RU2349890C1 - Automated system for diagnostics of gasoline car-and-motor engines - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: automated system for diagnostics of car-and-motor engines consists of the following components installed on tested engine: detector of rotation frequency, detector of fuel consumption, spark angle detector, pressure detector, unit for interface of detectors with personal computer (PC) and PC itself. In the process of six cycles engine "acceleration-rundown" operations signals from detectors arrive to recording device that consists of seven main components (three level transducers, instrumental amplifier, operational amplifier, analog-to-digital converter (ADC) and microcontroller), which converts them into digital format and sends to PC. Afterwards obtained information is processed in PC, and control results are represented to user in the form of digital values of diagnostic parameters and schedules of engine dynamic speed characteristics.

EFFECT: more accurate determination of control actual parameters of engines technical conditions and their deviations from nominal values with simultaneous reduction of labour expenses due to automation of primary values measurement process and analysis of obtained data.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для диагностики автотракторных двигателей в условиях эксплуатации.The invention relates to a device for the diagnosis of automotive engines in operating conditions.

Известен способ определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания и экспертная система для его осуществления (а.с. RU 99108635/06, G01M 15/00). Способ основан на определении технического состояния двигателей внутреннего сгорания путем непрерывного измерения при многократных разгонах и выбегах двигателя без нагрузки средних значений в цикле работы двигателя, а также на рабочем такте каждого цилиндра, угловых скорости, ускорения коленчатого вала и динамической мощности, получении зависимости амплитудных спектров динамической мощности и сравнении полученных показателей с эталонными, и по степени изменения состояния двигателя от нормального до допустимого классифицируют состояние двигателя. Но этот способ позволяет оценить энергетические показатели двигателей без учета оценки топливных показателей. Кроме того, этот способ не позволяет оценить в полном объеме реальное состояние системы питания, зажигания и смазки бензиновых двигателей, отличающихся от дизелей как принципиально по способу воспламенения топливной смеси, так и конструктивно по устройству элементов подачи топлива.There is a method of determining the technical condition of internal combustion engines and an expert system for its implementation (AS RU 99108635/06, G01M 15/00). The method is based on determining the technical condition of internal combustion engines by continuously measuring during multiple acceleration and engine coasts without loading average values in the engine cycle, as well as on the working cycle of each cylinder, angular velocity, crankshaft acceleration and dynamic power, obtaining the dependence of the amplitude spectra of the dynamic power and comparing the obtained indicators with the reference, and the degree of change in the state of the engine from normal to permissible classify oyanie engine. But this method allows you to evaluate the energy performance of engines without taking into account the assessment of fuel performance. In addition, this method does not allow to fully evaluate the real state of the power system, ignition and lubrication of gasoline engines that differ from diesel engines both in principle by the method of ignition of the fuel mixture and structurally by the device of the fuel supply elements.

Цель изобретения - повышение точности определения контрольных фактических параметров технического состояния двигателей и их отклонений от номинальных значений при одновременном снижении трудозатрат за счет автоматизации процесса измерения первичных величин и анализа полученных данных.The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining control actual parameters of the technical condition of engines and their deviations from the nominal values while reducing labor costs by automating the process of measuring primary values and analyzing the data.

Автоматизированная система диагностики автотракторных двигателей на базе персонального компьютера (ПК) предназначена для контроля топливно-энергетических показателей бензиновых автотракторных двигателей. Она осуществляет, при полном обеспечении идентичности, измерение четырех потоков данных и обработку результатов контроля параметров технического состояния автотракторных двигателей в единой временной базе и режиме реального времени.An automated diagnostic system for automotive engines based on a personal computer (PC) is designed to control the fuel and energy performance of gasoline automotive engines. It carries out, while ensuring full identity, the measurement of four data streams and the processing of the results of monitoring the parameters of the technical condition of automotive engines in a single time base and in real time.

