АНАЛИЗАТОР РАБОТЫ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ANALYZER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM PERFORMANCE

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 (Патент РФ №2292024, МПК G01M 15/05 от 20.01.2007, Бюл. №2), 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 с входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой выход которого соединен с выходом компаратора, пиковые детекторы включены между 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 своими зажимами провод, второй и третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схему 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 - с входами схемы выборки-хранения. Недостатком данного устройства является ограниченное число диагностируемых параметров.
Наиболее близким к предлагаемому является анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ №2532990 C2, МПК G01M 15/05 от 20.11.2014, Бюл. №32), содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, вольтметр постоянного тока, амперметр с датчиком тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схему выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания и ключ управления, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены с входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой выход которого соединен с выходом компаратора, 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 своими зажимами провод, второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий датчик тока - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, выход третьего датчика тока - 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 - с входами схемы выборки-хранения, третий и четвертый счетчики, вторую схему выборки-хранения, дополнительные конденсаторы, индикатор компрессии в цилиндрах двигателя, второй ключ управления, причем выход усилителя-формирователя соединен с входом сброса третьего счетчика, а второй выход детектора тока стартера - с его счетным входом и второй схемой выборки-хранения, к которой включены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход второй схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора компрессии в цилиндрах двигателя, счетный вход четвертого счетчика связан через второй ключ управления с корпусом, а его выходы - с входами второй схемы выборки-хранения, генератор синусоидального напряжения, двухполупериодный выпрямитель, усилительный каскад, конденсатор и второй вольтметр, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом двухполупериодного выпрямителя, между выходными клеммами которого включен усилительный каскад, параллельно выходу которого подключены конденсатор и второй вольтметр.
Технический результат направлен на расширение числа диагностируемых параметров систем двигателя.
Технический результат достигается тем, что в анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания, содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, вольтметр постоянного тока, амперметр с датчиком тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схему выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания и ключ управления, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены с входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой выход которого соединен с выходом компаратора, 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 своими зажимами провод, второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий датчик тока - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, выход третьего датчика тока - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход схемы выборки-хранения соединены с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - с входами схемы выборки-хранения, третий и четвертый счетчики, вторую схему выборки-хранения, дополнительные конденсаторы, индикатор компрессии в цилиндрах двигателя, второй ключ управления, причем выход усилителя-формирователя соединен с входом сброса третьего счетчика, а второй выход детектора тока стартера - с его счетным входом и второй схемой выборки-хранения, к которой включены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход второй схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора компрессии в цилиндрах двигателя, счетный вход четвертого счетчика связан через второй ключ управления с корпусом, а его выходы - с входами второй схемы выборки-хранения, генератор синусоидального напряжения, двухполупериодный выпрямитель, усилительный каскад, конденсатор и второй вольтметр, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом двухполупериодного выпрямителя, между выходными клеммами которого включен усилительный каскад, параллельно выходу которого подключены конденсатор и второй вольтметр, дополнительно введены трансформатор с двумя вторичными обмотками и осциллографическое устройство, причем первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора синусоидального напряжения, одна вторичная обмотка соединена с входами обмотки возбуждения диагностируемого генератора, а вторая - с входом развертки осциллографического устройства, сигнальный вход осциллографического устройства соединен с выходом диагностируемого генератора.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в анализатор, содержащий детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, вольтметр постоянного тока, амперметр с датчиком тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схему выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания и ключ управления, причем первый выход детектора тока стартера прямо и через инвертор и первый и второй выходы генератора импульсов момента зажигания соединены с входами компаратора, умножитель частоты включен между вторым выходом детектора тока стартера и входом блока совпадения, другой выход которого соединен с выходом компаратора, 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 своими зажимами провод, второй датчик тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий датчик тока - на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажигания и распределитель, выход второго датчика тока через усилитель-формирователь соединен с входом сброса первого счетчика, выход третьего датчика тока - с его счетным входом и схемой выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход схемы выборки-хранения соединены с входом индикатора состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика связан через ключ управления с корпусом, а его выходы - с входами схемы выборки-хранения, третий и четвертый счетчики, вторую схему выборки-хранения, дополнительные конденсаторы, индикатор компрессии в цилиндрах двигателя, второй ключ управления, причем выход усилителя-формирователя соединен с входом сброса третьего счетчика, а второй выход детектора тока стартера - с его счетным входом и второй схемой выборки-хранения, к которой включены запоминающие конденсаторы по числу цилиндров двигателя, выход второй схемы выборки-хранения соединен с входом индикатора компрессии в цилиндрах двигателя, счетный вход четвертого счетчика связан через второй ключ управления с корпусом, а его выходы - с входами второй схемы выборки-хранения, генератор синусоидального напряжения, двухполупериодный выпрямитель, усилительный каскад, конденсатор и второй вольтметр, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом двухполупериодного выпрямителя, между выходными клеммами которого включен усилительный каскад, параллельно выходу которого подключены конденсатор и второй вольтметр, дополнительно введены трансформатор с двумя вторичными обмотками и осциллографическое устройство, причем первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора синусоидального напряжения, одна вторичная обмотка соединена с входами обмотки возбуждения диагностируемого генератора, а вторая - с входом развертки осциллографического устройства, сигнальный вход осциллографического устройства соединен с выходом диагностируемого генератора.
