Отработавшие газы (ОГ) являются частью процесса превращения химической энергии топлива в механическую работу двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Воздух из атмосферы на такте впуска поступает в цилиндры ДВС, а в такте выпуска выбрасывается из него в виде ОГ. В состав ОГ входят не только токсичные продукты неполного сгорания топлива, но и токсичные вещества, образовавшиеся в результате рабочего цикла ДВС. Целью настоящих исследований является совершенствование процесса диагностирования системы питания дизельных ДВС путём определения состава ОГ.
Задачами настоящих исследований являются: 1) Совершенствование процесса диагностирования системы питания дизельных ДВС легковых автомобилей путём определения состава ОГ; 2) Теоретическое обоснование процесса диагностирования системы питания дизельных ДВС легковых автомобилей по содержанию химических веществ и соединений в ОГ; 3) Разработка технологии диагностирования системы питания дизельных двигателей легковых автомобилей по содержанию химических веществ и соединений в ОГ.
Ключевые слова: газоанализатор, технология, эффективность.
Модель диагностированиясистемы питания дизельного ДВС
По составу ОГ дизельного ДВС можно диагностировать техническое состояние системы питания ДВС. Концентрация химических веществ и соединений ОГ ДВС в значительной мере зависит от полноты сгорания топлива в цилиндре, от температурного режима работы ДВС, уровня содержания кислорода топливо-воздушной смеси.
Техническое состояние системы питания оказывает значительное влияние на условия сгорания топлива в цилиндре через качество распыливания, давления впрыска топлива, величину цикловой подачи, угол начала впрыска, а также продолжительность процесса впрыска.
Цикловая подача топлива в свою очередь во многом зависит от степени качества дизельного топлива, степени засоренности топливных фильтров, технического состояния плунжерных пар ТНВД, распылителей форсунок, работоспособности всережимного регулятора ТНВД [1, 2, 3, 4, 5].
Качество распыления дизельного топлива зависит от давления его впрыска, плотности посадки иглы распылителя и состояния отверстий распылителей форсунок [6, 7].
Снижение выбросов углеводородов и сажи свидетельствует о полном сгорании топлива в цилиндре ДВС.
Модель диагностирования системы питания дизельного ДВС по составу ОГ представлена на рисунке 1 [3].
Рис. 1. Модель диагностирования системы питания дизельного ДВС по составу ОГ
Теоретическое обоснование скакавший диагностирования дизельных ДВС по составу отработавших газов
Дизельный ДВС являет собой сложный механизм, состояние которого определяется множеством технических параметров.
Совокупность последовательных действий в процессе определения технического состояния системы питания ДВС без разборки, с применением диагностического оборудования является диагностическим алгоритмом.
Проведение диагностики технического состояния системы питания дизельного ДВС можно описать при помощи выражения:
К=(k 1 , k 1 ,..., k i ....k v ,) [3] (1.1)
где k i — признак, имеющий m i диагностических параметров, составляющих концентрацию содержания химических компонентов, содержащихся в ОГ ДВС. Каждый диагностический признак примем за k is
Фактическую концентрацию содержания химических компонентов, содержащихся в ОГ ДВС обозначим как (*). Исходя из этого фактический состав ОГ ДВС будет соответствовать комплексу фактических концентраций различных компонентов, составляющих ОГ.
К=(k 1 * , k 1 * ,..., k i * ....k v * ,) [3] (1.2)
При проведении Д системы питания по составу ОГ будем использовать вероятностный метод совокупности диагностических признаков.
При проведении технической диагностики применяем метод Томаса Байеса [10]. К преимуществам данного метода является простота и достаточная достоверность результатов.
Вышеупомянутый метод основан на формуле Томаса Байеса:
Р(D i / k i )=Р(D i )Р(k i /D i )/Р(k i ) [3] (1.3)
где: Р(D i ) — вероятность постановки диагноза неисправности системы питания D i которая определяется по статическим данным. При обследовании N количества объектов у N i , наблюдается состояние D i , значит:
Р(D i )= N i ,/N [3] (1.4)
Р(D i /k i ) — вероятность диагноза D i ; при наличии у признака неисправности k i .
Р(k i /D i ) — вероятность появления диагностического признака k i у объекта (система питания ДВС) имеющего диагностический параметр D i .
