Патент на изобретение №2349890

(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ БЕНЗИНОВЫХ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности устройствам для диагностики автотракторных двигателей в условиях эксплуатации. Изобретение позволяет повысить точность определения контрольных фактических параметров технического состояния двигателей и их отклонений от номинальных значений при одновременном снижении трудозатрат за счет автоматизации процесса измерения первичных величин и анализа полученных данных. Автоматизированная система диагностики автотракторных двигателей состоит из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика частоты вращения, датчика расхода топлива, датчика угла опережения зажигания, датчика давления, блока сопряжения датчиков с персональным компьютером (ПК) и самого ПК. В процессе проведения шести циклов операций “разгон-выбег” двигателя сигналы с датчиков поступают в устройство записи, состоящее из семи основных элементов (трех преобразователей уровня, инструментального усилителя, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и микроконтроллера), которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. После этого полученная информация обрабатывается в ПК и результаты контроля представляются пользователю в виде цифровых значений диагностических параметров и графиков динамических скоростных характеристик двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для диагностики автотракторных двигателей в условиях эксплуатации.

Известен способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и экспертная система для его осуществления (а.с. RU 99108635/06, G01M 15/00). Способ основан на определении технического состояния двигателей внутреннего сгорания путем непрерывного измерения при многократных разгонах и выбегах двигателя без нагрузки средних значений в цикле работы двигателя, а также на рабочем такте каждого цилиндра, угловых скорости, ускорения коленчатого вала и динамической мощности, получении зависимости амплитудных спектров динамической мощности и сравнении полученных показателей с эталонными, и по степени изменения состояния двигателя от нормального до допустимого классифицируют состояние двигателя. Но этот способ позволяет оценить энергетические показатели двигателей без учета оценки топливных показателей. Кроме того, этот способ не позволяет оценить в полном объеме реальное состояние системы питания, зажигания и смазки бензиновых двигателей, отличающихся от дизелей как принципиально по способу воспламенения топливной смеси, так и конструктивно по устройству элементов подачи топлива.

Цель изобретения – повышение точности определения контрольных фактических параметров технического состояния двигателей и их отклонений от номинальных значений при одновременном снижении трудозатрат за счет автоматизации процесса измерения первичных величин и анализа полученных данных.

Автоматизированная система диагностики автотракторных двигателей на базе персонального компьютера (ПК) предназначена для контроля топливно-энергетических показателей бензиновых автотракторных двигателей. Она осуществляет, при полном обеспечении идентичности, измерение четырех потоков данных и обработку результатов контроля параметров технического состояния автотракторных двигателей в единой временной базе и режиме реального времени.

Диагностическая система состоит из устанавливаемых непосредственно на испытуемый двигатель датчиков: частоты вращения, расхода топлива, угла опережения зажигания, давления; блока сопряжения датчиков с персональным компьютером и самого ПК (см. чертеж).

Система для диагностических испытаний двигателей работает следующим образом: в процессе испытаний проводится шесть циклов операций “разгон-выбег” двигателя с минимальной до максимальной частоты вращения холостого хода коленчатого вала, в течение которых сигналы, снимаемые с первичных датчиков, установленных на двигателе, поступают в устройство записи, которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. Вся полученная информация обрабатывается в ПК с помощью специальных программ и представляется как в виде числовых значений параметров технического состояния, так и в виде графиков динамических скоростных характеристик двигателя.

В результате решения задачи диагностирования двигателя системой определяются динамические характеристики, представляющие собой зависимости:

– частоты вращения коленчатого вала двигателя от времени;

– углового ускорения от частоты вращения и времени при разгоне и выбеге;

– часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя и времени;

– угла опережения зажигания от времени и угла поворота коленчатого вала.

По вышеперечисленным зависимостям рассчитываются параметры ДВС:

– эффективная мощность;

– индикаторная мощность;

– мощность механических потерь;

– часовой расход топлива;

– удельный расход топлива;

– равномерность распределения мощностей по отдельным цилиндрам;

– угол опережения зажигания для каждого цилиндра;

– режимы работы центробежного и вакуумного регулятора опережения зажигания датчика-распределителя.

С помощью устройства можно проверить:

– функционирование системы топливоподачи;

– равномерность работы цилиндров;

– максимальное давление газов в надпоршневом пространстве в конце такта сжатия (компрессию);

– работу ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Блок-схема устройства записи включает шесть основных блоков: адаптер канала частоты вращения, адаптер канала расхода топлива, адаптер канала меток угла, адаптер давления, микропроцессор и адаптер интерфейса RS232.

