Устройство для контроля сгорания топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к технике автосервисного обслуживания и предназначено для использования в качестве средства диагностики при регулировке двигателей внутреннего сгорания. Устройство обеспечивает получение и автоматическую обработку данных о временных соотношениях между фазами горения топлива во всех цилиндрах двигателя и моментом подачи импульса зажигания в соответствующий цилиндр, а также о форме и длительности импульса зажигания. Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство содержит фото- и токосъемные корпуса - наконечники, устанавливаемые на специальные свечи - индикаторы и соединенные с многоканальным (по числу цилиндров двигателя) оптоэллектронным блоком. Каждый канал последнего содержит оптоэлектронный преобразователь и усилитель сигнала интенсивности горения топлива. Выходные сигналы всех каналов совместно с параллельно формируемыми в этом же блоке сигналами синхронизации, определяемыми моментами генерации импульсов зажигания и поджига свечей каждого из цилиндров двигателя, через управляемые коммутаторы поступают на индикаторный блок устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике автосервисного обслуживания и предназначено для использования в качестве средства диагностики при регулировке двигателей внутреннего сгорания с целью оптимизации режима сгорания топлива.

Известным средством контроля оптимальности режима сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания является, например, универсальный мотор-тестер КИМ-10-3 [1], принцип действия которого основан на определении снижения частоты вращения вала двигателя при последовательном отключении каждого из цилиндров двигателя и при одновременном определении содержания углеводородов в отработанных газах. Реализованный в этом устройстве метод контроля трудоемок, длителен в реализации, а обеспечиваемая им точность диагностики сравнительно невысока.

Известно более совершенное, с точки зрения точности, средство контроля оптимальности режима сгорания топлива, основанное на определении параметров оптического излучения, возникающего непосредственно в рабочих цилиндрах двигателя при сгорании в них топливной смеси [2].

В этом устройстве вывод оптического излучения из цилиндров осуществляется через втулки, в которых размещаются световоды. Эти втулки устанавливаются в специально изготовленные отверстия в крышке блока цилиндров. Световоды во втулках обеспечивают передачу света из камер сгорания на соответствующие фотоприемники.

Недостатком этого устройства является необходимость наличия дополнительной оснастки в виде специальной крышки блока цилиндров, устанавливаемой на время измерений на блоке цилиндров вместо его штатной крышки. Такая временная замена крышки блока цилиндров с последующим восстановлением его исходного состояния тоже достаточно трудоемка и значительно удорожает процесс контроля двигателя.

Известно устройство, позволяющее осуществить контроль процесса сгорания топлива на основе регистрации оптического излучения из цилиндра, требующее для своей реализации оснастки только в виде специальной свечи-индикатора с оптически прозрачным элементом [3].

Это устройство позволяет в максимальной степени просто (наименее трудоемок и наиболее экономично) получить исходную информацию о процессе сгорания топлива в цилиндре. Однако данное устройство может быть использовано в качестве средства диагностики только весьма ограниченной номенклатуры показателей оптимальности режима сгорания топлива. Этот недостаток устройства обусловлен тем, что в качестве диагностической информации используется только интенсивность сгорания топлива, при этом единовременно всего лишь для одного цилиндра. Тем не менее указанное устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому и может быть принято за прототип.

Целью изобретения является расширение объема получаемой с помощью устройства диагностической информации о процессах сгорания топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания за счет получения данных о временных соотношениях между фазами процесса горения топлива в каждом из N цилиндров двигателя и моментом подачи импульса зажигания в этот цилиндр, а также данных о зависимости процесса горения топливной смеси от формы и длительности импульса зажигания. Дополнительным результатом использования предлагаемого устройства является обеспечение автоматизации обработки информации о процессах сгорания топлива одновременно во всех цилиндрах двигателя, что расширяет диагностические возможности устройства т повышает его быстродействие.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для контроля сгорания топлива выполнено содержащим N (по числу цилиндров двигателя) пустотелых корпусов, каждый из которых, как и в устройстве-прототипе, содержит гнездо для установки свечи-индикатора, токопровод напряжения зажигания свечи и установленный в верхней части корпуса световод, подключенный к оптическому входу оптоэлектронного блока, электрический выход которого связан с индикаторным блоком. В отличие от известного устройства в предлагаемом изобретении каждый из N пустотелых корпусов дополнительно снабжен делителем напряжения с электрическим выводом поделенного напряжения поджига свечи, оптоэлектронный блок выполнен содержащим N оптоэлектронных каналов, состоящих из последовательно соединенных оптоэлектронного преобразователя и электронного усилителя, N формирователей синхроимпульса поджига свечи, делитель напряжения системы зажигания двигателя и два коммутатора. При этом оптический вход каждого из N оптоэлектронных каналов связан с одним из световодов, вход каждого из N формирователей синхроимпульса поджига свечи связан с выводом одного из делителей напряжения поджига, вход делителя напряжения зажигания свечи связан с катушкой зажигания двигателя, а его - со входом формирователя синхроимпульса зажигания и входом второго коммутатора, выходы всех формирователей синхроимпульсов поджига, всех оптоэлектронных каналов и выход формирователя синхроимпульса системы зажигания связаны со входами первого и второго коммутаторов, выходы первого коммутатора являются первым электрическим выходом оптоэлектронного блока, а выходы второго коммутатора являются его вторым выходом.

