Сравнительная оценка диагностирования электронных систем управления бензиновым и дизельным двигателем по акустическим параметрам

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

1. Храпов 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.

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

3. 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.

4. Острецов Д.А. Проблемы грузоперевозок в России и пути их решения // Наука Без Границ. 2016. № 1 (1): 27–30.

5. 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).

6. Федосов А.В., Гайнуллина Л.А. Методы неразрушающего контроля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. Т. 11(2): 73–78.

7. Сургутсков К.Н., Трегубова (Титла) И.М. Проблемы компьютерной диагностики современных автомобильных двигателей // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52): 25.

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

9. 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.

10. 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.

11. 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. Vol. 32(8): 085101.

12. Волчанина М.А. Статистические исследования сигналов акустического контроля при диагностировании силовых трансформаторов // Известия Транссиба. 2022. 3 (51): 80–89.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Umair A., Fakhre A., Jennions I. Acoustic monitoring of an aircraft auxiliary power unit // ISA Transactions. 2023. Vol. 137: 670-691.

17. 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. 2019. Т 154: 107460.

18. Габидулин В.Д. Акустическое диагностирование двигателя внутреннего сгорания // Вестник СибАДИ. 2024. Т.21, № 4 (98): 502–511.

19. Габидулин В.Д., Добромиров В.Н. Выявление неисправностей электронных систем управления двигателем внутреннего сгорания по акустическим параметрам // Вестник СибАДИ. 2025. Т. 22(3) 332–345.

20. Терехов А.В., Гужаковская К.П. Анализ спектра звукового сигнала // NBI-technologies. 2020. Т. 14(1): 23–28.

21. Данилов Д.Е. Анализ спектров // Наука, техника и образование. 2018. № 11 (52): 57–59.