Устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания

Описание полезной модели
Заявляемая полезная модель относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания, диагностическим испытаниям поршневых двигателей G01M 15/04, и позволяет проводить диагностику двигателя внутреннего сгорания, используя установленный в окне кожуха маховика датчик измерения скорости перемещения маховика и датчик положения распределительного вала двигателя, связанные с электронным блоком сбора данных, отличающееся тем, что датчик положения распределительного вала, расположен в крышке клапанного механизма одного из цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Известно устройство по Патенту RU 2390745 (С2) «Метод предоставления высокоточных данных об оборотах коленчатого вала и положении для многоцилиндровых систем управления и диагностики двигателя и устройства с этой целью». Устройство для реализации способа содержит индукционный датчик частоты вращения, блок вычисления постоянной составляющей, компаратор, датчик фазы (датчик положения коленчатого вала), блок гальванической развязки и микроконтроллер, имеющий два входа и два выхода.
Устройство по патенту - прототипу работает следующим образом:
Исходный сигнал получается на этапе калибровки, при этом запоминается частота вращения работающего без нагрузки двигателя в течение одного цикла и вычисляется постоянная составляющая этого сигнала. Каждая кромка зуба дает одну точку измерения. Все отклонения от постоянной составляющей принимаются за систематические погрешности на этой частоте вращения;
Измеряемый сигнал получается на этапе измерения, при этом двигатель нагружают на этой же частоте вращения, в течение одного цикла записывают сигнал частоты вращения, вычисляют постоянную составляющую и в тех же точках измерения вычитают систематическую погрешность, полученную при калибровке, очищая от нее сигнал частоты вращения. Если частота вращения при измерении отличается от частоты вращения, на которой проводилась калибровка, то систематическая погрешность умножается на коэффициент кратности оборотов.
Исходный сигнал с индукционного датчика частоты вращения суммируется с измеряемым сигналом блока вычисления постоянной составляющей и подается на вход компаратора. Введение в этот сигнал постоянной составляющей необходимо для того, чтобы компаратор имел однополярное питание. Компаратор имеет гистерезис 0,15 В, что увеличивает его помехозащищенность. Выход компаратора соединен с первым входом микроконтроллера, в котором реализуется программа записи сигнала индукционного датчика частоты вращения на этапе калибровки, вычисляется систематическая погрешность и производится вычитание ее из сигнала индукционного датчика частоты вращения на этапе измерения. С первого выхода микроконтроллера очищенный от систематической погрешности сигнал индукционного датчика частоты вращения подается на вход системы регулирования частоты вращения, что позволяет существенно повысить качество регулирования, а, следовательно, улучшить экономические и экологические характеристики двигателей. Датчиком фазы (датчиком положения коленчатого вала) может быть пьезоэлектрический датчик, устанавливаемый на трубопровод высокого давления одной из форсунок двигателя.
В случае бензинового двигателя это может быть специальный датчик, встроенный в высоковольтный провод свечи зажигания. Сигнал датчика фазы (датчика положения коленчатого вала) подается на вход блока гальванической развязки, который необходим для изоляции полезного сигнала от электрических помех со стороны корпуса двигателя и его систем электрооборудования. С выхода блока гальванической развязки фазовый сигнал подается на второй вход микроконтроллера. Микроконтроллер формирует диагностический сигнал частоты вращения двигателя с фазовой отметкой о положении коленчатого вала и выводит его на второй выход для использования его в Устройстве диагностики. Это позволяет с высокой точностью определить цилиндр (или группу цилиндров), в котором может возникнуть какая-либо неисправность.
Недостатком данного устройства является то, что сам процесс сравнения работы двигателя без нагрузки, с работой под нагрузкой, является ошибочным из-за разного объема расходуемого топлива при том же числе оборотов коленчатого вала.
Указанный недостаток не позволяет использовать устройство, выбранное в качестве прототипа, для диагностики работы двигателя внутреннего сгорания тепловоза.
Задачей заявляемой полезной модели является использование заявляемого устройства при диагностике 16-цилиндрового двигателя тепловоза. Заявляемое устройство работает следующим образом:
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
Фиг. 1. - схема последовательности взаимного расположения узлов заявляемого устройства;
Конструкция указанного устройства схематически отображена на фиг. 1.
В ходе работы двигателя вращается также и маховик с зубьями 1. Исходный сигнал с датчика измерения скорости перемещения маховика 2, измеряющего мгновенные частоты вращения маховика, поступает на вход электронного блока сбора данных 3. На второй вход электронного блока сбора данных 3 поступает сигнал от датчика положения распределительного вала двигателя 4. Электронный блок сбора данных передает массив собранных данных по линии передачи данных 5.
Существенное повышение качества диагностики 16-цилиндровых двигателей тепловозов, а следовательно, и улучшение экономических и экологических характеристик двигателей достигается тем, что, для повышения достоверности диагностики топливной системы, в заявляемом устройстве начало отсчета производится в зависимости от положения распределительного вала двигателя, а именно от начала движения толкателя выпускного клапана одного из цилиндров двигателя.
В качестве примера конкретного выполнения заявляемого устройства рассмотрим устройство диагностики состояния двигателя тепловоза.
Маховик с зубьями, и датчик измерения скорости перемещения зубьев маховика, уже установлены на тепловозе, они используются для ручного вращения коленчатого вала червячной передачей при проведении ремонтных работ двигателя, и для подсчета общей скорости вращения коленчатого вала двигателя во время работы двигателя.
Фиг. 2. - Датчик положения распределительного вала, установленный рядом с толкателем выпускного клапана цилиндра, вид сверху.
Цифрой 6 обозначен, качающийся на своей оси, рычаг открытия клапанов. Цифрой 7 обозначен датчик положения данного рычага, используемого как датчик положения распределительного вала двигателя. Перед началом диагностики необходимо заменить обычную крышку клапанного механизма одного из цилиндров на крышку клапанного механизма 8, с установленным в нем датчиком положения распределительного вала двигателя, присоединить соединительные провода, включить электронный блок сбора информации. Затем контроллер управления мощностью двигателя устанавливается на целевую позицию, например 8-ю из возможных 16, и производится ожидание стабилизации параметров двигателя на установленной частоте оборотов и стабилизации уровня мощности на реостатной установке в режиме реостатных испытаний (реостат - емкость с водой и контактными пластинами, предназначенная для утилизации электрической энергии, создаваемой дизель-генераторной установкой тепловоза, электромоторы приводов колес при этом отключаются от подачи энергии). Также возможно произвести нагружение на встроенные в тепловоз тормозные резисторы, с учетом соответствия вырабатываемой двигателем мощности. Также возможно проведение диагностики во время движения, при условии равномерного участка дороги, на которых можно обеспечить нужный режим работы дизель - генераторной установки. После достижения стабильного режима работы на нужной позиции контроллера машиниста тепловоза производится запрос данных от блока сбора информации. Блок сбора информации накапливает массив данных за один цикл работы двигателя (2 оборота коленчатого вала для 4-х тактного двигателя) и передает его компьютеру для анализа.
После этого устройство может быть использовано повторно, или для диагностики других двигателей тепловозов данного типа.
Таким образом, благодаря механически фиксированной метки начала отсчета предлагаемой конструкции, доступности технических средств для осуществления работы устройства, это устройство может быть широко использовано в области железнодорожного транспорта для диагностики 16-цилиндрового двигателя тепловоза, как при остановках тепловоза, так и во время движения тепловоза (при соблюдении равномерности нагрузки на некотором участке дороги).