В частном случае реализации изобретения индикаторный блок выполнен в виде последовательно соединенных многоканального аналого-цифрового преобразователя и персональной ЭВМ, при этом вход АЦП связан с первым выходом оптоэлектронного блока.

В другом частном случае индикаторный блок выполнен в виде многоканального электронно-лучевого индикатора (осциллографа) с внешней синхронизацией, сигнальные и синхронизирующий входы которого связаны со вторым выходом оптоэлектронного блока.

На чертеже показана структурно-функциональная схема предлагаемого устройства в основной и обеих частных формах его реализации применительно к задачам контроля сгорания топлива и наиболее распространенном четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.

Устройство содержит N пустотелых корпусов 1 (показан вариант с четырьмя корпусами, используемый для диагностики четырехцилиндровых двигателей) с гнездами для установки в них свечей 2 зажигания с оптически прозрачными элементами 3. Каждый из корпусов 1 имеет токопровод 4 напряжения поджига свечи, световод 5, подключенный в оптоэлектрическому преобразователю 6 (фотодетектору) соответствующего канала оптоэлектронного блока 7, и делитель 8 напряжения поджига свечи, связанный с соответствующим формирователем 9 синхроимпульса поджига свечи. Выход каждого из оптоэлектрических преобразователей 6 связан с соответствующим усилителем 10. Все усилители 10 работают в линейном режиме. Выходы усилителей 10, а также выходы формирователей 9 подключены к двум коммутаторам 11 и 12.

В состав устройства входят также последовательно соединенные делитель 13 напряжения системы зажигания и формирователь 14 синхроимпульса системы зажигания. Выход делителя 13 подключен также к коммутатору 12, а выход формирователя 14 - к коммутаторам 11 и 12.

Коммутатор 11 может быть выполнен, например, как управляемый вручную многополюсный выключатель, а коммутатор 12 - как ручной переключатель на несколько направлений.

Выходы обоих коммутаторов является двумя независимыми выходами оптоэлектронного блока 7. В частном случае реализации предлагаемого устройства к выходу оптоэлектронного блока 7, являющемуся также выходом коммутатора 11, может подключаться показанный на чертеже индикаторный блок в виде последовательно соединенных многоканального АЦП 15 и ЭВМ 16. В другом частном случае реализации к выходу электронного блока 7, являющемуся также выходом коммутатора 12, может подключаться многоканальный электронно-лучевой осциллограф.

Функционирование предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При проведении диагностирования двигателя на установленные в этом двигателе специальные свечи 2 зажигания с оптически прозрачными элементами 3 надеваются пустотелые корпуса 1, их токопроводы 4 подключают к соответствующем клеммам распределителя зажигания (не показан), а вход делителя 13 напряжения системы зажигания подключают к низковольтному выводу катушки зажигания двигателя (не показан). После этого производится запуск двигателя.

При работе двигателя напряжение поджига свечей поочередно в соответствии с тактами работы двигателя поступает на свечи 2 через токопроводы 4.

При поступлении напряжения поджига в соответствующем цилиндре происходит процесс сгорания топлива, сопровождающийся оптическим излучением. Часть этого излучения через оптически прозрачный элемент 3 свечи и установленный в корпусе 1 световод 5 поступает на оптоэлектронный преобразователь 6 (фотоприемник), выполненный, например, на фотодиоде ФД - 7К, и преобразуется в электрический сигнал, уровень которого пропорционален уровню поступившего на преобразователь 6 оптического излучения. Полученный электрический сигнал усиливается работающим в линейном режиме усилителем 10 и поступает на коммутаторы 11 и 12.