Диагностическая система состоит из устанавливаемых непосредственно на испытуемый двигатель датчиков: частоты вращения, расхода топлива, угла опережения зажигания, давления; блока сопряжения датчиков с персональным компьютером и самого ПК (см. чертеж).The diagnostic system consists of sensors installed directly on the test engine: speed, fuel consumption, ignition timing, pressure; the unit for interfacing sensors with a personal computer and the PC itself (see drawing).

Система для диагностических испытаний двигателей работает следующим образом: в процессе испытаний проводится шесть циклов операций "разгон-выбег" двигателя с минимальной до максимальной частоты вращения холостого хода коленчатого вала, в течение которых сигналы, снимаемые с первичных датчиков, установленных на двигателе, поступают в устройство записи, которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК. Вся полученная информация обрабатывается в ПК с помощью специальных программ и представляется как в виде числовых значений параметров технического состояния, так и в виде графиков динамических скоростных характеристик двигателя.The system for the diagnostic tests of engines works as follows: during the tests, six cycles of acceleration-coasting operations of the engine are carried out from the minimum to maximum crankshaft idle speed, during which the signals received from the primary sensors installed on the engine enter the device records that converts them to digital format and transfers them to a PC. All received information is processed in a PC using special programs and presented both in the form of numerical values of the technical condition parameters, and in the form of graphs of the dynamic speed characteristics of the engine.

В результате решения задачи диагностирования двигателя системой определяются динамические характеристики, представляющие собой зависимости:As a result of solving the problem of diagnosing the engine, the system determines the dynamic characteristics, which are dependencies:

- частоты вращения коленчатого вала двигателя от времени;- engine speed from time to time;

- углового ускорения от частоты вращения и времени при разгоне и выбеге;- angular acceleration from speed and time during acceleration and coasting;

- часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя и времени;- hourly fuel consumption of the engine speed and time;

- угла опережения зажигания от времени и угла поворота коленчатого вала.- the ignition timing of time and the angle of rotation of the crankshaft.

По вышеперечисленным зависимостям рассчитываются параметры ДВС:Based on the above dependencies, the parameters of the internal combustion engine are calculated:

- эффективная мощность;- effective power;

- индикаторная мощность;- indicator power;

- мощность механических потерь;- power of mechanical losses;

- часовой расход топлива;- hourly fuel consumption;

- удельный расход топлива;- specific fuel consumption;

- равномерность распределения мощностей по отдельным цилиндрам;- uniform distribution of power in individual cylinders;

- угол опережения зажигания для каждого цилиндра;- ignition timing for each cylinder;

- режимы работы центробежного и вакуумного регулятора опережения зажигания датчика-распределителя.- modes of operation of the centrifugal and vacuum ignition timing regulator of the sensor-distributor.

С помощью устройства можно проверить:Using the device you can check:

- функционирование системы топливоподачи;- functioning of the fuel supply system;

- равномерность работы цилиндров;- uniformity of the cylinders;

- максимальное давление газов в надпоршневом пространстве в конце такта сжатия (компрессию);- maximum gas pressure in the above-piston space at the end of the compression stroke (compression);

- работу ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя.- operation of the maximum speed limiter of the engine crankshaft.

Блок-схема устройства записи включает шесть основных блоков: адаптер канала частоты вращения, адаптер канала расхода топлива, адаптер канала меток угла, адаптер давления, микропроцессор и адаптер интерфейса RS232.The block diagram of the recording device includes six main blocks: an adapter for a speed channel, an adapter for a fuel consumption channel, an adapter for an angle mark channel, a pressure adapter, a microprocessor, and an RS232 interface adapter.

