СПОСОБ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ КАТУШЕК ЗАЖИГАНИЯ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ Российский патент 2015 года по МПК F02P17/00 G01M15/00 

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 датчики 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 с величиной напряжения, обеспечивающей пробой между электродами свечи в случае предшествующего невоспламенения или не вызывающей пробоя между электродами свечи в случае предшествующего воспламенения в цилиндре и в регистрации электрического сигнала с соответствующего катушке и свече датчика регистрации пробоя между электродами свечи. 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 работоспособности конкретного элемента цепи системы зажигания.

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, 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, с. 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 первичных обмоток катушек зажигания в условиях воздействия электромагнитных помех, обеспечивающего, в случае нарушения работоспособности первичных обмоток катушек, принятие мер по прекращению топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС ТС и отключению канала управления тока накопления в неработоспособной катушке зажигания.

Указанная задача решается в способе бортовой диагностики катушки зажигания ДВС ТС, заключающемся в измерении величины амплитуды тока, протекающего в ее обмотке и сравнении полученного результата с превентивно заданными пороговыми значениями.

Указанная задача решается тем, что для определения работоспособности катушки зажигания N - цилиндрового ДВС, содержащего по меньшей мере две катушки зажигания, осуществляют измерение величины амплитуды тока, протекающего в ее первичной обмотке, и сравнение полученных данных с превентивно заданными пороговыми значениями, в случае первой регистрации отклонения амплитуды тока первичной обмотки катушки зажигания от превентивно заданных пороговых значений осуществляют измерение величины амплитуды тока, протекающего в ее первичной обмотке и сравнение полученных результатов с превентивно заданными пороговыми значениями, а также со статистическими данными измерений значений амплитуд тока, измеренных в первичных обмотках других катушек ДВС в течение нескольких циклов работы ДВС. Событие, соответствующее короткому замыканию электрической цепи первичной обмотки катушки, фиксируют в случае, если

где I_max - максимальная (максимально предельно-допустимая - превентивно заданная) величина амплитуды тока накопления в первичной обмотке катушки зажигания при отсутствии короткого замыкания в ее обмотке;

j=1, 2, 3… М - количество циклов работы ДВС (один полный цикл соответствует двум оборотам коленчатого вала ДВС);

i=1, 2, 3… N - порядковый номер катушки зажигания, отсчитываемый с момента регистрации первого нарушения за период М циклов работы ДВС;

τ_ij - длительность времени накопления энергии в i^ой катушке зажигания в j^м цикле работы ДВС;

I_КЗ(τ_ij) - зарегистрированная величина амплитуды тока первичной обмотки за период времени накопления энергии в i^ой катушке зажигания в j^м цикле работы ДВС.

Событие, соответствующее обрыву или повышенному сопротивлению электрической цепи первичной обмотки, фиксируют в случае, если

где I_min - минимальная (минимально предельно-допустимая - превентивно заданная) величина амплитуды тока накопления в первичной обмотке катушки зажигания, необходимая для формирования разрядных процессов в цилиндрах ДВС.

Отсчет количества М циклов работы ДВС производят с момента регистрации первого отклонения величины амплитуды тока первичной обмотки катушки зажигания от превентивно заданных значений (I_min, I_max).

Значение М выбирается из условия, что вероятность нарушения работоспособности как минимум двух катушек зажигания за интервал времени, соответствующий М циклов работы ДВС не превысит 0,001.

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

На фиг. 1 схематично показан алгоритм выявления истинного (фактически состоявшегося) короткого замыкания первичной обмотки катушки зажигания при отсутствии электромагнитной помехи, где 1 - импульс тока накопления первичной обмотки катушки зажигания, регистрируемый при фактически состоявшемся коротком замыкании; 2 - импульсы токов накопления, регистрируемые в первичных обмотках нормально работоспособных (при отсутствии короткого замыкания в обмотках) катушках зажигания ДВС; 3 - максимальный предельно-допустимый (превентивно заданный) ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания при отсутствии короткого замыкания в ее первичной обмотке; 4 - импульс тока накопления диагностируемой катушке зажигания в М+1 цикле, определяющий состояние короткого замыкания первичной обмотки.

На фиг. 2 схематично показан алгоритм выявления ложного короткого замыкания первичной обмотки катушки зажигания при наличии кратковременной электромагнитной помехи, где 5 - кратковременная электромагнитная помеха; 6 - импульс тока накопления первичной обмотки катушки зажигания, регистрируемый вследствие наведения электромагнитной помехи; 7 - импульс тока накопления диагностируемой катушки зажигания в М+1 цикле, определяющий состояние отсутствия короткого замыкания первичной обмотки.

На фиг. 3 схематично показан алгоритм выявления ложного короткого замыкания первичной обмотки катушки зажигания при наличии длительной электромагнитной помехи, где 8 - длительная электромагнитная помеха.

