· Diagnostyka obiektów technicznych , to dział nauki o eksploatacji obejmujący problemy rozpoznawania stanu technicznego obiektu, bez jego demontażu lub podczas częściowego demontażu nie naruszającego zasadniczego funkcjonowania połączeń elementów .
· Stan techniczny obiektu , jest to zbiór cech technicznych umożliwiających wypełnianie funkcji założonych podczas konstruowania .
W problematyce diagnostyki technicznej , można wyróżnić trzy zasadnicze dziedziny :
1. Badanie konkretnych obiektów technicznych .
2. Badanie modeli diagnostycznych .
3. Badanie systemów diagnostycznych ich związków z obiektami diagnostyki .
· Jako urządzenie techniczne , rozumie się każde urządzenie wypełniające zadane funkcje techniczne , złożone z zespołów , podzespołów i elementów spełniających również swoje funkcje w powiązaniu z innymi zespołami , podzespołami i elementami . Można zatem powiedzieć że urządzenie techniczne jest zbiorem celowo uporządkowanych i wspólnie pracujących elementów, przeznaczonych do wypełniania funkcji technicznych .
Do zasadniczych zadań diagnostyki technicznej zaliczamy :
1. Badanie , ustalanie i klasyfikowanie niesprawności obiektów technicznych oraz symptomów tych niesprawności .
2. Opracowywanie metod i aparatury do mierzenia wartości parametrów diagnostycznych .
3. Ocenę na podstawie wartości zmierzonych parametrów diagnostycznych zmian wartości parametrów stanu technicznego i porównanie ich z dopuszczalnymi odchyleniami od normy .
Diagnostyka składa się z trzech podstawowych grup zagadnień : diagnozowanie, prognozowanie , genezowanie .
· Diagnozowanie – Jest to proces oceny stanu technicznego pojazdu , bez jego demontażu , za pomocą zbioru parametrów diagnostycznych .
· Prognozowanie – Określenie przydatności obiektu do jego dalszej pracy , co jest związane z określeniem resursu dalszej sprawnej pracy pojazdu .
· Genezowanie – Proces wyciągania wniosków na podstawie statystycznego opracowania wyników w kierunku poprawy własności funkcjonalnych i trwałościowych samochodu . Informacje te są przekazywane do producenta wyrobu który na tej podstawie może polepszać konstrukcję i technologię produkowanych urządzeń .
Istota diagnostyki technicznej polega na wykorzystaniu dwóch charakterystycznych cech urządzeń technicznych :
1. Każde urządzenie techniczne ma tak zwaną zdeterminowaną strukturę zależną od jego właściwości użytkowych którą stanowi zbiór tworzących go elementów ustalonych w ściśle uporządkowany sposób .
2. Każde urządzenie techniczne podczas funkcjonowania realizuje zachodzące w nim różne procesy fizyczne i chemiczne nazywane procesami wyjściowymi . Struktura pojazdu jest opisana zbiorem niezależnych wielkości a parametry charakteryzujące ten zbiór są parametrami struktury .
3. U={ui} i=
U- struktura pojazdu
u- parametr struktury
Parametrami struktury są wielkości bezpośrednio mierzalne np. : wymiary , luzy pomiędzy współpracującymi elementami , itp. .
Parametry wyjściowe podczas pracy urządzeń technicznych są ilościowo scharakteryzowane przez zbiór parametrów wyjściowych .
S{sj} i=
S- zbiór parametrów wyjściowych
s- parametr wyjściowy
uwaga- Diagnostyka polega na pomiarze parametrów wyjściowych na podstawie których wyznaczamy parametry struktury a te z kolei informują o stanie technicznym pojazdu .
Procesy wyjściowe zachodzące podczas pracy pojazdów samochodowych dzielimy na :
· Robocze – wynikające bezpośrednio z realizacji użytkowych funkcji urządzenia tj. spalanie paliwa, wytwarzanie energii , wymiana ciepła , wydalanie produktów spalania itp. .
· Towarzyszące – powstające jako wtórny efekt zasadniczych procesów roboczych tj. szumy , drgania ,zjawiska cieplne itp.
