Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ неисправностей автомобильных ДВС и подходов к разработке методов и оборудования для их диагностики 14
1.1. Экономические предпосылки, обуславливающие
подход к диагностике в нашей стране и за рубежом 16
1.2. Специфика систем управления и их диагностики 17
1.2.1. Особенности конструкции и диагностики автомобильных двигателей отечественного производства 17
1.2.2. Особенности конструкции и диагностики зарубежных автомобильных двигателей 19
1.2.3. Эволюция процессов диагностирования автомобилей
1.3. Диагностические параметры, признаки неисправностей 22
1.4. Алгоритм проведения диагностических действий при различных диагностических признаках неисправностей
1.4.1. Затрудненный пуск 26
1.4.2. Повышенная неравномерность работы двигателя 29
1.4.3. Недостаточная мощность 34
1.4.4. Стуки и шумы 36
1.4.5. Нарушение теплового баланса
3 1.5. Диагностическое оборудование 39
1.6. Недостатки штатной диагностики и неисправности, при диагностике которых требуется подключение дополнительного
диагностического оборудования 41
1.7. Анализ недостатков современного дополнительного диагностического оборудования 43
1.8. Определение цели и постановка задач данной работы 45
Глава 2. Структура универсального диагностического комплекса и организация информационного обеспечения его работ . 47
2.1. Формирование перечня диагностических параметров 47
2.2. Разработка ДК ДВС
2.2.1. Задачи аппаратной части 49
2.2.2. Задачи программной части 49
2.3. Структурная схема и функциональное назначение элементов универсального диагностического комплекса 52
2.3.1. Аппаратная часть комплекса 52
2.3.2. Обоснование количества регистрируемых каналов и частоты их оцифровывания 54
2.3.3. Программная часть комплекса 59
2.4. Подготовка сигналов первичных преобразователей
2.5. для использования в ДК ДВС
2.5.1. Обработка сигнала датчика положения коленчатого вала 62
2.5.2. Использование сигналов датчиков давления для
точного определения ВМТ -
2.5.3. Синхронизация угловых отметок и индикаторных диаграмм 71
2.5.4. Определение циклового наполнения топливом 72
2.5.5. Определение циклового наполнения воздухом 75
Глава 3. Методы определения диагностических параметров в ДКДВС 78
3.1. Определение фаз газораспределения 81
3.2. Определение коэффициента дозарядки 85
3.3. Расчет параметров рабочего цикла
3.3.1. Определение массы рабочего тела 87
3.3.2. Определение температуры рабочего тела в рабочем цикле 89
3.3.3. Определение количества теплоты, подводимой к рабочему телу в рабочем цикле 91
3.3.4. Тепловой баланс рабочего цикла 93
3.3.5. Определение длительности основных фаз процесса сгорания... 102
3.4. Проверка достоверности полученных результатов 106
Глава 4. Результаты работы по создание макетного образца ДКДВС
4.1. Макетный образец ДК ДВС 110
4.1.1. Аппаратная часть комплекса ПО
4.1.2. Программная часть комплекса 114
4.1.3. Сравнение современного дополнительного диагностического оборудования и разработанного комплекса 115
4.2. Алгоритм проведения диагностических процедур на -5 автомобиле 116
4.3. Основные диагностические тесты 119
4.4. Примеры регистрации работы двигателя на различных режимах 123
4.4.1. Определение нулевой линии датчика давления в цилиндре... 123
4.4.2. Контроль фаз газораспределения двигателя 124
4.4.3. Расчет параметров рабочего тела 125
4.4.4. Расчет момента механических потерь 127
4.5. Примеры применения макетного образца ДК ДВС при диагностике автомобилей 132
4.6. Возможные области применения и перспективы развития ДКДВС 139
Выводы 141
Литература
- Особенности конструкции и диагностики автомобильных двигателей отечественного производства
- Структурная схема и функциональное назначение элементов универсального диагностического комплекса
- Расчет параметров рабочего цикла
- Сравнение современного дополнительного диагностического оборудования и разработанного комплекса
Введение к работе
Актуальность работы. Постоянно повышающиеся требования к характеристикам автомобильных двигателей неизбежно влекут усложнение конструкции ДВС и его системы управления. При этом роль диагностики, являющейся основным компонентом технического обслуживания и ремонта автомобилей, постоянно возрастает.