Введение указанных элементов позволяет диагностировать генератор переменного тока, что расширяет число диагностируемых параметров систем двигателя.
Устройство анализатора представлено на блок-схеме (Фиг. 1). Анализатор содержит детектор тока стартера 1, генератор 2 импульсов моментов зажигания, выходы которых прямо и через инверторы 18 и 29 соединены с входами компаратора 3, умножитель 4 частоты тока стартера, блок 5 совпадения с двумя входами, соединенными соответственно с выходами компаратора 3 и умножителя частоты 4, причем вход умножителя частоты 3 соединен с одним из выходов детектора 1 тока стартера, индикатор 6 среднего значения тока, вход которого соединен с одним из выходов генератора 2 импульсов момента зажигания, вольтметр постоянного тока 7, подключенный параллельно входу детектора 1 тока стартера, амперметр 8 с датчиком 9 тока, устанавливаемым на провод, соединяющий плюсовой вывод батареи 10 со стартером 11 и обхватывающим его своими зажимами. В состав детектора 1 тока стартера входит операционный усилитель 12, амплитудный детектор 13 и амплитудный компаратор 14. Генератор 2 импульсов моментов зажигания состоит из входного транзистора 15 с резистором 30 нагрузки, формирующего усилителя 16, двух инверторов 17 и 18 и одновибратора 19. Выход одновибратора 19 соединен с отсекающим входом амплитудного детектора 13, вход компаратора 3 образован двумя логическими элементами «И» 20 и 21 и индикаторами 22 и 23 знака угла зажигания. Контакты 24 и 25 связаны с батареей 10 и соответственно со стартером 11, генератором синусоидального напряжения 46 и системой зажигания, состоящей из резистора 26, катушки зажигания 27, контактов прерывателя 28. Система содержит инвертор 29 и резистор 30, кроме того, в анализатор введены второй 31 и третий 32 датчики тока, усилитель-формирователь 33, первый 34 и второй 39 счетчики, схема 35 выборки-хранения, запоминающие конденсаторы 36, индикатор 37 состояния свечей зажигания, ключ 38 управления, причем второй датчик 31 тока устанавливается на высоковольтный провод, идущий от распределителя зажигания к свече первого цилиндра, а третий датчик 32 тока - на высоковольтный провод, соединяющий катушку 27 зажигания и распределитель, выход второго датчика 31 тока через усилитель-формирователь 33 соединен с входом сброса первого счетчика 34, а третьего датчика 32 тока - с его счетным входом и схемой 35 выборки-хранения, к которой подключены запоминающие конденсаторы 36 по числу цилиндров двигателя, выход схемы 35 выборки-хранения соединен с входом индикатора 37 состояния свечей зажигания, счетный вход второго счетчика 39 связан через ключ 38 управления корпусом, а его выходы - с входами схемы 35 выборки-хранения. Кроме того, в анализатор введены третий 40 и четвертый 41 счетчики, вторая схема 42 выборки-хранения, дополнительные запоминающие конденсаторы 43 по числу цилиндров, индикатор 44 компрессии в цилиндрах двигателя, второй ключ 45 управления, причем выход усилителя - формирователя 33 соединен с входом сброса третьего счетчика 40, а второй выход детектора тока стартера 1 с его счетным входом и второй схемой 42 выборки-хранения, выход которой соединен с входом индикатора 44 компрессии в цилиндрах двигателя, счетный вход четвертого счетчика 41 связан через второй ключ 45 с корпусом, а его выходы - с входами второй схемы 42 выборки-хранения. Также в анализатор введены генератор синусоидального напряжения 46, выход которого соединен с входом двухполупериодного выпрямителя 47, между выходными клеммами которого включен усилительный каскад 48, состоящий из транзистора 49, резисторов 50 и 51, параллельно выходу усилительного каскада 48 подключены конденсатор 52 и второй вольтметр 53.
