УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ ДВС

Полезная модель относится к диагностированию двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использована в устройствах для компьютерной диагностики ДВС, предназначенных для оперативной проверки исправности автомобильных систем зажигания, топливоподачи, управления, контроля и электроснабжения.
Известны различные по конструктивному исполнению варианты устройства для компьютерной диагностики ДВС, выполненные в виде мотор-тестера и содержащие набор датчиков напряжения, тока и давления, измерительный блок, вход которого выполнен с возможностью подключения к указанным датчикам, а выход - с возможностью подключения к входному порту USB персонального компьютера (ПК), на котором установлено тестовое программное обеспечение, обеспечивающее обработку сигналов, поступающих на ПК с выхода мотор-тестера и последующее визуальное воспроизведение сигналов диагностируемой системы ДВС на экране монитора ПК (см., например,: «Компьютерный мотор-тестер «АВТОАС-ПРОФИ-3». Руководство пользователя. Россия, г.Ростов-на-Дону, 2009, стр.8-43).
Данные устройства имеют широкие функциональные возможности и позволяют получать достоверную информацию о возможных неисправностях диагностируемых систем ДВС. Вместе с тем, такие устройства имеют сложную конструкцию, что усложняет процесс диагностики ДВС с применением данных устройств и требует высокой квалификации работающего с ними оператора. Кроме того, они достаточно громоздки и имеют большую стоимость, в связи с чем применяются главным образом на стационарных постах в условиях крупных автомастерских и служб автосервиса и малопригодны и малодоступны для малого автосервиса и для частных автовладельцев.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является принятое за прототип устройство для компьютерной диагностики контактно-батарейной системы зажигания бензиновых ДВС, содержащее датчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом указанного датчика, а выход - с персональным компьютером, снабженным тестовым программным обеспечением для выявления неисправностей диагностируемых систем ДВС, выполненным с возможностью визуальной демонстрации результатов диагностирования на экране монитора указанного компьютера (патент RU 2292482, МПК F02P 17/00, опубл. 27.01.2007 г.).
Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку может быть использовано для диагностирования только контактно-батарейной системы зажигания ДВС. При этом устройство по прототипу не имеет перспективы его широкого практического применения, поскольку контактно-батарейные системы зажигания на сегодняшний день являются морально и технически устаревшими, а на всех современных ДВС устанавливаются бесконтактные электронные системы зажигания. Указанные недостатки ограничивают область применения устройства по прототипу.
Кроме того, при диагностировании ДВС с применением принятого за прототип устройства необходимо регистрировать контактным способом величину напряжения одновременно в четырех электрических цепях системы зажигания: в первичной цепи - между выходом катушки зажигания и прерывателем; во вторичной цепи - между катушкой зажигания и распределителем, а также между распределителем и свечой зажигания первого цилиндра двигателя; на полюсах аккумуляторной батареи. Для обеспечения указанной регистрации напряжения требуется перед проведением диагностирования ДВС устанавливать на нем два контактных датчика и три зажима с проводами, идущими к аналого-цифровому преобразователю сигналов. Соответственно, после окончания диагностирования эти датчики и зажимы необходимо снимать с двигателя. При этом установка и снятие указанных датчиков и зажимов усложняет проведение процедуры диагностирования и снижает ее оперативность.
Вместе с тем, для обеспечения возможности получения надежных результатов диагностики при использовании прототипа процесс тестирования требуется проводить на нескольких режимах работы двигателя: вначале на минимальных оборотах его холостого хода, затем на повышенных оборотах, составляющих порядка 80% от номинальных оборотов, а также на переходных режимах. Такое дублирование диагностики усложняет ее процедуру, в результате чего увеличивается стоимость и снижается оперативность диагностирования ДВС.
Существенным недостатком прототипа является также отсутствие в нем возможности представления регистрируемых сигналов напряжения в графической форме на мониторе компьютера (в режиме осциллографа), что лишает оператора возможности применения такого эффективного средства диагностирования, как визуальный анализ формы регистрируемых сигналов напряжения, предусмотренный в подавляющем большинстве конструкций приборов, предназначенных для диагностики ДВС. В результате этого снижается информативность результатов диагностирования и, соответственно, снижается достоверность указанных результатов.
Другим существенным недостатком прототипа является большое количество выполняемых тестовым программным обеспечением сложных операций, включающих последовательно:
- задание на измеренных характеристиках напряжения четырех указанных выше цепей тестируемой системы зажигания областей локальных диагнозов, имеющих функциональную связь с параметрами технического состояния системы зажигания;
- анализ заданных областей локальных диагнозов с выделением групп диагностических признаков;
- определение численных значений указанных диагностических признаков на разных режимах работы двигателя;
- сравнение численных значений диагностических признаков с их нормативными значениями;
- присвоение по результатам указанного сравнения диагностического кода каждому диагностическому признаку;
- сравнение полученных диагностических кодов с набором кодов в диагностической матрице;
- выдача по результатам сравнения указанных кодов заключения о техническом состоянии системы зажигания.
Такое большое количество сложных и требующих высокой точности выполнения операций обуславливает высокую степень сложности устанавливаемого на компьютере тестового программного обеспечения, отвечающего за выполнение указанных операций. При такой сложности программного обеспечения возрастает вероятность его сбоев в работе, что снижает надежность работы устройства по прототипу. Вместе с тем, высокая сложность используемого в прототипе программного обеспечения обуславливает его большую стоимость, а также высокую сложность диагностирования самого программного обеспечения.