Современные средства автомобильной диагностики, как правило, ориентированы на определенные марки машин и по логике зарубежных автопроизводителей предназначены для выявления приблизительно 90% всех возникающих неисправностей. Проблемы, относящиеся к 10% неисправностей, по их мнению, следует решать заменой узлов, агрегатов, блоков управления, не вдаваясь в суть их неисправности. Но в условиях России, где стоимость деталей выше, а их доступность ниже, чем в странах Западной Европы, США и Японии, идти по пути блочной замены, неоправданно дорого. Следовательно, неавторизованные СТОА, проводя более тщательную диагностику и исключая неоправданные замены исправных деталей, могут получить конкурентные преимущества, но для этого требуется дополнительное диагностическое оборудование. В этой ситуации проблема разработки диагностического комплекса, позволяющего проводить оценку технического состояния двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием при использовании в них современных систем управления, представляется своевременной и актуальной.
Цель работы – разработка диагностического комплекса (ДК), позволяющего проводить углубленную диагностику ДсИЗ на основании анализа протекания рабочих процессов двигателя.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
-
Обосновать актуальность разработки диагностического комплекса, позволяющего проводить диагностику на основании обработки сигналов моторного жгута и дополнительных датчиков.
-
Сформулировать требования, предъявляемые к ДК ДВС, для углубленной диагностики двигателей.
-
Проработать структурную схему ДК ДВС, а также обосновать выбор диагностических параметров, используемых при работе комплекса.
-
Разработать методики и алгоритмы обработки сигналов моторного жгута и дополнительных датчиков с целью получения на их основе выбранных диагностических параметров.
-
Разработать программное обеспечение комплекса, позволяющее проводить регистрацию и обработку исходной информации по заданным алгоритмам с получением диагностических параметров в форме, обеспечивающей их анализ и визуализацию.
-
Создать макетный образец диагностического комплекса и произвести его тестирование в условиях СТОА.
Объект исследования. При разработке диагностического комплекса объектом исследования являлись автомобильные двигатели различных модификаций, поступающие на СТОА для диагностики и ремонта.
Предмет исследования. Предметом исследования являлась связь неисправностей с их объективными проявлениями, позволяющая проводить диагностику ДВС на основании анализа сигналов моторного жгута.
Методы исследования. Экспериментальное определение давления в цилиндре двигателя и угла поворота коленчатого вала двигателя в функции времени, оцифровывание полученных аналоговых зависимостей с помощью многоканального АЦП; компьютерное моделирование на базе полученных массивов диагностических параметров, описывающих техническое состояние двигателя, его элементов и систем.
Научная новизна. Разработанный ДК ДВС позволяет оперативно производить углубленную диагностику двигателя на основании анализа протекания рабочего процесса в цилиндрах. Диагностическими параметрами в ДК являются показатели рабочего цикла. Для их получения использованы оригинальные алгоритмы обработки индикаторных диаграмм и сигнала датчика положения коленчатого вала, синхронизации шкалы угловых отметок с сигналами других датчиков. Программное обеспечение комплекса предоставляет возможность пользователю формировать новые собственные алгоритмы обработки зарегистрированных сигналов, что позволяет использовать ДК при исследовании процессов в ДВС и в других компонентах автомобиля.
Достоверность и обоснованность. Представленные в работе методики получения диагностических параметров построены с использованием классических методов термодинамики и механики. Результаты моделирования полностью согласуются с основными положениями теории рабочих процессов поршневых ДВС. При разработке и тестировании методик обработки зарегистрированных сигналов использовались статистические данные о параметрах работы ДВС и систем управления, полученные с более 1000 автомобилей различных модификаций.
Практическая ценность. Разработанный диагностический комплекс может быть использован в неавторизованных СТОА совместно со специализированным диагностическим оборудованием для диагностики значительного спектра моделей автомобилей. При одновременном повышении результативности и качества диагностики, значительно возрастает процент неисправностей, выявленных на стадии диагностики, а не в процессе ремонта. ДК ДВС может быть использован при научно-исследовательской деятельности для сбора и обработки информации при возможности регистрации большого числа каналов данных и создания произвольных алгоритмов их обработки. Комплекс позволяет наглядно представлять взаимосвязь рабочих процессов двигателя.