Р(k i ) — вероятность появления у объекта признака независимо от диагноза.
В ВКР в качестве признаков k i , описывающих техническое состояние системы питания дизельного ДВС, являются концентрации химических веществ и соединений составляющих ОГ.
Диагностику проводим по всему комплексу признаков К, включающем (k 1 , k 2 , k 3 ....k v ,), а каждый признак имеет m диагностических разрядов.
В результате исследования элементов, составляющих ОГ ДВС известна реализация признака и всего комплекса признаков k i * =k is и всего комплекса признаков К*.
Учитывая вышесказанное, формула Томаса Байеса примет следующий вид:
Р(D i / К*)=Р(D i )Р(К*/D i )/Р(К*) при (i=1, 2, 3, 4,..n) [3] (1.5)
Данное выражение (1.5) может относиться к любому из технических состояний системы питания n.
Если система питания ДВС имеет только одну неисправность (диагноз), значит:
n
=Р(D i /К*)=1 [3] (1.6)
i=1
При проведении диагностирования системы питания дизельного ДВС по составу ОГ необходимо допустить, что может существовать нескольких неисправностей системы питания, А 1 , А 2 , А 3 , А i , причём некоторые из неисправностей могут встречаться в разных комбинациях.
В качестве диагнозов системы питания ДВС Di могут выступать состояния D i =А 1 , А 2 , А 13 , ….. D r .
Определяем величину Р(К*/D i )
При условии, что несколько признаков неисправности системы питания дизельного ДВС состоят из v признаков D i формула Томаса Байеса будет иметь следующий вид
Р(К*/D i )=Р(k 1 */D i )Р(k 2 */k 1 *D i )….Р(k v */k 1 */(k v */(D i ) (1.7)
где k ш *=k is — разряд признака неисправности, определяемый в результате проведения исследований.
Если признаки независимы друг от друга то формула Томаса Байеса примет следующий вид:
Р(К*/D i )=Р(k 1 */D i )Р(k 2 *D i )….Р(k v /(D i ) (1.8)
Проведя Д системы питания дизельного ДВС по составу ОГ, может определяться несколько составляющих ОГ в определённых концентрациях, анализируя которые можно с определённой достоверностью оценить техническое состояние системы. Величины концентрации данных веществ взаимосвязаны между собой, и вероятность проявления комплекса признаков неисправностей К* определяется по формуле:
n
Р(К*)==Р(D s )Р(К*/D s )=1 (1.9)
s=1
При данном условии формула Томаса Байеса будет иметь следующий вид:
n
Р(К*/D s )= Р(К*)/=Р(D s )К* (1.10)
s=1
где: Р(К*/D i ) можно определить по формулам (1.7 и 1.8)
Из формулы (1.6) следует, что:
n
=Р(D i /К*)=1 (1.11)
i=1
Данное обстоятельство говорит о том, что один из постановочных диагнозов системы ДВС имеет место быть, а постановка двух и более диагнозов причины неисправностей недопустима.
Вероятность совместного появления i-го диагноза определяется по формуле:
Р(К*D i )=Р(D i )Р(К*/D i ) (1.12)
Наличие нескольких признаков неисправностей различных элементов, составляющих систему питания ДВС К* является определяющей для диагноза D р и данные неисправности не будут встречаться при постановке других диагнозов:
|
|
(1.13) |
Согласно формуле (1.12) выражение (1.13) изменится следующим образом:
|
|
(1.14) |
Исходя из вышесказанного, условная вероятность постановки диагноза является частным случаем вероятностной логики, а сумма вероятностей всех возможных реализации признака равна 1.
Для определения вероятности постановки конкретного диагноза системы питания ДВС на основании результатов проводимого исследования составляется диагностическая матрица.
Конечное решение о постановке диагноза системы принимается в соответствии с величиной условной вероятности К* если
Р(К*D i )>Р(D i /К*) (i=1, 2, 3,…n,) (1.15)
Предельное значение условной вероятности определяется по формуле:
Р(К*D i )≥Р i (1.16)
где Р i - определённый уровень распознавания для диагноза D принимаем
Р i >0,9 при соблюдении условия, что Р(К*D i )<Р i
При данном условии решение о конечном варианте диагноза системы не принимается, при этом необходимо провести дополнительные диагностические исследования.