Отмеченная сложность процедуры диагностирования с применением прототипа, также как и сложность используемого в нем программного обеспечения, делают нецелесообразным использование диагностического устройства по прототипу в малом автосервисе, а также его применение частными автовладельцами для самостоятельного диагностирования ДВС, что также ограничивает область применения устройства по прототипу.
Задачей полезной модели является создание компактного, легкого и недорогого устройства для компьютерной диагностики ДВС, позволяющего выполнять экспресс-диагностику большинства существующих типов электрических цепей и устройств современных ДВС преимущественно на одном режиме работы двигателя с возможностью оперативной регистрации бесконтактным способом сигналов напряжения в указанных цепях и устройствах с представлением этих сигналов в графической форме на экране монитора персонального компьютера с помощью установленного на последнем программного обеспечения.
Техническими результатом полезной модели является:
- упрощение и повышение оперативности диагностирования ДВС за счет выполнения диагностической процедуры преимущественно на одном режиме работы двигателя, а также за счет оперативной регистрации бесконтактным способом сигналов напряжения в указанных цепях и устройствах ДВС;
- повышение информативности результатов диагностирования ДВС и, соответственно, достоверности указанных результатов за счет представления указанных сигналов напряжения в графической форме на экране монитора персонального компьютера с помощью установленного на последнем программного обеспечения;
- упрощение и снижение стоимости тестового программного обеспечения персонального компьютера за счет снижения присущего прототипу большого количества выполняемых с помощью программного обеспечения операций фактически до одной главной операции - преобразование поступающего на компьютер сигнала напряжения в цифровой форме в визуальную графическую форму и двух вспомогательных операций - автоматическая синхронизация сигнала и автоматическая настройка его амплитуды при представлении сигнала в графической форме;
- повышение надежности работы устройства для компьютерной диагностики ДВС за счет повышения надежности работы тестового программного обеспечения, что обеспечивается благодаря указанному выше упрощению программного обеспечения, снижающему вероятность сбоев последнего в работе;
- повышение компактности и снижение веса устройства для компьютерной диагностики ДВС за счет использования в нем переносного компьютера, например, типа Ноутбук или планшетного компьютера, а также за счет выполнения аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и перепрограммируемого запоминающего устройства в виде микросхем, размещенных в общем малогабаритном корпусе, благодаря чему полный комплект указанного устройства, включая персональный компьютер, может одновременно переноситься вручную одним человеком - оператором-диагностом или частным автовладельцем;
- расширение функциональных возможностей и области применения устройства для компьютерной диагностики ДВС за счет обеспечения возможности его применения для диагностики большинства типов электрических цепей и устройств современных ДВС, а также за счет обеспечения возможности его применения в малом автосервисе и частными автовладельцами для самостоятельного диагностирования ДВС, что становится возможным благодаря упрощению процедуры диагностирования с применением предлагаемого устройства, а также благодаря упрощению используемого в нем программного обеспечения и снижению габаритов и веса устройства с обеспечением возможности его переноски вручную одним человеком.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом устройстве для компьютерной диагностики ДВС, содержащем датчик напряжения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом указанного датчика, а выход - с персональным компьютером, снабженным тестовым программным обеспечением для выявления неисправностей диагностируемых систем ДВС, выполненным с возможностью визуальной демонстрации результатов диагностирования на экране монитора указанного компьютера, в отличие от прототипа, аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде микросхемы и многоразрядным с величиной разрядности не менее 12, предпочтительно не менее 16, в качестве персонального компьютера используется предпочтительно переносный компьютер, например, компьютер типа ноутбук или планшетный компьютер, а программное обеспечение выполнено с возможностью визуального воспроизведения на экране монитора персонального компьютера изменения во времени выходного сигнала датчика напряжения в графической форме, при этом в линии, соединяющей выход аналого-цифрового преобразователя с персональным компьютером, установлен микропроцессор, выполненный в виде микросхемы с встроенным в нее интерфейсом USB, выход которого подключен к входному порту USB персонального компьютера.
В частных случаях выполнения полезная модель характеризуется также следующими признаками.
В линии между датчиком напряжения и аналого-цифровым преобразователем последовательно установлены устройство защиты от перенапряжения и повторитель напряжения, а микропроцессор снабжен перепрограммируемым запоминающим устройством, при этом аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор подключены через стабилизатор напряжении к выходным клеммам напряжения предпочтительно 5 вольт, размещенным во входном порте USB персонального компьютера и подключенным к выходу встроенного блока питания указанного компьютера.
Аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор с перепрограммируемым запоминающим устройством, стабилизатор напряжения, устройство защиты от перенапряжения и повторитель напряжения смонтированы на общей монтажной плате, размещены в общем корпусе и вместе взятые образуют компьютерную диагностическую USB-приставку.
Программное обеспечение выполнено с возможностью автоматического размещения графического изображения части входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, в средней части экрана монитора компьютера или, по крайней мере, в пределах границ указанного экрана, а также с возможностью автоматического выбора диапазона изменения входного сигнала напряжения при смене тестируемых объектов в процессе выполнения диагностирования ДВС.
При этом целесообразно, чтобы датчик напряжения был выполнен в виде бесконтактного датчика.
