Автоматизация процессов измерения и регистрации выходных характеристик электронных систем зажигания двигателей внутреннего сгорания с целью их диагностирования

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Н.И. МОШКИН, доц. каф. «Автомобили» Восточно-Сибирского ГТУ, канд. техн. наук

Как широко известно [1], важнейшим средством повышения эффективности использования автомобилей, сокращения средств на ремонт и техническое обслуживание является техническая диагностика. Одной из наиболее сложных систем, на долю которой приходится достаточно большой процент неисправностей и нарушений регулировки, является система зажигания (СЗ). Неисправности данной системы значительно ухудшают работу автомобиля, что ведет к увеличению расхода топлива, снижению мощности и т.д. В настоящее время процесс поиска и анализа неисправностей в системе зажигания бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) производится при помощи визуального наблюдения за осциллограммами первичного и вторичного напряжения. Осциллограмма первичного и вторичного напряжения является широко информативным диагностическим сигналом [2]. С его помощью можно определить большое количество параметров технического состояния в системе зажигания:

- углы замкнутого (и разомкнутого) состояния контактов прерывателя для каждого цилиндра;

- различие углов опережения зажигания между отдельными цилиндрами:

- состояние контактов прерывателя;

- состояние конденсатора;

- состояние первичной и вторичной обмоток катушки зажигания (включая межвитковые замыкания);

- наличие дефектов в первичной цепи;

- дефекты изоляции вторичной цепи системы зажигания, а также наличие обрывов;

- максимальное напряжение на выходе катушки зажигания под нагрузкой и на холостом ходу;

- дефекты помехоподавительных резисторов;

- дефекты свечей зажигания (увеличение зазора, нагар на свечах, трещины в изоляторах);

- наличие механических дефектов в распределителе (износ кулачкового валика, уменьшение усилия пружины молоточка прерывателя) и т.д.

Наблюдение за характером протекания процессов первичной и вторичной цепей системы зажигания в функции от времени обеспечивается при помощи электронно-лучевых осциллоскопов (ЭЛО).

При всех достоинствах существующих средств и методов диагностирования у них наблюдается один общий недостаток - влияние на качество постановки диагноза квалификации и профессионализма оператора-диагноста, вследствие чего увеличивается вероятность возникновения ошибок и увеличивается время постановки диагноза.

Указанные недостатки, обусловленные влиянием человеческого фактора, сочетаются с недостатками метода диагностирования, которые заключаются в следующем:

1. Невысокая оперативность диагностирования. Оператору необходимо время для анализа получаемой информации, проведения дополнительных измерений и тестовых воздействий.

2. Низкая эффективность диагностирования других типов систем зажигания (БСЗ, МП-СУД и т.д.). Известно [6], что метод наблюдения характера протекания напряжения в первичной и вторичной цепи систем зажигания не дает однозначного ответа о неисправных элементах данных систем. Поэтому для диагностирования СЗ, оснащенных электронными блоками или работающих на базе микропроцессорной техники, необходимы дополнительные диагностические приборы.

3. Низкая эффективность диагностирования в случае полного отказа системы зажигания (двигатель не запускается). Наличие неисправностей, приводящих к полному нарушению функционирования систем зажигания, делает невозможным постановку диагноза при помощи наблюдения за осциллограммами.

4. Возможность диагностирования преимущественно установившихся режимов работы системы зажигания. В случае появления «плавающих» неисправностей и кратковременных сбоев в работе СЗ чрезвычайно трудно уловить изменения в характеристиках их напряжения первичной и вторичной цепи.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

111

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 1. Структурная схема локального диагностического комплекса: 1 - персональный компьютер; 2 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП); 3 - источник питания; 4 - диагностируемая система зажигания; 5 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 6 - блок преобразователей 1; 7 - блок преобразователей 2

Применение современных компьютерных технологий позволит значительно уменьшить влияние человеческого фактора на процесс постановки диагноза. Возможности существующих электронно-вычислительных машин позволяют полностью автоматизировать процесс съема диагностического сигнала, его обработку и анализ, хранение на внешних носителях, а также постановку диагноза.

