УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M65/00 G01M15/00 

Изобретение относится к области испытаний и тестирования систем дизельных двигателей, преимущественно их топливных систем, и может быть использовано непосредственно на серийных двигателях без установки последних на испытательные стенды.

Известно устройство для диагностики систем дизельного двигателя - дымомер МК-3 фирмы "Хартридж" (см. Труды НИИАТ "Экология и охрана труда" М. : НИИАТ, 1982), содержащее датчик дымности со светоизлучателем и фотоприемником, блок управления и регистратор. Данное достаточно простое полуавтоматическое устройство позволяет измерять дымность отработавших газов, а также по данному параметру диагностировать топливную систему, т. е. определять пригодность или непригодность таковой к дальнейшей эксплуатации.

Данному техническому решению присущ ряд недостатков, основными из которых являются низкая достоверность измерений, обусловленная отсутствием коррекции дымности по температурному параметру, произвольным выбором момента отсчета, неадекватностью восприятия оператором показаний регистратора и высокой динамической погрешностью, связанной с различным состоянием аэрозольного состава газа и "наложением" дымовых проб, в связи с чем полученные данные малопригодны для дальнейшей машинной обработки.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для диагностики топливной системы дизельного двигателя по дымности отработавших газов (см. Измеритель дымности отработавших газов автомобилей. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, паспорт М004.00.0000ПС, 1989), содержащее датчик дымности, выполненный в виде полого цилиндра с перфорированными стенками и размещенными в его полости светоизлучателем и фотоприемником, расположенными по оси цилиндра, и приемником температуры, а также усилителей, подключенных своими входами к выходам соответственно фотоприемника и приемника температуры, блок предварительной обработки информации, выполненный в виде последовательно связанных логарифмирующего устройства с дополнительным входом и выходом, усилителя формирователя с дополнительным входом и корректора начала отсчета с дополнительным входом, а также управляемого генератора импульсов с основным и дополни- тельным выходами, блок управления и регистратор, причем основной выход управляемого генератора импульсов связан со входом светоизлучателя, а дополнительный - с дополнительным входом логарифмирующего устройства, дополнительный выход последнего связан с дополнительным входом корректора начала отсчета, дополнительный вход усилителя формирователя связан с выходом усилителя цепи приемника температуры датчика дымности, вход логарифмирующего устройства подключен к выходу усилителя цепи фотоприемника датчика дымности, а блок управления связан своим информационным выходом с информационным входом регистратора.

Однако и прототипу присущ недостаток, обуславливающий низкую достоверность. Это связано с тем, что, хотя измерение и диагностика осуществляются в автоматическом режиме, но отсутствие взаимосвязи между выбором момента замера, а также промежутка между замерами и порядка обработки полученной информации, т. е. отсутствие обратной связи между замером и обработкой, может привести к наложению смежных показаний, а несовершенная конструкция датчика дымности - к искажению параметра дымности и его рассогласованию с температурными параметрами.

