Способ диагностики компонентов системы зажигания непрерывной последовательностью искровых разрядов
METHOD OF THE IGNITION SYSTEM COMPONENTS DIAGNOSTICS BY THE SPARK DISCHARGES CONTINUOUS SEQUENCE

Способ диагностики компонентов вторичной электрической цепи (со стороны вторичной обмотки катушки зажигания) системы электроискрового зажигания (СЭЗ) автомобильного бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) непрерывной последовательностью искровых разрядов (НПИР) согласно действующей рубрики Международной патентной классификации МПК-2016.01 относится к классу F02P 17/04 - динамическая проверка систем электроискрового зажигания в ДВС с индуктивными накопителями энергии, работающих без самовоспламенения от сжатия.
Область техники, к которой относится изобретение
Способ диагностики НПИР относится к области техники проверок СЭЗ автомобильных бензиновых ДВС, наиболее распространенных в настоящее время. В ходе эксплуатации ДВС компоненты вторичной электрической цепи СЭЗ непрерывно подвергаются воздействию высокого напряжения (ВН), которое приводит к постепенному ухудшению как диэлектрических, так и проводящих свойств составляющих их материалов, что усугубляется влагой и загрязнениями, поступающими из окружающей среды, и высокой температурой ДВС, в результате чего возникают электрические пробои диэлектрика и обрывы токоведущего слоя. Вследствие этого в цилиндре происходят пропуски искрообразования, а следовательно, и воспламенения топливовоздушной смеси (ТВС). При переходе высоковольтной (ВВ) энергии вследствие пробоев диэлектрика на свечу зажигания другого цилиндра нарушается угол опережения зажигания (УОЗ), что вызывает не только значительное снижение характеристик цилиндра, но и детонацию, которая может привести к его разрушению.
Прохождение вторичного тока осуществляется по соединениям, выполненным путем обжимки и соприкосновения проводников, а также по бесконтактным участкам (зазорам), где образуются паразитные искровые разряды. Это приводит к повышению температуры данных участков, повреждению токоведущего ферритового слоя и изоляторов, выгоранию материала и росту зазоров, снижению энергии искрового разряда свечи зажигания, в результате чего ухудшается качество воспламенения ТВС либо пропуски воспламенения, прежде всего, в цилиндрах, имеющих высокую компрессию.
Ухудшение характеристик цилиндра вследствие дефекта компонента СЭЗ приводит к снижению крутящего момента и мощности ДВС, интенсификации его износа, перерасходу топлива и нарушениям экологии в силу изменения концентрации отработавших газов и выхода несгоревшего топлива, которое вызывает перегрев, сокращение срока службы и разрушение каталитического нейтрализатора отработавших газов, опасность пожара, нарушение показаний датчиков концентрации кислорода, что в свою очередь искажает коррекцию топливодозирования. Это напрямую негативно влияет на функционирование ДВС и экологию, поэтому вопросы совершенствования средств и способов диагностики компонентов СЭЗ являются весьма актуальными.
Уровень техники
Аналогичные способы диагностики компонентов вторичной электрической цепи СЭЗ высоким напряжением с использованием последовательности искровых разрядов (ПИР) в качестве индикатора технического состояния компонента применяются давно и широко посредством различных устройств, к которым относятся высоковольтные искровые разрядники (ИР), приборы для проверки свечей зажигания, тестеры систем зажигания и др. Они достаточно просты и доступны, широко распространены, производятся промышленно и подробно описаны в многочисленных источниках информации, посвященных диагностике и ремонту СЭЗ:
- http://motor-master.ru/component/content/article/10-diag/46-vysokovoltnyj-razryadnik;
- http://injectorservice.com.ua/spark_gap_al23.php#spark_gap;
- http://www.ardio.ru/razryad.php;
- http://maslov.com.ru/Web-pageR.htm;
- http://www.autoscaners.ru/catalogue/?catalogue_id=razryadnik_vysokovoltnyy_r4_8c;
- http://www.autoscanere.ru/catalogue/?catalogue_id=razryadnik_tester_ir_2;
- http://eksacom.ru/shop/testery_zazhiganiya;
- http://eksacom.ru/shop/p4-8s_razryadnik_vysokovol%60tnyj_chetyrexkanal%60nyj_r4-8s;
- http: //eksacom.ru/shop/ir-2_razryadnik-ester_katushek_zazhiganiya_i_modulej_zazhiganiya;
- http://eksacom.ru/shop/mm-tk-01_tester_katushek_zazhiganiya_komplekt_avtonomnyj;
- https://hz.ra.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initiative_id=SB_20170806220752&Search Text=тестеры+зажигания и мн. др.
