Исследование виброакустического поля ДВС

Внедрение: 2013 г.

В работе [1] представлена разработка методики определения отклика виброкакустического поля (ВАП) на внешних поверхностях деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при проведении стендовых испытаний или на неподвижном автомобиле. Целью работы было построение виброакустической карты ДВС на основе последовательно выполненных измерений в заранее заданных точках, исходя из стационарности процесса, с синхронизацией по моменту впрыска топлива в первый цилиндр.

Измерение отклика ВАП на твердой поверхности выполнено с помощью цифровой фиксации сигналов модулем АЦП Е14‑440. Одновременно фиксировалось два параметра (рисунок 1, слева) – виброакустические колебания корпусных деталей ДВС и момент впрыска топлива в первый цилиндр. Измерение в каждой точке выполнялось пьезоэлектрическим широкополосным преобразователем виброакустической эмиссии (ВАЭ) (1). Сигнал предварительно разделялся на низкочастотную и высокочастотную компоненты. Момент впрыска топлива в первый цилиндр ДВС фиксировался узкополосным датчиком деформации трубопровода (2). Полученные сигналы нормализовались при помощи четырехканального усилителя заряда LE‑41. Общий вид измерительной системы представлен на рисунке 1, слева.

Рисунок 1. Измерительная аппаратура: преобразователи ВАЭ (слева); общий вид (справа).

Для настройки измерительной аппаратуры авторами разработана программа TestChannel (рисунок 2, слева). Фиксация сигналов выполнялась при помощи оригинальной программы WriteToFile (рисунок 2, справа). Запуск программы WriteToFile осуществлялся управляющей программой, обеспечивающей автоматическую нумерацию фалов в соответствии с порядковым номером точки измерения.

Рисунок 2. Программное обеспечение для теста каналов: интерфейс программы TestChannel (слева); интерфейс программы WriteToFile (справа).

Эксперимент проводился на автомобиле Volvo 740, оснащенном двигателем Volkswagen D24.

Для визуализации виброакустической карты авторами была разработана программа InGraph (рисунок 3), обеспечивающая построение графического образа в заданной частотной компоненте или заданном частотном диапазоне.

Рисунок 3. Интерфейс программы InGraph.

Виброакустическая карта, представленная на рисунке 4, построена для частотной компоненты 10,9863 Гц. Программа позволяет оперативно анализировать распределение интенсивности виброакустических колебаний по поверхности ДВС, но не обеспечивает возможность его представления в виде гладкой поверхности. Построение гладких поверхностей было выполнено путем двухмерной интерполяции кубическим сплайном узловых значений (рисунок 4).

Рисунок 4. Представление виброакустической карты ДВС в виде гладких поверхностей: трехмерный образ виброакустической карты (слева); изолинии ВАК (справа).

Виброакустическая карта (рисунок 4) представлена в виде трехмерного образа и изолиний для всего зафиксированного частотного диапазона 0÷20 кГц ВАЭ. Данная диаграмма позволяет оценить распределение ВАЭ на поверхности корпуса двигателя (рисунок 5).

Рисунок 5. Распределение активности ВАЭ по корпусу двигателя.

Выводы:

1. Разработанная методология оценки энергетического баланса колебаний двигателя путем построения виброакустических карт позволяет выделить зоны активности ВАЭ на исследуемом объекте, на этапе проектировки и доводки конструкции ДВС.
2. Анализ распределения энергии ВАЭ по частотному диапазону может быть использован для выявления наличия дефектов двигателей. Данная методика может быть рекомендована для диагностики ДВС.

Источник:

Оксень Д.Е., Оксень Е.И. Исследование процесса формирования виброакустического поля в механизмах двигателя внутреннего сгорания // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013. – № 1. – С. 116‑121.

Разработчик: Оксень Д.Е., Оксень Е.И.(АДИ ДонНТУ, г. Горловка, Украина)