FACTIBILIDAD TÉCNICA DE DETECCIÓN DE FALLAS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA MEDIANTE EL ANÁLISIS DE LA VELOCIDAD ANGULAR INSTANTÁNEA

Abstract

The internal combustion engines fault diagnosis is an area of great interest. Because their impact in the reduction of the maintenance costs, identifying faults locally and opportunely, avoid the prolonged wear in the machine and disassemble of the motor or the inspection for each subsystem to repair the element that generates the failure. This area study diverse variables in the engine, where the instantaneous angular speed has as advantage, a strong relationship with the engine behavior. If the motor has a sudden change of their power, also has a change of their angular speed. The measurement of instantaneous angular speed achieved in a Diesel motor Perkins Prima M80T, 4 stroke, 4 cylinders, coupled to a Prony brake, with an incremental encoder of 2000 pulses per revolution, sending a pulse train with a maximum sample frequency of 100 kHz. Then, these pulses are captured with the Arduino Mega and stored their periods in a SD card, obtaining the speed for each crankshaft angle step (0.18°), viewing the engine irregularity product of the instantaneous angular speed fluctuations. These fluctuations are contrasted against the simulated angular speed from the thermodynamic cycle and the crank slider mechanism, simulated by finite differences, the patterns found match with many experimental cases with fault, represented as cylinder deactivations, and normal operation of the motor. The simulated and experimental cases was processed with signal processing techniques as the fast Fourier transform. With the application of operational parameters like the instantaneous angular speed fluctuation ratio parameters and statistical parameters. Resulted satisfactory the fast Fourier Transform technique to identify between the cases with faults in one cylinder from and normal operation cases by the comparison of the half order frequency for this engine configuration. Finally, it is feasibility make a low cost instantaneous angular speed measurement device able to achieve the fault detection of an internal combustion engine.La detección de falla en motores de combustión interna es un área de mucho interés, por su impacto en la reducción de costos de mantenimiento. Mediante este método se identifican las fallas de manera localizada y oportuna, evitando así, un deterioro prolongado del motor, el desarme del mismo, o la inspección minuciosa de cada subsistema para encontrar y reparar el elemento que ocasiona la falla. Para implementar la detección de fallas se estudian las distintas variables del motor destacándose la velocidad angular instantánea. Esta posee la ventaja de estar intrínsecamente relacionada con el comportamiento del motor. Por ejemplo, un cambio repentino en la potencia genera un cambio de la velocidad angular instantánea. La medición de la velocidad angular instantánea se realiza a un motor Diesel Perkins Prima M80T de 4 tiempos y 4 cilindros, acoplado a un freno Prony, equipado con un codificador incremental, de 2000 pulsos por revolución, enviando un tren de pulsos con una frecuencia máxima de muestreo de 100 kHz, capturados con un Arduino Mega y almacenando el periodo de sus pulsos en una tarjeta SD. De esta forma se obtienen, la velocidad para cada paso del cigüeñal (0,18°) y las irregularidades del motor producto de la variación de velocidad angular. Esta variación se compara con la velocidad angular simulada por el ciclo termodinámico del motor y su mecanismo biela manivela. Realizando una simulación mediante diferencias finitas se logra encontrar ciertos patrones que concuerdan con algunos de los escenarios operación normal y con fallas, representadas como desactivación de cilindros en el motor. A los valores simulados y experimentales se aplican técnicas de procesamiento de señales como la transformada rápida de Fourier, la aplicación de parámetros de caracterización como los parámetros IASFR y parámetros estadísticos. Resultó satisfactoria la aplicación de la transformada rápida de Fourier para identificar los escenarios de operación normal de escenarios con fallas en un cilindro al observar la frecuencia de medio orden para esta configuración en particular. Se concluye que es posible crear un equipo de detección de falla de bajo costo.