На фиг. 4 схематично показан алгоритм выявления обрыва или повышенного сопротивления электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания при отсутствии электромагнитной помехи, где 9 - импульс тока накопления, первичной обмотки катушки зажигания регистрируемый при обрыве или повышенном сопротивлении электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания; 10 - минимальный предельно-допустимый (превентивно заданный) ток накопления в первичной обмотке катушки зажигания при отсутствии обрыва или повышенного сопротивления электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания.

На фиг. 5 схематично показан алгоритм выявления ложного обрыва или повышенного сопротивления электрической цепи первичной обмотки при наличии кратковременной электромагнитной помехи: 11 - импульс тока накопления первичной обмотки катушки зажигания, регистрируемый вследствие наведения помехи; 12 - импульс тока накопления диагностируемой катушки зажигания, определяющий состояние отсутствия обрыва или повышенного сопротивления электрической цепи первичной обмотки.

На фиг. 6 схематично показан алгоритм выявления ложного обрыва или повышенного сопротивления электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания при наличии длительной электромагнитной помехи.

Заявляемое техническое решение основано на том, что в течение периода времени, равному нескольким циклам работы ДВС, вероятность нарушения работоспособности нескольких катушек зажигания мала. Нарушением работоспособности первичной обмотки катушки зажигания считается выход за пределы максимального или минимального (предельно-допустимого) уровня амплитуды тока. При нормальной работоспособности катушки зажигания в условиях воздействия электромагнитных помех, сигнал, измеряемый в электрической цепи первичной обмотки катушки зажигания (по каналу тока накопления), может исказиться таким образом, что его значение будет соответствовать состоянию короткого замыкания, обрыва или повышенному сопротивлению первичной обмотки. В случае диагностирования неисправности первичной обмотки какой-либо катушки зажигания, анализируются последующие периоды времени накопления тока во всех катушках в нескольких М циклах работы ДВС. По результатам статистического анализа выдается результат диагностики. Если за период времени, соответствующий М циклам работы ДВС, в других катушках зажигания зафиксировано хотя бы одно нарушение работоспособности, то считается, что все катушки зажигания нормально работоспособны, а зафиксированная неисправность является ложной и обусловлена воздействием электромагнитных помех на измерительный канал тока. Если за период времени, соответствующий М циклам работы ДВС, в других катушках зажигания не зафиксировано ни одного нарушения работоспособности, а зафиксированная неисправность в этой же катушке повторяется, то она является истинной и обусловлена нарушением работоспособности 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 и тока накопления в неисправной катушке зажигания.

Изобретение реализуется следующей последовательностью действий.

1. В каждом промежутке времени накопления энергии в каждой первичной обмотке катушек зажигания происходит измерение значения амплитуды тока накопления.

2. Результат измерения сравнивается с превентивно заданными пороговыми значениями.

3. Если результат измерения амплитуды тока накопления не ниже минимального (минимально предельно-допустимого) и не выше максимального (максимально предельно-допустимого), то первичная обмотка катушки зажигания считается нормально работоспособной.

4. Если процесс измерения и сравнения тока показал событие, соответствующее короткому замыканию электрической цепи первичной обмотки какой-либо катушки, то запускается счетчик количества циклов работы ДВС М и производится набор статистических данных значений амплитуд тока накопления первичных обмоток других катушек ДВС. Интервалу времени накопления энергии в катушке зажигания, в которой было зафиксировано указанное событие, присваивается порядковый номер τ₁₁.

После появления события, соответствующего короткому замыканию, в данной катушке для исключения перегрева и выхода из строя управляющих силовых ключей отключают ток накопления.

При возникновении хотя бы в одной другой катушке аналогичного события на любом цикле работы ДВС j, вложенном в М, считают, что указанное событие является ложным, возникшим из-за наведения на измерительный канал электромагнитных помех и катушка зажигания считается работоспособной и после окончания цикла j, счетчик количества циклов обнуляют, и на катушку зажигания, в которой было зафиксировано событие, соответствующее короткому замыканию, подают ток накопления.

Если в интервале времени, соответствующем М циклам, в других катушках зажигания не возникло события, соответствующего короткому замыканию, то на М+1 цикле на первичную обмотку диагностируемой катушки подается ток накопления. При повторной регистрации события короткого замыкания считается, что катушка зажигания считается неработоспособной, и система управления ДВС переводится на превентивно заложенный аварийный алгоритм работы, заключающийся, например, в отключении топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС и тока накопления в неисправной катушке зажигания. Если на М+1 цикле в диагностируемой катушке не возникло события, соответствующего короткому замыканию, то считается, что указанное событие является ложным, возникшим из-за наведения на измерительный канал кратковременной электромагнитной помехи, и катушка зажигания считается работоспособной.

5. Если процесс измерения и сравнения тока показал событие, соответствующее обрыву или повышенному сопротивлению электрической цепи первичной обмотки какой-либо катушки, то запускается счетчик количества циклов работы ДВС М и производится набор статистических данных уровня тока по другим катушкам. Интервалу времени накопления энергии в катушке зажигания, в которой было зафиксировано указанное событие, присваивается порядковый номер τ₁₁.

