Способ диагностирования элементов контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей

Изобретение относится к диагностике элементов контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей и может быть использовано для проверки элементов электрических цепей в других областях техники. Технический результат заключается в повышении достоверности и оперативности постановки диагноза и, как следствие, в увеличении топливной экономичности и уменьшении токсичности отработавших газов. Согласно изобретению диагностирование контактно-батарейной системы зажигания двигателей заключается в измерении характеристик первичного и вторичного напряжения в цепях системы зажигания. Далее на измеренных характеристиках задаются области локальных диагнозов, имеющие функциональную связь с параметрами технического состояния системы зажигания. При анализе заданных областей локальных диагнозов выделяют группы диагностических признаков, для которых при вариации режимов проверки системы зажигания определяют численные значения. Затем значения диагностических признаков сравнивают с их нормативными значениями, после чего их кодируют, присваивая по результатам сравнения диагностический код каждому диагностическому признаку. Полученные диагностические коды сравнивают с набором кодов в диагностической матрице и по результатам сравнения в автоматическом режиме дают заключение о техническом состоянии системы зажигания. 6 ил.

 

Изобретение относится к диагностике элементов контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей и может быть использовано для проверки элементов электрических цепей в других областях техники.

Известен способ диагностирования системы зажигания, предусматривающий определение неисправного элемента, снятого с автомобиля. Известный способ, с помощью стенда СПЗ-8М, позволяет определить переходное сопротивление контактов прерывателя, проверить угол замкнутого состояния контактов, проверить угол чередования искрообразования, изменение которой указывает на вибрацию рычажка прерывателя, вызванную уменьшением упругости пружины рычажка или износ втулки и рычажка, проверить и регулировать центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания, проверить состояние изоляции распределителя, проверить катушку зажигания, проверить емкость и состояние изоляции конденсатора первичной цепи (см. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей: Устранение и предупреждение неисправностей. - 4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998 г., с.186-194).

Недостатками данного способа диагностирования являются высокая трудоемкость, связанная со снятием элементов с автомобиля и последующей его установке на стенде, продолжительность во времени, необходимость специальных знаний устройства стенда при его эксплуатации, невысокая точность постановки диагноза в связи с высокой зависимостью от квалификации оператора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ диагностирования, который основан на визуальном анализе характеристик первичной и вторичной цепи с эталонными, позволяющий практически выявить любую неисправность системы зажигания. По осциллограммам (характеристикам) можно определить техническое состояние катушки зажигания, конденсатора первичной цепи, величину первичного и вторичного напряжения, угол замкнутого и разомкнутого состояния контактов прерывателя и др. Неисправности различных элементов систем зажигания определенным образом влияют на форму импульсов напряжения в пределах цикла зажигания. Диагностирование системы зажигания производится при вращении двигателя с частотой 1000 и 2000 мин^-1 (см. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2000 г., с.178-180).

Данный способ до развития компьютерных технологий применялся на стендах К-518 (Россия), Элкон S-320 (Венгрия) и др. На сегодняшний день данный способ реализован в мотор-тестерах, использующих современные ЭВМ, в МТ-4, КАД-300 (оба Россия), мотор-тестер SMP-4000 (США) и т.д.

Но практически все эти устройства, реализующие данный способ, имеют ряд серьезных недостатков, присущих не сколько самим приборам, сколько способу, являющемуся основой постановки диагноза. Как уже отмечалось выше, постановка диагноза осуществляется путем анализа характеристик первичного и вторичного напряжения в системе зажигания. И это делает оператор. Оператор является ключевым звеном в постановке диагноза. Из этого следует, что все недостатки, присущие оператору, могут отражаться на качестве диагностирования. Это, прежде всего квалификация (определяется уровнем подготовки), опыт и психофизиологическое состояние оператора (может допускать ошибки в случае стрессовых и других подобных ситуаций, может проявляться в случаях негативных изменений в организме оператора).