Реализация работы. Макетный образец ДК ДВС используется в ПЛТД МАДИ как мотортестер при диагностике двигателей тех автомобилей, для которых штатными средствами диагностики не удается найти верное диагностическое решение. В среднем, он подключается к 10% автомобилей, которым требуется диагностика. Некоторые неисправности, с которыми обращаются в сервис, можно выявить только при помощи данного комплекса. Комплекс используется в процессе обучения студентов МАДИ на кафедре Теплотехники и автотракторных двигателей.
Основные положения, выносимые на защиту.
Состав и структура универсального диагностического комплекса обрабатывающего сигналы моторного жгута и дополнительных датчиков.
Методика обработки сигналов ДПКВ и получение шкалы угловых отметок с шагом 0,1 градус ПКВ.
Методика обработки индикаторных диаграмм совместно с сигналами других датчиков, позволяющая получать крутящий момент, момент механических потерь, энергетические показатели рабочего цикла.
Диагностический комплекс, обеспечивающий регистрацию и обработку сигналов моторного жгута ДВС и дополнительных датчиков комплекса.
Личный вклад автора.
Методические основы определения неисправностей двигателя, для диагностики которых производителями не предложено диагностических средств и нахождение диагностических параметров для них.
Разработка методик получения диагностических информационных параметров, использование которых в ДК ДВС позволяет дополнить штатную диагностику автомобилей.
Разработка программного обеспечения, позволяющего на основании зарегистрированных сигналов получать требуемые информационные диагностические параметры.
Тестирование макетного образца диагностического комплекса в производственных условиях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах в МАДИ (2-е Луканинские чтения, 2005 г.); в ФГУП ГНЦ НАМИ (международный автомобильный научный форум 2007 г.); в МГТУ МАМИ (международная научно-техническая конференция МАМИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» 2010 г.); в МГТУ им Н. Э. Баумана (юбилейная международная конференция «Двигатель – 2010»); в МАДИ (юбилейные 5-е Луканинские чтения, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи (из них 2 в издании, входящим в Перечень ВАК).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Она включает 159 страниц основного текста, содержащего 3 таблицы, 30 рисунков и 3 приложения. Библиография включает 111 наименований.
Особенности конструкции и диагностики автомобильных двигателей отечественного производства
Подавляющая часть современного автомобильного рынка - приблизительно 95% - состоит из автомобилей, для оценки которых соотношение стоимость автомобиля - потребительские свойства стоит на первом месте. Соответственно, для концерна, производящего автомобили, прибыль, которая есть в первом приближении разность между розничной стоимостью автомобиля плюс доходы от продажи запчастей и обслуживания и затратами на его производство и гарантийное обслуживание, может быть увеличена, из-за высокой конкуренции на рынке, в основном за счет снижения издержек на производство и гарантийное обслуживание. Этим можно объяснить резкое увеличение потока отказов после выхода автомобиля за границы гарантийного обслуживания. Кроме этого нужно иметь в виду, что себестоимость - внутренняя стоимость деталей, агрегатов, блоков управления меняемых при гарантийном обслуживании автомобиля в разы ниже их розничной стоимости. Анализируя все эти факты, приходим к выводу, что подход к техническому обслуживанию, ремонту, диагностике у дилеров существенно отличается от подхода неавторизованных технических центров [32, 92].
В период гарантийного срока эксплуатации автомобиля обслуживание у дилера является условием сохранения гарантии на дорогостоящие узлы и агрегаты. После окончания гарантийного срока у владельца автомашины появляется выбор: либо продолжать обслуживаться у дилера, оплачивая ремонт и обслуживание автомобиля по ценам, значительно превышающим среднерыночные, либо искать сервис, где за те же работы нужно платить значительно меньшие деньги.