Устройство может быть снабжено вторым бесконтактным датчиком напряжения с возможностью поочередного подключения каждого из датчиков напряжения ко входу упомянутого устройства защиты от перенапряжения, при этом один из датчиков напряжения выполнен в виде емкостного датчика, а второй - в виде индуктивного датчика, причем программное обеспечение выполнено с возможностью диагностирования неисправностей разных типов систем зажигания, топливоподачи, электроснабжения и контроля ДВС.
Каждый из указанных датчиков может быть выполнен в виде удлиненной пластины из диэлектрического материала, на конце которой установлен чувствительный элемент датчика, при этом на втором конце указанной пластины, используемом оператором в качестве рукояти, установлены выходные электрические клеммы, через которые выходной кабель датчика соединен с его чувствительным элементом.
У каждого датчика длину пластины из диэлектрического материала целесообразно выбирать с обеспечением возможности размещения чувствительного элемента датчика в непосредственной близости от электрических проводов, катушек и других электрических элементов и устройств диагностируемых систем ДВС с расположением руки оператора на безопасном расстоянии от находящихся под напряжением электрических цепей ДВС.
При этом емкостный датчик может быть снабжен регулятором выходного сигнала, выполненным с возможностью изменения величины напряжения на выходе датчика.
При выполнении устройства с двумя упомянутыми бесконтактными датчиками напряжения программное обеспечение может быть выполнено с возможностью автоматического размещения графического изображения части входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, в средней части экрана монитора компьютера или, по крайней мере, в пределах границ указанного экрана, а также с возможностью автоматического выбора диапазона изменения входного сигнала напряжения при смене датчиков напряжения и тестируемых объектов в процессе выполнения диагностирования ДВС.
Устройство может быть снабжено третьим датчиком напряжения с возможностью поочередного подключения каждого из трех датчиков напряжения ко входу упомянутого устройства защиты от перенапряжения, при этом третий датчик напряжения выполнен в виде контактного датчика типа щуп-делитель напряжения с возможностью его подключения к электрическим цепям диагностируемых систем ДВС.
При выполнении устройства с упомянутым контактным датчиком напряжения программное обеспечение может быть выполнено с возможностью контроля формы напряжения в первичной цепи системы зажигания ДВС при подключении упомянутого контактного датчика напряжения к указанной цепи, а также с возможностью диагностирования неисправностей датчиков и исполнительных механизмов разных типов систем управления ДВС при подключении упомянутого контактного датчика напряжения к электрическим цепям указанных датчиков и исполнительных механизмов.
Кроме того, при выполнении устройства с тремя упомянутыми датчиками напряжения программное обеспечение может быть выполнено с возможностью автоматического размещения графического изображения части входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, в средней части экрана монитора компьютера или, по крайней мере, в пределах границ указанного экрана, а также с возможностью автоматического выбора диапазона изменения входного сигнала напряжения при смене датчиков напряжения и тестируемых объектов в процессе выполнения диагностирования ДВС.
При выполнении устройства с емкостным бесконтактным датчиком напряжения программное обеспечение может быть выполнено с возможностью изменения цвета представляемого в графической форме выходного сигнала емкостного датчика напряжения при изменении полярности сигналов в проводах электрических цепей диагностируемых систем ДВС.
Вместе с тем, программное обеспечение может быть выполнено с возможностью сохранения получаемой при диагностировании информации на жестком диске персонального компьютера и формирования на ее основе базы эталонных графиков изменения напряжения в электрических цепях исправных диагностируемых систем ДВС и базы дефектационных графиков, характеризующих изменение напряжения в электрических цепях неисправных диагностируемых систем ДВС.
При этом целесообразно, чтобы программное обеспечение было выполнено с возможностью демонстрации на экране монитора персонального компьютера упомянутых эталонных и дефектационных графиков изменения напряжения в электрических цепях диагностируемых систем ДВС.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - структурная блок-схема устройства для диагностирования ДВС;
на фиг.2 - схема контактного датчика напряжения;
на фиг.3 - внешний вид устройства, показанного на фиг.1 (катушка и свеча зажигания показаны условно - без изображения конструкции тестируемого ДВС);
на фиг.4 - график изменения импульсного напряжения в исправной системе зажигания ДВС;
на фиг.5 - график изменения импульсного напряжения в системе зажигания ДВС, имеющей неисправность в виде выгорания центральной токопроводящей жилы одного из свечных проводов.
е
и
Устройство для диагностирования ДВС снабжено, по меньшей мере, одним датчиком напряжения с выходным аналоговым сигналом, а в предпочтительном варианте исполнения устройства набором таких датчиков, включающим емкостной датчик (Д) 1 (фиг.1), индуктивный датчик (Д) 2 и датчик 3 типа щуп-делитель напряжения (ДН). В конструкцию устройства входят также компьютерная диагностическая USB-приставка 4, вход которой выполнен с возможностью его поочередного подключения к датчикам 1-3, а выход - с возможностью подключения к входному порту USB-2.0 5 персонального компьютера (ПК) 6, выполненного предпочтительно в виде переносного компьютера типа ноутбук или в виде планшетного компьютера, и снабженного тестовым программным обеспечением, служащим для выявления неисправностей диагностируемых систем ДВС и выполненным с возможностью визуального воспроизведения на мониторе компьютера 6 изменения во времени выходного сигнала любого из датчиков 1-3 в графической форме.
