sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2025-22-6-882-894SJTQELsibadi-2114Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGСравнительная оценка диагностирования электронных систем управления бензиновым и дизельным двигателем по акустическим параметрамComparative evaluation of diagnostics of electronic control systems of gasoline and diesel engines by acoustic parametershttps://orcid.org/0009-0008-0565-5440ГабидулинВ. Д.GabidulinV. D.

Габидулин Владимир Дмитриевич – аспирант кафедры «Наземные транспортно-технологические машины»

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4

Gabidulin Vladimir D. – Postgraduate Student, Department of Ground Transport and Technological Machines

4, 2-nd Krasnoarmeyskaya Street, St. Petersburg, 190005

moymail_2014@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7803-4049ДобромировВ. Н.DobromirovV. N.

Добромиров Виктор Николаевич – д-р техн. наук, проф. кафедры «Наземные транспортно-технологические машины»

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4

Dobromirov Viktor N. – Doctor of Technical Sciences (Engineering), Professor, Department of Ground Transport and Technological Machines

4, 2-nd Krasnoarmeyskaya Street, St. Petersburg, 190005

viktor.dobromirov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3862-4383ЧерняевИ. О.ChernyaevI. O.

Черняев Игорь Олегович – канд. техн. наук, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация транспортных средств»

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4

Chernyaev Igor O. – Candidate of Technical Sciences, Head of the Department of Technical Operation of Vehicles

4, 2-nd Krasnoarmeyskaya Street, St. Petersburg, 190005

chernyaev@rambler.ruСанкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университетРоссияSt. Petersburg State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation202512012026226882894Copyright © Габидулин В.Д., Добромиров В.Н., Черняев И.О., 20252025Габидулин В.Д., Добромиров В.Н., Черняев И.О.Gabidulin V.D., Dobromirov V.N., Chernyaev I.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/2114Введение

Введение. Двигатель внутреннего сгорания является сложным агрегатом, работоспособность которого тесно связана с исправностью различных систем управления, в частности электронных. Отказы в электронных системах управления вызывают нарушение нормального режима работы двигателя, переводя его в режим ограниченной функциональности. Акустические шумы, издаваемые двигателем при различных режимах работы, могут быть параметром, с помощью которого возможно произвести диагностику двигателя и идентифицировать неисправность. В статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по сравнительному анализу методов акустического диагностирования электронных систем управления бензиновым и дизельным двигателем внутреннего сгорания.

Материалы и методы

Материалы и методы. Совершенствование силовых установок современных транспортно-технологических машин (НТТМ) было и остается актуальной задачей. Одним из векторов реализации этой задачи является использование автоматизированных систем управления и контроля работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), основанных на применении электронных и микропроцессорных технологий. Благодаря использованию таких систем значительно повышается эффективность работы ДВС. Однако сложность устройства и конструктивные особенности этих систем увеличивают возможность возникновения потенциальных неисправностей двигателя, связанных с их отказами. Вследствие этого существует необходимость разработки и реализации различных методов их диагностирования. Предлагаемая оценка функциональности таких электронных систем по издаваемым двигателем акустическим сигналам является одним из способов оперативного технического контроля. Регистрация шумовых характеристик осуществляется портативным звукозаписывающим устройством, в дальнейшем обрабатывается и анализируется с использованием специализированного программного обеспечения. Простота и оперативность применения метода являются преимуществом в сравнении с другими традиционными методами диагностирования, в особенности при работе в полевых условиях, непосредственно в местах применения машин. Авторами статьи ранее производилась экспериментальная оценка возможности применения метода акустического диагностирования функциональности электронных систем бензинового двигателя. В данной статье представлены результаты исследования по применению подобного метода на дизельном двигателе, и произведена сравнительная оценка полученных результатов. Объектом исследования является дизельный двигатель, входящий в состав обучающего стенда фирмы GNFA. Стенд предназначен для изучения электронных систем управления работой дизеля. Возможности стенда позволяют задавать различные неисправности электронных систем путем размыкания электрической цепи в блоке предохранителей, вызывая тем самым полный отказ двигателя или переход его работы в режим ограниченного функционирования. Авторами статьи замерялись и анализировались акустические параметры двигателя при различных режимах ограниченного функционирования и сравнивались с шумовыми параметрами ДВС в нормальном режиме работы.