Рассмотрим, каким образом у неавторизованного сервиса может возникнуть конкурентное преимущество перед дилером. Для снижения для клиента конечной стоимости ремонта можно выбрать два пути: снижение затрат и повышение производительности труда. Некоторое снижение затрат за счет уменьшения численности дополнительного персонала и снижения представительских расходов вполне себя оправдывает, но уменьшение затрат за счет меньших зарплат основных ремонтных рабочих и инженерно-технического персонала неизбежно повлечет и снижение качества работ, а как следствие снижение рейтинга сервиса. Существенное повышение производительности труда перед дилером можно получить в сфере диагностики, а так как от правильных диагностических решений зависят и ремонтные действия, то общий выигрыш может получиться очень серьезным. У дилера обслуживаются, в основном, новые автомобили, еще не вышедшие за гарантийный срок эксплуатации. Вероятность возникновения неисправности у этих машин относительно невелика, а в случае ее возникновения замена по гарантии деталей, узлов, агрегатов, блоков управления, с отказом которых может быть связан признак неисправности, для дилера стоит не дорого, а для клиента - бесплатно.
Соответственно, проводя диагностику исключительно штатными методами, в задачу инженера-диагноста входит локализация неисправности и принятия диагностического решения, с замены каких деталей и узлов следует начинать ремонт. В случае возникновения подобных проблем у машины, вышедшей за гарантийный срок эксплуатации, такой подход оказывается разорительным для клиента и побуждает его искать сервис, где смогут произвести диагностику более точно, избавив его от лишних затрат. Но для проведения более точной диагностики штатных средств часто бывает недостаточно. Этот факт нужно рассматривать как основную предпосылку для создания диагностического комплекса, который поможет принять верное диагностическое решение в тех случаях, когда штатная диагностика не может этого сделать [92, 95, 96]
В нашей стране автомобильная промышленность отличается крайнем консерватизмом. Двигатель и система управления автомобиля максимально просты, номенклатура минимальна и может практически не меняться десятилетиями. Такая специфика отечественной автомобильной промышленности отразилась и на системе подготовки кадров: знания по устройству, обслуживанию и ремонту отечественных автомобилей. Эти знания занимают относительно небольшой объем, хорошо структурированы, по ним имеется хорошая литература, и эти знания передаются последующим поколениям практически без изменений. До появления в 90-х годах на отечественных автомобилях западных (Bosch, GM) систем впрыскивания бензина при диагностике двигателей могли использоваться только приборы для диагностики и контроля работы высоковольтной части системы зажигания. С появлением систем впрыскивания, управляемых микроконтроллерами, возникла необходимость в компьютерных средствах диагностики. На первом этапе это вызвало некоторые сложности - не хватало ни подготовленных людей, ни диагностических
Системы управления, которые устанавливаются на отечественные автомобили, из-за консервативности двигателей, также обладают значительно большей, по сравнению с западными системами, консервативностью. Поэтому сейчас диагностическим сканером для работы с отечественными автомобилями может быть любой ноутбук, если на него устанавливается соответствующая диагностическая программа. Этот ноутбук подключается к автомобилю через USB адаптер. Диагностические программы и USB адаптеры для ноутбуков и их описание широкодоступны, помимо этого выпускается большое число специализированных сканеров. Кроме средств, подключаемых к диагностическому разъему, для диагностики используются моторте-стеры. Их используют для диагностики системы зажигания, просмотра формы сигналов различных датчиков и их суперпозиции. Так как конструкция двигателя меняется незначительно и остается простой, то и принципиальных изменений в системах управления нет. Информация о форме сигналов и их суперпозиции широко распространена и доступна [3, 19, 25, 27, 32, 37, 92, 95]
Ситуация с ремонтом автомобилей Европейского, Американского или Японского производства, вне крупных дилерских центров, складывается совершенно иначе. Проводить диагностику современного автомобиля западного производства без дилерского диагностического сканера невозможно. Подавляющее большинство неавторизованных сервисов не являются ориентированными на какую-либо одну марку автомобилей, соответственно для диагностики они вынуждены пользоваться мультисистемными сканерами, потому что иметь дилерский сканер для каждой марки слишком дорого. Муль-тисистемные сканеры не позволяют реализовать большую часть потенциала, заложенного в систему самодиагностики автомобиля, при помощи них можно решать задачи по диагностике только тривиальных неисправностей, воз -20 никших в двигателе. Литература по ремонту автомобилей зарубежного производства, выходящая в нашей стране, в основном переводная. Уровень первоисточника весьма невысокий, скорее популярный, чем сервисный, а в процессе перевода получается материал, содержащий массу ошибок и неточностей и малоподходящий в качестве пособия при проведении диагностики и ремонта.