Проводя диагностику системы питания дизельного ДВС легкового автомобиля согласно методу Томаса Байеса, нужно учесть уровень погрешностей.
При проведении расчётов необходимо провести диагностические работы в случаях равновероятностных установленных диагнозов:
Р(D i )=1/n (1.17)
В данном случае наибольшим значением условной вероятности имеет место тот диагноз, для которого Р(К*/ D i ) ; ) имеет максимальное значение:
Р(К*D i )>Р(К*/D i ) (i=1, 2, 3,…n,) (1.18)
При этом условии устанавливается диагноз D i , если совокупность признаков гораздо чаще встречается при диагнозе D i , чем при других. Данное правило является более правдоподобным.
Для обеспечения надёжности диагностирования вводим максимальное значение Р:
Р(К*/D i )>Р i (1.19)
где Р i , — выбранный уровень распознавания диагноза D i .
Сказанное выше определяет алгоритм обработки полученной при проведении экспериментальных исследований информации и определения наиболее точного диагноза технического состояния системы питания дизельного ДВС легкового автомобиля по содержанию химических веществ и соединений в ОГ.
В результате проведённых теоретических исследований по моделированию влияния содержания химических веществ и соединений в ОГ от технического состояния системы питания дизельного ДВС легковых автомобилей можно заключить, что:
- Для получения самых достоверных диагностических параметров необходимо провести экспериментальные исследования, а также провести глубокий анализ отказов основных элементов системы питания, способствующих которые могут привести к существенному изменению химического состава ОГ.
- В разработанной математической модели определения диагноза системы питания дизельного ДВС можно с достаточной вероятностью утверждать, что определённая неисправность или совокупность неисправностей системы оказывает непосредственное влияние на процесс сгорания рабочей смеси в камере сгорания ДВС, изменяя при этом химический состав ОГ.
- Задачу успешного проведения диагностирования системы питания дизельного ДВС легкового автомобиля по химическому составу ОГ можно достаточно успешно решить при помощи эффективного метода Томаса Байеса в том числе и при выявлении нескольких неисправностей одновременно.
Литература:
1. Долговых С. Н. Оптимизация параметров подачи топлива при технической эксплуатации дизельных автомобильных двигателей / С. Н. Долговых // «Молодежь XXI века: Шаг в будущее» ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет» — Благовещенск: АмГУ, 2019.- С.246–248. — Текст непосредственный.
2. Дроганов Е. В. Снижение вредных выбросов автотракторных дизелей за счет восстановления их технического состояния / Е. В. Дороганов, A.JI. Новоселов, В. В. Яковлев. // 58- научно-техническая конференция студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета. — Барнаул.: Изд-во АлтГТУ, 2000. — С. 15. Текст непосредственный.
3. Дроганов Е. В. Определение технического состояния дизеля с учётом состава отработанных газов: Автореферат канд. техн. наук/ АлтГТУ. — Барнаул., 2006.- 15 с. Текст: электронный [сайт]. — URL: https://e-catalog.nlb.by/Record/BY-NLB-br815434
4. Ложкин B. H., Голубихин Ю. А. Методология диагностирования топливных показателей дизельных ДВС транспортных средств с использованием анализа состава отработавших газов // Международная академия прикладных исследований / Виртуальный межотраслевой научно-технический и производственный журнал «Горюче-смазочные материалы. Теория и практика получения и применения», февраль 2005 г.: Текст: электронный // [сайт]. — URL: http://www.apris.ru.
5. Новоселов A. Л. Диагностика двигателя внутреннего сгорания по составу отработавших и картерных газов / А. Л. Новоселов, С. П. Бутурлин // Эксплуатация и ремонт машинотракторного парка/ Труды НСХИ, том 91. -Новосибирск.: НСХИ, 1976. — С. 98–102. Текст непосредственный.
6. Москаленко, М. А. Устройство и оборудование транспортных средств: учебное пособие / М. А. Москаленко, И. Б. Друзь, А. Д. Москаленко. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 240 с. — Текст: электронный // Электронно-библиотечная система «Лань»: [сайт]. — URL: https://e.lanbook.com/book/10252
7. Мылов А. А. Ремонт автомобилей: учеб. пособ. /А. А. Мылов; Федер. агентство по образ.; МГИУ.- М., 2007. — 96 с. — Текст непосредственный.