Приставка 4 содержит установленное на ее входе устройство защиты от перенапряжения (УЗП) 7, вход которого перед началом диагностирования ДВС подключается к одному из датчиков 1-3, буферный повторитель напряжения (ПН) 8, вход которого соединен с выходом УЗП 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, выполненный в виде микросхемы и соединенный своим входом с выходом повторителя напряжения 8, и микропроцессор 10, соединенный с АЦП 9 и выполненный в виде микросхемы с встроенным в нее интерфейсом USB 11, выход которого с помощью линии связи 12 подключен к входному порту 5 компьютера 6. При этом микропроцессор 10 снабжен выполненным в виде микросхемы перепрограммируемым запоминающим устройством (ППЗУ) 13, в котором установлено программное обеспечение, необходимое для работы микропроцессора 10.
В целях обеспечения компактности и автономности работы предлагаемого устройства оно выполнено с возможностью питания приставки 4 от компьютера 6, для чего приставка 4 подключена с помощью линии питания 14 к размещенным во входном порте 5 компьютера 6 выходным клеммам 15 напряжения предпочтительно 5 вольт, подключенным к выходу встроенного блока питания 16 компьютера 6. При этом преобразователь 9 и микропроцессор 10 подключены к линии питания 14 через входящий в состав приставки 4 стабилизатор напряжения (СП) 17. Линия связи 12 и линия питания 14 размещены в общем выходном кабеле 18 (фиг.3) приставки 4, снабженном концевым USB-разъемом 19, выполненным с возможностью одновременного соединения линии связи 12 с входным портом 5 компьютера 6 и линии питания 14 с клеммами напряжения 15. Для обеспечения возможности поочередного подключения приставки 4 к датчикам 1-3 она снабжена входным кабелем 20, соединенным с устройством защиты от перенапряжения 7 и имеющим концевой разъем 21, а каждый из датчиков 1-3 снабжен выходным кабелем 22, подключаемым к концевому разъему 21 входного кабеля 20 приставки 4.
Для снижения габаритов USB-приставки 4 преобразователь 9, микропроцессор 10 с запоминающим устройством 13, стабилизатор напряжения 17, устройство защиты 7 и повторитель напряжения 8 смонтированы на общей монтажной плате (не показана) и размещены в общем корпусе 23 (фиг.3).
Для упрощения и повышения оперативности диагностирования систем ДВС емкостной 1 и индуктивный 2 датчики выполнены в виде бесконтактных датчиков напряжения. При этом емкостный датчик 1 применяется для регистрации электрической составляющей электромагнитного поля, возникающего вокруг проводов электрических цепей диагностируемых систем ДВС, а индуктивный датчик 2 используется для регистрации изменения напряженности магнитного поля катушки зажигания и других электрических элементов и устройств диагностируемых систем ДВС. Каждый из датчиков 1 и 2 выполнен в виде удлиненной пластины 24 (фиг.3) из диэлектрического материала, на свободном конце которой смонтирован чувствительный элемент 25 датчика, при этом второй конец пластины 24 используется оператором в качестве рукояти и имеет выходные электрические клеммы (не показаны), через которые выходной кабель 22 датчика соединен с его чувствительным элементом 25. Чувствительные элементы 25 датчиков 1 и 2 выполнены известным образом: у датчика 1 в виде выполняющей роль конденсатора конструктивной емкости, образованной специальной электропроводной пластиной-полигоном (не показана), а у датчика 2 - в виде катушки индуктивности (не показана). При этом у каждого из датчиков 1 и 2 длина пластины 24 выбрана с обеспечением возможности размещения чувствительного элемента 25 в непосредственной близости от электрических проводов 26 (фиг.1), катушек зажигания 27 (фиг.3) и других электрических элементов и устройств диагностируемых систем ДВС с расположением руки оператора на безопасном расстоянии от находящихся под напряжением электрических цепей ДВС.
Конструкция обоих датчиков выполнена с учетом требований техники безопасности - с защитой оператора и компьютерной приставки 4 от поражения высоковольтным разрядом. При этом емкостный датчик 1 может быть снабжен регулятором выходного сигнала (не показан), выполненным известным образом в виде, по меньшей мере, одного дополнительного конденсатора, подключенного к чувствительному элементу 25 и снабженного выключателем, позволяющим включать указанный конденсатор в измерительную цепь датчика 1 и выключать из нее. Включение такого конденсатора в измерительную цепь датчика 1 уменьшает величину напряжения на выходе датчика 1 и, напротив, отключение указанного конденсатора от измерительной цепи датчика 1 увеличивает величину напряжения на выходе датчика 1. Указанный регулятор позволяет изменять в нужную сторону порог чувствительности датчика к регистрируемому с его помощью напряжению с возможностью снижения величины сигнала напряжения на выходе датчика до приемлемого значения в случае чрезмерно высокого напряжения в электрической цепи, в которой снимается сигнал напряжения, и возможностью обратного увеличения величины сигнала напряжения на выходе датчика до приемлемого значения при снижении напряжения в указанной электрической цепи. Указанные приемлемые значения величины сигнала напряжения на выходе датчика 1 определяются техническими характеристиками устройства защиты от перенапряжения 7, повторителя напряжения 8 и аналого-цифрового преобразователя 9.
