Дизель  с разделённой камерой: топливо  подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая  камера (она называется вихревой) связана  с цилиндром специальным каналом  так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие худшей экономичности в последние два десятилетия идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива. [9]

    Значимым  различием дизельного ДВС от бензинового  ДВС является коэффициент полезного  действия. Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50 %. [6]

2.1.1 Воздушная система  запуска двигателя

    Конструкция системы запуска двигателя  представляет собой совокупность  двух взаимозаменяемых подсистем. Это система запуска  двигателя при помощи аккумуляторных батарей и система запуска  двигателя сжатым воздухом. При нормально прогретом двигателе стартер должен проворачивать коленчатый вал со скоростью не менее 200-250 об/мин. А это возможно при ёмкости аккумуляторных батарей не менее 75% номинальной. При эксплуатации аккумуляторных батарей в зимних условиях и при неправильной их эксплуатации ёмкость может опускаться менее номинальной. В этом случаи применяется система запуска сжатым воздухом, как дублирующая система. [10]

    Система воздушного запуска представлена на Рисунке 5 и предназначена для запуска двигателя сжатым воздухом в случае отказа в работе стартера. Она состоит из баллона 1  со сжатым воздухом, крана редуктора 4 с манометром 3 и зарядным штуцером 2 для зарядки баллона, воздухораспределителя 7, воздухопроводов 8 и шести пусковых клапанов. Баллон крепится к лобовой части корпуса хомутами; емкость его 10 л. На баллоне имеется запорный вентиль 9, посредством которого баллон соединяется с воздухопроводом, идущим к крану-редуктору. Кран-редуктор установлен на кронштейне и предназначен для регулирования давления воздуха поступающего в цилиндры двигателя. На корпусе крана-редуктора остановлен манометр 2, предназначенный для определения давления воздуха в баллоне. Трубопровод, идущий от крана редуктора к воздухораспределителю, имеет разъемное устройство 6, используемое при консервации двигателя.                

1 –  баллон со сжатым воздухом,  2 – зарядный штуцер,  3 – манометр, 4 – кран редуктора, 5 – кран, 6 – разъемное устройство, 7 – воздухораспределитель, 8 – воздухопроводы, 9 – запорный вентиль.

Рисунок – 5 Система воздушного запуска двигателя

    При открытии запорного вентиля 9 воздушного баллона и крана-редуктора сжатый воздух из баллона устремляется через  кран-редуктор в воздухораспределитель. Через овальное окно в диске воздух попадает к пусковым клапанам, открывает их и подает в цилиндры. Сжатый воздух, расширяясь в цилиндрах, перемещает поршни, вследствие чего коленчатый вал проворачивается. Одновременно проворачивается и диск воздухораспределителя, осуществляющий подачу сжатого воздуха в цилиндры в соответствии с порядком их работы. Если при этом подается топливо, то двигатель запускается. [11]

    Система запуска двигателя сжатым воздухом не является основной, но позволяет  более эффективно использовать аккумуляторные батареи. Так, если при первом запуске двигателя в зимних условиях нагрузка на аккумуляторные батареи максимальна, то в этот период  эффективнее использовать систему запуска двигателя сжатым воздухом. А уже при повторном запуске использовать аккумуляторные батареи. Эффективное использование системы запуска двигателя сжатым воздухом достигается при соблюдении правил её эксплуатации и своевременного технического обслуживания.

2.2 Метод вибродиагностики

    Мониторинг  состояния машин и оборудования является одним из наиболее эффективных способов снижения аварийности и повышения надежности технических систем. Для оборудования основным является вибрационный мониторинг, так как в процессе необратимого изменения состояния всегда возникает цепочка дефектов и хотя бы один из них существенным образом изменяет вибрацию оборудования. Некоторые разработчики пытаются расширить возможности вибрационного мониторинга за счет дополнительного контроля с использованием других видов сигналов. Иногда это позволяет обеспечивать более раннее обнаружение отдельных видов дефектов или помогает детализировать причины необратимых изменений состояния оборудования. [12]

    Вибрационная  диагностика — метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта.

    Основными диагностическими параметрами является амплитудное и среднеквадратичное значение сигнала.

    Вибрационная  диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта. [13]

    Основным  инструментом реализации вибродиагностики являются акселерометры такие как:

• Зарядовые  Пьезоэлектрические акселерометры, которые используют пружинно-массовую систему для генерации силы, эквивалентной амплитуде и частоте вибрации. Эта сила прикладывается к пьезоэлектрическому элементу, который создает на своих выходах заряд, пропорциональный вибрационному перемещению. Конструкция пьезоэлектрических акселерометров обеспечивает одновременно высокий сейсмический резонанс и прочность, поэтому акселерометры данного типа  являются универсальными акселерометрами общего назначения. Пьезоэлектрические материалы являются самогенерирующими, и поэтому не требуют внешнего источника энергии.  Они способны работать при экстремальных температурах, но их отличает низкая выходная.
• IEPE-акселерометры – это пьезоэлектрические акселерометры с интегральными предусилителями, которые выдают в линии питания выходной сигнал в виде модуляции напряжения. Характеризуются высокой выходной чувствительностью, высоким отношением сигнал\шум, широкой полосой пропускания, а так же хорошо герметизированы для защиты от загрязнений окружающей среды.
• Датчики деформации пьезорезистивных акселерометров изменяют электрическое сопротивление пропорционально приложенному механическому напряжению. Монолитный датчик акселерометра включает в себя встроенные механические ограничители и обладает очень высокой прочностью при очень хорошем соотношении сигнал/шум. Акселерометры этого типа идеально подходят для измерения перемещения, низкочастотной вибрации и ударного воздействия.[14]

