Zagadnienia diagnostyki silników spalinowych z wykorzystaniem drgań rezonansowych

Dynamiczny rozwój silników spalinowych powoduje konieczność wprowadzenia strategii eksploatacji jednostek napędowych, opartej na znajomości ich stanu technicznego. Określenie stanu technicznego należy do zadań diagnostyki technicznej.
W niniejszej pracy analizie poddano zagadnienia związane z drganiową diagnostyką wybranych zespołów tłokowych silników spalinowych oraz procesów w nich zachodzących. Duża część rozprawy jest poświęcona zagadnieniom związanym z modelowaniem diagnostycznym. W części pracy dotyczącej modelowania zagadnień przetwarzania informacji diagnostycznej opisano istotę diagnozowania obiektów mechanicznych z zastosowaniem różnego rodzaju modeli diagnostycznych. Przedstawiono metody analizy i syntezy informacji umożliwiające modelowanie przepływu informacji diagnostycznej o badanym obiekcie i w efekcie postawienie diagnozy.
Poddano analizie różnego rodzaju zakłócenia drganiowe sygnału diagnostycznego, mogące skutkować błędną diagnozą. Do zakłóceń tych zaliczono: drgania generowane przez inne cylindry, błędnie dobrane punkty akwizycji sygnałów drgań, niepoprawnie ustalone pasmo częstotliwości drgań poddane analizie.
Opisano i przeprowadzono wiele eksperymentów naukowych, które miały na celu dostarczenie informacji koniecznych do zbudowania i zweryfikowania modeli diagnostycznych umożliwiających ocenę procesów zachodzących w silniku spalinowym.
Na podstawie wyznaczonych modeli diagnostycznych opracowano algorytmy oceny: stanu technicznego elementów, regulacji zespołów silnika oraz poprawności realizacji procesów zachodzących w silniku.

STRESZCZENIE 5 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ I SKRÓTÓW 7 1. WPROWADZENIE 9 2. STUDIUM DRGANIOWEJ DIAGNOSTYKI SILNIKÓW SPALINOWYCH 11 2.1. Wstęp 11 2.2. Procesy towarzyszące diagnozowaniu silników spalinowych 12 2.3. Modelowanie przetwarzania informacji diagnostycznej 13 2.4. Dotychczasowe dokonania w diagnostyce wibroakustycznej silników spalinowych 17 2.5. Podsumowanie rozdziału 2.4 33 3. SFORMUŁOWANIE PROBLEMU BADAWCZEGO 35 3.1. Przydatność sygnałów drganiowych do diagnozowania silników spalinowych 35 3.2. Teza i cel pracy 36 3.3. Zakres pracy 37 4. MODELE DIAGNOSTYCZNE TŁOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH 38 4.1. Wprowadzenie 38 4.2. Zagadnienia związane z budową modeli diagnostycznych 39 4.2.1. Wyznaczanie punktów pomiarowych 39 4.2.2. Ocena zakłóceń sygnałów diagnostycznych przez sąsiednie cylindry 44 4.2.3. Częstotliwości rezonansowe głowic badanych silników 48 4.3. Modele regresyjne 51 4.3.1. Modele diagnostyczne oceny luzu zaworów w silnikach spalinowych 51 4.3.2. Modele sygnatur drganiowych silników spalinowych 60 4.3.3. Modele diagnostyczne oceny ciśnienia spalania w silnikach spalinowych 63 4.4. Modele binarne 66 4.5. Modele strukturalne 73 4.5.1. Opis modelu strukturalnego 73 4.5.2. Dobór parametrów modelu 76 4.5.3. Przykładowe wyniki badań symulacyjnych z zastosowaniem modeli strukturalnych 84 4.6. Podsumowanie rozdziału 4 87 5. WERYFIKACJA MODELI DIAGNOSTYCZNYCH 88 5.1. Weryfikacja modeli regresyjnych 88 5.1.1. Wiadomości wstępne 88 5.1.2. Modele szacowania luzu zaworów 89 5.1.3. Modele sygnatur drganiowych 93 5.1.4. Modele oceny ciśnienia spalania 95 5.1.5. Podsumowanie weryfikacji modeli regresyjnych 96 5.2. Weryfikacja modelu binarnego 96 5.3. Weryfikacja modeli strukturalnych 99 5.3.1. Wprowadzenie 99 5.3.2. Weryfikacja wyników badań symulacyjnych dotyczących oceny luzu zaworów silnika 99 5.3.3. Weryfikacja wyników badań symulacyjnych dotyczących procesu spalania 104 5.3.4. Podsumowanie weryfikacji modeli strukturalnych 107 6. ALGORYTMY OCENY STANU TECHNICZNEGO SILNIKÓW SPALINOWYCH 108 7. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 117 LITERATURA 119 ZAŁĄCZNIK A: Podstawowe dane techniczne badanych silników spalinowych 128 ZAŁĄCZNIK B: Przykładowe wyniki badań dotyczące oceny luzu zaworów 131 ZAŁĄCZNIK C: Przykładowe wyniki badań dotyczące sygnatury drganiowej silnika Sulzer 6 AL 20/24 133 ZAŁĄCZNIK D: Przykładowe wyniki badań dotyczące oceny ciśnienia spalania silnika Stork – Wärtsilä 6 SW38 135 SUMMARY 137