-2
Датчик 3 используется при диагностировании контактным способом первичной цепи системы зажигания и датчика кислорода системы контроля выхлопных газов ДВС, а также датчиков и исполнительных механизмов системы управления ДВС. Конструктивно датчик 3 выполнен в виде щупа-делителя напряжения и состоит из резисторов 28 и 29 (фиг.2), размещенных на печатной плате, выполненной, например, из фольгированного стеклотекстолита. При этом обеспечивается возможность эффективной регистрации с помощью датчика 3 напряжения, изменяющегося в широком диапазоне - от -20 до+160 В. Для обеспечения такой возможности датчик 3 выполнен с общим сопротивлением порядка 0,95-1,ОМом и с коэффициентом деления, составляющим (1,43-1,67)10. Один из выводов резистора 28 с помощью входного кабеля 30 соединен с зажимом типа «крокодил» 31, который служит для временного соединения с контактами или клеммами разъемов электрических цепей диагностируемых систем ДВС. При соединении входного кабеля 30 датчика 3 с указанными выходными контактами датчик 3 снабжается тонким металлическим стержнем типа иглы (не показан), у которого один конец при проведении диагностики касается выходного контакта одной из указанных электрических цепей, а на второй конец устанавливается зажим 31. Точка соединения резисторов 28 и 29 является выходом делителя напряжения, который с помощью выходного кабеля 22 датчика 3 подключается к концевому разъему 21 входного кабеля 20 приставки 4. Кроме того, свободный выход резистора 29, сопротивление которого составляет порядка 15-17 кОм, соединен также с заземленным экраном выходного кабеля 22. Указанный экран перед проведением диагностики подсоединяется к массе двигателя (минусовому выводу АКБ), например, с помощью второго зажима типа «крокодил» (не показан).
Устанавливаемое на компьютер 6 программное обеспечение разрабатывается специально для решения задач диагностирования ДВС. При использовании в устройстве бесконтактных датчиков 1 и 2 указанное программное обеспечение выполняется с возможностью диагностирования неисправностей разных типов систем зажигания ДВС, в том числе с механическим распределителем типа КОНТ и ROV, с встроенной в распределитель катушкой зажигания (в системе зажигания HEI), с двухвыводными катушками зажигания (в системе зажигания DIS), с индивидуальными катушками зажигания (в системе зажигания DI). При этом программное обеспечение выполняется с возможностью диагностирования межвиткового замыкания в катушках зажигания, изменения зазора в свечах, обрыва жилы высоковольтного провода и других возможных неисправностей различных по конструкции систем зажигания ДВС.
Вместе с тем, тестовое программное обеспечение, устанавливаемое на компьютер 6, может быть выполнено с возможностью диагностирования с использованием бесконтактных датчиков 1 и 2 неисправностей разных типов систем топливоподачи, электроснабжения и контроля ДВС, в частности, с возможностью оценки длительности импульсов впрыска форсунок ДВС и исправности выпрямительных диодов электрогенератора ДВС. Возможно также диагностирование с использованием бесконтактных датчиков 1 и 2 и других элементов систем топливоподачи, электроснабжения и контроля ДВС.
В случае применения в устройстве контактного датчика 3 программное обеспечение компьютера 6 выполняется также с возможностью контроля формы напряжения в первичной цепи системы зажигания ДВС при подключении контактного датчика 3 к указанной цепи, а также с возможностью диагностирования неисправностей датчиков и исполнительных механизмов разных типов систем управления ДВС при подключении упомянутого контактного датчика напряжения к электрическим цепям указанных датчиков и исполнительных механизмов.
Для повышения уровня автоматизации и оперативности процесса диагностирования ДВС устанавливаемое на компьютер 6 тестовое программное обеспечение выполнено с возможностью автоматической синхронизации входного сигнала напряжения, поступающего с любого из датчиков 1-3 на вход приставки 4. Указанная синхронизация обеспечивает возможность размещения графического изображения полезной части входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, в средней части экрана монитора компьютера 6 или, по крайней мере, в пределах границ указанного экрана. С этой же целью тестовое программное обеспечение выполнено также с возможностью автоматического выбора диапазона изменения входного сигнала напряжения при смене датчиков 1-3 и тестируемых объектов в процессе выполнения диагностирования ДВС. Под тестируемыми объектами здесь имеются ввиду диагностируемые системы ДВС (системы зажигания, топливоподачи, электроснабжения, контроля и управления ДВС) и отдельные части этих систем (провода, катушки и т.п.). При этом указанная выше синхронизация входного сигнала напряжения и выбор диапазона его изменения не требуют какой-либо предварительной настройки программного обеспечения при смене датчиков 1-3 и тестируемых объектов в процессе выполнения диагностирования ДВС, а выбираемый в автоматическом режиме диапазон изменения входного сигнала напряжения является рациональным для визуального просмотра и анализа графического изображения указанного сигнала на экране монитора компьютера 6.
