АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
AUTOMATED CONTROL SYSTEM FOR ENVIRONMENTAL PARAMETERS OF VEHICLES

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств с принудительным зажиганием с жидким и газообразным топливом. Изобретение может быть использовано для визуальной демонстрации работы электронных блоков управления двигателем, в частности для наблюдения за экологическими параметрами ДВС транспортных средств в процессе их функционировании в реальном времени.
Известна автоматизированная система контроля данных о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания, состоящая из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика числа оборотов коленчатого вала, датчика уровня расхода топлива, датчика давления в цилиндре, датчика положения дроссельной заслонки, дымомера, датчика детонаций, блока сопряжения датчиков, включая аналого-цифровой преобразователь - АЦП с персональным компьютером, и самого персонального компьютера, датчика положения коленчатого вала, датчика концентрации кислорода, датчика массового расхода воздуха, газоанализатора вредных выбросов в продуктах сгорания (см. пат. РФ №174174, G01M 15/04).
Недостатком известной системы является ее невысокая информативность о техническом состоянии ДВС ввиду невозможности оценить параметры качества моторного масла и выхлопных газов при изменении их температуры.
Известна имитационная система контроля данных электронных систем управления транспортных средств, состоящая из датчика частоты вращения коленчатого вала, датчика массового расхода топлива, датчика давления газов в цилиндре двигателя, датчика положения дроссельной заслонки, датчика детонации, датчика угловых отметок коленчатого вала, датчика концентрации кислорода, датчика массового расхода воздуха и газоанализатора вредных выбросов в продуктах сгорания, установленных на испытуемом двигателе, электронного блока управления испытуемым двигателем, аналого-цифрового преобразователя, персонального компьютера с монитором. Система снабжена моделью электронного блока управления двигателем, его интерфейсом связи с персональным компьютером и монитором, имитатором ключа зажигания, генератором-имитатором сигналов вышеназванных датчиков, коммутатором указанных сигналов и блоком задания режимов (см. пат. РФ №175585, G01M 15/02, F02D 43/04).
Недостатком данной системы является ее невысокая информативность о техническом состоянии ДВС ввиду невозможности оценить параметры выхлопных газов и моторного масла при изменении их температуры.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является имитационная система контроля качества топлива транспортных средств, содержащая датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик массового расхода топлива, датчик давления газов в цилиндре двигателя, датчик положения дроссельной заслонки, датчик детонации, датчик угловых отметок коленчатого вала, датчик концентрации кислорода, датчик массового расхода воздуха и газоанализатор вредных выбросов в продуктах сгорания, установленные на испытуемом двигателе, электронный блок управления испытуемым двигателем, аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер с монитором, модель электронного блока управления макетом двигателя, ее интерфейсом связи с персональным компьютером и монитором, имитатор ключа зажигания, генератор - имитатором сигналов вышеназванных датчиков, коммутатор указанных сигналов, блок задания режимов, который снабжен датчиком оценки качества топлива, датчиком температуры топлива и электронным блоком оценки результатов измерений данных датчиков (см. пат. РФ №183160, G01M 15/04).
Недостатком известной системы является ее невысокая информативность о техническом состоянии ДВС ввиду невозможности оценить параметры выхлопных газов и моторного масла при изменении их температуры.
Техническая проблема известных решений заключается в невысокой информативности о техническом состоянии ДВС, особенно на режимах пуска и холостого хода, ввиду невозможности оценить параметры отработавших газов и моторного масла в зависимости от изменения их температуры, что в целом не позволяет производить в полном объеме научно-исследовательские, доводочные и ресурсные испытания транспортных средств.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что автоматизированная система контроля экологических параметров транспортных средств содержит испытуемый двигатель, электронный блок управления испытуемым двигателем, аналого-цифровой преобразователь, выход каждого из которых соединен с персональным компьютером с монитором, блок задания режимов работы макета двигателя, имитатор ключа зажигания, модель электронного блока управления макетом двигателя с интерфейсом связи и блок управления персональным компьютером. На испытуемом двигателе установлены датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик частоты вращения распределительного вала, датчик давления газа в цилиндре двигателя, датчик детонации, датчик угловых отметок коленчатого вала, датчик массового расхода воздуха и газоанализатор вредных выбросов продуктов сгорания, выходы которых соединены с соответствующими входами электронного блока управления испытуемым двигателем. На испытуемом двигателе установлены датчик концентрации кислорода и датчик положения дроссельной заслонки, выходы которых соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя. На испытуемом двигателе установлены датчик контроля качества топлива и датчик температуры топлива, связанные с электронным блоком оценки результатов датчиков топлива, выход которого соединен с соответствующим входом электронного блока управления испытуемым двигателем. На испытуемом двигателе установлены нагружающие устройство, выход которого соединен с персональным компьютером с монитором, и блок оценки результатов работы испытуемого двигателя, который связан через устройство сопряжения модели