Дилерские центры самостоятельно обучают свой персонал, но даже дилерская документация не дает полной информации о работе ДВС, его компонентов, алгоритмах работы системы управления. Эта документация рассчитана на механика, которому даются опорные точки для контроля. С ее помощью можно произвести несложную диагностику и замену неисправной детали или блока. При проведении диагностики и ремонтных воздействий дилерская документация ссылается на специальное оборудование, которое облегчает проведение работ, но не является абсолютно необходимым. Дается информация о факте использования при проведении работ такого-то специального оборудования, а принцип его действия и возможность исключить его использование не рассматривается. Такой подход позволяет обеспечивать работоспособность автомобилей, приезжающих на обслуживание в дилерские центры. Стоимость такого подхода весьма высока и может быть оправдана только в случае почти новых автомобилей, находящихся на гарантии, которые и составляют значительную часть автомобилей, обслуживающихся у дилеров [32, 51, 92, 95, 96].
В специализированных учебных заведениях дается только общая информация о системах управления современных двигателей, осуществлять практические действия, владея только этой информацией, достаточно сложно [86, 95].
Структурная схема и функциональное назначение элементов универсального диагностического комплекса
Так как предлагаемый диагностический комплекс является универсальным, то есть пригодным для диагностики различных марок автомобилей, отличающихся друг от друга и двигателями и системами управления, и, как следствие, количеством линий, сигналы которых подлежат регистрации, нужно принять решение о том, какое количество линий должно быть одновременно доступно для регистрации. Все регистрируемые сигналы можно разделить на три основные группы:
Первая группа сигналов - это сигналы первичной цепи катушек зажигания, управление топливными форсунками, сигналы управления различными клапанами и приводами. Отличительной особенностью сигналов этой группы является относительно высокая амплитуда напряжения, высокая мощность и большая крутизна фронтов. Для снижения влияния высокого напряжения этих сигналов на другие сигналы, для снижения габаритов регистрирующего модуля и уменьшения вероятности выхода его из строя из-за высокого напряжения, сигналы первой группы нужно регистрировать при помощи специальных адаптеров. Роль адаптеров - восприятие сигналов на исполнительных органах, преобразование и передача на регистрирующий блок. Для снижения взаимного влияния сигналов их передача планируется с применением токовой петли [75, 80].
Сигналы управления катушками зажигания разных цилиндров по времени не пересекаются, поэтому сигналы управления всеми катушками зажигания можно свести на один канал модуля регистрации. Соответственно адаптер катушек зажигания должен иметь несколько (12) входов и один токовый выход, ток которого пропорционален суммарному напряжению на входах.
Сигналы управления топливными форсунками, по сути, являются релейными. На большинстве режимов работы двигателя одновременно могут быть активированы сразу несколько форсунок, но при анализе работы двигателя информативна только продолжительность импульсов активации форсунок. Поэтому, для того чтобы была возможность определить, сколько топлива было подано в каждый цилиндр, и при этом использовать минимальное количество каналов, предлагается применять амплитудное кодирование сигналов (рис. 2.2). Отчеты АЦП 20Ь7=211-1
Таким образом, к блоку согласования подводятся сигналы активации от всех форсунок, и в зависимости от того, какие форсунки активизированы, генерируется импульс соответствующей суммарной амплитуды. Продолжительность импульса соответствует времени активизации форсунок.
При проектировании адаптеров нужно учесть то, что в зависимости от системы управления, топливные форсунки могут активироваться напряжением, значительно превышающим 12 В и это напряжение нужно регистрировать не относительно корпуса автомобиля, а как перепад на выходах форсунки.
Таким образом, используя два шестиканальных адаптера, можно регистрировать подачу топлива в каждый цилиндр 12-ти цилиндрового двигателя.