Рассмотрим назначение и функции каждого блока в отдельности. Все определяемые параметры технического состояния двигателя разделены на первичные и вторичные (т.е. расчетные). Первичными параметрами считаем параметры, считываемые с датчиков, установленных на двигателе. Расчетные параметры получаются в результате математической обработки первичных данных. Первичных потоков данных всего четыре: частота вращения, расход, угол и давление. Остальные параметры рассчитываются на основе первичных.Consider the purpose and functions of each unit individually. All determined parameters of the technical condition of the engine are divided into primary and secondary (i.e., calculated). The primary parameters are parameters read from sensors installed on the engine. The calculated parameters are obtained as a result of mathematical processing of the primary data. There are only four primary data streams: rotation speed, flow rate, angle and pressure. The remaining parameters are calculated based on the primary.

Адаптер канала частоты вращения нормализует сигнал с датчика оборотов. Этот сигнал - частотный, изменяется от 10 до 65 Гц. Для получения физических параметров достаточно минимальных вычислений.The speed channel adapter normalizes the speed sensor signal. This signal is frequency, varies from 10 to 65 Hz. To obtain physical parameters, minimal calculations are sufficient.

Адаптер канала расхода топлива нормализует сигнал с датчика расхода топлива. Этот сигнал - частотный, изменяется от 100 до 200 Гц. Чтобы получить физический параметр расхода, исходный частотный сигнал необходимо продифференцировать.The fuel flow channel adapter normalizes the signal from the fuel flow sensor. This signal is frequency, varies from 100 to 200 Hz. In order to obtain a physical flow parameter, the original frequency signal must be differentiated.

Адаптер канала меток угла нормализует сигнал с датчика момента зажигания. Данные по углу опережения зажигания рассчитываются на основе определения временного периода между разнесенными во времени моментом фиксации параметров оборотов с датчика частоты вращения и моментом зажигания с датчика зажигания. Характеристики данного параметра аналогичны характеристикам параметра оборотов.The angle mark channel adapter normalizes the signal from the ignition timing sensor. The data on the ignition timing is calculated based on the determination of the time period between the time-spaced moment of fixing the speed parameters from the speed sensor and the moment of ignition from the ignition sensor. The characteristics of this parameter are similar to the characteristics of the speed parameter.

Адаптер давления нормализует сигнал с датчика давления. Этот сигнал - аналоговый. Для дальнейшей обработки его необходимо преобразовать в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Исходя из возможных максимальных параметров работы двигателя, длительность информационной составляющей сигнала составляет порядка 2 мс, а периодичность 20 мс. Для того чтобы получить достаточно информативный объем данных, необходимо порядка 50 отсчетов. Следовательно, время преобразования АЦП с учетом временных издержек на первичную обработку должно составлять порядка 10-20 мкс.The pressure adapter normalizes the signal from the pressure sensor. This signal is analog. For further processing, it must be converted to digital form using an analog-to-digital converter (ADC). Based on the possible maximum parameters of the engine, the duration of the information component of the signal is about 2 ms, and the frequency is 20 ms. In order to get a sufficiently informative amount of data, about 50 samples are needed. Consequently, the conversion time of the ADC, taking into account the time costs of primary processing, should be about 10-20 μs.

Микропроцессор осуществляет измерение всех первичных сигналов, т.е. преобразует их в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки, и осуществляет связь с компьютером для пересылки накопленных измерений.The microprocessor measures all primary signals, i.e. converts them into a digital form, convenient for further processing, and communicates with a computer to send the accumulated measurements.

Адаптер интерфейса RS232 преобразует уровень цифровых сигналов с микропроцессора в уровни, необходимые для подключения канала связи к компьютеру.The RS232 interface adapter converts the level of digital signals from the microprocessor to the levels necessary to connect the communication channel to the computer.

Требование, предъявляемое аналоговым каналом давления, оказало решающее влияние на выбор варианта реализации устройства записи. Проведенный анализ характеристик аналогового сигнала показал, что устройство записи не может быть пассивным, так как достаточно большая скорость поступления данных от АЦП. Следовательно, устройство должно иметь встроенный микропроцессор для управления этим потоком данных.The requirement made by the analog pressure channel had a decisive influence on the choice of embodiment of the recording device. The analysis of the characteristics of the analog signal showed that the recording device cannot be passive, since there is a sufficiently high speed of data input from the ADC. Therefore, the device must have an integrated microprocessor to control this data stream.