Указанные недостатки, обусловленные влиянием человеческого фактора, сочетаются с недостатками способа диагностирования, которые заключаются в следующем: невысокая оперативность диагностирования, оператору необходимо время для анализа получаемой информации, проведения дополнительных измерений и тестовых воздействий, низкая эффективность диагностирования других типов систем зажигания (бесконтактная система зажигания, микропроцессорная система зажигания и т.д.) и, в случае полного отказа системы зажигания (двигатель не запускается), возможность диагностирования преимущественно установившихся режимов работы системы зажигания (крайне сложно анализировать переходные, быстродействующие процессы), в случае появления «плавающих» неисправностей и кратковременных сбоев в работе системы зажигания чрезвычайно трудно уловить изменения в характеристиках их напряжения первичной и вторичной цепей, кроме того, такой способ не предусматривает автоматизацию ни самого процесса диагностирования, ни тестовых воздействий.

Изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с автоматизацией процесса постановки диагноза, которая позволяет определить неисправность на режимах холостого хода, средних нагрузок и в момент разгона, где проявляется наибольшее количество неисправностей.

Технический результат изобретения - это повышение достоверности и оперативности постановки диагноза, снижение трудоемкости и влияния человеческого фактора, и, как следствие, увеличение топливной экономичности, и уменьшение токсичности отработавших газов.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе диагностирования контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей, заключающемся в измерении характеристик первичного и вторичного напряжений в цепях системы зажигания, согласно изобретению на измеренных характеристиках выделяют группу диагностических признаков, затем сравнивают с нормативными значениями, после чего их кодируют, в результате этого они представляют собой столбец диагностической матрицы, обладающей исчерпывающей информацией о состоянии контактно-батарейной системы зажигания.

Отличительной особенностью заявленного способа диагностирования является

- на измеренных характеристиках выделяют группу диагностических признаков, которые позволяют характеризовать состояние элементов контактно-батарейной системы зажигания;

- выделенную группу диагностических признаков сравнивают с нормативными значениями, после чего их кодируют с присвоением им кодов;

- в результате этого они представляют собой столбец диагностической матрицы, обладающей исчерпывающей информацией, что позволяет определить техническое состояние элемента контактно-батарейной системы зажигания.

Известные способы диагностирования: аналог (см. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей: Устранение и предупреждение неисправностей. - 4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998 г., с.186-194) позволяет определить неисправное состояние элемента контактно-батарейной системы зажигания, снятого с автомобиля. Однако у этого способа высокая трудоемкость и влияние оператора на постановку диагноза. Способ диагностирования по прототипу (см. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2000 г., с.178-180) позволяет поставить диагноз при визуальном анализе характеристик первичной и вторичной цепях системы зажигания, который производит также оператор. При этом способе на постановку диагноза оказывают влияние квалификация, опыт и психофизиологическое состояние оператора, при его реализации имеет место низкая эффективность диагностирования других типов систем зажигания, низкая эффективность и в случае полного отказа системы зажигания (двигатель не запускается), возможность диагностирования преимущественно установившихся режимов работы системы зажигания, высокая погрешность при анализе характеристик.

А предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, связанной с автоматизацией процесса постановки диагноза, которая позволяет определить неисправность на режимах холостого хода, средних нагрузок и в момент разгона, где проявляется наибольшее количество неисправностей.

Сравнение предлагаемого способа диагностирования с другими известными техническими решениями из уровня техники по патентной и научно-технической документации позволило установить, что авторами не выявлены решения, включающие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема постановки диагноза, на фиг.2 изображено устройство для диагностирования, на фиг.3 изображены характеристики с областями локальных диагнозов: верхний для первичного напряжения, нижний для вторичного напряжения, на фиг.4 изображены графики зависимости: верхний - декремента затухания δ₁₁ (признак к₄) первой гармоники первичного напряжения от емкости конденсатора первичной цепи C₁; нижний - частоты затухания ω₁₁ (признак к₃) первой гармоники первичного напряжения от емкости конденсатора первичной цепи C₁, на фиг.5 изображен график зависимости ω₂₂ частоты затухания второй гармоники вторичного напряжения от сопротивления вторичной обмотки катушки зажигания R₂, на фиг.6 изображена Д1 - область локального диагноза, характеризующая процесс разряда конденсатора первичной цепи с диагностическими признаками.