Помимо катушек зажигания и топливных форсунок в современных двигателях имеются следующие исполнительные органы: - клапаны управления фазами газораспределения - до 4; - клапаны регулирования давления в шине RAIL - до 2; - клапаны управления изменяемым резонансным объемом впускного коллектора - до 2; - привод дроссельной заслонки - до 2; - клапан холостого хода - 1; - привод управления турбонагнетателем - до 2; - привод механизма изменяемой высоты подъема клапана - до 2. Эти механизмы управляются электрическими импульсами переменной скважности. Часть из них является реверсивными, то есть полярность импульсов на них может меняться. -59 Таким образом, применяя дополнительное кодирование сигналов, всю информацию о работе исполнительных органов 12-ти цилиндрового двигателя, которых на нем около 40 единиц, можно зарегистрировать при помощи четырех информационных каналов блока регистрации.
Вторая группа сигналов - это сигналы штатных информационных датчиков системы управления двигателем.
Наиболее информативным из них является сигнал ДПКВ. В системах управления используется два основных типа ДПКВ - индукционный и Холла. При использовании инкрементного колеса «60-2» теоретическую погрешность (5п), с которой можно определить частоту вращения коленчатого вала (п), можно рассчитать по формуле: 8n=100/(f/n) (2.1), где f, - частота оцифровывания канала ДПКВ. Соответственно, чтобы теоретическая погрешность определения частоты вращения на частотах порядка 5000 мин"1 была не более 0,1 %, частота дискретизации канала ДПКВ должна быть 5 МГц.
Следующая группа датчиков - это датчики положения распределительных валов (до 4). Обычно это датчики Холла, то есть сигнал этих датчиков можно регистрировать при помощи адаптера, предложенного для регистрации сигналов на релейных исполнительных органах.
Следующая группа штатных информационных датчиков это: - датчики массового расхода воздуха - до 2; - датчики положения дроссельной заслонки - до 4; - датчики положения педали - до 2; -60 - датчики давления во впускном коллекторе - до 2; - датчики давления в шине RAIL - до 2; - датчики положения промежуточных валов системы с переменной высотой подъема клапанов - до 2; - датчики кислорода - до 2.
Нужно отметить, что сигналы этой группы изменяются во времени относительно медленно и для их регистрации достаточно обеспечить частоту дискретизации до 50 кГц на канал. Амплитуда напряжения на этих датчиках обычно 5 В и для регистрации этих сигналов достаточно 12-ти разрядное АЦП [72, 75].
Сигналы датчиков, как штатных, так и дополнительных, также предлагается передавать на блок регистрации токовой петлей, но снизить количество задействованных каналов блока регистрации, относительно числа датчиков, не представляется возможным. Нормирующий блок должен иметь входы, рассчитанные четыре диапазона напряжений: ±5В, ±50В, ±100В, ±500В.
Расчет параметров рабочего цикла
По определению, коэффициент дозарядки - ф] представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя к моменту полного закрытия впускного клапана (в момент завершения процесса впуска в точке а") -т(а"), к его возможному количеству в цилиндре в момент завершения такта впуска в точке а - (НМТ) - т(а): фі = т(а )/ т(а).
Так как при индицировании непосредственно измеряется только давление в цилиндре, то коэффициент дозарядки можно рассчитать следующим образом: где /?Расч_ расчетное давление в цилиндре в НМТ. Для его нахождения, также, как и при определении момента закрытия впускного клапана, выбирается участок (фась-фасг), максимально приближенной к моменту закрытия впускного клапана (см. рис. 3.3). На этом участке рассчитывается показатель политропы сжатия п\\
Определение коэффициента дозарядки; а - давление в цилиндре, в - давление перед впускными клапанами, г - расчетное давление сжатия, давление во впускном коллекторе
Далее, для интервала углов поворота кривошипа от q \ до q \w (НМТ) в предположении постоянства показателя политропы ni=const, рассчитывается ветвь - продолжение политропного процесса сжатия:
Неоднозначность в определении массы рабочего тела объясняется тем, что в момент перекрытия клапанов, то есть смены процесса выпуска процессом впуска, в зависимости от режима работы двигателя, возможна продувка или обратный заброс. Продувка сопровождается потерей некоторой части рабочего тела, обратный заброс, наоборот, вводит в цикл некоторую дополнительную массу. Оба этих процесса принципиально не влияют на качество ТВС и не могут быть учтены ни при помощи контроля качества ОГ, ни при помощи анализа показаний ДМРВ. То есть в уравнении состояния идеального газа количество молей рабочего тела непосредственно зависит от продувки и обратного заброса. Для того, чтобы учесть влияние этих факторов, предлагается следующий алгоритм:
1. На основании сигнала ДМРВ рассчитывается цикловое наполнение воздухом (тв); на основании импульса активации форсунки рассчитывается масса топлива (wT); если двигатель работает на ТВС стехио-метрического состава, должно соблюдаться равенство тв=15 тт.
