Проведение автоматизированной диагностики двигателя является одним из важных процессов в проведении общего диагностирования технического состояния автотранспортного средства, поскольку двигатель является сердцем любой машины. На сегодняшний день существует множество различных подходов к диагностике состояния двигателя, однако не все они способны приводить к нужным результатам.
Актуальность исследование заключается в предупреждении отказов двигателя и машины в целом. Поэтому особое значение имеет оперативное и достоверное обнаружение неисправностей, в том числе и по качественным признакам. Учитывая, что неисправность, как правило, является причиной многих факторов и проявляется совместно с другими неисправностями, используют разветвленные схемы алгоритмов и ведут поиск отдельной неисправности путем последовательной проверки элементов двигателя, применяя табличный метод, алгоритмы и экспертные системы (ЭС). Экспертная система позволяет повысить надежность и эффективность использования автомобиля путем оперативного контроля их технического состояния, а также повысить квалификацию обслуживающего персонала. А системы прогнозирования позволяют определять основные качественные характеристики, которые наиболее вероятно приводят к неисправности.
Основные узлы машины, в которых могут быть критические неисправности:
Система зажигания – это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление искры в момент, соответствующий порядку и режиму работы двигателя.
Электрический аккумулятор – химический источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования.
Топливный бак – очень важный и неотъемлемый элемент любого автомобиля, предназначен для хранения и транспортировки топлива автомобиля, такого как бензин или дизельное топливо. Топливный бак имеет специальную конструкцию, которая препятствует испарению и протечке топлива.
Топливо – вещество, из которого с помощью определенной реакции может быть получена тепловая энергия.
Катушка системы зажигания двигателя – элемент cистемы зажигания, который служит для преобразования низковольтного напряжения, поступающего от аккумуляторной батареи или генератора, в высоковольтное.
Акселератор, регулятор количества горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания] -- предназначен для изменения частоты вращения вала двигателя (скорости движения транспортной машины).
Ареометр – прибор для измерения плотности жидкостей и твердых тел. Действие основано на законе Архимеда. В автомобильной технике применяется для измерения плотности электролита в аккумуляторе.
Вал – деталь машины, передающая крутящий момент и поддерживающая вращающиеся детали.
Различают прямые (гладкие и ступенчатые), коленчатые, шестерни и т. д., а также гибкие и торсионы (передают только крутящий момент).
Вкладыш – сменная деталь (втулка и т.п.) подшипников скольжения, непосредственно взаимодействующая с цапфой вала или вращающейся оси. Изготовляется из антифрикционного материала.
Воздушный фильтр – служит для очистки от пыли (обработки) воздуха, используемого в двигателях.
Втулка – деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы, имеющая осевое отверстие, в которое входит другая детал-ь. В зависимости от назначения применяют подшипниковые, закрепительные, переходные и др.
Генератор – устройство, аппарат, машина, производящие какой-либо продукт (напр., ацетиленовый, парогенератор), вырабатывающие электрическую энергию (напр., электромашинный, магнитогидродинамический, термоэмиссионный) либо создающие электрические, электромагнитные, световые или звуковые сигналы колебания, импульсы (напр., ламповый, магнетронный, квантовый, ультразвуковой).
Главная передача – зубчатый механизм трансмиссии автомобилей и других самоходных машин, служащий для передачи и увеличения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам, а следовательно, и для увеличения тягового усилия.
Детонация – наблюдается в поршневых двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием и возникает в результате образования и накопления в топливном заряде органических перекисей, являющихся первичными продуктами окисления углеводородного топлива. Если при этом достигается некоторая критическая концентрация перекисей в смеси, то происходит детонация, характеризующаяся необычно высокой скоростью распространения пламени и возникновением ударных волн. При нормальной работе двигателя пламя распространяется со скоростью 10-20 м/с, в то время как при детонации – со скоростью 1500-2500 м/с. Детонация проявляется в металлических «стуках», дымном выхлопе, вибрации и перегреве двигателя и ведет к пригоранию колец, прогоранию поршней и клапанов, разрушению подшипников, потере мощности двигателя.
