АНАЛИЗАТОР РАБОТЫ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01M15/05 

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров систем двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано для диагностирования двигателей внутреннего сгорания.

Известен анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания (авторское свидетельство СССР №1239546, МПК G 01 N 15/00 от 29.06.1986 г.), содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, умножитель частоты тока стартера, блок совпадения с двумя входами, компаратор, индикатор среднего значения тока, два пиковых детектора максимального и минимального значений амплитуды тока стартера с индикатором разности напряжений. Недостатком данного устройства является малое число диагностируемых параметров, а именно: установочный угол опережения зажигания, угол замкнутого состояния контактов прерывателя и процентную разность компрессий в цилиндрах двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ №2217725 МПК: G 01 М 15/00, от 27.11.2003, Бюл. №33, 2003), содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, пиковые детекторы минимального и максимального значений амплитуды тока стартера и индикатор разности напряжений, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены со входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом компаратора, пиковые детекторы включены между вторым выходом детектора тока стартера и индикатором разности напряжений, а индикатор среднего тока подключен к третьим выходам детектора тока стартера и генератора импульсов момента зажигания, вольтметр постоянного тока и амперметр с датчиком тока, причем вольтметр подключен параллельно входу детектора тока стартера, а датчик тока устанавливается на провод, соединяющий плюсовой вывод батареи со стартером двигателя, обхватывая провод своими зажимами. Недостатком данного устройства является малое число диагностируемых параметров.

Технический результат направлен на расширение числа диагностируемых параметров систем двигателя внутреннего сгорания без его пуска.

Технический результат достигается тем, что в анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания, содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов зажигания, компаратор, умножитель частоты тока стартера, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, пиковые детекторы максимального и минимального значений амплитуды тока стартера и индикатор разности напряжений, вольтметр постоянного тока и амперметр с датчиком тока, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены со входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом компаратора, пиковые детекторы включены между вторым выходом детектора тока стартера и индикатором разности напряжений, а индикатор среднего значения тока подключен к третьим выходам детектора тока стартера и генератора импульсов момента зажигания, причем вольтметр подключен параллельно входу детектора тока стартера, а датчик тока устанавливается на провод, соединяющий плюсовой вывод батареи со стартером двигателя, обхватывая провод своими зажимами дополнительно введены второй и третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схема выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания, ключ управления, причем второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, а выход третьего - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - со входами схемы выборки-хранения.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в анализатор дополнительно введены: второй и третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схема выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания, ключ управления, причем второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, а третьего - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - со входами схемы выборки-хранения.

Введение указанных элементов позволяет при диагностировании дополнительно контролировать состояние свечей зажигания, что расширяет число диагностируемых параметров и позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

Устройство анализатора представлено на блок-схеме. Анализатор содержит детектор тока стартера 1, генератор 2 импульсов момента зажигания, выходы которых прямо и через инверторы 21 и 32 соединены со входами компаратора 3, умножитель 4 частоты тока стартера, блок 5 совпадения с двумя входами, соединенными соответственно с выходами компаратора и умножителя частоты, причем вход умножителя частоты соединен с одним из выходов детектора 1 тока стартера, и входами пиковых детекторов 7 и 8 максимального и минимального значений амплитуды тока стартера, выходы которых соединены с индикатором 9 разности напряжений, индикатор 6 среднего значения тока, вход которого соединен с одним из выходов генератора 2 импульсов момента зажигания, вольтметр 10 постоянною тока, подключенный параллельно входу детектора 1 тока стартера, амперметр 11 с датчиком 12 тока, устанавливаемым на провод, соединяющим плюсовой вывод батареи 13 со стартером 14 и обхватывающим его своими зажимами. В состав детектора 1 тока стартера входит операционный усилитель 15, амплитудный детектор 16 и амплитудный компаратор 17. Генератор импульсов момента зажигания состоит из входного транзистора 18 с резистором 33 нагрузки, формирующего усилителя 19, двух инверторов 20 и 21 и одновибратора 22. Выход одновибратора 22 соединен с отсекающим входом амплитудного детектора 16, вход компаратора 3 образован двумя логическими элементами И 23 и 24 и индикаторами 25 и 26 знака угла зажигания. Контакты 27 и 28 связаны с батареей 13 и соответственно со стартером 14 и системой зажигания, состоящей из резистора 29, катушки зажигания 30, контактов прерывателя 31. Система содержит инвертор 32 и резистор 33. Кроме того, в анализатор введены второй 34 и третий 35 датчики тока, усилитель-формирователь 36, первый 37 и второй 42 счетчики, схема 38 выборки-хранения, запоминающие конденсаторы 39, индикатор 40 состояния свечей зажигания, ключ 41 управления, причем второй датчик тока 34 устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий 35 - на высоковольтный провод, соединяющий катушку 30 зажигания и распределитель, выход второго датчика тока 34 через усилитель-формирователь 36 соединен с входом сброса первого счетчика 37, а третьего 35 - с его счетным входом и схемой 38 выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы 39 по числу цилиндров двигателя, выход схемы 38 выборки-хранения соединен с входом индикатора 40 состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика 42 связан через ключ 41 управления с корпусом, а его выходы - со входами схемы 38 выборки-хранения.