Устройство диагностирования контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей содержит (см. фиг.2) персональный компьютер 1 (не ниже Pentium 2), в котором установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, который соединяется с контактно-батарейной системой зажигания (КБСЗ) 3 с помощью датчиков высокого напряжения (ДВН) 4, зажимом 5, импульсным датчиком 6, а двумя зажимами 7 и 8 соединен с аккумуляторной батареей 9. Датчик высокого напряжения (ДВН) 4 подключен к высоковольтному проводу 10, соединяющий катушку зажигания 11 с прерывателем-распределителем 12. Импульсный датчик 6 устанавливают на высоковольтный свечной провод 13 первого цилиндра 14. 15 выход «КЗ» катушки зажигания. 16 конденсатор первичной цепи.

Суть способа заключается в анализе участков локальных диагнозов на характеристиках первичного и вторичного напряжений в цепях системы зажигания, выделении группы диагностических признаков и сравнении с нормативными значениями, с последующими кодированием и постановкой диагноза в автоматическом режиме на основе диагностической матрицы (фиг.1, фиг.2). Поэтапно это можно представить так: на работающем двигателе при помощи датчика высокого напряжения 4, зажима 5, импульсным датчиком 6 срабатывания первого цилиндра 14 производят съем диагностических сигналов в соответствующих цепях контактно-батарейной системы зажигания. Полученный многоинформационный сигнал преобразуют в цифровой код при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, который поступает в персональный компьютер 1, где записывается на жестком носителе. В персональном компьютере записанный диагностический сигнал обрабатывают математическим аппаратом и на заданных участках локальных диагнозов определяют численные значения выделенной группы диагностических признаков. Значения диагностических признаков сравнивают с их нормативными допустимыми значениями. По результатам сравнения каждому диагностическому признаку присваивают диагностический код по принципу: «0»-норма, «-1»-ниже нормы, «+1»-выше нормы. Образованное множество диагностических кодов сравнивают с их набором в диагностической матрице и по результатам сравнения дают заключение о техническом состоянии системы. Процесс повторяют с вариацией режимов проверки системы зажигания (работа на минимальных оборотах холостого хода, повышенных - 0,8 от номинальных, а также переходные режимы).

Сущность способа диагностирования, как уже отмечалось выше, заключается в анализе областей локальных диагнозов (ОЛД) на характеристиках первичного и вторичного напряжения. Такие области показаны на фиг.3:

- Д1 - ОЛД, характеризующая процесс разряда конденсатора;

- Д2 - ОЛД, характеризующая процесс рассеивания энергии в первичной цепи катушки зажигания;

- Д3 - ОЛД, характеризующая процесс замыкания контактов;

- Д4 - ОЛД, характеризующая процесс замкнутого состояния контактов;

- Д5 - ОЛД, характеризующая процесс размыкания контактов;

- Д6 - ОЛД, характеризующая процесс горения искры;

- Д7 - ОЛД, характеризующая процесс рассеивания энергии во вторичной цепи катушки зажигания;

- Д8 - ОЛД, характеризующая процесс перезаряда распределенных емкостей вторичной цепи;

Все перечисленные области характеризуются рядом диагностических признаков и имеют функциональную связь с параметрами технического состояния системы зажигания. Часть из них показана на фиг.6:

- к₁ = Uмах1 - максимальное напряжение в первичной цепи;

- к₂ = Ucp - среднее напряжение первой гармоники;

- к₃ = ω₁₁ - частота затухания первой гармоники первичной цепи;

- к₄→δ₁₁ - декремент затухания первой гармоники первичной цепи;

А функциональные связи показаны на фиг.4 и 5. Дальнейшее аппроксимирование полученных связей позволяет получить уравнения связи диагностических признаков и параметров технического состояния системы зажигания. На основе чего и определяют числовые значения диагностических признаков и диапазон их допустимого изменения.