При диагностировании плюсовая клемма выпрямителя 47 соединяется с плюсовой клеммой регулятора напряжения 54 генераторной установки диагностируемого двигателя, минусовая клемма выпрямителя 47 соединяется с корпусом регулятора напряжения 54, а клемма «Ш» регулятора напряжения 54 соединяется с входом усилительного каскада 48.
Кроме того, в анализатор введены трансформатор 55 с двумя вторичными обмотками 56 и 57, осциллографическое устройство 58, причем первичная обмотка трансформатора 55 соединена с выходом генератора синусоидального напряжения 46, одна вторичная обмотка 57 соединена с входами обмотки возбуждения 60 диагностируемого генератора 59, а вторая обмотка 56 соединена с входом развертки X осциллографического устройства 58, сигнальный вход осциллографического устройства Y соединен с выходом «+» диагностируемого генератора 59.
Анализатор работает в двух режимах: режиме полного торможения двигателя и в режиме прокручивания коленчатого вала стартером.
ПТ
элм
ст
КЗ
б
На первом режиме работы двигатель при включении прямой передачи в коробке передач затормаживается стояночным и рабочим тормозом и при подключении анализатора вольтметр 7 показывает ЭДС батареи. При замыкании контактов 24 и 25 включается стартер, генератор синусоидального напряжения и система зажигания. В этом случае через стартер 11 протекает ток полного торможения I, который регистрируется амперметром 8, вольтметр 7 в этом случае показывает напряжение на стартере. По полученным результатам оцениваются максимальная электромагнитная мощность стартера Р, полное сопротивление стартерной цепи R и строится вольт-амперная характеристика аккумуляторной батареи по двум точкам, которая позволяет определить ток короткого замыкания I батареи и ее внутреннее сопротивление r. При работе генератора синусоидального напряжения 46 на выходе выпрямителя 47 образуются импульсы (Фиг. 2), которые поступают на усилительный каскад 48 и регулятор напряжения 54. Когда напряжение этих импульсов меньше напряжения, на которое настроен регулятор напряжения 54, транзистор 49 будет закрыт и напряжение на его коллекторе будет до некоторых пор повторять форму импульсов на выходе выпрямителя 47. Когда напряжение импульсов выпрямителя 47 достигнет напряжения срабатывания регулятора напряжения 54, его выходной транзистор закрывается, а транзистор 49 открывается и напряжение на его коллекторе становится равным 0. Оно будет равным 0, когда амплитуда импульсов выпрямителя 47 будет больше напряжения срабатывания регулятора напряжения 54. Таким образом на коллекторе транзистора 49 образуются импульсы, амплитуда которых равна напряжению срабатывания регулятора напряжения 54. Соответственно конденсатор 52 заряжается до величины напряжения равной амплитуде этих импульсов. Это напряжение фиксируется вторым вольтметром 53 и указывает величину напряжения генераторной установки двигателя. Одновременно синусоидальное напряжение с генератора 46 поступает на первичную обмотку трансформатора 55 и на его вторичных обмотках 56 и 57 также образуется синусоидальное напряжение. Напряжение с обмотки 57 поступает на обмотку возбуждения 60 диагностируемого генератора 59. Вокруг обмотки возбуждения 60 наводится переменное магнитное поле, которое возбуждает ЭДС в обмотках статора диагностируемого генератора 59, которая через выпрямитель диагностируемого генератора 59 поступает на его выход «+» и на сигнальный вход Y осциллографического устройства 58. Напряжение с обмотки 56 поступает на вход развертки X осциллографического устройства 58. На экране осциллографического устройства 58 образуются фигуры Лиссажу, представленные на рисунке (Фиг. 3), по которым можно определить техническое состояние генератора, что расширяет число диагностируемых параметров систем двигателя. Так как в роторе генератора 6 пар полюсов, конфигурация фигур изменяется при повороте ротора на каждые 30 градусов. Поэтому при диагностировании рекомендуется ослабить приводной ремень генератора.