При возникновении хотя бы в одной другой катушке аналогичного события на любом цикле работы ДВС j, вложенном в М, считается, что указанное событие является ложным, возникшим из-за наведения на измерительный канал электромагнитных помех, и катушка зажигания считается работоспособной и после окончания цикла j, счетчик количества циклов обнуляется.

Если в интервале времени, соответствующем М циклам в других катушках зажигания не возникло события, соответствующего обрыву или повышенному сопротивлению электрической цепи, а в диагностируемой катушке в последующих циклах регистрируется по меньшей мере минимальный (минимально предельно-допустимый) ток накопления, то событие считается ложным, возникшим из-за наведения на измерительный канал кратковременной электромагнитной помехи. При этом катушка зажигания считается работоспособной.

Если в интервале М в других катушках зажигания не возникло события, соответствующего обрыву или повышенному сопротивлению электрической цепи, а в диагностируемой катушке зажигания в каждом цикле М повторяется указанное событие, то считают, что катушка зажигания неработоспособна, и система управления ДВС переводится на превентивно заложенный аварийный алгоритм работы, заключающийся, например, в отключении топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС.

Статистический анализ измерений уровня тока накопления в первичных обмотках катушек зажигания в течение интервала времени, соответствующему заданному количеству циклов работы ДВС, приводит к повышению помехоустойчивости системы бортовой диагностики и более достоверному контролю работоспособности катушки зажигания.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для бортовой диагностики катушек зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением от искрового разряда, формируемого микропроцессорной системой зажигания в условиях сложной электромагнитной обстановки. Технический результат - повышение достоверности определения работоспособности катушек зажигания в условиях сложной электромагнитной обстановки, обеспечение своевременного принятия мер по обеспечению экологических требований, предъявляемых к транспортному средству (ТС), например прекращение топливоподачи в соответствующий цилиндр ДВС ТС и отключение тока накопления в неисправной катушке зажигания в случае определения нарушения их работоспособности. В способе диагностики катушек зажигания N-цилиндрового ДВС их работоспособность определяют по результату сравнения измеренной величины амплитуды тока, протекающего в ее первичной обмотке, с данными превентивно заданных пороговых значений и статистическими данными измерений в течение нескольких циклов работы ДВС величины амплитуд токов, протекающих в первичных обмотках других катушек ДВС. 6 ил.

Способ бортовой диагностики работоспособности катушки зажигания двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, заключающийся в контроле тока, протекающего в ее электрических цепях и сравнении измеренной величины с превентивно заданными параметрами, отличающийся тем, что для определения работоспособности катушки зажигания N - цилиндрового ДВС, содержащего по меньшей мере две катушки зажигания, осуществляют измерение величины амплитуды тока, протекающего в ее первичной обмотке, и сравнение полученных данных с превентивно заданными пороговыми значениями, в случае первой регистрации отклонения амплитуды тока первичной обмотки катушки зажигания от превентивно заданных пороговых значений осуществляют измерение величины амплитуды тока, протекающего в ее первичной обмотке и сравнение полученных результатов с превентивно заданными пороговыми значениями, а также со статистическими данными измерений значений амплитуд тока, измеренных в первичных обмотках других катушек ДВС в течение нескольких циклов работы ДВС; cобытие, соответствующее короткому замыканию электрической цепи первичной обмотки катушки, фиксируют в случае, если

где I_max - максимальная (максимально предельно-допустимая - превентивно заданная) величина амплитуды тока накопления в первичной обмотке катушки зажигания при отсутствии короткого замыкания в ее обмотке,
j=1, 2, 3… М - количество циклов работы ДВС (один полный цикл соответствует двум оборотам коленчатого вала ДВС),
i - 1, 2, 3… N - порядковый номер катушки зажигания, отсчитываемый с момента регистрации первого нарушения за период М циклов работы ДВС,
τ_ij - длительность времени накопления энергии в i^ой катушке зажигания в j^м цикле работы ДВС,
I_кз(τ_ij) - зарегистрированная величина амплитуды тока первичной обмотки, за период времени накопления энергии в i^ой катушке зажигания в j^м цикле работы ДВС;
событие, соответствующее обрыву или повышенному сопротивлению электрической цепи первичной обмотки, фиксируют в случае, если

где I_min - минимальная (минимально предельно-допустимая - превентивно заданная) величина амплитуды тока накопления в первичной обмотке катушки зажигания, необходимая для формирования разрядных процессов в цилиндрах ДВС, отсчет количества М циклов работы ДВС производят с момента регистрации первого отклонения величины амплитуды тока первичной обмотки катушки зажигания от превентивно заданных значений (I_min, I_max), значение М выбирается из условия, что вероятность нарушения работоспособности как минимум двух катушек зажигания за интервал времени, соответствующий М циклов работы ДВС, не превысит 0,001.