2. Считаем, что температура воздуха и топлива близки, а перемешивания и теплообмена с ОГ нет. Тогда Та. твс будет незначительно отличаться от Тк, которая измеряется датчиком температуры во впускном коллекторе. Исходя из этого определяем парциальный объем ТВС:
Для определения температуры рабочего тела в любой фазе рабочего цикла используется уравнение состояния идеального газа, связывающее между собой параметры рабочего тела (р - давление, V - объем и Г - температура) и физико-химические характеристики (трт - масса и ДрТ - молярная масса) рабочего тела: р, давление по индикаторной диаграмме в заданной фазе рабочего цикла; V, объем надпоршневого пространства; R= 8,31 Дж/(моль-К), универсальная газовая постоянная. F = Fc+F„r(l-cos ) + -[l-cos(arcsin(Asin ))]i (3.19); Ф - угол поворота коленчатого вала, определяющий расчетную фазу рабочего цикла; -91 mpT, масса рабочего тела; по закону сохранения массы остается неизменной от момента полного закрытия впускного клапана до начала открытия выпускного клапана; ДрТ, кажущаяся молярная масса рабочего тела. Исходный состав и масса рабочего тела трг=твозд+тт+тог (3.20), где: гавозд, тт, соответственно масса воздуха и топлива, поступившие в цилиндр двигателя за процесс наполнения; тог масса продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла (остаточные газы). Данная методика расчета температуры рабочего тела неприемлема для процессов газообмена от начала открытия выпускного клапана до полного закрытия впускного клапана. Здесь по ходу реализации процессов газообмена изменяется масса рабочего тела - трт, в связи с чем расчет температуры необходимо предварять анализом динамики массообмена между цилиндром и окружающей средой.
Сравнение современного дополнительного диагностического оборудования и разработанного комплекса
Он состоит из набора разветвителей для подключения к наиболее часто диагностируемым маркам автомобилей и собственно коммутационного блока. Разветвители (тройники) выполненные с одной стороны для подключения к ЭБУ, с другой к моторному жгуту, третьим разъемом подключаются к коммутационному блоку. Коммутационный блок рассчитан на 90 информационных линий моторного жгута. В зависимости от подключенной системы управления ДВС на коммутационный блок накладывается соответствующая маска, позволяющая определить какие линии моторного жгута, где находятся. В соответствии с маской оператор, проводящий диагностику, может подключить нужные линии моторного жгута к соответствующим входам нормирующего блока.
Нормирующий блок имеет входы, рассчитанные четыре диапазона напряжений: ±5В, ±50В, ±100В, ±500В.
Для решения ключевой задачи работы ДК - оценки качества протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя, блок первичных преобразователей укомплектовывается дополнительными устройствами, основными из которых является датчики давления газов в цилиндре двигателя и в элементах систем газообмена.
В макетном образце ДК для измерения давления в цилиндрах двигателя на нагрузочных режимах использовался датчик-свеча фирмы AVL совместно с усилителем заряда. Чувствительный элемент этого датчика работает на пье-зо-эффекте. Из-за того, что этот датчик при проведении моторных испытаний имелся в единственном экземпляре, индицировать можно было только один цилиндр. В ПЛТД МАДИ был спроектирован и изготовлен датчик - свеча, в конструкции которого в качестве чувствительного элемента используется оптоволоконный сенсорный элемент фирмы "OPTRAND incorporated" (USA), но по результатам тестирования его работа была признана неудовлетворительной.