    Среди преимуществ этого метода стоит  отметить, что метод позволяет  находить скрытые дефекты, не требует сборки разборки оборудования, занимает малое время диагностирование.   Наряду с этими преимуществами стоит обозначить следующие недостатки:  высокие требования к креплению датчика, зависимость параметров вибрации от большого количества факторов и сложность выделения вибрационного сигнала, обусловленного наличием неисправности, низкая точность диагностирования.

2.3 Метод диагностирования  цилиндропоршневой  группы с использованием  датчика давления

       Аппаратно метод реализуется следующим  образом (Рисунок 6): в систему воздушного пуска двигателя 1, за клапаном 4, в магистраль высокого давления устанавливается датчик давления 6. Аналого-цифровой преобразователь 8 снимает непрерывно по двум каналам данные с датчика давления и с датчика положения распределительного вала 7. При запуске двигателя без подачи топлива открывается клапан 4. В такте рабочего хода цилиндра 2 воздух из баллона 5  под давлением начинает поступать через механизм распределения воздуха 3. Обработку результатов диагностирования выполняет ЭВМ 9.

1 – система  воздушного пуска двигателя, 2 –  цилиндры, 3 – механихм распределения  воздуха, 4 – клапан, 5 – балон  со сжатым воздухом, 6 – датчик  давления, 7 – датчик положения  коленчатого вала, 8 –аналого-цифровой  преобразователь, 9 – электронно-вычислительная машина (ЭВМ)

Рисунок 6 - Аппаратная реализация метода диагностирования ЦПГ с использованием датчика давления

     Метод диагностирования ЦПГ с использованием датчика давления заключается в  контроле состояния цилиндров двигателя, включающем операции анализа и обработки цифрового сигнала с датчика давления, а так же замера параметров изменения давления воздуха поступающего к цилиндрам. Операции замера давления выполняют без подачи топлива с использованием системы воздушного пуска. Анализ и регистрацию характеристик изменения давления и значения компрессии выполняют с применением специальной программы для ЭВМ, определяя величину изменения давления и продолжительности подачи воздуха в цилиндр, характеризующую техническое состояние   соответствующих цилиндров, в течение цикла сжатия.[15]

     Датчик  давления представляет собой пьезокристалл  изменяющий значения токового сигнала  в зависимости от давления, воздействующего на датчик. Датчики давления могут быть атмосферного и избыточного давления. В большинстве случаев используются датчики избыточного давления. [16]

     Датчик  положения коленчатого вала есть ни что иное как индуктивный датчик контроля частоты вращения. Индуктивные  датчики предоставляют необходимые  сигналы о конечных положениях объектов, служат в качестве импульсных датчиков для задания численных значений или регистрации частоты вращения. [17]

Глава 3 Анализ и обработка  цифровых сигналов с  датчиков

3.1 Индуктивный датчик 

Индуктивный датчик предоставляет необходимый  сигнал о конечном положении объекта.  В данном случае он монтируется в  крышку головки блока цилиндров  двигателя таким образом, чтобы регистрировать прохождение кулачка первого левого цилиндра распределительного вала вблизи датчика. Тем самым датчик фиксирует обороты распределительного вала, следовательно, предоставляет информацию о том, на какой частоте работает двигатель. Также сигнал с этого датчика позволяет определить очередность рабочих тактов цилиндров для дальнейшего использования в методе диагностирования компрессии цилиндропоршневой группы, а также вибродиагностике. Графическое представление цифрового сигнала индуктивного датчика представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 – Графическое представление  сигнала с индуктивного датчика  контроля оборотов 

Таким образом при анализе сигнала  с датчика можно получить следующие  информацию:

• Частота работы двигателя
• Продолжительность рабочего такта двигателя
• Определение очередности рабочих тактов цилиндров.

Как видно  на рисунке 7, каждое прохождение кулачка распределительного вала вблизи датчика характеризуется пульсацией, возникающей из-за явления ЭДС самоиндукции.  Суть алгоритма заключается в нахождении максимального значения на всем ряду данных, далее определяем поведение функции, пересечение функции с нулем назовем точкой отсчета. Расстояние между точками отсчета каждой пульсации характеризует продолжительность рабочего такта двигателя.  Частота работы двигателя определяется следующей формулой:

, где - частота оборотов двигателя, - частота дискретизации сигнала, -точка отсчета.

    Реализация  данного алгоритма на языке программирования Delphi представлена в приложении Б.

3.2 Датчик вибрации

    Датчик  вибрации устанавливается на остов  двигателя и фиксирует вибрации, создаваемые двигателем в рабочем состоянии. Установка осуществляется таким образом, чтобы датчик находился вблизи третьего и четвертого левых и правых цилиндров. К креплению датчика предъявляются высокие требования, а именно: он должен быть жестко закреплен на остове двигателя. Сигнал, полученный с вибродатчика, представлен на рисунок 8.