Акустическое диагностирование двигателя внутреннего сгорания

Введение. Для обеспечения стабильной работоспособности транспортно-технологических машин необходим постоянный контроль их технического состояния. Своевременное диагностирование сложно осуществлять при работе в удаленных регионах, а также при грузоперевозках на большие расстояния из-за отсутствия близкорасположенных центров технического обслуживания.
Материалы и методы. Одним из решений вышеперечисленной проблемы является использование метода диагностирования по звуковым параметрам. В частности, данный метод применим и к силовым установкам. Его преимущество состоит в возможности оперативно оценить состояние механизмов и систем двигателя на месте при помощи портативного прибора (без применения крупногабаритной и маломобильной техники) методом неразрушающего контроля. Таким образом, исследование и внедрение метода акустического диагностирования на сегодняшний день является перспективным и востребованным. Одним из важнейших направлений совершенствования силовых установок сегодня является автоматизация процессов управления их функционированием на основе использования электроники и микропроцессорных систем. При положительном воздействии на эффективность функционирования двигателя эти сложные системы расширяют диапазон его потенциальных неисправностей. Целью данного исследования являлась оценка принципиальной возможности определения и сопоставления акустических параметров двигателя с нарушениями и без нарушений режима функционирования при возникновении отказов в электронных системах управления его работой. В качестве примера объектом исследования выбран легковой автомобиль Ford Focus. В качестве тестовой неисправности использовался сбой в работе электронного модуля зажигания. Полученные спектральные картины звукового излучения ДВС без нарушения и с нарушением режима работы позволяют определить характер неисправности двигателя по звуковым параметрам.
Результаты. Был получен диапазон частот, при котором возможно идентифицировать спектральную картину двигателя с нарушениями режима работы и двигателя без нарушений режима работы. Этот диапазон составил 6 000–6 500 Гц, поскольку на данном отрезке уровень звука достигает более 40 дБ.
Обсуждение и заключение. Проведенный эксперимент является начальной стадией проведения масштабного экспериментального исследования, результат которого послужит отправной точкой для внедрения акустического метода в процесс диагностирования электронных систем управления двигателями внутреннего сгорания.

1. Острецов Д.А. Проблемы грузоперевозок в России и пути их решения // Наука без границ. 2016. № 1 (1). С. 27–30.

2. Kuruma M., Kulikov A.V. Improving the organization of food transportation by road to shopping centres in Conakry (Guinea) by optimizing supply chains. // Архитектура, строительство, транспорт. 2021. No. 2. С. 76–89. DOI 10.31660/2782-232X-2021-2-76-89.

3. Довольнов И.С. Aнализ применимости методов подземного строительства гражданских и промышленных зданий // Архитектура, строительство, транспорт. DOI 10.31660/2782-232X-2021-2-50-57. 2021. № 2. С. 50–57.

4. Мусаелянц Г.Г., Павленко Е.А., Сысоев Д.К. Способ диагностирования бензиновых двигателей с впрыском топлива с выявлением конкретных неисправностей // Вестник СибАДИ. 2018; 15 (1): 69–76. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2018-1-69-76

5. Батялов А.А., Гордеев В.И. Системы технического диагностирования двигателей // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. 2003. № 5. С. 67–77.

6. Гончаров А.А., Гончаров Н.С. Совершенствование методики диагностирования датчика кислорода автомобильных двигателей // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. № 10(171). С. 236–240.

7. Горбаш В.Г., Делендик М.Н., Павленко П.Н. Неразрушающий контроль в промышленности. Акустический контроль // Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 4. С. 35–51.

8. Рыбочкин А.Ф., Савельев С.В., Смирнов А.В. Диагностирование состояния работающего автомобильного двигателя на основе анализа издаваемого им акустического шума // Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 16 (156). С. 61–77.

9. Лузина Н.П. Анализ результатов контроля технических изделий методом акустической эмиссии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2011. № 3 (73). С. 78–83.

10. Дрейзин В.Э., Касем М.М. Возможности диагностики автомобильных двигателей путём анализа шума работающего двигателя // Известия Курского государственного технического университета. 2009.

11. Уваров Г.А. Совершенствование акустического метода диагностирования автомобильных бензиновых двигателей // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2014. № 3. С. 95–98.

12. Деев А.А. Акустические колебания в фрикционном контакте как способ контроля поверхностей трения на этапе приработки двигателей внутреннего сгорания // Вестник Рязанского государственного университета им. С. А. Есенина. 2010. № 29. С. 132–148.

13. Mathew S.K., & Zhang Y. Acoustic-Based engine fault diagnosis using WPT, PCA and Bayesian Optimization. Applied Sciences. 2020. 10(19), 6890. DOI: 10.3390/app10196890

14. Albarbar A., Gu F., & Ball A. Diesel engine fuel injection monitoring using acoustic measurements and independent component analysis. Measurement. 2010. 43(10), 1376–1386. DOI: 10.1016/j.measurement.2010.08.003

15. Deptuła A., Osiński P., & Radziwanowska U. Decision support system for identifying technical condition of combustion engine. Archives of Acoustics. 2016. 41(3). 449–460. DOI: 10.1515/aoa-2016-0046

16. Albarbar A., Gu, F., Ball A., & Starr A. Acoustic monitoring of engine fuel injection based on adaptive filtering techniques. Applied Acoustics. 2010. 71(12), 1132–1141. DOI: 10.1016/j.apacoust.2010.07.001

17. Broatch, A., Novella, R., García-Tíscar, J., Gómez-Soriano, J., & Pal, P. Analysis of combustion acoustic phenomena in compression–ignition engines using large eddy simulation. Physics of Fluids (1994). 2020. 32(8). DOI: 10.1063/5.0011929

18. Rahman M.S., Verma P., Zare A., Borghesani, P., Bodisco T. A., Ristovski Z., & Brown R.J. In-cylinder pressure reconstruction by engine acoustic emission. Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. 152. 107490. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.107490

19. Jafari S.M., Mehdigholi H., & Behzad M. Valve fault diagnosis in internal combustion engines using acoustic emission and artificial neural network. Shock and Vibration. 2014. 1–9. DOI: 10.1155/2014/823514

20. Umair Ahmed U.A. F. A. Acoustic monitoring of an aircraft auxiliary power unit. ISA Transactions. 2023. 137. 670–691. DOI: 10.1016/0019-0578(92)90040-p

21. Waligórski 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. 2020. 154. 107460. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107460

22. Виноградов В.Ю., Сайфуллин А.А. Контроль технического состояния авиационных ГТД по акустическим параметрам, измеренным на срезе сопла двигателя // Вестник двигателестроения. 2012. № 2. С. 25–29.

23. Никитина Н.Е., Мотова Е.А., Тарасенко Ю.П. Неразрушающий контроль рабочих компрессорных лопаток авиационного двигателя // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 3-1 (34). С. 291–295.

24. Волчанина М.А. Статистические исследования сигналов акустического контроля при диагностировании силовых трансформаторов // Известия Транссиба. 2022. № 3. С. 80–89.

25. Черемсин 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. № 4. С. 161–171.

26. Терехов В.И. Автоматизация определения характеристик звукового сигнала // Научно-практический электронный журнал Аллея Науки. 2022. № 7 (70).

27. Mayuraj Ekatpure, Sevlikar, R., & Kamble S. The Condition Monitoring of I.C. Engine using Acoustic Signal Analysis. International Research Journal of Engineering and Technology. 2022. 09(06). 1349–1352. Режим доступа://www.irjet.net/archives/V9/i6/IRJET-V9I6238.pdf