Указанные устройства объединяет такой способ диагностики компонентов вторичной электрической цепи СЭЗ, когда диагностируемый компонент 1 (фиг. 1), к которому последовательно подсоединен искровой разрядник (ИР) 2 с регулируемым искровым промежутком 3 между электродами 4, подвергают воздействию ВВ энергии путем подачи на него последовательности импульсов ВН 5 заданной частоты от высоковольтного импульсного генератора (ВИГ) 6. В ИР 2 получают непрерывную или прерывающуюся последовательность искровых разрядов или отсутствие искровых разрядов, на основании чего оценивают техническое состояние диагностируемого компонента. Однако практика показывает, что для достоверной оценки технического состояния компонента СЭЗ в большом ряде случаев наличие одного ИР 2 оказывается недостаточным, вводит диагноста в заблуждение и приводит к постановке ошибочного технического диагноза.
Так, фактором, существенно снижающим достоверность диагностирования с помощью одного ИР токоведущего компонента СЭЗ на предмет проводимости, является весьма затруднительная визуальная фиксация в искровом промежутке 3 ИР 2 пропуска одного или нескольких искровых разрядов из множества поданных на компонент, особенно при высокой частоте их следования.
В диэлектрических же компонентах СЭЗ участок пробоя диэлектрика составляет, как правило, незначительную долю от общей площади диэлектрика, в силу чего диагностирование компонента с помощью одного ИР на предмет пробоя проходит в условиях практически постоянного отсутствия искровых разрядов в ИР; вместе с тем, отсутствие/перебои искровых разрядов характерно не только для отсутствия дефекта компонента, но и для отсутствия/перебоев ВВ энергии. Такая двойственность порождает неопределенность, которая значительно затрудняет постановку правильного технического диагноза.
В отличие от аналогов способ диагностики НПИР предполагает подачу импульсов ВН не только на диагностируемый компонент и последовательно соединенный с ним ИР, но и на байпасный искровой разрядник (БИР), благодаря чему интегрально в двух разрядниках искровые разряды индицируются непрерывно, полностью исключаются объективные причины их пропусков диагностом и обеспечивается постоянный контроль воздействия ВВ энергии на диагностируемый компонент. Способ диагностики НПИР не известен из уровня техники, он для специалиста не следует из уровня техники явным образом, и может быть применен в отрасли автомобильного сервиса. В силу этого способ диагностики НПИР является новым, промышленно применимым изобретением.
Раскрытие изобретения
Способ диагностики компонентов вторичной электрической цепи СЭЗ непрерывной последовательностью искровых разрядов заключается в том, что последовательность импульсов ВН 5 (фиг. 2) заданной частоты подается от ВИГ 6 не только на диагностируемый компонент 1 СЭЗ и последовательно соединенный с ним ИР 2 с регулируемым искровым промежутком 3 между электродами 4, но и на подключенный импульсный генератор (ВИГ) 6. В ИР 2 получают непрерывную или прерывающуюся последовательность искровых разрядов или отсутствие искровых разрядов, на основании чего оценивают техническое состояние диагностируемого компонента. Однако практика показывает, что для достоверной оценки технического состояния компонента СЭЗ в большом ряде случаев такие разряды и их отсутствие вводят диагноста в заблуждение и приводят к постановке ошибочного технического диагноза.
Так, фактором, существенно снижающим достоверность диагностирования токоведущего компонента СЭЗ на предмет проводимости с помощью одного ИР, является весьма затруднительная визуальная фиксация в искровом промежутке 3 ИР 2 пропуска одного или нескольких искровых разрядов из множества поданных на компонент, особенно при высокой частоте их следования.