Przebieg procesów wyjściowych jest uzależniony od stanu technicznego pojazdu , wobec tego wartości parametrów wyjściowych będą zmieniać się wraz z jego zmianą . Skoro stan techniczny pojazdu, zależy od wartości parametrów struktury a z kolei ich zmiany powodują zmiany parametrów wyjściowych , można twierdzić , że parametry wyjściowe odzwierciedlają charakter współpracy elementów pojazdu a więc odzwierciedlają stan techniczny pojazdu .
Parametrami diagnostycznymi nazywamy te parametry wyjściowe które spełniają warunki :
1. Jednoznaczności – każdej wartości parametru struktury odpowiada tylko jedna zdeterminowana wartość parametru wyjściowego .
2. Dostatecznej szerokości pola zmian – możliwie duża względna zmiana wartości parametru wyjściowego dla zadanej zmiany parametru struktury .
3. Dostępność pomiarowa – łatwość zmierzenia parametru .
Parametr zmieniający się według krzywej 1 nie może być parametrem diagnostycznym ponieważ nie spełnia warunku jednoznaczności . Dla zmieniających się parametrów struktury wartość parametru wyjściowego jest stała .
Parametry zmieniający się według krzywych 2 i 3 również nie spełniają kryterium jednoznaczności ponieważ posiadają ekstremum .Dla jednej wartości parametru wyjściowego występują tutaj dwie wartości struktury .
Parametry zmieniające się według tych funkcji mogą być uznawane za parametry diagnostyczne pod warunkiem że istnieje tak zwana „biografia obiektu” oznacza to że samochód posiada dokładną i bieżącą dokumentację od chwili wyprodukowania do momentu aktualnego badania technicznego .
Krzywe 4 , 5 i 6 są funkcjami monotonicznymi i spełniają warunek jednoznaczności . każdej wartości parametru struktury odpowiada tylko jedna wartość parametru wyjściowego . Parametr zmieniający się według funkcji 5 jest lepszym parametrem diagnostycznym niż parametr zmieniający się według funkcji 4 z uwagi na szerokość pola zmian . Dla tej samej zmiany wartości parametru struktury parametr 5 zmienia się w szerszym zakresie niż parametr 4 .
>
Oznacza to że dla określenia wartości parametru struktury który mówi nam o rzeczywistym stanie technicznym mamy większy przedział pomiaru parametru wyjściowego . Ma to również znaczenie praktyczne gdyż dla uzyskania rzeczywistej oceny stanu technicznego możemy wykorzystać przyrządy i urządzenia o niższej klasie dokładności pomiarowej .
Stany techniczne obiektu ( stany diagnostyczne )
Wraz ze wzrostem przebiegu samochodu , lub czasu jego eksploatacji zmieniają się parametry techniczne . Zmiana tych parametrów następuje wskutek eksploatacyjnego zużycia współpracujących elementów oraz wskutek starzenia materiału poddanemu procesowi eksploatacji . Oczywistym jest że wraz z upływem czasu i ilości przejechanych kilometrów parametry techniczne pojazdów zmieniają się w stosunku do samochodu nowego . Należy zatem podkreślić pewne dopuszczalne zakresy zmian tych parametrów do których jeszcze pojazd może być eksploatowany . Parametry te są oczywiście określone przez wytwórcę i są zdeterminowane rodzajem pojazdu , modelem itp. .
W diagnostyce te poszczególne zakresy dopuszczają utratę parametrów założonych na etapie konstruowania określa się tak zwane stany diagnostyczne . W badaniach diagnostycznych wyróżnia się cztery podstawowe stany diagnostyczne :
1. Sprawności
2. Niesprawności
3. Zdatności
4. Niezdatności
Zbiór parametrów struktury można najogólniej podzielić na dwa zbiory . Podzbiór tak zwanych zasadniczych parametrów struktury opisujących parametry struktury zabezpieczających normalne i prawidłowe współdziałanie podstawowych funkcji roboczych obiektu np.: w silniku jest to wytwarzanie energii , w samochodach właściwe przeniesienie napędu itp. . Podzbiór tak zwanych drugorzędnych parametrów struktury opisujących elementy struktury wynikające z rejestracji parametrów kontrolnych ( opisuje wygodę eksploatacji estetykę itp. )
Stan sprawności technicznej występuje wówczas gdy parametry struktury zarówno zasadnicze jak i drugorzędne nie osiągnęły wartości dopuszczalnych
È – suma
Uz – parametry zasadnicze
Ud – parametry drugorzędne
U – zbiór parametrów struktury
Stan niesprawności technicznej występuje wówczas gdy przynajmniej jeden z parametrów zasadniczych osiągają wartość dopuszczalną natomiast parametry drugorzędne mogą mieć dowolną wartość . Stan zdatności technicznej występuje wówczas kiedy jeden z parametrów technicznych zasadniczych osiągnie wartość graniczną . Parametry drugorzędne mogą osiągać wartości dowolne . Stan zdatności rozciąga się zatem przez cały stan sprawności technicznej oraz część stanu niesprawności technicznej . Stan niezdatności technicznej występuje wówczas kiedy wartość graniczna zostanie przekroczona przez parametr zasadniczy , parametry drugorzędne mogą osiągać wartości dowolne .