Для регистрации давления перед впускными клапанами и после выпускных клапанов используются более доступные дифференциальные датчики давления Motorola МРХ5999 с пределом измерения до 1,0 МПа и с принудительным охлаждением корпуса. Эти же датчики использовались при параллельном индицировании всех цилиндров двигателя на режиме холостого хода
В задачу первого блока входит обеспечить регистрацию выбранных каналов АЦП с заданной частотой дискретизации и запись этой информации на жесткий диск компьютера.
Результатом регистрации электрических сигналов датчиков и исполнительных органов являются файлы данных. Число этих файлов соответствует числу регистрируемых каналов. Помимо этого создается файл формата .xml, который содержит служебную информацию о зарегистрированных данных. Регистрируемые данные являются целыми числами типа «Integer» и имеют размерность в отсчетах АЦП. Для некоторых регистрируемых данных, например сигналов датчиков положения коленчатого и распределительного валов, напряжения на инжекторах, абсолютное значение напряжения на них не несет в себе полезной информации - важно лишь изменение этого напряжения во времени. Но для регистрируемых каналов, где напряжение однозначно связано с измеряемой датчиком физической величиной, важно и абсолютное значение напряжения на датчиках, и его изменение во времени. Сигналы таких датчиков проходят два этапа преобразования - из отсчетов АЦП в вольты и из вольт в соответствующую физическую величину. При пересчете данных из отсчетов АЦП в вольты происходит изменение типа данных с
«Integer» на «Float». Пересчет производится по формуле у=кх+с, где х - количество отсчетов АЦП, полученное при регистрации; у - значение регистрируемой величины, В; к, с - коэффициенты пересчета, индивидуальны для каждого канала блока нормировки. Пересчет из единиц напряжения в единицы измеряемой физической величины производится по зависимостям, индивидуальным для каждого датчика (первичного преобразователя). Соответственно, регистрацию сигналов, сопровождающих работу двигателя, должна предварять процедура калибровки диагностического комплекса и процедура тарировки датчиков при помощи комплекса.
Разрабатываемый диагностический комплекс, по сути, является мотор-тестером, но со значительно большими возможностями. Современный мо-тортестер это мобильный диагностический прибор, состоящий из многоканального (обычно 4-х канального) цифрового осциллографа и различных датчиков и щупов для подключения к автомобилю. Программное обеспечение мотортестера позволяет регистрировать и визуализировать с простейшим обсчетом (минимум, максимум, частота) электрические сигналы датчиков и исполнительных механизмов автомобиля. Обычно, мотортестеры применяют для диагностики старых автомобилей, не имеющих или имеющих слабую самодиагностику. Иногда их приходится применять и для диагностики современных автомобилей, в случае, когда на основании сообщений системы самодиагностики нельзя определить причину неисправности. В связи с тем, что при визуализации зарегистрированных сигналов предоставляется возможность просто наблюдать суперпозицию изменения напряжения от времени на различных каналах, не имея их логической обработки, информативность такого прибора не высокая.
Принципиальным отличием предлагаемого диагностического комплекса от имеющихся мотортесторов является то, что при визуализации, кроме зависимости напряжения от времени предоставляется еще и логический вид ис -117 следуемого канала. Наиболее информативным является обработанный сигнал датчика положения коленчатого вала. Все цикловые события работы двигателя являются функцией сигнала этого датчика. С другой стороны, коленчатый вал воспринимает усилия от всех поршней двигателя, соответственно, его ускорение в каждый момент должно быть пропорционально суммарному крутящему моменту. Для большинства каналов получить их логический вид можно только на основании совокупного анализа ряда различных каналов. Этим объясняется большое количество входных каналов у разрабатываемого комплекса. Для получения логических каналов из зарегистрированных зависимостей напряжения от времени требуется соответствующий математический аппарат, реализованный программно. Такая реализация возможна на ПК с мощным процессором. Часто на основании анализа обработанных сигналов со штатных датчиков и исполнительных органов не удается сделать исчерпывающего заключения о работе двигателя. Существенно улучшить ситуацию с анализом протекающих в двигателе процессов можно установив в цилиндры двигателя датчики давления. Наличие в диагностическом комплексе дублирующих каналов информации позволяет существенно повысить его функциональность.