Целью изобретения является повышение достоверности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для диагностики систем дизельного двигателя, преимущественно топливной системы, по дымности отработавших газов, содержащее датчик дымности, выполненный в виде полого цилиндра с перфорированными стенками и размещенными в его полости светоизлучателем и фотоприемником, расположенными по оси цилиндра и приемником температуры, а также усилителей, подключенных своими входами к выходам соответственно фотоприемника и приемника температуры, блок предварительной обработки информации, выполненный в виде последовательно связанных логарифмирующего устройства с дополнительными входом и выходом, усилителя формирователя с дополнительным входом и корректора начала отсчета с дополнительным входом, а также управляемого генератора импульсов с дополнительным и основным выходами, блок управления и регистратор, причем основной выход управляемого генератора импульсов связан со входом светоизлучателя, а дополнительный - с дополнительным входом логарифмирующего устройства, дополнительный выход последнего связан с дополнительным входом корректора начала отсчета, дополнительный вход усилителя формирователя связан с выходом усилителя цепи приемника температуры датчика дымности, вход логарифмирующего устройства подсоединен к выходу усилителя цепи фотоприемника датчика дымности, а блок управления связан своим информационным выходом с информационным входом регистратора, снабжено коммутатором с управляющим и информационным входами, нормирующим усилителем, выход которого связан с информационным выходом коммутатора, аналого-цифровым преобразователем, вход которого связан с выходом нормирующего усилителя, запоминающим устройством с произвольной выборкой с информационным входом, связанным с выходом аналого-цифрового преобразователя, управляющим входом и информационным выходом, запоминающим устройством с постоянной выборкой с управляющим входом и информационным выходом, устройством сравнения с двумя информационными входами, каждый из которых связан с информационным выходом соответствующего запоминающего устройства, управляющим входом и двумя информационными выходами, регистратор выполнен с дополнительным информационным входом, связанным со вторым выходом устройства сравнения с управляющим входом, связанным с шестым управляющим выходом блока управления, причем первый управляющий выход блока управления связан с управляющим входом устройства сравнения, второй - с управляющим входом запоминающего устройства с постоянной выборкой, третий - с управляющим входом запоминающего устройства с произвольной выборкой, четвертый - с управляющим входом генератора импульсов, а пятый - с управляющим входом коммутатора, информа- ционный вход коммутатора связан с выходом корректора начала отсчета, а первый информационный выход устройства сравнения связан с информационным входом блока управления. Кроме того, по варианту выполнения устройства полый цилиндр датчика дымности выполнен с высотой, превыщающей по меньшей мере его удвоенный диаметр.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 - конструктивная схема датчика дымности, на фиг. 3 - принципиальная схема устройства при реализации на ЭВМ, на фиг. 4 - результаты диагностики в случае коксования форсунки, на фиг. 5 - в случае завышенной цикловой подачи топлива, на фиг. 6 - в случае неисправности форсунки.

Устройство содержит датчик 1 дымности в виде цилиндра 2 с отверстиями 3 перфорации на стенках 4, во внутренней полости 5 которого размещены светоизлучатель 6, например, в виде светодиоа и фотоприемник 7, например, в виде фотодиода, расположенные по оси цилиндра 2. В полости 5 цилиндра 2 также размещен приемник 9 температуры, который может быть выполнен в виде термопары. Для уменьшения загрязнения светоизлучателя 6 и фотопри- емника 7 последние могут быть размещены в карманах 10, выполненных в крышках 11 датчика 1. Датчик 1 дымности также содержит измерительные усилители 12, каждый из которых включен своим входом в выход соответственно фотоприемника 7 и приемника 9 температуры, а своим выходом - во вход логарифмирующего устройства 13 и дополнительный вход усилителя-формирователя 14 (перемножителя) блока 15 предварительной обработки информации. Блок 15 также содержит корректор 16 начала отсчета (корректор нуля), дополнительный вход которого включен в дополнительный выход логарифмирующего устройства 13, а основной - в выход усилителя-формирователя 14, и управляемый генератор 17 импульсов, один из выходов которого включен во вход светоизлучателя 6 датчика 1 дымности, а другой - в дополнительный вход логарифмирующего устройства 13, при этом выход последнего включен во вход усилителя-формирователя 14. Устройство также содержит последовательно связанные по информационному каналу коммутатор 18 с управляющим (R) входом, нормирующий усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 20 и запоминающее устройство (ЗУ) 21 с произвольной выборкой с управляющим (R) входом, а также запоминающее устройство (ЗУ) 22 с постоянной выборкой с управляющим (R) входом, устройство 23 сравнения, которое может быть выполнено на базе цифровых компараторов и элементов поиска максимума, например, пиковых детекторов, блок 24 управления, который может быть выполнен аналогично (с учетом изменения схемы) электронному блоку дымомера МК-3 фирмы "Хартридж", и регистратор 25 результатов диагностики. При этом первый управляющий (R) выход блока 24 управления связан с управляющим (R) входом устройства 23 сравнения, второй - с входом ЗУ 22, третий - с входом ЗУ 21, четвертый - с управляющим (R) входом генератора 17 импульсов, пятый - с R-входом коммутатора 18, а шестой - с управляющим (R) входом регистратора 25, информационные входы последнего связаны со вторым информационным выходом устройства 23 сравнения и информационным выходом блока 24 управления, первый информационный выход устройства 23 сравнения связан с информационным входом блока 24 управления, информационные выходе ЗУ 21, 22 связаны с информационными входами устройства 23 сравнения, а информационный вход коммутатора 18 связан с выходом корректора 16 начала отсчета. АЦП 20 может быть выполнен с управляющим (R) входом, связанным с одним из R-выходов блока 24 управления.