Для обеспечения возможности оперативного определения полярности сигналов в электрических цепях диагностируемых систем ДВС (например, при диагностировании системы зажигания с двухвыводными катушками зажигания типа DIS) при выполнении диагностики с применением бесконтактного емкостного датчика 1 программное обеспечение выполнено также с возможностью изменения цвета представляемого в графической форме выходного сигнала датчика 1 при изменении полярности указанных сигналов. Кроме того, программное обеспечение выполнено с возможностью сохранения получаемой при диагностировании информации на жестком диске компьютера 6 и формирования на ее основе базы эталонных графиков изменения напряжения в электрических цепях исправных диагностируемых систем ДВС и базы дефектационных графиков, характеризующих изменение напряжения в электрических цепях неисправных диагностируемых систем ДВС. При этом программное обеспечение выполнено с возможностью демонстрации на экране монитора компьютера 6 упомянутых эталонных и дефектационных графиков изменения напряжения в электрических цепях диагностируемых систем ДВС, что дает возможность оперативного сравнения текущих графиков изменения напряжения в электрических цепях диагностируемых систем ДВС с указанными эталонными и дефектационными графиками при необходимости уточнения оценки исправности системы ДВС, диагностируемой в текущий момент времени. Для обеспечения возможности распечатки получаемой в ходе диагностирования ДВС графической информации, сохраняемой в файлах на жестком диске компьютера 6, последний может быть подключен к принтеру (не показан).
При диагностировании различных систем ДВС амплитуда выходных электрических сигналов датчиков 1-3 может изменяться в больших пределах. Для исключения необходимости применения в устройстве усилителей слабых по амплитуде выходных сигналов датчиков 1-3 или аттенюаторов, служащих для ослабления слишком высоких по амплитуде выходных сигналов датчиков 1-3, в приставке используется многоразрядный аналого-цифровой преобразователь 9 с величиной разрядности не менее 12, предпочтительно не менее 16. Высокая разрешающая способность многоразрядного преобразователя 9 обеспечивает большой динамический диапазон последнего, что создает возможность работы преобразователя 9 с входными сигналами, имеющими как низкую, так и высокую амплитуду напряжения. Благодаря применению многоразрядного аналого-цифрового преобразователя 9 исключается необходимость применения каких-либо дополнительных устройств для усиления или ослабления входных сигналов, в том числе, с автоматическим усилением или ослаблением, зависящим от амплитуды входных сигналов, что, в случае малого динамического диапазона преобразователя 9, было бы необходимо для повышения оперативности процесса диагностирования. За счет исключения необходимости использования в приставке 4 указанных выше усилителей и аттенюаторов конструкция приставки 4 становится более простой, компактной и легкой.
Компьютер 6 снабжен операционной системой предпочтительно Windows XP или другой современной операционной системой, совместимой по своим возможностям с решаемыми с помощью предлагаемого устройства задачами диагностирования ДВС. При этом на компьютере 6 установлены: процессор с рабочей частотой не ниже 800 МГц, предпочтительно не ниже 1.6 ГГц (например, процессор типа Intel Pentium Dual CPU 1.7 ГГц); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с объемом памяти не менее 512 Мбайт, предпочтительно не менее 1 Гбайт; встроенное запоминающее устройство на жестком магнитном диске типа HDD/Flash с объемом свободной памяти не менее 512 Мбайт, предпочтительно не менее 1 Гбайт; входной порт USB-2.0 (High speed) для соединения с приставкой 4.
Устройство для компьютерной диагностики ДВС работает следующим образом. Перед началом диагностирования ДВС из числа датчиков 1-3 выбирают датчик, который в большей степени соответствует решаемой в процессе диагностирования задаче, после чего входной кабель 20 приставки 4 с помощью разъема 21 подключают к выходному кабелю 22 выбранного датчика напряжения, а USB-разъем 19 выходного кабеля 18 приставки 4 подключают к входному порту 5 компьютера 6. Затем оператор выбирает на компьютере 6 и запускает тестовую программу, соответствующую подлежащей диагностированию системе ДВС (системе зажигания, топливоподачи, электроснабжения, контроля или управления ДВС).
При использовании бесконтактного емкостного 1 или индуктивного 2 датчика после установки тестовой программы оператор подносит размещенный на конце датчика чувствительный элемент 25 к находящемуся под напряжением при работающем ДВС электрическому элементу или устройству диагностируемой системы ДВС, например, к проводу 26 (фиг.1), катушке или какому-либо другому электрическому элементу или устройству указанной системы. В частности, при диагностировании системы зажигания ДВС чувствительный элемент 25 датчика 1 или 2 подносится к катушке зажигания 27 (фиг.3) или к одному из проводов первичной или вторичной цепей системы зажигания двигателя. При диагностировании системы топливоподачи ДВС чувствительный элемент 25 датчика 1 или 2 размещается вблизи питающих проводов электромагнитной форсунки, при диагностировании выпрямительных диодов электрогенератора системы энергоснабжения ДВС чувствительный элемент 25 датчика 1 или 2 размещается вблизи аккумулятора двигателя или вблизи выходного провода генератора. В случае чрезмерно высокого напряжения в электрической цепи, в которой снимается сигнал напряжения с использованием емкостного датчика 1, с помощью установленного на последнем регулятора выходного сигнала путем включения в измерительную цепь датчика 1 дополнительного конденсатора снижают до приемлемого значения величину сигнала напряжения на выходе датчика 1, а при снижении напряжения в указанной электрической цепи ниже заданного уровня с помощью указанного регулятора увеличивают величину сигнала напряжения на выходе датчика 1 до приемлемого значения путем обратного отключения указанного дополнительного конденсатора от измерительной цепи датчика 1.
