applications, Prentice Hall PTR Inc. 1996.
• [26] Wang W. J, Chen J., Wu X. K., Wu Z. T.: The application of some non-linear methods in rotating machinery fault diagnosis. Mechanical Systems and Signal processing (2001) 15(4), 697-705.
• [27] Yang J., Pu L., Wang Z., Zhau Y., Yan X.: Fault detection in a Diesel engine by analysing the instantaneous angular speed. Mechanical Systems and Signal Processing (2001) 15(3), pp. 549-564.