Monitorování stavu turbodmychadla v osobních vozech

Abstract

Táto práca sa zameriava návrhom a implementáciou systému na monitorovanie stavu turbodúchadla (predovšetkým pre osobné motorové vozidlá) s dôrazom na možné nasadenie navrhnutých algoritmov do vozidiel v produkcii. Riešenie nájdené v tejto práci je pripravené na začlenenie do konceptu Prognostiky. Potenciálne poruchy turbodúchadla so vzťahom príčina-porucha a ich frekvencia výskytu je preskúmaná v literatúre. Pokles efektivity kompresoru (napríklad z dôvodu znečistenia olejovými časticami) je porucha zvolená na analýzu v ďalších častiach diplomovej práce. Približný model poklesu efektivity kompresoru kvôli zaneseniu olejovými časticami je navrhnutý regresnou analýzou na reálnych, čistých a zanesených kompresorových máp. Na základe simulácií dieselového motora s týmto odhadnutým modelom sa zistilo, že tri príznaky vznikajú pri prítomnosti poklese efektivity kompresoru: zvýšený akčný zásah na otvorenie prívodných lopatiek v turbodúchadle s variabilnou geometriou VGT, čo vedie k zvýšeniu rýchlosti otáčania hriadeľa a k rastu teploty vzduchu na výstupe z kompresoru. Pre každý z týchto príznakov je navrhnutý indikátor buď pomocou modelu alebo hĺbkovej analýzy dát. Nakoniec sa indikátory implementujú v simulačnom prostredí motora a ich detekcia spolu s prognostikou, zahrňujúc predikciu zostávajúceho užitočného života RUL, je ohodnotená simuláciou série emisných cyklov.

This work focuses on the design and implementation of the health monitoring system of a turbocharger (primarily for passenger vehicles) with the emphasis on possible deployment of the proposed algorithms in production vehicles. The solution found in the thesis is ready to be embedded in the researched concept of Prognostics and Health Management (PHM). Possible turbocharger faults with their cause/effect relations and frequency of occurrence are investigated. Compressor efficiency drop (for instance, due to oil fouling) is identified as the only fault worth of further investigation. An approximate model of compressor efficiency drop due to oil fouling is proposed by regression on the real, clean and degraded compressor map data. Based on simulations of a diesel engine with this approximate model, three symptoms are found to arise when the compressor efficiency drop is present: increased command to open vanes in Variable Geometry Turbocharger (VGT), leading to the increased shaft rotational velocity, and increased compressor outlet temperature. For each of the symptoms, an indicator is designed, either by using a model, or data mining. At last, the indicators are employed in the engine simulation environment and their detection together with prognostics performance, involving prediction of Remaining Useful Life (RUL), is evaluated by simulating a series of emission driving cycles.