При необходимости контроля формы напряжения в первичной цепи зажигания или при диагностировании неисправностей датчиков и исполнительных механизмов системы управления ДВС входной кабель 30 (фиг.2) контактного датчика 3 с помощью зажима 31 подключают к первичной цепи системы зажигания ДВС или к электрической цепи тестируемого датчика или тестируемого исполнительного механизма системы управления ДВС.
При работающем двигателе на выходе любого из датчиков 1-3, подключенного на момент проведения диагностирования ко входу приставки 4, формируется аналоговый информационный сигнал в виде величины напряжения, поступающий через устройство защиты напряжения 7 и повторитель напряжения 8 на аналого-цифровой преобразователь 9, в котором поступающий аналоговый сигнал преобразуется в сигнал с цифровым кодом, отражающий текущую величину напряжения в электрическом элементе или устройстве диагностируемой системы ДВС. Цифровой сигнал передается с выхода АЦП 9 на вход микропроцессора 10 и обрабатывается в последнем с помощью программного обеспечения, введенного в запоминающее устройство 13. С помощью встроенного интерфейса 11 получаемый на выходе микропроцессора 10 цифровой сигнал обрабатывается с получением на выходе интерфейса 11 сигнала, форма и параметры которого соответствуют требованиям тестовой программы, установленной на компьютере 6 перед началом диагностирования, и техническим возможностям самого компьютера 6. С выхода интерфейса 11 информационный сигнал поступает на входной порт 5 компьютера 6. В процессе диагностирования преобразователь 9 и микропроцессор 10 получают питание от компьютера 6 через стабилизатор напряжения 17.
Поступающий на входной порт 5 компьютера 6 информационный сигнал обрабатывается с помощью тестового программного обеспечения, после чего представляется в визуальной графической форме на экране монитора компьютера 6. При этом установленная на компьютере 6 тестовая программа в автоматическом режиме синхронизирует поступающий входной сигнал таким образом, что полезная часть входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, размещается в средней части экрана монитора компьютера или, по крайней мере, в пределах границ указанного экрана. Кроме того, тестовая программа в автоматическом режиме выбирает диапазон изменения входного сигнала напряжения, рациональный для визуального просмотра и анализа графического изображения указанного сигнала на экране монитора компьютера 6. При этом указанный диапазон изменения входного сигнала напряжения выбирается тестовой программой таким образом, чтобы в случае больших по амплитуде входных сигналов графическое изображение указанной полезной части сигнала не выходило за границы экрана монитора компьютера 6, а в случае малых по амплитуде входных сигналов указанное графическое изображение имело величину амплитуды, достаточную для нормального визуального восприятия оператором, необходимого для достоверного анализа формы сигнала и конечной оценки исправности диагностируемой системы ДВС.
В процессе указанной синхронизации входного сигнала напряжения и выбора диапазона его изменения установленная на компьютере 6 тестовая программа учитывает тип используемого при диагностировании датчика напряжения, взятого из набора датчиков 1-3, а также электрические параметры диагностируемой системы ДВС. Причем при смене датчиков напряжения 1-3 и тестируемых объектов в процессе диагностирования ДВС автоматический выбор диапазона изменения поступающего сигнала и его синхронизация осуществляются тестовой программой без ее предварительной настройки. При этом тестовая программа самостоятельно контролирует состояние соединения приставки 4 с компьютером 6 по USB-разъему 19.
Оператор-диагност оценивает визуально форму сигнала на экране монитора компьютера 6 и по ее возможным искажениям устанавливает отсутствие или наличие и характер неисправностей диагностируемой системы ДВС. Причем для окончательной оценки исправности диагностируемой системы ДВС, как правило, достаточно проведения процедуры диагностики на одном, а при выявлении некоторых неисправностей - на двух режимах работы ДВС и, в редких случаях, на большем количестве режимов ДВС.
1
2
На фиг.4 в качестве примера показан наблюдаемый на экране монитора компьютера 6 эталонный входной сигнал изменения во времени t напряжения U, соответствующий исправной системе зажигания ДВС с механическим распределителем системы КОНТ. Указанный сигнал регистрируется при помощи емкостного датчика 1, чувствительный элемент 25 которого находится вблизи центрального провода системы зажигания. Для сравнения на фиг.5 в том же масштабе показан входной сигнал напряжения U, регистрируемый тем же датчиком, расположенным в том же месте той же системы зажигания, имеющей неисправность в виде выгорания центральной токопроводящей жилы одного из свечных проводов. Данный дефект характеризуется увеличением напряжения в фазе горения искры и соответствующим снижением длительности указанной фазы с 1,5-1,8 мс (интервал времени t на фиг.4) до 0,8-0,9 мс (интервал времени t  на фиг.5). Оба графика в данном примере сняты при работе тестируемого двигателя на холостых оборотах, а отрицательный отсчет времени на графиках носит условный характер и связан с тем, что за нулевую точку отсчета времени условно принято начало полезной части сигнала, по форме которой делается вывод о наличии или отсутствии неисправности в диагностируемой системе ДВС. Из представленных на фиг.4 и 5 графиков также видно, что установленное на компьютере 6 тестовое программное обеспечение обеспечивает автоматическое размещение полезной части входного сигнала напряжения, по форме которой делается оценка исправности диагностируемой системы ДВС, в средней части экрана монитора компьютера. Это дает возможность визуально наблюдать и анализировать целиком всю полезную (информативную) часть указанного сигнала, по форме которой можно сделать вывод о наличии или отсутствии неисправности в диагностируемой системе ДВС.