Дифференциал – название дифференциального механизма в приводе ведущих колес автомобиля, трактора или других колесных машин, обеспечивает вращение ведущих колес с разными относительными скоростями при прохождении кривых участков пути. Наиболее распространен с коническими зубчатыми колесами.
Дифференциальный механизм – механизм, в котором результирующее перемещение равно сумме или разности исходных перемещений (напр. зубчатые механизмы в транспортных машинах, обеспечивающие вращение ведущих колес с различными скоростями на поворотах), в приборах, металлорежущих станках обеспечивают малые точные перемещения или большие силы.
Жиклер – калиброванное отверстие для дозирования подачи жидкого топлива или воздуха. В технической литературе называют детали карбюратора (пробки, форсунки) с калиброванными отверстиями. По выполняемым функциям и в зависимости от того, в какой системе карбюратора он установлен, различают топливный, воздушный, главный, компенсационный, холостого хода и др. оценивают их пропускной способностью (производительностью), т. е. количеством жидкости (обычно воды), которое может пройти через калиброванное отверстие в единицу времени; пропускная способность выражается в см3/мин.
Зажигание – в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), принудительное воспламенение рабочей смеси в камере сгорания ДВС.
Задний мост – комплекс узлов самоходных машин (напр., автомобиля, трактора), обычно передающий движителю крутящий момент от карданного вала или коробки передач и вертикальную нагрузку от кузова (рамы), а от движителя окружные и боковые усилия на кузов (раму).
Карбюратор – прибор для приготовления горючей смеси из легкого жидкого топлива и воздуха для питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Топливо в распыливается, перемешивается с воздухом, после чего подается в цилиндры.
Карбюраторный двигатель – двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором горючая смесь приготовляется карбюратором вне камеры сгорания (отсюда другое название двигатель с внешним смесеобразованием) и воспламеняется в камере сгорания свечой зажигания. Применяются на автомобилях, мотоциклах, катерах и т. д.
Данные о всех этих узлах являются исходными данными для информационной системы.
Для проведения формализации основных процессов происходящих в предметной области воспользуемся методологией проектирования SADT, приведенной в [1].
Основной уровень системы в соответствии с данной моделью проектирования можно представить в следующем виде (рис. 1).
Рис. 1. Обобщенная информационная модель
Данная информационная модель демонстрирует основные принципы функционирования информационной системы. В соответствии с моделью, исходными данными для проведения диагностирования состояния двигателя являются данные внешнего визуального осмотра, который проводится по параметрам, представленным выше. Далее, оператор ЭВМ, проводит формализацию результатов и вводит их в информационную систему. Полученные данные обрабатываются на основе имеющейся базы знаний (экспертной системы), и на основании проведенного анализа устанавливается причина, или формируется круг наиболее вероятных причин выхода из строя двигателя.
Далее, в соответствии с используемой методологией проведем декомпозицию основного уровня с целью выявления основных этапов работы информационной системы диагностики состояния двигателя.
Информационная модель в более детальном виде представлена на рис. 2
Рис. 2. Структурированная информационная модель
Проведение декомпозиции необходимо для того, чтобы установить основные этапы проведения диагностирования двигателя. К ним относятся:
Определение основных внешних проявлений неисправностей;
Определение внутренних проявлений неисправностей;
Определение режима эксплуатации двигателя;
Определение результата диагностики на основе проведенных экспертиз и базы знаний экспертной системы.
В результате проведение основных этапов функционирования информационной системы можно определить и круг основных пользователей данной системы. К ним относятся:
- оператор ЭВМ;
- специалист по диагностированию;
- эксперт.
Дальнейшим этапом моделирования является разработка диаграммы потоков данных, которая иллюстрирует основные информационные процессы, протекающие в информационной системе.
Таким образом, полученная информационная модель в виде диаграмм потоков IDEF0 позволяет определить основные данные и основные потоки данных в информационной системе.