электронного блока управления с блоком управления персональным компьютером с моделью электронного блока управления макетом двигателя. Блок задания режимов работы макета двигателя через устройство управления его работой связан с генератором-имитатором сигналов вышеуказанных датчиков, выходы которого через коммутаторы данных сигналов соединены с соответствующими входами модели электронного блока управления макетом двигателя, один из выходов которого через интерфейс связи соединен с входом персонального компьютера с монитором, а другой - через блок управления персональным компьютером. Имитатор ключа зажигания через устройство сопряжения модели электронного блока управления макетом двигателя с устройством управления работой макетом двигателя связан с моделью электронного блока управления. На испытуемом двигателе установлены датчик контроля качества моторного масла и датчик температуры моторного масла, связанные с электронным блоком оценки результатов датчиков моторного масла, выход которого соединен с соответствующим входом электронного блока управления испытуемым двигателем, и датчик температуры отработавших газов до катализатора и датчик температуры отработавших газов после катализатора, связанные с электронным блоком оценки результатов датчиков температуры отработавших газов, выход которого соединен с соответствующим входом электронного блока управления испытуемым двигателем. Такое конструктивное решение позволяет повысить информативность и точность данных о качестве и температуре моторного масла, о концентрации выхлопных газов в реальном времени с возможностью анализа механизма их возникновения и коррекции методики моделирования работы двигателя с имитацией различных неисправностей и аварийных ситуаций, а также визуальной демонстрации работы электронных блоков управления двигателем.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении информативности результатов испытаний экологических параметров транспортных средств ввиду того, что заявляемая система позволяет исследовать различные типы двигателей по количеству выбросов отработавших газов в процессе их работы, а также помочь в определении влияния изменений конструкции, эксплуатационно-технических показателей ДВС транспортных средств на количество выбросов отработавших газов, на экологическую безопасность при эксплуатации транспортных средств. Кроме того, изобретение может быть предназначено для осуществления диагностических, исследовательских, доводочных и лабораторных испытаний.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена автоматизированная система контроля экологических параметров транспортных средств.
Данная система содержит испытуемый двигатель 1 с установленными на нем через соответствующие разъемы датчиком 2 частоты вращения коленчатого вала, датчиком 3 распределительного вала, датчиком 4 давления газов в цилиндре двигателя, датчиком 5 положения дроссельной заслонки, датчиком 6 детонации, датчиком 7 угловых отметок коленчатого вала, датчиком 8 концентрации кислорода, датчиком 9 массового расхода воздуха и газоанализатором 10 вредных выбросов продуктов сгорания. К испытуемому двигателю 1 через разъемы подключены датчик 11 контроля качества топлива и датчик 12 температуры топлива, выходы которых соединены с входом электронного блок оценки результатов 13 датчиков топлива. К испытуемому двигателю 1 через разъемы подключены датчик 14 контроля качества моторного масла и датчик 15 температуры моторного масла, выходы которых соединены с входом электронного блока оценки результатов 16 датчиков моторного масла. Датчик 17 температуры отработавших газов установлен в испытуемом двигателе 1 и врезан в выхлопную систему до катализатора, тогда как датчик 18 температуры отработавших газов установлен после катализатора в системе выбросов отработавших газов. Выходы датчика 17 температуры отработавших газов до катализатора и датчика 18 температуры отработавших газов после катализатора подключены к входу электронного блока оценки результатов 19 датчиков температуры отработавших газов. Причем выходы датчиков 1-4, 6-7, 9, газоанализатора 10 и электронных блоков оценки результатов 13, 16 и 19 соединены с соответствующими входами электронного блока управления 20 испытуемым двигателем, а выходы датчиков 5 и 8 - с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя 21. Автоматизированная система контроля экологических параметров транспортных средств содержит персональный компьютер 22 с монитором, нагружающее устройство 23, блок управления 24 двигателем и интерфейс связи 25. Выход электронного блока управления 20 испытуемым двигателем, например, типа «Январь 5.1 (7.1)», соединен с соответствующим входом персонального компьютера 22 с монитором. Выходы аналого-цифрового преобразователя 21, нагружающего устройства 23, блока управления 24 двигателем и интерфейса связи 25 соединены с соответствующими входами персонального компьютера 22. Заявляемая система содержит модель электронного блока управления 26 на базе контроллера «Январь 5.1 (7.1)», соответствующие выходы которой соединены с входом блока управления 24 двигателем и входом интерфейса связи 25, а также содержит имитатор ключа зажигания 27 и блок задания режимов 28, выход которого соединен с входом устройства управления работой 29, который подключен к генератору-имитатору 30, соответствующие выходы которого соединены с соответствующими входами модели электронного блока управления 26 через коммутатор 31. Имитатор ключа зажигания 27 соединен с устройством сопряжения 32, соответствующие выходы которого соединены с входами модели электронного блока управления 26 и устройства управления работой 29. К испытуемому двигателю 1 через разъем установлен блок оценки результатов 33 работы двигателя, выход которого соединен с входом устройства сопряжения 34, выход которого подключен к модели электронного блока управления 26.