В диэлектрических же компонентах СЭЗ участок пробоя диэлектрика составляет, как правило, незначительную долю от общей площади диэлектрика, в силу чего диагностирование компонента с помощью одного ИР на предмет пробоя проходит в условиях практически постоянного отсутствия искровых разрядов в ИР; вместе с тем отсутствие/перебои искровых разрядов характерны не только для отсутствия дефекта компонента, но и для отсутствия/перебоев ВВ энергии в силу других причин, например дефекта ВИГ. Такая двойственность порождает неопределенность, которая значительно затрудняет постановку правильного технического диагноза.
В отличие от аналогов способ диагностики НПИР предполагает непрерывную индикацию искровых разрядов, чем полностью исключаются объективные причины их пропусков диагностом и обеспечивается постоянный контроль воздействия ВВ энергии на диагностируемый компонент. Способ диагностики НПИР не известен из уровня техники, он для специалиста не следует из уровня техники явным образом и может быть применен в отрасли автомобильного сервиса. В силу этого способ диагностики НПИР является новым, промышленно применимым изобретением.
Раскрытие изобретения
Суть способа диагностики НПИР заключается в использовании эффекта байпаса для диагностики компонентов вторичной электрической цепи СЭЗ. Байпас (англ. bypass, букв. - обход) - обводной участок трубопровода, подсоединенный параллельно основному участку, служащий для управления технологическим процессом при неисправности арматуры или приборов, установленных на основном трубопроводе, а также при необходимости их срочной замены без остановки технологического процесса (Новый политехнический словарь / Гл. ред. А.Ю. Ишлинский. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - 671 с.: ил. ISBN 5-85270-322-2, с. 39). Байпас в электронике - функция в электронном устройстве, позволяющая выполнить коммутацию входного сигнала непосредственно на выход, минуя все функциональные блоки. В устройствах обработки функция «байпас» позволяет включать или исключать те или иные блоки цепи обработки и сравнивать различные варианты выходного сигнала по отношению к входному /…/, что может быть полезным при неисправности компонентов /…/ для целей проверки … (https://ru.wikipedia.org/wiki/Байпас).
В способе диагностики НПИР в качестве байпаса применен второй ИР (ВИР). В результате такого схемного решения последовательность импульсов ВН 5 (фиг. 2) заданной частоты подается от ВИГ 6 не только на диагностируемый компонент 1 ЭСЗ и последовательно соединенный с ним ИР 2 с регулируемым искровым промежутком 3 между электродами 4, но и на подключенный параллельно с ними ВИР 7 с регулируемым искровым промежутком 8 между электродами 9. Принцип функционирования основан на том, что искровые разряды возникают в той цепи, где в данный момент выше проводимость; при исчезновении искровых разрядов в искровом промежутке 3 искровые разряды тут же появляются в искровом промежутке 8 и наоборот, чем обеспечивается непрерывная интегральная индикация искровых разрядов в ИР 2 и ВИР 7.
При диагностировании работоспособного токоведущего компонента 1 (фиг. 3) искровой разряд индицируется в искровом промежутке 3 ИР 2, что является диагностическим признаком отсутствия дефекта проводника компонента; если же проводимость компонента нарушена, искровой разряд индицируется в искровом промежутке 8 ВИР 7 (фиг. 4), что является диагностическим признаком наличия дефекта проводника. Для оценки степени обрыва токоведущего слоя в ИР 2 устанавливают величину искрового промежутка 3, равную 1 мм, а размер искрового промежутка 8 ВИР 7 первоначально устанавливают 1 мм, а затем плавно увеличивают его. Суммарная величина обрывов токоведущего слоя проводника компонента примерно равна размеру искрового промежутка 8 минус 1 мм в момент перехода искрового разряда с искрового промежутка 8 на искровой промежуток 3 (фиг. 3).
При диагностировании работоспособного диэлектрического компонента СЭЗ 1 (фиг. 4) на предмет пробоя диэлектрика искровой разряд индицируется в искровом промежутке 8 ВИР 7, что является диагностическим признаком отсутствия дефекта диэлектрика; если же диэлектрические свойства компонента нарушены, в искровом промежутке 8 исчезают искровые разряды, но индицируются в искровом промежутке 3 ИР 2 (фиг. 3), что является диагностическим признаком электрического пробоя диэлектрика компонента. До начала диагностирования размер искровых промежутков 3 ИР 2 и 8 ВИР 7 устанавливают 1 мм, что примерно соответствует напряжению электрического пробоя 1 кВ, так, чтобы в ВИР 7 были устойчивые, без пропусков искровые разряды (фиг. 4). Затем плавно увеличивают искровой промежуток 8. В момент перехода искрового разряда на искровой промежуток 3 (фиг. 3) напряжение пробоя диэлектрика в киловольтах примерно равно размеру искрового промежутка 8 в миллиметрах. Если же искровой разряд не перешел на искровой промежуток 3, а остался устойчивым в искровом промежутке 8 (фиг. 4) даже при достижении максимального размера промежутка 25÷30 мм и более, это является достоверным диагностическим признаком отсутствия дефекта диэлектрика.