Анализатор работает в двух режимах: режиме полного торможения двигателя и режиме прокручивания коленчатого вала стартером.

На первом режиме работы двигатель при включении прямой передачи в коробке передач затормаживается стояночным и рабочим тормозом и при подключении анализатора вольтметр 10 показывает ЭДС батареи. При замыкании контактов 27 и 28 включаются стартер и система зажигания. В этом случае через стартер 14 протекает ток полного торможения I_Пт, который регистрируется амперметром 11, вольтметр 10 в этом случае показывает напряжение на стартере. По полученным результатам оцениваются максимальная электромагнитная мощность стартера P_ЭЛМ, полное сопротивление стартерной цепи R_СТ и строится вольт-амперная характеристика аккумуляторной батареи по двум точкам, которая позволяет определить ток короткого замыкания I_КЗ батареи и ее внутреннее сопротивление R_с.

При втором режиме двигатель растормаживается и прокручивается стартером при замкнутых контактах 27 и 28. Стартер 14 запитывается током батареи 13 через контакт 27. Напряжение на батарее изменяется в противофазе с током стартера, причем минимумы напряжения соответствуют нахождению поршней в верхних мертвых точках. Сигналы с батареи фильтруются, усиливаются операционным усилителем 15 и поступают одновременно на вход умножителя 4 и амплитудный детектор 16. В момент появления сигнала на амплитудном детекторе 16 на входе амплитудного компаратора 17 образуется П-образный импульс, фронт которого совпадает с амплитудой тока стартера. Этот импульс играет роль метки верхней мертвой точки и подается прямо и через инвертор 32 на входы компаратора 3. В дальнейшем этот импульс используется для измерения установочного угла зажигания.

Система зажигания запитывается через контакты 28. Ток проходит через резистор 29, катушку 30 зажигания, резистор 33 и транзистор 18, на вход которого во время проверки подается прямое смещение. При замыкании и размыкании контактов прерывателя 31 ток через катушку зажигания изменяется незначительно, так как контакты шунтируются резистором 33 и транзистором 18, поэтому напряжение вторичной цепи системы зажигания не вызывает пробоя искрового зазора в свечах зажигания и двигатель не пускается. Однако на резисторе 33 при этом возникают положительные импульсы, которые через усилитель 19 и инверторы 20 и 21 подаются на входы компаратора 3 и выполняют роль меток момента зажигания. Одновибратор 22 срабатывает при замыкании контактов прерывателя 31, поэтому показания индикатора 6 среднего значения тока пропорциональны углу замкнутого состояния контактов прерывателя 31, в значениях которого и градуируется шкала индикатора 6.

На входы компаратора 3 поступают сигналы, соответствующие моменту зажигания и нахождения поршней в верхних мертвых точках. На выходах элементов И 23 и 24 появляются импульсы с длительностью, пропорциональной временной разности сигналов зажигания и верхней мертвой точки. Причем элемент 23 вырабатывает сигнал, если импульсы зажигания опережают приход поршней в верхнюю мертвую точку, то есть при раннем зажигании, когда на оба входа элемента 23 поступают положительные сигналы. При позднем зажигании работает элемент 24. Индикаторы 25 и 26 знака угла опережения зажигания включаются при наличии напряжения на соответствующем элементе И. Сигнал с элементов И (23 и 24) играет роль временных ворот для импульсов умножителя 4 частоты, поступающих на разные входы блока 5 совпадений. На выходе блока 5 совпадений образуется при этом количество импульсов, соответствующее углу опережения зажигания, которые поступают на цифровой регистратор угла опережения зажигания.