Результаты

Результаты. В работе произведен анализ различного рода неисправностей электронных систем управления дизельного ДВС. Выделены три состояния работы двигателя: двигатель работает в нормальном режиме функционирования; двигатель не работоспособен (не запускается); двигатель работает в режиме ограниченной функциональности.

Представлен анализ и сравнение акустических параметров работы дизельного двигателя в условиях этих состояний, с последующим обоснованием правил идентификации неисправностей электронных систем путем спектрального разложения шумового фона. Произведена сравнительная оценка по результатам исследований на бензиновом и дизельном двигателях.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Результаты исследования могут стать научной основой метода оперативного технического контроля состояния ДВС НТТМ путем акустической оценки качества работы электронных систем управления.

Introduction

Introduction. An internal combustion engine is a complex unit, the performance of which is closely related to the functionality of various control systems, in particular electronic ones. Failures in electronic control systems cause disruption of the normal engine operation, rendering it into a limited function mode. Acoustic noises emitted by the engine during various operating conditions can be used as a parameter for engine diagnostics and malfunction identification. The article presents the results of theoretical and experimental studies comparing acoustic diagnostic methods for electronic control systems of gasoline and diesel internal combustion engines.

Materials and methods

Materials and methods. Improving the powertrains of modern transport and technological vehicles has been and remains an urgent task. One of the vectors to achieve this goal is the use of automated control and monitoring systems for internal combustion engine operation based on the application of electronic and microprocessor technologies. Thanks to the use of such systems, the efficiency of the internal combustion engine is increased significantly. However, the complexity and design features of these systems increase the possibility of potential engine malfunctions connected with their failures. As a result, there is a need to develop and implement various diagnostic methods. The proposed assessment of the functionality of such electronic systems based on acoustic signals emitted by the engine is one of the ways of operational technical control. The recording of noise characteristics is carried out by a portable sound recorder, which is further processed and analyzed with the use of specialized software. The simplicity and application speed of the method are the advantage in comparison with other traditional diagnostic methods, especially in the field conditions, directly in the places where vehicles are used. The authors of the article previously conducted the experimental assessment of the application possibility of acoustic diagnostics to the functionality of gasoline engine electronic systems. This article presents the results of the same method use on diesel engine and provides a comparative evaluation of the results. The object of the study is a diesel engine, which is part of the GNFA training stand. The stand is designed to study electronic control systems for diesel engines. The capabilities of the stand make it possible to set various malfunctions of electronic systems by opening the electrical circuit in the fuse box, thereby causing a complete engine failure or switching its operation to a limited mode. The authors of the article measured and analyzed the acoustic parameters of the engine in various modes of limited operation and compared them with the noise parameters of the internal combustion engine in normal operation.

Results

Results. Various kinds of malfunctions of electronic control systems of the diesel internal combustion engine have been analyzed. Three engine operating states have been identified: normal operation mode of the engine; inoperative (engine does not start); limited operation mode of the engine.

The analysis and comparison of acoustic parameters of the diesel engine operation under these conditions were carried out, with the subsequent substantiation of the rules for identifying electronic system malfunctions by spectral decomposition of the noise background. A comparative assessment was made based on the results of studies on gasoline and diesel engines.

Discussion and conclusion. The results of the study can become the scientific basis for the method of fast technical monitoring of the internal combustion engine operational condition of modern transport and technological vehicles by acoustic assessment of the performance of electronic control systems.

