Diagnostické metody a jejich aplikace v automobilovém průmyslu

Abstract

Gasoline engine is a complex power generating machines and used widely in automotive industry, which the failure rate is high. Carrying out the gasoline engine fault diagnostic methods have been studied and still a lasting topic for scientists. Crankshaft instantaneous angular acceleration contains information for fault diagnostic. It can directly reflect the state of applying work and current pressure in each cylinder. By means of analyzing the angular acceleration signal, the instantaneous engine running state and a lot of related faults can be discovered. Under the normal working conditions, the motive force performance of each cylinder is unanimous basically, the gasoline engine operates steadily. Its angular acceleration always fluctuates in a normal range and presents certain regularity. The operation when a certain cylinder is working abnormally, the consistency of motive force is destroyed, the engine becomes bad to the stationary of operation, and the angular acceleration signal will be out of shape. By observing its fluctuation, the working process in each cylinder can be evaluated. In this thesis, the instantaneous angular acceleration is evaluated by phase modulation method using the Hilbert Transform technique. To verify the signal analysis technique, the engine model created originally by Weeks, RW & Moskwa, J.J. is extended by modeling of the non-uniform driving torque in contrast to the original model assuming uniform driving torque to produce fluctuation of the crankshaft angular acceleration. Many subsystems of the engine are also modeled by the simulation program Matlab/Simulink. Torque of engine at some spark advances was simulated to compare and found out the best angle to obtain the maximum brake torque, as well.

Zážehový motor je široce používán v dopravních prostředcích. Jako u každého stroje, i u zážehového motoru mohou vznikat poruchy, které je třeba diagnostikovat. Provedení benzínového motoru a metody diagnosticky poruch byly studovány a jsou stále tématem pro výzkum. Okamžité úhlové zrychlení klikového hřídele poskytuje diagnostické informace o poruchách spalovacího procesu. To se může přímo odrážet na výkonu motoru daném aktuálním spalovacím tlakem v každém válci. Prostřednictvím analýzy signálu úhlového zrychlení, ve stavu kdy motor běží, může být objevena spousta chyb. Za normálních pracovních podmínek jsou hnací síly každého válce v podstatě shodné, zážehový motor pracuje v ustáleném režimu. Jeho úhlové zrychlení vždy kolísá v normálním rozsahu a představuje určitou pravidelnost. Když za provozu některý válec pracuje nepravidelně, je narušen časový průběh krouticího momentu, motor se stane nestabilní ve stacionárním provozu a úhlové zrychlení signálu bude vykazovat odchylky. Tím, že sledujeme kolísání okamžitého úhlového zrychlení, může být vyhodnocen spalovací a kompresní proces individuálně v každém válci zvlášť. V této práci, je hodnoceno okamžité úhlové zrychlení klikového hřídele metodou fázové modulace. Nástrojem k demodulaci je analytický signál, jehož imaginární část je vypočtena pomocí Hilbertovy transformace. Chceme-li ověřit metodu zpracování impulsního signálu pro ECU, použijeme simulační model motoru. První dynamický model vytvořili Week, R.W. a Moskwa, J.J.. Tento model průběžně počítal krouticí moment jako konstantu pro všechny fáze práce motoru. K testování výpočtu okamžitého úhlového zrychlení klikového hřídele bylo třeba modelovat vznik nerovnoměrnosti krouticího momentu při hoření paliva ve válci a kompresi směsi, jako příčiny periodického zrychlování a zpomalování při otáčení kliky na požadovaných otáčkách. Model motoru je rozdělen na subsystémy, které jsou modelovány simulačním programem Matlab / Simulink. Krouticí moment motoru při některých zapalovacích postupech byl pro porovnání simulován a byl hledán nejlepší úhel předstihu zapalování pro dosažení maximálního hnacího momentu.