Сигнал с выхода операционного усилителя 15 поступает еще и на входы пиковых детекторов 7 и 8 максимального и минимального значений. На выходе пиковых детекторов вырабатывается напряжение, соответственно пропорциональное максимальной и минимальной амплитуде тока стартера. Разность амплитуд тока стартера получается из-за различных величин компрессий в цилиндрах двигателя и определяет состояние цилиндропоршневой группы. Показания индикатора 9 разности напряжений будут пропорциональны разности напряжений пиковых детекторов и позволяют судить о техническом состоянии поршневой группы, если в одном из цилиндров компрессия будет меньше, соответственно уменьшается напряжение на выходе пикового детектора минимального значения. Показания индикатора разности напряжений отградуированы в процентной разности величины компрессий в цилиндрах. При прокручивании двигателя стартером на выходах датчиков тока 34 и 35 появляются импульсы, причем импульс с второго датчика тока 34 через усилитель-формирователь 36 сбрасывает первый счетчик 37 в нулевое состояние, а импульсы с третьего датчика тока 35 подсчитываются счетчиком 37, одновременно поступая на схему 38 выборки-хранения, ключи которой управляются с кодом выходов счетчика 37. На конденсаторах 39 запоминаются значения тока в соответствующих свечах. После окончания прокручивания коленчатого вала двигателя периодически замыкается ключ 41, изменяющий состояние второго счетчика 42, выходной код которого управляет выходными ключами схемы 38 выборки-хранения. При этом сигнал с конденсаторов поступает на индикатор 40, который индицирует состояние свечей зажигания.

Таким образом, анализатор в режимах полного торможения двигателя и прокручивания двигателя стартером измеряет установочный угол зажигания, угол замкнутого состояния контактов прерывателя, процентную разность величин компрессий в цилиндрах двигателя, максимальную электромагнитную мощность стартера, полное сопротивление стартерной цепи, ЭДС, внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания аккумуляторной батареи, состояние свечей зажигания. Число контролируемых параметров расширено и не требует пуска двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для диагностирования систем двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить числа диагностируемых параметров систем двигателя внутреннего сгорания без его пуска. Анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания содержит детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, пиковые детекторы минимального и максимального значений амплитуды тока стартера и индикатор разности напряжений, вольтметр постоянного тока и амперметр с датчиком тока. Первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены со входами компаратора. Умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом компаратора, пиковые детекторы включены между вторым выходом детектора тока стартера и индикатором разности напряжений. Индикатор среднего тока подключен к третьим выходам детектора тока стартера и генератора импульсов момента зажигания. Вольтметр подключен параллельно входу детектора тока стартера. Датчик тока устанавливается на провод, соединяющий плюсовой вывод батареи со стартером двигателя, обхватывая провод своими зажимами. В анализатор дополнительно введены второй и третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схема выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания, ключ управления. Второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель. Выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, а выход третьего - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя. Выход схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - со входами схемы выборки-хранения. 1 ил.

Анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания, содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, пиковые детекторы минимального и максимального значений амплитуды тока стартера и индикатор разности напряжений, вольтметр постоянного тока и амперметр с датчиком тока, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены со входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом компаратора, пиковые детекторы включены между вторым выходом детектора тока стартера и индикатором разности напряжений, а индикатор среднего тока подключен к третьим выходам детектора тока стартера и генератора импульсов момента зажигания, причем вольтметр подключен параллельно входу детектора тока стартера, а датчик тока устанавливается на провод, соединяющий плюсовой вывод батареи со стартером двигателя, обхватывая провод своими зажимами, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй и третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схема выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания, ключ управления, причем второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, а выход третьего - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - со входами схемы выборки-хранения.