Пример конкретного выполнения способа диагностирования на автомобиле ВАЗ-2106 с контактно-батарейной системой зажигания (см. фиг.2):

1 этап: к контактно-батарейной системе зажигания 3 подсоединяют датчик высокого напряжения (ДВН) 4 на центральный высоковольтный провод 10; к выходу «КЗ» 15 катушки зажигания 11, идущего к прерывателю-распределителю 12, присоединяют зажим 5; на высоковольтный свечной провод 13 первого цилиндра 14 устанавливают импульсный датчик (ИД) 6;

2 этап: при работе двигателя сигнал первичного и вторичного напряжений синхронно работе первого цилиндра 14 поступает в аналого-цифровой преобразователь АЦП 2; поступившие сигналы преобразуются в цифровой код, далее поступают в персональный компьютер 1; в персональном компьютере 1 из цифровых сигналов выделяются численные значения диагностических признаков и с учетом их нормативных значений им присваивают диагностические коды; полученные коды сравнивают с кодами в матрице, и по результатам ставится диагноз в автоматическом режиме. В данном случае обнаружено, что диагностические признаки к₃ - частота затухания первой гармоники первичного напряжения ω₁₁=2960 Гц, а к₄ - декремент затухания первой гармоники первичного напряжения δ₁₁=3045 (см. фиг.4) (следовательно, емкость конденсатора первичной цепи 16 C₁=0,16 мкФ меньше нормативного значения, которое лежит в пределах от 0,17 мкФ до 0,25 мкФ). Появляется диагноз «Система неисправна: уменьшена емкость конденсатора первичной цепи».

3 этап: устраняют указанную неисправность путем замены на исправный конденсатор с емкостью C₁=0,21 мкФ.

4 этап: этапы 1 и 2 повторяют, после автоматической обработки получено, что диагностические признаки к₃ и к₄ равны ω₁₁=2590 Гц и δ₁₁=2320 (см. фиг.4), что соответствует C₁=0,21 мкФ. Появляется диагноз «Система исправна».

Заявленный способ может применяться на станциях диагностики, базах центрального технического обслуживания автотранспортных средств, предприятиях автомобильного сервиса, на автотранспортных предприятиях, на автосборочных заводах для функциональной и дифференциальной диагностики технического состояния контактной батарейной системы зажигания автомобильных двигателей.

Преимущества предложенного способа диагностирования элементов контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей по сравнению с прототипом (см. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2000 г., с.178-180):

- автоматизация процесса постановки диагноза элементов контактно-батарейной системы зажигания с определением неисправностей на режимах холостого хода, средних нагрузок и в момент разгона;

- повышение достоверности и оперативности постановки диагноза;

- снижение трудоемкости;

- снижение до минимума влияния человеческого фактора;

- увеличение топливной экономичности;

- уменьшение токсичности отработавших газов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Способ диагностирования контактно-батарейной системы зажигания бензиновых двигателей, заключающийся в измерении характеристик первичного и вторичного напряжения в цепях системы зажигания, отличающийся тем, что на измеренных характеристиках задаются области локальных диагнозов, имеющие функциональную связь с параметрами технического состояния системы зажигания, при анализе заданных областей локальных диагнозов выделяют группы диагностических признаков, для которых при вариации режимов проверки системы зажигания определяют численные значения, значения диагностических признаков сравнивают с их нормативными значениями, после чего их кодируют, присваивая по результатам сравнения диагностический код каждому диагностическому признаку, полученные диагностические коды сравнивают с набором кодов в диагностической матрице и по результатам сравнения в автоматическом режиме дают заключение о техническом состоянии системы зажигания.