Рассмотрим назначение и функции каждого блока в отдельности. Все определяемые параметры технического состояния двигателя разделены на первичные и вторичные (т.е. расчетные). Первичными параметрами считаем параметры, считываемые с датчиков, установленных на двигателе. Расчетные параметры получаются в результате математической обработки первичных данных. Первичных потоков данных всего четыре: частота вращения, расход, угол и давление. Остальные параметры рассчитываются на основе первичных.

Адаптер канала частоты вращения нормализует сигнал с датчика оборотов. Этот сигнал – частотный, изменяется от 10 до 65 Гц. Для получения физических параметров достаточно минимальных вычислений.

Адаптер канала расхода топлива нормализует сигнал с датчика расхода топлива. Этот сигнал – частотный, изменяется от 100 до 200 Гц. Чтобы получить физический параметр расхода, исходный частотный сигнал необходимо продифференцировать.

Адаптер канала меток угла нормализует сигнал с датчика момента зажигания. Данные по углу опережения зажигания рассчитываются на основе определения временного периода между разнесенными во времени моментом фиксации параметров оборотов с датчика частоты вращения и моментом зажигания с датчика зажигания. Характеристики данного параметра аналогичны характеристикам параметра оборотов.

Адаптер давления нормализует сигнал с датчика давления. Этот сигнал – аналоговый. Для дальнейшей обработки его необходимо преобразовать в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Исходя из возможных максимальных параметров работы двигателя, длительность информационной составляющей сигнала составляет порядка 2 мс, а периодичность 20 мс. Для того чтобы получить достаточно информативный объем данных, необходимо порядка 50 отсчетов. Следовательно, время преобразования АЦП с учетом временных издержек на первичную обработку должно составлять порядка 10-20 мкс.

Микропроцессор осуществляет измерение всех первичных сигналов, т.е. преобразует их в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки, и осуществляет связь с компьютером для пересылки накопленных измерений.

Адаптер интерфейса RS232 преобразует уровень цифровых сигналов с микропроцессора в уровни, необходимые для подключения канала связи к компьютеру.

Требование, предъявляемое аналоговым каналом давления, оказало решающее влияние на выбор варианта реализации устройства записи. Проведенный анализ характеристик аналогового сигнала показал, что устройство записи не может быть пассивным, так как достаточно большая скорость поступления данных от АЦП. Следовательно, устройство должно иметь встроенный микропроцессор для управления этим потоком данных.

Предложено решение, когда конструктивно устройство записи выполнено в виде отдельного блока, а связь с компьютером осуществляется по интерфейсу – RS232. Для связи персонального компьютера с устройством записи служит специально разработанная программа. Такое конструкционное решение делает устройство записи достаточно мобильным и легким при подключении для обычного пользователя. А в качестве персонального компьютера можно применять любой маломощный компьютер, имеющий интерфейс RS232.

Топливный датчик предназначен для измерения расхода топлива. Конструктивно представляет собой герметичный бачок, в котором размещен измеритель уровня топлива. Измеритель состоит из 5 коаксиальных цилиндров, образующих электрический конденсатор. Емкость этого конденсатора зависит от уровня топлива. Если топливный датчик (конденсатор) полностью заполнен топливом, то емкость максимальна, а когда топливо из датчика израсходуется, то емкость уменьшается примерно в два раза по сравнению с максимальной.

Устройство может быть использовано в качестве отдельного диагностического средства при плановом техническом обслуживании, поиске неисправностей и регулировке двигателей в условиях хозяйств и ремонтных предприятий, в организациях, занимающихся продажей и лизингом машин, а также в качестве контрольно-диагностического средства на заводах, выпускающих автотракторную и сельскохозяйственную технику.

Формула изобретения

Автоматизированная система диагностики автотракторных двигателей, состоящая из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика частоты вращения, датчика расхода топлива, датчика угла опережения зажигания, датчика давления, блока сопряжения датчиков с персональным компьютером (ПК) и самого ПК, отличающаяся тем, что в процессе проведения шести циклов операций “разгон-выбег” двигателя сигналы с датчиков поступают в устройство записи, состоящее из семи основных элементов (трех преобразователей уровня, инструментального усилителя, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и микроконтроллера), которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК, после чего полученная информация обрабатывается в ПК и результаты контроля представляются пользователю в виде цифровых значений диагностических параметров и графиков динамических скоростных характеристик двигателя.

РИСУНКИ