Предложено решение, когда конструктивно устройство записи выполнено в виде отдельного блока, а связь с компьютером осуществляется по интерфейсу - RS232. Для связи персонального компьютера с устройством записи служит специально разработанная программа. Такое конструкционное решение делает устройство записи достаточно мобильным и легким при подключении для обычного пользователя. А в качестве персонального компьютера можно применять любой маломощный компьютер, имеющий интерфейс RS232.A solution is proposed when the recording device is designed as a separate unit, and communication with the computer is carried out via the RS232 interface. A specially designed program is used to connect a personal computer with a recording device. Such a constructional solution makes the recorder quite mobile and easy to connect for the average user. And as a personal computer, you can use any low-power computer that has an RS232 interface.

Топливный датчик предназначен для измерения расхода топлива. Конструктивно представляет собой герметичный бачок, в котором размещен измеритель уровня топлива. Измеритель состоит из 5 коаксиальных цилиндров, образующих электрический конденсатор. Емкость этого конденсатора зависит от уровня топлива. Если топливный датчик (конденсатор) полностью заполнен топливом, то емкость максимальна, а когда топливо из датчика израсходуется, то емкость уменьшается примерно в два раза по сравнению с максимальной.The fuel gauge is designed to measure fuel consumption. Structurally, it is a sealed tank in which a fuel level meter is placed. The meter consists of 5 coaxial cylinders forming an electric capacitor. The capacity of this capacitor depends on the fuel level. If the fuel sensor (capacitor) is completely filled with fuel, then the capacity is maximum, and when the fuel from the sensor is used up, then the capacity decreases by about half compared to the maximum.

Устройство может быть использовано в качестве отдельного диагностического средства при плановом техническом обслуживании, поиске неисправностей и регулировке двигателей в условиях хозяйств и ремонтных предприятий, в организациях, занимающихся продажей и лизингом машин, а также в качестве контрольно-диагностического средства на заводах, выпускающих автотракторную и сельскохозяйственную технику.The device can be used as a separate diagnostic tool for scheduled maintenance, troubleshooting and adjusting engines in households and repair enterprises, in organizations involved in the sale and leasing of cars, as well as a diagnostic tool in factories producing automotive and agricultural technique.

Claims (1)

Автоматизированная система диагностики автотракторных двигателей, состоящая из устанавливаемых на испытуемом двигателе датчика частоты вращения, датчика расхода топлива, датчика угла опережения зажигания, датчика давления, блока сопряжения датчиков с персональным компьютером (ПК) и самого ПК, отличающаяся тем, что в процессе проведения шести циклов операций "разгон-выбег" двигателя сигналы с датчиков поступают в устройство записи, состоящее из семи основных элементов (трех преобразователей уровня, инструментального усилителя, операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и микроконтроллера), которое преобразует их в цифровой формат и передает в ПК, после чего полученная информация обрабатывается в ПК и результаты контроля представляются пользователю в виде цифровых значений диагностических параметров и графиков динамических скоростных характеристик двигателя. Automated diagnostic system for automotive engines, consisting of a speed sensor, a fuel consumption sensor, an ignition timing sensor, a pressure sensor, a unit for pairing sensors with a personal computer (PC) and the PC itself, characterized in that during six cycles acceleration-coasting operations of the engine, the signals from the sensors enter the recording device, which consists of seven main elements (three level converters, an instrumental amplifier, onnogo amplifier, an analog-digital converter (ADC) and a microcontroller) which converts them into a digital format and transmits to the PC, after which the resulting information is processed in the PC and the control results are presented to the user in the form of digital values of diagnostic parameters and graphs dynamic speed motor.