Отдельные элементы устройства могут быть реализованы программно на базе ЭВМ или управляющей ЭВМ, например, "Искра 1030.11". В этом случае R-выходы (R-входы) подключаются в шину 26 управления ЭВМ 27, а информационные выходы (входы) - в шину 28 данных и в шину адресов (условно не показано). ЗУ 22 реализуется либо в виде постоянного запоминающего устройства самой ЭВМ 27 или в виде специального поля 29 в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 30, защищенного программными средствами от записи и стирания информации в процессе работы. Блок 24 управления реализуется в данном случае в виде управляющей программы, находящейся в процессе работы ЭВМ 27 в специально выделенном поле 31 ОЗУ 30, устройство 23 сравнения - в виде программы обработки данных, находящейся в процессе работы в специально выделенном поле 32 ОЗУ 30. ОЗУ 21 реализуется в виде отдельного поля 33 ОЗУ 30, а регистратор 25 - в виде устройства 34 вывода, например дисплея или принтера.

В ЗУ 22 хранятся эталонные кривые 35 дымности в процессе свободного разгона, а ЗУ 21 предназначено для хранения текущих значений дымности, полученных в процессе диагностики в виде кривых 36. Цилиндр 2 датчика 1 дымности выполнен с высотой, превышающей удвоенный диаметр цилиндра 2. ЭВМ 27 также содержит процессор 37.

Устройство работает следующим образом.

После запуска и прогрева двигателя рейку топливного насоса выводят в положение максимальной подачи топлива для выхода двигателя на режим свободного разгона. Датчик 1 дымности до начала испытаний подключается к выхлопной трубе автомобиля. Отработавшие газы наполняют полость 5 датчика 1. В соответствии с командой блока 24 управления генератор 17 подает сигналы на светоизлучатель 6, которые, пройдя через полость 5 цилиндра 2, фиксируются фотоприемником 7. Одновременно замеряется температура газов приемником 9 температуры. Полученные импульсы частично линеаризуются в логарифмирующем устройстве 13 и перемножаются в усилителе-формирователе 14. По командам блока 24 управления, частота которых определяется, исходя из условий смены "порции" выхлопных газов в полости 5 датчика 1 при определенных размерах цилиндра 2, коммутатор 18 и нормирующий усилитель 19 формирует последовательность импульсов для передачи в АЦП 20. Сигналы из АЦП 20 передаются в ЗУ 21, где "формируется" кривая 36, отражающая текущие значения дымности дизельного двигателя. По командам блока 24 управления данные, хранящиеся в ЗУ 21, в определенной последовательности передаются в устройство 23 сравнения, где сравниваются с эталонными значениями, хранящимися в ЗУ 22. Результаты сравнения передаются в блок 24 управления. Если характерные точки текущей кривой дымности совпадают с эталонной, то двигатель исправен, если нет, то в зависимости от того, какая характерная точка не совпадает (а это определяется последовательностью загрузки данных в устройство 23 сравнения из ЗУ 21 и 22), делается вывод о неисправности той или иной системы двигателя. Информация, полученная в результате диагностики, может быть представлена в виде, изображенном на фиг. 4, 5 и 6.

При необходимости, например, в случае, если фотоприемник будет загрязнен, может быть произведена коррекция установки начала отсчета (установки нуля) с помощью корректора 16. Также коррекция сигнала может быть проведена по уровню дымности.

В случае необходимости тестирования устройства по команде блока 24 управления на вход светоизлучателя 6 с генератора 17 подается эталонный импульс, имитирующий эталонный состав газа в датчике 1 дымности, которому соответствует вполне определенное значение дымности. Если при подаче на вход светоизлучателя 6 эталонного сигнала на регистраторе 25 появляется значение дымности, равное заранее заданному значению дымности, то устройство исправно.