Przejście ze stanu sprawności do stanu niesprawności technicznej nazywane jest w diagnostyce niesprawnością ,natomiast przejście ze stanu niesprawności technicznej do stanu niezdatności nosi nazwę uszkodzenia .
Modele obiektu diagnostyki technicznej
.
Modele diagnostyczne są wykorzystywane do wyznaczenia parametrów diagnostycznych które powinny być mierzone podczas diagnozowania całego pojazdu , jego funkcjonowania par zespołów ,podzespołów lub par kinematycznych . Modele diagnostyczne służą również do określenia wartości dopuszczalnych i granicznych przy określaniu stanów technicznych danego samochodu . Istnieje bardzo dużo modeli diagnostycznych wykorzystywanych przez różne firmy produkujące pojazdy samochodowe . Do najczęściej stosowanych mających znaczenie praktyczne należą :
1. Modele analityczne – w modelach analitycznych opisuje się działanie poszczególnych zespołów , podzespołów , układów za pomocą równań matematycznych do których opracowuje się programy numeryczne otrzymując w ten sposób rozwiązanie. W pojeździe samochodowym który jest wyjątkowo skomplikowanym urządzeniem technicznym opisanie całego samochodu jest na dzień dzisiejszy nie praktycznie możliwe . Ilość równań i niewiadomych jest tak olbrzymia że przekracza to możliwości obecnej techniki komputerowej . Stąd też modele analityczne stosowane są tylko dla wybranych zespołów , podzespołów lub układów i na tej podstawie dokonuje się wyboru parametrów diagnostycznych oraz parametrów dopuszczalnych i granicznych .Modele analityczne są wykorzystywane przeważnie do analizy równań z elektroniki . Buduje się tutaj mniej lub bardziej rozwinięte modele matematyczne , służące rozwiązywania cząstkowych zagadnień w tych układach .
2. Modele funkcjonalne - polegają na graficznym przedstawieniu urządzenia jako zbiorów funkcjonalnych bloków lub elementów oznaczonych za pomocą prostokątów z których każdy zawiera pewną liczbę Xj i pewną liczbę wyjść Yk a kierunki parametrów są oznaczone strzałkami.
Model funkcjonalny układu powodującego zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu .
n - prędkość obrotowa wału korbowego
j - kąt wyprzedzenia zapłonu
a1 - zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu przez regulator podciśnieniowy
a2 - zmiana kąta wyprzedzenia zapłonu przez regulator odśrodkowy
Model funkcjonalny powinien w sposób jednoznaczny określać operacje sprawdzające które należy wykonać celem wykrycia niesprawności danego elementu , w związku z tym powinien być tak zbudowany aby na wyjściu była tylko jedna reakcja na jako odpowiedź na sumę bodźców . Uzyskuje się to przez odpowiedni wybór bloków funkcjonalnych, z których każdy będzie miał tylko jedno wyjście. Tak skonstruowany model funkcjonalny jest traktowany jako tak zwany element podstawowy.
Model topologiczny , jest modelem dokładniejszym od modelu funkcjonalnego . Model topologiczny jest to taki opis elementu rzeczywistego , który dokonywany jest za pomocą pojęć i kategorii stosowanych w topologii . W modelu tym uwzględniane są istotne cechy funkcjonowania obiektu oraz związki przyczynowo skutkowe zachodzące między tymi cechami .
Podstawowy topologiczny model działania silnika spalinowego .
