Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы всё большее распространение на автомобильном транспорте получают дизельные двигатели. Следствием этого является увеличение доли загрязнений атмосферного воздуха отработавшими газами (ОГ) дизелей, что обуславливает необходимость их контроля.
Первые приборы контроля дымности ОГ, основанные на оптическом методе, появились в Германии в 1939 г. (дымомер Bokemueller). Исследованиям контроля токсичности ОГ и разработке дымомеров посвящены работы специалистов компаний: Volvo, Percins - 1946 г., ВР, Hartridge - 1953 г. Среди отечественных ученых, занимавшихся вопросами контроля токсичности ОГ дизелей и разработкой средств измерения, в первую очередь следует отметить В.И. Смайлиса, В.А. Звонова, Г.Б. Розенблита, КН. Очередного и др. Тем не менее в исследованиях как зарубежных, так и отечественных авторов нет сведений об измерении дымности ОГ дизелей при помощи видеорегистрации.
Применяемые сегодня средства измерения дымности ОГ дизелей основаны на оценке поглощения света отработавшими газами в видимом спектре (оптический метод), что закреплено в международных стандартах (Правила ЕЭК ООН № 24, ISO 3173), а также в ГОСТ Р 52160-2003, гармонизированном с вышеназванными стандартами. Стандартизированный показатель дымности ОГ (коэффициент поглощения света К, м-1, либо коэффициент ослабления света N, %) дает только обобщенную оценку качества протекания рабочего процесса в двигателе и его технического состояния, не разделяя при этом ОГ на компоненты. Следовательно, общий показатель дымности обладает ограниченной информативностью при оценке технического состояния дизелей. Разделение общего показателя дымности ОГ на компоненты позволило бы повысить информативность процесса диагностирования дизеля, однако методики и инструментарий для проведения данной процедуры, согласно доступным источникам, неизвестны. Поэтому разработка методов и средств дифференцированной регистрации и анализа составляющих дымности ОГ дизелей на основе последних достижений в области вычислительной техники, программного обеспечения и систем технического зрения является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - разработка и исследование видеорегистрационного метода измерения дымности ОГ дизелей и аппаратных средств его реализации.
Задачи исследования:
Установить зависимости, связывающие непрозрачность и цветовые характеристики ОГ.
Разработать метод измерения дымности ОГ дизелей, основанный на цифровой видеорегистрации потока ОГ.
Выявить влияние локальной освещенности на точность измерения дымности ОГ дизелей разработанным методом и обосновать вид статических регрессионных и динамических моделей, связывающих регистрируемые цветовые параметры ОГ со стандартизированными показателями дымности.
Провести оценку адекватности статических регрессионных и динамических моделей экспериментальным данным, определить вариации и закономерности формирования их параметров в контексте диагностирования технического состояния дизелей по цветовым характеристикам дымности ОГ.
Объект исследований - методы и средства измерения дымности ОГ дизелей на режиме свободного ускорения.
Предмет исследования - повышение информативности измерения дымности ОГ для оценки технического состояния дизелей на основе применения элементов технического зрения.
Положения, выносимые на защиту:
Видеорегистрационный метод измерения дымности ОГ дизелей.
Зависимости, связывающие непрозрачность и цветовые характеристики изображений ОГ, предназначенные для определения дымности ОГ дизелей путем анализа цветности изображений ОГ программными средствами.
Модели, связывающие цветовые параметры ОГ, регистрируемые разработанным методом, со стандартизированным показателем дымности ОГ, при различных вариантах локальной освещенности.
Аппаратно-программный измерительный комплекс для определения дымности ОГ дизелей.
Научная новизна:
1. Разработан метод измерения дымности ОГ дизелей, основанный на
элементах технического зрения, предусматривающий видеосъемку и обработ
ку в режиме реального времени изображений ОГ на фоне черно-белого экра
на, позволяющий разделять поток ОГ на черные и белесые компоненты, про
водить их раздельную обработку и анализ формирования во времени.
Установлены зависимости, связывающие непрозрачность и цветовые характеристики изображений ОГ, позволяющие на основе измерения цветности изображений программными средствами регистрировать и анализировать непрозрачность потока ОГ.
Получены статические регрессионные и динамические модели, связывающие цветовые параметры ОГ, регистрируемые разработанным методом, со стандартизированным показателем дымности ОГ при различных вариантах локальной освещенности, позволяющие повысить точность измерения дымности.
Разработана методика определения количественного соотношения черных и белесых компонентов в стандартизированном показателе дымности ОГ на режиме свободного ускорения, позволяющая оценивать техническое состояние дизелей, находящихся в эксплуатации.
Значение для теории. Развиты теоретические положения измерения дымности ОГ и определения технического состояния дизелей на основе элементов технического зрения.
Значение для практики. Разработан и внедрен в практическую эксплуатацию аппаратно-программный комплекс, позволяющий вести дифференцированную регистрацию и анализ черных и белесых составляющих дымности ОГ дизелей.
Реализация результатов работы. На разработанный видеорегистрационный метод получен патент Российской Федерации. Результаты диссертационной работы внедрены в практику испытательной лаборатории продукции машиностроения ООО «УНИК-АВТО». Материалы исследований также используются в учебном процессе СФУ при подготовке инженеров специальностей 190601.65 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190603.65 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», бакалавров направления 190500.62 «Эксплуатация транспортных средств». Все результаты практического применения диссертационных исследований подтверждаются соответствующими актами.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы цифровой видеорегистрации; методы колориметрии и цифровой обработки изображений; методы математического моделирования, математической статистики, численного решения дифференциальных и разностных уравнений. При разработке программного обеспечения измерительного комплекса использовался лицензионный программный пакет Qt Creator.
Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием методов математического моделирования и математической статистики, непротиворечивостью исследованиям других авторов, использованием сертифицированного измерительного оборудования, необходимым объемом экспериментальных исследований и доказана удовлетворительной сходимостью результатов расчетов с экспериментальными данными.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции (НТК) студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2008), VI Всероссийской НТК «Политранспортные системы» (Новосибирск, 2009), 66-й Международной НТК Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиль и окружающая среда» (НИПИАМТ ФГУП «НАМИ», п. Автополигон, Московская область, 2009), VI Всероссийской НТК студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2010), VII Всероссийской НТК «Политранспортные системы» (Красноярск, 2010), VII Всероссийской НТК студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2011), 74-й Международной НТК ААИ «Экология и энергетическая эффективность автотранспортных средств» (НИНИАМТ ФГУП «НАМИ», п. Автополигон, Московская область, 2011).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе в трех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 41 рисунок, приложение, список использованной литературы, включающий 107 наименований.
