СПОСОБ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ КАТУШЕК ЗАЖИГАНИЯ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ Российский патент 2015 года по МПК F02D17/00 

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС) с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением от искрового разряда, формируемого системой зажигания, и может использоваться для бортовой диагностики катушек зажигания при эксплуатации ТС в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Из патента на изобретение RU 2094765, МПК G01M 15/00, F02P 11/06, опубл. 27.10.1997, известны система зажигания и диагностики, в состав которой входят датчик углового положения коленчатого вала, а также по одному изделию на цилиндр ДВС, катушка зажигания, свеча зажигания и датчик регистрации пробоя между электродами свечи, а также реализованный в упомянутой системе способ диагностики пропусков воспламенения в цилиндрах ДВС, заключающийся в формировании штатной катушкой зажигания на соответствующей ей свече основного искрового разряда, обеспечивающего поджигание рабочей смеси на такте сжатия, в последующем формировании штатной катушкой зажигания на соответствующей ей свече на такте расширения диагностических импульсов, величина напряжения которых обеспечивает пробой между электродами свечи в случае предшествующего невоспламенения или не вызывает пробоя между электродами свечи в случае предшествующего воспламенения в цилиндре, и в регистрации электрического сигнала с датчика регистрации пробоя между электродами свечи, соответствующей диагностируемой катушке. В данном способе датчик углового положения коленчатого вала, кроме выполнения им штатных функций, инициирует генерирование катушкой зажигания диагностических импульсов высокого напряжения. По факту отсутствия серии диагностических импульсов с датчика регистрации пробоя диагностируют наличие воспламенения в цилиндрах ДВС.

Недостатками данного способа являются необходимость использования датчиков регистрации пробоя между электродами свечей, необходимость экранирования электрических цепей упомянутых датчиков для защиты от электромагнитного поля помех, а главное невозможность диагностирования пропусков воспламенения в цилиндрах ДВС в случае потери работоспособности любой из катушек, поскольку датчик регистрации пробоя между электродами свечей, в указанном случае, вырабатывает сигнал, соответствующий наличию процесса воспламенения в цилиндре.

Из заявки на изобретение RU 2008127380/06, МПК F02P 17/12, опубл. 20.01.2010, известен способ диагностики работоспособности катушки зажигания, входящей в состав системы зажигания ДВС, которая, кроме катушки, включает в себя свечу зажигания и, по меньшей мере, один электрический провод, соединяющий упомянутые катушку и свечу зажигания, заключающийся во временной установке в электрическую цепь между упомянутыми проводом и свечой управляемого по напряжению выключателя (разрядника), в последующем получении от катушки диагностического напряжения, превышающего пороговое значение, необходимое для образования искры на упомянутом выключателе, а также в проверке факта образования искры в ответ на подачу указанного напряжения. При наличии факта образования искры диагностируют работоспособность катушки зажигания.

Недостатком данного способа является невозможность его применения в процессе реальной эксплуатации ТС.

За прототип предлагаемого изобретения принят известный из книги: А.Г. Сергеева, В.Е. Ютта. «Диагностирование электрооборудования автомобилей». - М.: Транспорт, 1987, стр.38, способ контроля работоспособности катушки зажигания, заключающийся в измерении электрического тока в высоковольтном контуре системы зажигания и в сравнении полученного результата с превентивно заданными пороговыми значениями.

Недостатком данного решения является невозможность достоверно определить работоспособность катушек зажигания в условиях воздействия электромагнитных помех.

Задачей заявляемого решения является создание способа бортовой диагностики катушек зажигания ДВС ТС, позволяющего с высокой степенью вероятности контролировать работоспособность катушек зажигания в условиях воздействия электромагнитных помех, обеспечивающего, в случае нарушения работоспособности катушек, принятие мер по прекращению топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС ТС.

Указанная задача решается в способе бортовой диагностики катушки зажигания ДВС ТС, заключающемся в измерении величины тока, протекающего в ее электрической цепи, и в сравнении полученного результата с превентивно заданными пороговыми значениями, где событие, соответствующее неисправности катушки, определяют по отклонению от заданных пороговых значений.

Указанная задача решается тем, что для определения работоспособности катушки зажигания контролируют величину тока, протекающего в ее первичной обмотке, а также изменения мгновенной частоты вращения коленчатого вала ДВС, полученные значения сравнивают с превентивно заданными пороговыми значениями. Событие, соответствующее обрыву электрической цепи первичной обмотки, фиксируют в случае, если за время $$t\in \lfloor t_0;t_0+2N{T}_i\rfloor$$ , где

t₀ - момент времени работы ДВС, в который зафиксировано первое отклонение от штатной работы катушки зажигания;

N=1, 2, 3, … - количество оборотов коленчатого вала, после определения первого отклонения от штатной работы катушки зажигания;

T_i - текущий период вращения коленчатого вала;

i=1, 2, 3 … N,

произошло

M=N отклонений от штатной работы катушки зажигания.

Отклонением от штатной работы катушки зажигания считается двойное условие

где

I_кз - ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания;

I_min - минимальный ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания, необходимый для формирования разрядных процессов в соответствующем цилиндре;

$$\frac{dn}{dt}\Delta t$$ - текущее значение нестабильности оборотов ДВС;

Δn_пр.min - предельно-минимально отклонение оборотов ДВС;

t_н - момент времени накопления энергии в катушке зажигания;

τ - время накопления энергии в катушке зажигания;

t_НМТ - момент времени прохождения цилиндра нижней мертвой точки.

Изобретение поясняется следующими чертежами, иллюстрирующими принцип бортовой диагностики катушек зажигания.