двигатель внутреннего сгоранияэлектронные системы управления и контроляакустическое диагностированиеспектральный анализinternal combustion engineelectronic control and monitoring systemsacoustic diagnosticsspectral analysisReferencesХрапов Ю.Н., Успенский И.А., Кокорев Г.Д. [и др.]. Диагностика современного автомобиля // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 118: 1001–1025.Khrapov Yu.N., Uspensky I.A., Kokorev G.D., & [i dr.] Diagnostika sovremennogo avtomobilya [Diagnostics of a modern car]. Polythematic Network Electronic Scientific Journal of the Kuban State Agrarian University. 2016; 118: 1001–1025. (in Russ.)Гончаров А.А., Гончаров Н.С. Совершенствование методики диагностирования датчика кислорода автомобильных двигателей // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. № 10 (171): 236–240.Goncharov A.A., Goncharov N.S. Sovershenstvovanie metodiki diagnostirovaniya datchika kisloroda avtomobil’nykh dvigatelei [Improving the method for diagnosing the oxygen sensor of automotive engines]. Vestnik of the Orenburg State University. 2014; 171 (10): 236–240. (in Russ.)Deptuła A., Osiński P., Radziwanowska U. Decision Support System for Identifying Technical Condition of Combustion Engine // Archives of Acoustics. 2016. Vol. 41(3): 449-460.Deptuła A., Osiński P., Radziwanowska U.. Decision support system for identifying technical condition of combustion engine. Archives of Acoustics. 2016; 41 (3): 449–460. https://doi.org/10.1515/aoa-2016-0043Острецов Д.А. Проблемы грузоперевозок в России и пути их решения // Наука Без Границ. 2016. № 1 (1): 27–30.Ostretsov D.A. Problemy gruzoperevozok v Rossii i puti ikh resheniya [Problems of cargo transportation in Russia and ways to solve them]. Nauka Bez Granits. 2016; 1(1): 27–30. (in Russ.)Пушкарев А.Е., Терентьев А.В. Решение вопросов технического обеспечения доступности арктических регионов. Текст : электронный. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. С. 12–18. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=50202238 (дата обращения: 31.08.2025).Pushkarev A.E., Terentiev A.V. Reshenie voprosov tekhnicheskogo obespecheniya dostupnosti arkticheskikh regionov [Solving issues of technical support for the accessibility of Arctic regions]. In Sbornik materialov nauchno-prakticheskoi konferentsii .2022; (pp. 12–18). Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering. (in Russ.) https://elibrary.ru/item.asp?id=50202238Федосов А.В., Гайнуллина Л.А. Методы неразрушающего контроля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. Т. 11(2): 73–78.Fedosov A.V., Gainullina L.A.. Metody nerazrushayushchego kontrolya [Methods of non-destructive testing]. Electrotechnical and Information Complexes and Systems. 2015; 11(2): 73–78.Сургутсков К.Н., Трегубова (Титла) И.М. Проблемы компьютерной диагностики современных автомобильных двигателей // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52): 25.Surgutskov K.N., Tigula (Tregubova) I.M.. Problemy komp’yuternoi diagnostiki sovremennykh avtomobil’nykh dvigatelei [Problems of computer diagnostics of modern automobile engines]. Inzhenernyi Vestnik Dona. 2019; 52 (1): 25. (in Russ.)Горбаш В.Г., Делендик М.Н., Павленко П.Н. Неразрушающий контроль в промышленности. Акустический контроль // Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 4: 35–51.Gorbash V.G., Delendik M.N., Pavlenko P.N. Nerazrushayushchii kontrol’ v promyshlennosti. Akusticheskii kontrol’ [Non-destructive testing in industry. Acoustic testing]. Non-Destructive Testing and Diagnostics.2011; 4: 35–51. (in Russ.)Рыбочкин А.Ф., Савельев С.В., Смирнов А.В. Диагностирование состояния работающего автомобильного двигателя на основе анализа издаваемого им акустического шума // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014. № 16 (156): 61–77.Rybochkin A.F., Savelyev S.V., Smirnov A.V.Diagnostirovanie sostoyaniya rabotayushchego avtomobil’nogo dvigatelya na osnove analiza izdavaemogo im akusticheskogo shuma [Diagnostics of the state of a running automotive engine based on the analysis of its acoustic noise]. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. 2014; 156 (16): 61–77. (in Russ.)Albarbar A., Gu F., Ball A.D. Diesel engine fuel injection monitoring using acoustic measurements and independent component analysis // Measurement. 2010. Vol. 43(10): 1376-1386.Albarbar A., Gu F., Ball A.D. Diesel engine fuel injection monitoring using acoustic measurements and independent component analysis. Measurement.2010; 43(10): 1376–1386. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2010.08.005Broatch A., Novella R., García-Tíscar J. [et al.] Analysis of combustion acoustic phenomena in compression–ignition engines using large eddy simulation // Physics of Fluids. 2020. Vol. 32(8): 085101.Broatch A., Novella R., García-Tíscar J. & [et al.]. Analysis of combustion acoustic phenomena in compression–ignition engines using large eddy simulation. Physics of Fluids.2020; 32(8): 085101. https://doi.org/10.1063/5.0013662Волчанина М.А. Статистические исследования сигналов акустического контроля при диагностировании силовых трансформаторов // Известия Транссиба. 2022. 3 (51): 80–89.Volchanina M.A. Statisticheskie issledovaniya signalov akusticheskogo kontrolya pri diagnostirovanii silovykh transformatorov [Statistical studies of acoustic control signals in the diagnosis of power transformers]. Izvestiya Transsiba. 2022; 51 (3): 80–89. (in Russ.)Черемисин В.Т, Кузнецов А.А, Волчанина М.А, Горлов А.В. Измерение параметров акустических сигналов имитатора дефектов силовых трансформаторов // Инновационные транспортные системы и технологии. 2020. 6(4): 161–171.Cheremisin V.T., Kuznetsov A.A., Volchanina M.A., Gorlov A.V. Izmerenie parametrov akusticheskikh signalov imitatora defektov silovykh transformatorov [Measurement of parameters of acoustic signals of a power transformer defect simulator]. Innovative Transport Systems and Technologies. 2020; 6(4): 161–171. (in Russ.)Виноградов В.Ю., Сайфуллин А.А. Контроль технического состояния авиационных гтд по акустическим параметрам, измеренным на срезе сопла двигателя // Контроль. Диагностика. 2013. № 3: 53–57.Vinogradov V.Yu., Sayfullin A.A.. Control’ tekhnicheskogo sostoyaniya aviatsionnykh GTD po akusticheskim parametram, izmerennym na sreze sopla dvigatelya [Monitoring the technical condition of aircraft GTE by acoustic parameters measured at the engine nozzle cut]. Testing. Diagnostics. 2013; 3: 53–57. (in Russ.)Никитина Н.Е., Мотова (Шабанова) Е.А, Тарасенко Ю.П. Неразрушающий контроль рабочих компрессорных лопаток авиационного двигателя // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2012.№ 3.1 (34): 291–295.Nikitina N.E., Motova (Shabanova) E.A., Tarasenko Yu.P. Nerazrushayushchii kontrol’ rabochikh kompressornykh lopatok aviatsionnogo dvigatelya [Non-destructive testing of operating compressor blades of an aircraft engine]. Vestnik of the Samara State Aerospace University.2012. 34(3-1): 291–295. (in Russ.)Umair A., Fakhre A., Jennions I. Acoustic monitoring of an aircraft auxiliary power unit // ISA Transactions. 2023. Vol. 137: 670-691.Umair A., Fakhre A., Jennions I. Acoustic monitoring of an aircraft auxiliary power unit. ISA Transactions. 2023; 137: 670–691. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2022.12.031Waligórski M, Batura K., Kucal K., Merkisz J. Research on airplanes engines dynamic processes with modern acoustic methods for fast and accurate diagnostics and safety improvement // Measurement. 2019. Т 154: 107460.Waligórski M., Batura K., Kucal K., MerkiszГабидулин В.Д. Акустическое диагностирование двигателя внутреннего сгорания // Вестник СибАДИ. 2024. Т.21, № 4 (98): 502–511.J. Research on airplanes engines dynamic processes with modern acoustic methods for fast and accurate diagnostics and safety improvement. Measurement.2019; 154: 107460. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.107460Габидулин В.Д., Добромиров В.Н. Выявление неисправностей электронных систем управления двигателем внутреннего сгорания по акустическим параметрам // Вестник СибАДИ. 2025. Т. 22(3) 332–345.Gabidulin V.D. Akusticheskoe diagnostirovanie dvigatelya vnutrennego sgoraniya [Acoustic diagnostics of an internal combustion engine]. Vestnik of SibADI. 2024; 21(4): 502–511. (in Russ.)Терехов А.В., Гужаковская К.П. Анализ спектра звукового сигнала // NBI-technologies. 2020. Т. 14(1): 23–28.Gabidulin V.D., Dobromirov V.N. Vyyavlenie neispravnostei elektronnykh sistem upravleniya dvigatelem vnutrennego sgoraniya po akusticheskim parametram [Identifying malfunctions of internal combustion engine electronic control systems by acoustic parameters]. Vestnik of SibADI. 2025; 22(3): 332–345. (in Russ.)Данилов Д.Е. Анализ спектров // Наука, техника и образование. 2018. № 11 (52): 57–59.Terekhov A.V., Guzhakovskaya K.P. Analiz spektra zvukovogo signala [Analysis of the sound signal spectrum]. NBI-Technologies.2020; 14(1): 23–28. (in Russ.)Danilov D.E. Analiz spektrov [Spectrum analysis]. Nauka, Tekhnika i Obrazovanie. 2018; 52(11): 57–59. (in Russ.)Danilov D.E. Analiz spektrov [Spectrum analysis]. Nauka, Tekhnika i Obrazovanie. 2018; 52(11): 57–59. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.