При изменении полярности сигнала в проводах электрических цепей диагностируемых систем ДВС тестовое программное обеспечение, установленное на компьютере 6, автоматически изменяет цвет кривой линии, изображающей в графической форме на экране монитора компьютера 6 изменение во времени выходного сигнала датчика напряжения. Например, кривая, изображающая изменение напряжения в высоковольтном проводе системы зажигания с положительной полярностью, представляется программным обеспечением в красном цвете, а кривая, изображающая изменение напряжения в проводе с отрицательной полярностью, автоматически инвертируется для удобства визуального восприятия оператором и представляется программным обеспечением в синем цвете.
Получаемая при диагностировании графическая информация с помощью программного обеспечения сохраняется в файлах на жестком диске компьютера 6 и используется в дальнейшем для последующего просмотра и анализа. Кроме того, на основе указанной информации формируют базу эталонных графиков изменения напряжения в электрических цепях исправных диагностируемых систем ДВС и базу дефектационных графиков, характеризующих изменение напряжения в электрических цепях неисправных диагностируемых систем ДВС. При необходимости уточнения оценки исправности системы ДВС, диагностируемой в текущий момент времени, по запросу оператора тестовое программное обеспечение открывает файлы с записанными на них эталонными и/или дефектационными графиками изменения напряжения в электрических цепях диагностируемых систем ДВС и демонстрирует указанные графики на экране монитора компьютера 6, что дает возможность оператору путем визуального сравнения формы текущего входного сигнала напряжения с указанными эталонными и/или дефектационными графиками сделать более точную оценку исправности диагностируемой системы ДВС.
В случае появления в процессе диагностирования на выходе любого из датчиков 1-3, подключенного к приставке 4, недопустимого по величине импульса напряжения или в случае замыкания на землю при подключении контактного датчика 3 к электрическим цепям ДВС срабатывает устройство защиты 7, ограничивающее величину напряжения на входе в АЦП 9 до безопасного уровня. Наличие повторителя напряжения 8 позволяет повысить величину входного сопротивление приставки 4, что необходимо для его согласования с выходным сопротивлением датчиков 1-3.
Использование в предлагаемом устройстве бесконтактного метода регистрации сигналов с помощью бесконтактных датчиков 1 и 2 и выполнение диагностики преимущественно на одном режиме работы двигателя упрощает процедуру диагностирования ДВС и повышает ее оперативность, что позволяет отнести предлагаемое устройство к техническим средствам экспресс-диагностики ДВС. Представление регистрируемых сигналов в графической форме на экране монитора персонального компьютера повышает информативность результатов диагностирования ДВС и, соответственно, достоверность указанных результатов. При этом оператор, имеющий недостаточно большой опыт работы с использованием предлагаемого устройства, в случае, когда он не полностью уверен в достоверности результатов тестирования, имеет возможность открыть хранящиеся на жестком диске компьютера 6 файлы, на одном из которых записан эталонный сигнал исправной диагностируемой системы ДВС, а на другом - сигнал той же системы ДВС, имеющей неисправность. Сравнительный анализ указанных сигналов позволяет оператору уточнить его оценку исправности диагностируемой системы ДВС. После накопления оператором достаточного опыта работы с предлагаемым устройством данная тестовая информация о форме сигналов исправных и неисправных систем ДВС накапливается и сохраняется уже в памяти самого оператора, что в дальнейшем повышает оперативность его работы.
Обеспечение с помощью программного обеспечения, устанавливаемого на компьютер 6, автоматизации выбора диапазона изменения поступающего сигнала, определения его полярности и синхронизации указанного сигнала без выполнения каких-либо дополнительных настроек тестовой программы при смене датчиков 1-3 и тестируемых объектов в процессе диагностирования ДВС максимально упрощает работу оператора и позволяет ему полностью сосредоточиться на поиске неисправностей ДВС и не тратить время на сложное подключение к диагностируемому автомобилю и управление программой, как в случае использования мотор-тестеров или специализированных автомобильных осциллографов.
Простота конструкции предлагаемого устройства, а также простота используемого в нем программного обеспечения обеспечивают невысокую стоимость устройства и его программного обеспечения. При этом устройство просто в обращении и не требует от оператора или частного автовладельца большого опыта работы с электронным и компьютерным оборудованием. Простое программное обеспечение снижает вероятность его сбоев в работе, что повышает надежность работы устройства.
Использование в предлагаемом устройстве переносного компьютера типа ноутбук или планшетный компьютер и выполнение компонентов компьютерной приставки 4 в виде микросхем обеспечивают высокую компактность и небольшой вес устройства, полный комплект которого может одновременно переноситься вручную одним человеком - оператором-диагностом или частным автовладельцем.
Простота использования, возможность применения для экспресс-диагностики любых по конструкции электрических цепей и устройств современных ДВС, а также невысокая стоимость, компактность и небольшой вес обеспечивают возможность широкого применения предлагаемого устройства не только в крупном и малом автосервисе, но также и частными автовладельцами для самостоятельного диагностирования ДВС. При этом устройство может использоваться как самостоятельно, так и в качестве эффективного дополнения к автомобильным сканерам и мотор-тестерам.