При втором режиме двигатель растормаживается и прокручивается стартером при замкнутых контактах 24 и 25. Стартер 11 запитывается током батареи 10 через контакт 24. Напряжение на батарее изменяется в противофазе с током стартера, причем минимум напряжения соответствует нахождению поршней в верхних мертвых точках. Сигналы с батареи фильтруются, усиливаются операционным усилителем 12 и поступают одновременно на вход умножителя 4 и амплитудный детектор 13. В момент появления сигнала на амплитудном детекторе 13 на входе амплитудного компаратора 14 образуется П-образный импульс, фронт которого совпадает с амплитудой тока стартера. Этот импульс играет роль метки верхней мертвой точки и попадает прямо и через инвертор 29 на входы компаратора 3. В дальнейшем этот импульс используется для измерения установочного угла зажигания.
Система зажигания запитывается через контакты 25. Ток проходит через резистор 26, катушку 27 зажигания, резистор 30 и транзистор 15, на вход которого во время проверки подается прямое смещение. При замыкании и размыкании контактов прерывателя 28 ток через катушку зажигания изменяется незначительно, так как контакты шунтируются резистором 30 и транзистором 15, поэтому напряжение вторичной цепи системы зажигания не вызывает искрового зазора в свечах зажигания и двигатель не пускается. Однако на резисторе 30 при этом возникают положительные импульсы, которые через усилитель 16 и инверторы 17 и 18 подаются на входы компаратора 3 и выполняют роль меток момента зажигания. Одновибратор 19 срабатывает при замыкании контактов прерывателя 28, поэтому показания индикатора 6 среднего значения тока пропорциональны углу замкнутого состояния контактов прерывателя 28, 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» 20 и 21 появляются импульсы с длительностью, пропорциональной временной разности сигналов зажигания и верхней мертвой точки. Причем элемент 20 вырабатывает сигнал, если импульсы зажигания опережают приход поршней в верхнюю мертвую точку, то есть при раннем зажигании, когда на оба входа элемента 20 поступают положительные сигналы. При позднем зажигании работает элемент 21, индикаторы 22 и 23 знака угла опережения зажигания включаются при наличии напряжения на соответствующем элементе «И». Сигнал с элементов «И» (20 и 21) 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. При прокручивании двигателя стартером на выходах датчика тока 31 и 32 появляются импульсы, причем импульс со второго датчика тока 31 через усилитель-формирователь 33 сбрасывает первый счетчик 34 в нулевое состояние, а импульсы с третьего датчика тока 32 подсчитываются счетчиком 34, одновременно поступая на схему 35 выборки-хранения, ключи которой управляются кодом выходов счетчика 34. На конденсаторах 36 запоминаются значения тока в соответствующих свечах. После окончания прокручивания коленчатого вала двигателя периодически замыкается ключ 38, изменяющий состояние второго счетчика 39, выходной код которого управляет выходными ключами схемы 35 выборки-хранения. При этом сигнал с конденсаторов поступает на индикатор 37, который индицирует состояние свечей зажигания. Одновременно сигнал с усилителя формирователя 33 сбрасывает третий счетчик 40 в нулевое состояние, а импульсы детектора тока стартера 1 подсчитываются счетчиком 40, одновременно поступают на вторую схему выборки-хранения, ключи которой управляются кодом выхода счетчика 40. На конденсаторах 43 запоминаются значения тока стартера при ходах поршней цилиндров в верхние мертвые точки. Эти значения будут пропорциональны компрессии в соответствующих цилиндрах.
После окончания прокручивания периодически замыкается ключ 45, изменяющий состояние четвертого счетчика 41, выходной код которого управляет выходными ключами схемы 42 выборки-хранения. При этом сигнал с конденсаторов 43 поступает на индикатор 44 компрессии в цилиндрах двигателя, который индицирует разброс компрессии в цилиндрах двигателя.
Таким образом, введение в анализатор трансформатора с двумя в вторичными обмотками и осциллографического устройства позволяет производить диагностирование генератора, что расширяет число диагностируемых параметров.