Наличие обратной связи между замером и обработкой благодаря исключению возможности наложения смежных показаний и выполнение датчика дымности, позволяющего избежать искажения параметра дымности и его рассогласования с температурным параметром позволяет достичь поставленную цель - повышение достоверности получаемых результатов. (56) Труды НИИАТ "Экология и охрана труда", М. , НИИАТ, 1982.

Измеритель дымности отработавших газов автомобилей. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, паспорт М 004.00.0000ПС, 1989.

Использование: испытание дизельных двигателей. Цель - повышение достоверности получаемых результатов. Устройство для диагностики систем дизельного двигателя содержит датчик 1 дымности отработавших газов, блок 15 предварительной обработки информации, запоминающие устройства 21 и 22 соответственно с произвольной и с постоянной выборкой, устройство 23 сравнения, блок 24 управления и регистратор 25 результатов диагностики. Элементы 20. . . 25 могут быть программно реализованы на базе ЭВМ или управляющей ЭВМ. Цилиндр датчика 1 дымности выполнен с высотой, вдвое превышающей его диаметр. Сигнал по дымности с фотоприемника 7 поступает в блок 15 предварительной обработки информации, где корректируется по температуре, измеряемой приемником 9 температуры. Обработанные сигналы, соответствующие определенной точке кривой дымности, запоминаются в устройстве 21, оттуда в определенной последовательности поступают в устройство 23 сравнения, где сравниваются с эталонными, хранящимися в запоминающем устройстве 22 с постоянной выборкой. Результаты сравнения поступают в блок 24 управления, где на основании информации делается вывод об исправности двигателя или неисправности той или иной системы. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, преимущественно топливной системы, до дымности отработавших газов, содержащее датчик дымности, выполненный в виде полого цилиндра с перфорированными стенками и размещенными в его полости светоизлучателем и фотоприемником, расположенным по оси цилиндра, и с приемником температуры, а также усилителей, подключенных своими входами к выходам соответственно фотоприемника и приемника температуры, блок предварительной обработки информации, выполненный в виде последовательно связанных логарифмирующего устройства с дополнительными входами и выходом, усилителя-формирователя с дополнительным входом и корректора начала отсчета с дополнительным входом, а также управляемого генератора импульсов с основным и дополнительным выходами, блок управления и регистратор, причем основной выход управляемого генератора импульсов связан с входом светоизлучателя, а дополнительный - с дополнительным входом логарифмирующего устройства, дополнительный выход последнего связан с дополнительным входом корректора начала отсчета, дополнительный вход усилителя-формирователя связан с выходом усилителя цепи приемника температуры датчика дымности, вход логарифмирующего устройства подключен к выходу усилителя цепи фотоприемника датчика дымности, а блок управления связан своим информационным выходом с информационным входом регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, устройство снабжено коммутатором с управляющим и информационным входами, нормирующим усилителем, вход которого связан с информационным выходом коммутатора, аналого-цифровым преобразователем, вход которого связан с выходом нормирующего усилителя, запоминающим устройством с произвольной выборкой с информационным входом, связанным с выходом аналого-цифрового преобразователя, управляющим входом и информационным выходом, запоминающим устройством с постоянной выборкой с управляющим входом и информационным выходом, устройством сравнения с двумя информационными входами, каждый из которых связан с информационным выходом соответствующего запоминающего устройства, управляющим входом и двумя информационными выходами, блок управления выполнен с шестью управляющими выходами и одним информационным входом, регистратор выполнен с дополнительным информационным входом, связанным с вторым информационным выходом устройства сравнения, и управляющим входом, связанным с шестым управляющим выходом блока управления, причем первый управляющий выход блока управления связан с управляющим входом устройства сравнения, второй - с управляющим входом запоминающего устройства с постоянной выборкой, третий - с управляющим входом запоминающего устройства с произвольной выборкой, четвертый - с управляющим входом генератора импульсов, а пятый - с управляющим входом коммутатора, информационный вход коммутатора связан с выходом корректора начала отсчета, а первый информационный выход устройства сравнения связан с информационным входом блока управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полый цилиндр датчика дымности выполнен с высотой, превышающей по меньшей мере его удвоенный диаметр.