Автоматизированная система контроля экологических параметров транспортных средств работает следующим образом.
При нажатии кнопки на блоке управления 24 персональным компьютером, а также поворотом имитатора ключа зажигания 27 включают персональный компьютер с монитором 22 и электронный блок управления 20 типа «Январь 5.1 (7.1)» испытуемым двигателем 1. При повторном нажатии на указанную кнопку запускают двигатель 1. В электронный блок управления 20, к которому подключены датчик 2 частоты вращения коленчатого вала, датчик 3 частоты распределительного вала, датчик 4 давления газов в цилиндре двигателя, датчик 6 детонации, датчик 7 угловых отметок коленчатого вала, датчик 9 массового расхода воздуха и газоанализатор 10 вредных выбросов продуктов сгорания, поступают значения параметров, характеризующих работу испытуемого двигателя 1, например, значение частоты вращения коленчатого вала. Информация с датчика 5 положения дроссельной заслонки и датчика 8 концентрации кислорода поступает в аналого-цифровой преобразователь 21. Информация с датчика 14 контроля качества моторного масла и датчика 15 температуры моторного масла поступает в электронный блок оценки результатов 16 датчиков моторного масла, а оттуда в электронный блок управления 20. Информация с датчика 11 контроля качества топлива и датчика 12 температуры топлива поступает в электронный блок оценки результатов 13 датчиков топлива, а оттуда информация поступает в электронный блок управления 20. Информация с датчика 17 температуры с положительным коэффициентом и датчика 18 температуры с отрицательным коэффициентом поступает в электронный блок оценки результатов 19 датчиков температуры отработавших газов, а оттуда информация поступает в электронный блок управления 20. Информация с электронного блока управления 20, с аналого-цифрового преобразователя 21, а также с нагружающего устройства 23 передается в персональный компьютер с монитором 22, где обрабатывается программой СТР 2.15 и выводится на монитор в виде средних значений изучаемых параметров за определенный промежуток времени в цифровом виде и текущие значения параметров в виде диаграмм в определенном масштабе. Сигналы, получаемые из блока оценки результатов 33 работы двигателя, передаются и обрабатываются с помощью устройства сопряжения 34 и затем переходят на один из входов в модель электронного блока управления 26 макетом двигателя. На другой вход модели электронного блока управления 26 и один из входов в устройство управления работой 29 приходят сигналы с устройства сопряжения 32. Затем сигналы с устройства управления работой 29 приходят на генератор-имитатор 30, затем передаются через коммутатор 31 в модель электронного блока управления 26, после чего данные сигналы обрабатываются блоком управления 24 и затем поступают на вход персонального компьютера 22 и одновременно соответствующие показания выводятся на экран монитора. Для сравнения данные с модели электронного блока управления 26 передаются через интерфейс связи 25 в персональный компьютер с монитором 22. По данным, поступающим с датчика 2 частоты вращения коленчатого вала, датчика 3 распределительного вала, датчика 4 давления газов в цилиндре двигателя, датчика 5 положения дроссельной заслонки, датчика 6 детонации, датчика 7 угловых отметок коленчатого вала, датчика 8 концентрации кислорода, датчика 9 массового расхода воздуха и газоанализатора 10 вредных выбросов в продуктах сгорания 10, датчика 14 контроля качества моторного масла и датчика 15 температуры моторного масла, датчика 11 контроля качества топлива и датчика 12 температуры топлива, датчика 17 температуры отработавших газов до катализатора и датчика 18 температуры после катализатора, оценивают работу двигателя 1 по экологическим показателям. Затем нажатием соответствующих кнопок (на чертеже не показаны) на блоке задания режимов 28 оператор выбирает эксплуатационный режим работы двигателя 1. В зависимости от выбранного режима работы генератор-имитатор 31 выбирает количество, последовательность и величину сигналов, имитирующих сигналы с вышеуказанных датчиков. Указанные сигналы поступают на вход модели электронного блока управления 26 на базе контроллера «Январь 5.1 (7.1)» 17. На управляющий вход модели электронного блока управления 20 с выхода блока задания режимов 28 поступает команда на работу модели электронного блока управления 26 в требуемом режиме для проверки работы макета (модели) двигателя. Полученные результаты с модели электронного блока управления 26 через ее интерфейс связи 25 поступают на персональный компьютер с монитором 22, где происходит анализ работы макета двигателя и его систем. Результаты анализа выводятся на монитор, где визуально наблюдают за работой макета двигателя. Результаты работы испытуемого двигателя 1 посредством устройства сопряжения 34 передаются в модель электронного блока управления 26, откуда сигналы поступают в персональный компьютер с монитором 22, где осуществляется сравнительный анализ полученных данных при работе испытуемого двигателя 1 внутреннего сгорания и макета двигателя с целью определения экологических параметров транспортного средства.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает повышение информативности получаемой информации за счет получения данных о состоянии двигателя по экологическим показателям, что позволяет осуществлять диагностические, исследовательские, доводочные и лабораторные испытания.