На кафедре «Автомобили» ВСГТУ разработан метод дифференциального диагностирования электронных систем зажигания на основе теории распознавания образов. Метод заключается в анализе диагностических участков на характеристиках первичного и вторичного напряжений системы зажигания в автоматическом режиме. Изменения диагностических участков характеризуются диагностическими признака-

ми, функционально связанными с изменениями параметров технического состояния, и их совокупность является основой для определения технического состояния диагностируемой системы. Отличительной особенностью разработанного метода является его способность повышать качество поставленного диагноза в зависимости от количества и качества предыдущих испытаний, в методе реализован алгоритм самообучения с применением элементов искусственного интеллекта [3, 4].

Для реализации метода дифференциального диагностирования и проведения экспериментальных исследований разработано оборудование, позволяющее выполнять следующие функции:

- измерение и регистрация параметров процесса функционирования;

112

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

- обеспечение тестовых сигналов;

- обработка, анализ и хранение полученной информации;

- осуществление постановки диагноза.

Для реализации данных функций разработан компьютерный диагностический комплекс (рис. 1), включающий измерительный и компьютерный блоки.

В состав измерительного блока также входят датчики: датчик высокого напряжения емкостного типа ДВН-2Э (коэффициент деления равен 1000) с погрешностью измерения не более

3,2 % и индуктивный датчик для синхронизации первичного и вторичного сигнала ИД-1.

Напряжение из диагностируемых цепей объекта диагностирования поступает в блок преобразователей № 1 и затем в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Блок преобразователей представляет собой делитель напряжения для согласования выходного напряжения датчиков с уровнем входного напряжения на АЦП.

Делители, используемые в блоке преобразователей, выполнены по классической схеме, для деления напряжения в цепи низкого напряжения используются обычные резистивные делители, а для деления высоковольтного напряжения - емкостно-резистивные. Блок преобразователей № 2 представляет собой усилитель тока для увеличения тока и напряжения в соответствии с поданным сигналом из ЦАП компьютера.

В качестве аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователя в комплексе применяется плата АЦП-ЦАП L-783 производственного объединения «L-Card». На плате установлен один АЦП, на вход которого при помощи коммутаторов может быть подан сигнал с одного из 16 или 32 аналоговых каналов с внешнего разъема.

Разработаны методики и алгоритмы для определения диагностических признаков на участках локальных диагнозов временных характеристик диагностируемых систем. Алгоритмы в автоматическом режиме обеспечивают выполнение анализа характеристик целиком и выделяют на них отдельные участки с определением характерных признаков.

Для управления компьютерным диагностическим комплексом написана программа [5], реализующая механизм функционирования метода дифференциального диагностирования с алгоритмом обучения и самообучения.

При запуске программы диагностирования появляется окно, содержащее кнопки вызова всех основных функций программы (рис. 2):

1. Кнопка «открыть» реализует процесс открытия файлов с расширением asc (файл с расширением asc - это файл с характеристиками первичного и вторичного напряжений системы зажигания, записанный в процессе диагностирования - естественного функционирования). При ее активации появляется диалоговое окно с приглашением выбрать открываемый файл. При открытии файла в основном окне программы появляются осциллограммы первичного и вторичного напряжений цепи системы зажигания.

2. Кнопка «сохранить» активирует функцию сохранения открытого файла.

3. Кнопка «статистика» реализует функцию программы, позволяющей собирать информацию о диагностируемых объектах. При ее активации появляется окно с предложением выбрать модель, тип и др. параметры объекта.

4. Кнопки выбора цилиндров позволяют выводить на экран поцилиндровую развертку выбранного цилиндра с указанием основных диагностических признаков. Это осуществляется как для первичной, так и вторичной характеристики напряжения. В этом окне происходит выделение всех необходимых диагностических признаков на участках локальных диагнозов, показываются их числовые значения.

5. Кнопка «диагноз» реализует основную функцию программы по постановке диагноза. При ее активации запускается алгоритм определения диагностических признаков, их кодирования и сравнения. В результате появляется окно, в котором указывается диагноз объекта диагностирования с указанием перечня конкретных неисправностей.

Программа позволяет осуществлять просмотр любого выбранного участка осциллограмм за счет его укрупнения при помощи правой кнопки «мыши».

Основное отличие разработанного диагностического комплекса заключается в том, что программа, инсталлированная в любой персональный компьютер с небольшим количеством преобразующих элементов, позволяет не просто визуально наблюдать за процессами в диагностируемых объектах, но и анализировать и устанавливать диагноз. При этом диагноз устанавливается без участия оператора, что позволяет избежать

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

113