На фиг.1 схематично показаны: 1 - ток накопления, протекающий в первичной обмотке катушки зажигания; 2 - обороты ДВС; 3 - неработоспособная катушка зажигания; 4 - предельно-минимальные отклонения оборотов ДВС.

На фиг.2 схематично показаны: 1 - ток накопления, протекающий в первичной обмотке катушки зажигания; 2 - обороты ДВС; 4 - предельно-минимальные отклонения оборотов ДВС; 5 - искаженный электромагнитным воздействием сигнал с датчика тока катушки зажигания; 6 - электромагнитное воздействие.

Заявляемое техническое решение основано на том, что в случае обрыва цепи первичной обмотки катушки зажигания энергия в ней не будет накапливаться и, как следствие, не произойдет формирование разряда на свече зажигания, поршню и коленвалу ДВС не будет передана энергия расширяющихся горящих газов и, вследствие механических потерь, произойдет уменьшение мгновенных оборотов ДВС. По двум параметрам - изменению величины тока накопления и изменению мгновенных оборотов, относительно заданных пороговых значений, определяют обрыв цепи первичной обмотки катушки зажигания. Регистрация указанного обеспечивает (делает возможным) перевод системы управления ДВС на превентивно заложенный аварийный алгоритм работы, заключающийся, например, в отключении топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС.

В случае нормальной работоспособности катушки зажигания в условиях воздействия электромагнитного поля помех сигнал, измеряемый в электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания (по каналу тока накопления), может исказиться таким образом, что его значение будет соответствовать состоянию обрыва первичной обмотки, но при этом произойдет накопление энергии в катушке зажигания и формирование разряда на свече зажигания, что соответственно приведет к цепочке преобразования энергий и значение нестабильности оборотов ДВС не превысит предельно-минимального отклонения. По каналу измерения оборотов ДВС диагностируется интегральная нормальная работоспособность цепей системы зажигания и считается, что произошла ошибка в цепи измерения тока накопления. В этом случае система управления работает в штатном режиме.

Изобретение реализуется следующей последовательностью действий.

1. Относительно каждой катушки зажигания параллельно по двум каналам производится измерение тока накопления в первичной обмотке и изменение мгновенной частоты вращения коленчатого вала ДВС ТС.

2. Вычисляется текущее значение нестабильности оборотов ДВС.

3. Полученные значения тока накопления и нестабильности оборотов ДВС сравниваются с соответствующими минимально-допустимыми значениями.

4. Если хотя бы одно из полученных значений больше соответствующего минимально-допустимого значения, то считается, что катушка зажигания нормально работоспособна.

5. Если оба полученных значения меньше соответствующих минимально-допустимых значений, то этому отклонению от штатной работы катушки зажигания присваивается значение 1.

6. Для присвоения катушке зажигания статуса «обрыв первичной обмотки» необходимо, чтобы непрерываемое количество отклонений от штатной работы катушки зажигания стало равно N.

7. Если в процессе диагностики катушки зажигания присвоен статус «обрыв первичной обмотки», система управления перейдет на аварийный режим работы, например, отключит топливоподачу в соответствующий цилиндр.

Измерение двух параметров, а именно величины тока накопления, протекающего в электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания, и изменение мгновенной частоты вращения коленчатого вала ДВС ТС, приводит к повышению помехоустойчивости системы бортовой диагностики и более достоверному контролю работоспособности катушки зажигания.

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС) с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением от искрового разряда, формируемого микропроцессорной системой зажигания. Технический результат - повышение достоверности в условиях сложной электромагнитной обстановки определения работоспособности катушек зажигания, а в случае определения нарушения их работоспособности обеспечивает своевременное выполнение корректирующих действий по обеспечению экологических требований, предъявляемых к ТС. Событие, соответствующее обрыву электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания, по результатам бортовой диагностики, фиксируют в случае отклонения величины тока накопления катушки зажигания и мгновенной частоты вращения коленчатого вала ДВС, относительно превентивно заданных пороговых значений. Изобретение может использоваться для бортовой диагностики катушек зажигания в условиях сложной электромагнитной обстановки. 2 ил.

Способ бортовой диагностики работоспособности катушки зажигания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, заключающийся в контроле тока, протекающего в ее электрической цепи, и в сравнении измеренной величины с превентивно заданными параметрами, отличающийся тем, что в процессе диагностики измеряют величину тока, протекающего в электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания, а также изменения мгновенной частоты вращения коленчатого вала, полученные результаты измерений сравнивают с превентивно заданными пороговыми значениями, событие, соответствующее обрыву электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания, фиксируют в случае, если за время
, где
t₀ - момент времени работы ДВС, в который зафиксировано первое отклонение от штатной работы катушки зажигания;
N=1, 2, 3, … соответствует количеству оборотов коленчатого вала, после определения первого отклонения от штатной работы катушки зажигания;
T_i - текущий период вращения коленчатого вала;
i=1, 2, 3 … N,
произошло M=N отклонений от штатной работы катушки зажигания,
а отклонением от штатной работы катушки зажигания считают событие, удовлетворяющее двойному условию
где
I_кз - ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания;
I_min - минимальный ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания, необходимый для формирования разрядных процессов в соответствующем цилиндре;
- текущее значение нестабильности оборотов ДВС;
Δn_пр.min - предельно-минимально отклонение оборотов ДВС;
t_н - момент времени накопления энергии в катушке зажигания;
τ - время накопления энергии в катушке зажигания;
t_НМТ - момент времени прохождения цилиндра нижней мертвой точки.