Технический результат при применении способа диагностики НПИР объективно проявляется в следующих технических эффектах, явлениях и свойствах: обеспечивается интегральная непрерывная индикация искровых разрядов, что, в свою очередь, обеспечивает точный и полный анализ технического состояния компонентов ЭСЗ, быструю постановку достоверного технического диагноза и локализацию дефекта.
Достигнутый технический результат находится в прямой причинно-следственной связи с такими существенными признаками способа диагностики двумя искровыми разрядами, как принципы функционирования, анализа и постановки технического диагноза.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - электрическая цепь диагностики компонента СЭЗ. Схема функциональная: 1 - компонент СЭЗ; 2 - ИР; 3 - искровой промежуток; 4 - электроды ИР; 5 - последовательность импульсов ВН; 6 - ВИГ.
Фиг. 2 - электрические цепи диагностики компонента СЭЗ. Схема функциональная: 1 - компонент СЭЗ; 2 - ИР; 3 - искровой промежуток; 4 - электроды ИР; 5 - последовательность импульсов ВН; 6 - ВИГ; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 9 - электроды ВИР.
Фиг. 3 - диагностика работоспособного токоведущего компонента СЭЗ и дефектного диэлектрического компонента СЭЗ: 1 - компонент СЭЗ; 2 - ИР; 3 - искровой промежуток; 6 - ВИГ; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 10 - искровой разряд.
Фиг. 4 - диагностика работоспособного диэлектрического компонента СЭЗ и дефектного токоведущего компонента СЭЗ: 1 - компонент СЭЗ; 2 - ИР; 3 - искровой промежуток; 6 - ВИГ; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 10 - искровой разряд.
Фиг. 5 - ВВТ, практическая конструкция: 4 - электрод ИР; 7 - ВИР; 11 - ВВТ; 12 - щуп; 13 - клемма «земля»; 14 - штурвал ИР; 15 - выходная клемма ВИГ; 16 - ВВ кабель; 17 - свечной бокс; 18 - манометр; 19 - сетчатые экраны; 20 - кабель для подключения диагностируемых катушек и модулей зажигания.
Фиг. 6 - практическое диагностирование токоведущего компонента СЭЗ: 1 - токоведущий компонент - ферритовый проводник ВВ свечного кабеля; 4 - электроды ИР; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп; 16 - ВВ кабель ВИГ.
Фиг. 7 - практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ: 1 - диэлектрический компонент - диэлектрическая оболочка ВВ свечного кабеля; 4 - электрод ИР; 7 - ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп.
Фиг. 8 - практическое диагностирование токоведущего компонента СЭЗ: 1 - токоведущий компонент - свечной контакт крышки распределителя зажигания; 4 - электроды ИР; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп; 16 - ВВ кабель ВИГ.
Фиг. 9 - практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ: 1 - диэлектрический компонент - крышка распределителя зажигания; 4 - электрод ИР; 7 - ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп; 16 - ВВ кабель ВИГ.
Фиг. 10 - практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ: 1 диэлектрический компонент - диэлектрик бегунка распределителя зажигания; 4 - электрод ИР; 7 - ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп; 16 - ВВ кабель ВИГ.
Фиг.11 - практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ: 1 - диэлектрический компонент - диэлектрик бегунка распределителя зажигания; 4 - электроды ИР; 7 - ВИР; 8 - искровой промежуток ВИР; 9 - электроды ВИР; 10 - искровой разряд; 12 - щуп; 16 - ВВ кабель ВИГ.