X01 – napełnianie silnika paliwem
X02 – wydalanie spalin do otoczenia
X1 – podanie paliwa i wytworzenie mieszanki
X2 – spalenie mieszanki
X3 – wytworzenie energii mechanicznej
X4 – rozdzielenie energii mechanicznej
T=(X,Q) ; x={xi}
Pod pojęciem oprzestrzeni topologicznej rozumiemy funkczę wiążącą istotne cechy obiektu i związki zachodzące pomiędzy tymi cechami .
X – skończony zbiór cech obiektu
Q - topologia określająca związki przyczynowo skutkowe zachodzące pomiędzy cechami
Diagnostyczne parametry stanu technicznego .
Pojazd samochodowy jest wyjątkowo skomplikowanym urządzeniem technicznym gdzie występują różnego rodzaju parametry diagnostyczne , aby w pewien sposób uszeregować je w grupy za kryterium przyjęto rodzaj wykożystywanego przez te parametry zjawiska fizycznego .
Klasyfikacja symptomów ( objawów ) diagnostycznych :
Diagnostyczne systemy stanu technicznego pojazdu
Efektywność pracy i straty wewnętrzne
Szczelność
Stan cieplny
Drgania
Stan materiałów eksploatacyjnych
Wielkości geometryczne ( parametry struktury wyjątkowo )
Do parametrów efektywności pracy i strat wewnętrznych silnika zaliczamy :
1. Wykres indykatoeowy przebiegu ciśnienia spalania .
2. Rozregulowanie układu zapłonowego i zasilania paliwem Zi lub rozregulowanie układu zapłonowego w zakresy .
3. Zużycie elementów silnika .
4. Straty wewnętrzne silnika .
5. Właściwości stosowanych materiałów eksploatacyjnych ( główniw oleje ) .
6. Czas narastania lub zmniejszania prędkości obrotowychwału korbowego .
7. Zużycie paliwa ( godzinowe , jednostkowe ) .
8. Stan technicny układu zasilania Zs ( charakterystyka wtrysku i ciśnienie wtrysku , wznios iglicy , przebieg ciśnień w przewodzie wysokiego ciśnienia itp. ).
9. Skład spalin .
00 – zużyty olej , zanieczyszczony filtr powietrza
01 – zużyty olej , czysty filtr powietrza
10 –czysty olej , zanieczyszczony filtr powietrza
11 – czysty olej i filtr powietrza
W.4. Parametry determinujące szczelność przestrzeni roboczych. 3.11.97
Parametry determinujące szczelność zespołów w pojazdach samochodowych stanowią duże żródło informacji o funkcjonowaniu niektórych zespołów i podzespołów samochododu . Dotyczy to głównie silników spalinowych gdzie szczelność układów ma znaczenie podstawowe , na proces wymiany ładunku w cylindrze oraz prawidłowe spalanie. Do najważniejszych parametrów determinujących szczelność możemy zaliczyć :
1. Ciśnienie sprężania w cylindrze .
2. Podciśnienie ssania w układzie dolotowym .
3. Szczelność w zespołach aparatury wtryskowej w przypadku silników Zs .
ad.1. Ciśnienie sprężania jest poarametrem które określa nam między innymi zużycie głównych elementów układu TPC utrata tej szczelności na wskutek zużycia powoduje sukcesywne pogorszenie procesów spalania w cylindrze co w konsekwencji powoduje obniżenie parametrów użytkowych oraz wzrost toksyczności. Ciśnienie sprężania można zdeiniować jako proces politropowy zachodzący przy zmiennym wykładniku politropy .
pc = pa * en
pc – Ciśnienie sprężania .
pa – Ciśnienie na dolocie .
e - Stopień sprężania .
n – Zmienny wykładnik politropy .
Obliczome z powyższego wzoru wartości ciśnienia sprężania zależą oczywiście od rodzaju silnika , i tak dla : Zi ; e = (10 ¸14 ) , pc = (12 ¸22 ) · 102 kPa
Zs ; e = (16 ¸22 ) , pc = (45 ¸60 ) · 102 kPa
Przy pomiarze z wykożystaniem dostępnej aparatur y wartość zmieżonego ciśnienia sprężania jest zdecydowanie mniejsza niż wynika to z obliczeń , wpływa na to wiele czynników z których najważniejsze to : prędkość obrotowa silnika ,temperatura spalin .
Orientacyjne wartości pomiarowe to : dla Zi – pc =1,2 ·e i dla Zs – pc =2,1 ·e ...
darago