Осуществление изобретения
Способ диагностики НПИР реализован в практической конструкции высоковольтного тестера (ВВТ) 11 (фиг. 5). Искровой разрядник ВВТ образуют электрод 4 щупа 12 и ближайшая к нему точка диагностируемого компонента СЭЗ. Щуп 12 соединен с клеммой «земля» 13. Байпасный искровой разрядник 7 встроен внутрь корпуса ВВТ, размер его искрового промежутка регулируется вращением штурвала 14. К выходной клемме 15 высоковольтного импульсного генератора, встроенного внутрь корпуса ВВТ, посредством высоковольтного кабеля 16 подсоединяют диагностируемый компонент СЭЗ. Кроме того, ВВТ включает в себя: свечной бокс 17 для проверки искрообразования свечей зажигания под давлением, манометр 18, воздушный компрессор (встроен внутрь корпуса ВВТ), сетчатые экраны 19, кабель 20 для подключения диагностируемых катушек и модулей зажигания.
Практическое применение способа диагностики НПИР показано на фиг. 6-11.
Практическое диагностирование токоведущего компонента СЭЗ-ферритового проводника ВВ свечного кабеля 1 (фиг. 6). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на один из контактов свечного кабеля 1. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ИР между электродами 4, один из которых электрод заземленного щупа 12, другой - контакт диагностируемого свечного кабеля. В искровом промежутке 8 ВИР 7 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: ферритовый проводник ВВ свечного кабеля работоспособен.
Практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ - диэлектрической оболочки ВВ свечного кабеля 1 (фиг. 7). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на один из контактов свечного кабеля 1. Приложенным к оболочке диагностируемого кабеля 1 электродом 4 заземленного щупа 12 обходят кабель 1 по всей длине. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ВИР 7 между электродами 9. В искровом промежутке между электродом щупа 4 и токоведущим слоем кабеля 1 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: диэлектрическая оболочка ВВ свечного кабеля работоспособна.
Практическое диагностирование токоведущего компонента СЭЗ - свечного контакта крышки распределителя зажигания 1 (фиг. 8). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на выходное гнездо одного из цилиндров крышки 1. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ИР между электродами 4, один из которых электрод заземленного щупа 12, другой - контактная площадка того же цилиндра крышки 1. В искровом промежутке 8 ВИР 7 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: данный свечной контакт крышки 1 работоспособен.
Практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ - диэлектрика крышки распределителя зажигания 1 (фиг. 9). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на один из выходных контактов крышки 1. Приложенным к поверхности крышки 1 электродом 4 заземленного щупа 12 обходят крышку 1 по всей площади снаружи и внутри, а также по контактным площадкам и другим выходным контактам. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ВИР 7 между электродами 9. В искровом промежутке между электродом щупа 4 и крышкой 1 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: диэлектрик крышки распределителя зажигания 1 работоспособен.
Практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ - диэлектрика бегунка 1 распределителя зажигания (фиг. 10). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на гнездо бегунка 1, предназначенное для насадки бегунка на вал распределителя зажигания. Электрод 4 заземленного щупа 12 подносят к контактной площадке бегунка 1 на расстояние 1÷2 мм. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ВИР 7 между электродами 9. В искровом промежутке между электродом щупа 4 и контактной площадкой бегунка 1 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: диэлектрик бегунка 1 распределителя зажигания работоспособен.
Практическое диагностирование диэлектрического компонента СЭЗ - диэлектрика бегунка 1 распределителя зажигания (фиг. 11). Импульсы ВН подают посредством ВВ кабеля 16 на гнездо бегунка 1, предназначенное для насадки бегунка на вал распределителя зажигания. Электрод 4 заземленного щупа 12 подносят к центральной контактной площадке бегунка 1 на расстояние 1÷2 мм, которая является вторым электродом 4. Искровой разряд 10 возникает в искровом промежутке ИР между электродами 4. В искровом промежутке 8 ВИР 7 искровой разряд не возникает. Технический диагноз: диэлектрик бегунка 1 распределителя зажигания неработоспособен, имеет дефект - ВВ пробой на «массу» двигателя через вал распределителя зажигания.
Полученные данные в ходе многолетнего практического применения способа диагностики компонента СЭЗ непрерывной последовательностью искровых разрядов подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению изобретения: данный способ обеспечивает высокую достоверность и эффективность диагностики, позволяющую быстро локализовать дефект.