При подаче на каждую из свечей 2 напряжения поджига часть этого напряжения через установленный на корпусе 1 делитель 8 поступает на формирователь 9. Последний выполненный, например, в форме ждущего одновибратора, запускается поделенным напряжением поджига свечи и вырабатывает электрический импульс нормализованной длительности и амплитуды (например, длительностью 2-5 мкс, амплитудой 5 B), выполняющий роль синхроимпульса напряжения поджига свечи положение переднего фронта этого импульса во времени совпадает с передним фронтом импульса напряжения поджига свечи).

Выходные импульсы всех формирователей 9 поочередно в порядке следования импульсов поджига свечей поступают на коммутаторы 11 и 12.

Каждый из высоковольтных импульсов поджига свечи формируется на основе низковольтного импульса, вырабатываемого в системе зажигания двигателя. Указанный низковольтный импульс (от 30 до 100 B для разных марок двигателей) поступает на делитель 13 напряжения. Выходное напряжение делителя 13 поступает на формирователь 14, представляющий собой, как и формирователь 9, ждущий одновибратор, вырабатывающий в момент размыкания первичной цепи катушки зажигания (не показана) нормализованный по амплитуде и длительности электрический импульс, являющийся импульсом синхронизации системы зажигания. Выходной импульс формирователя 14 поступает на коммутаторы 11 и 12.

Коммутатор 11 может быть выполнен, например, в виде управляемого вручную многополюсного выключателя. В положении "включено" электрические сигналы с выходом усилителей 10, несущие информацию о процессах горения топлива во всех цилиндрах двигателя, поступают на аналого-цифровой преобразователь 15 и после преобразования их в цифровую форму в ЭВМ 16. Туда же поступают и все формируемые в оптоэлектронном блоке импульсы синхронизации. ЭВМ осуществляет программную обработку всей поступающей информации и в соответствии с задачей регулировки двигателя формирует необходимые рекомендации служащим автосервиса.

Коммутатор 12 выполнен в форме управляемого вручную селектора группы входных сигналов. В каждом положении переключателя этого коммутатора (для показанного на чертеже примера устройства переключатель должен иметь не менее 4-х положений) из всех поступающих сигналов на выход коммутатора должна проходить группа только из трех сигналов: аналогового сигнала с выхода одного из усилителей 10, сигнала синхронизации напряжения поджига свечи соответствующего цилиндра двигателя и сигнала синхронизации напряжения системы зажигания. При указанном выборе коммутируемых сигналов и при подключении к выходу коммутатора 12 двухлучевого осциллографа 17 с внешней синхронизацией на экране последнего будут одновременно наблюдаться осциллограмма интенсивности процесса горения топливной смеси в одном из выбранных цилиндров двигателя и осциллограмма напряжения зажигания (при этом сигнал синхронизации напряжения поджига должен использоваться в качестве сигнала внешней синхронизации осциллографа 17). На чертеже указанное разделение сигналов на входе осциллографа 17 не показано.

Источники информации 1. Технические средства диагностирования (Справочник.- М.: Машиностроение, 1989, с. 330-378.

2. Патент США N 5067463, кл. F 02 D 41/14.

Авт. свид. СССР N 1769282, кл. H 01 T 13/48.1

Формула изобретения

1. Устройство для контроля сгорания топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, содержащее пустотелый корпус с гнездом для установки свечи-индикатора, токопроводом напряжения поджига свечи и установленным в корпусе световодом, подключенным к оптическому входу оптоэлектронного блока, электрический выход которого связан с индикаторным блоком, отличающееся тем, что устройство выполнено содержащим N пустотелых корпусов, каждый из которых дополнительно снабжен делителем напряжения с электрическим выводом поделенного напряжения поджига свечи, оптоэлектронный блок выполнен содержащим N оптоэлектронных каналов, состоящих из последовательно соединенных оптоэлектронного преобразователя и электронного усилителя, N формирователей синхроимпульса поджига свечи, делитель напряжения системы зажигания двигателя, формирователь синхроимпульса системы зажигания двигателя и два коммутатора, при этом оптический вход каждого из N оптоэлектронных каналов связан с одним из световодов, вход каждого из N формирователей синхроимпульса поджига свечи связан с выводом одного из делителей напряжения поджига, вход делителя напряжения системы зажигания связан с катушкой зажигания двигателя, а его выход связан с входом формирователя синхроимпульса системы зажигания и входом второго коммутатора, выходы всех оптоэлектронных каналов, выходы всех формирователей синхроимпульса поджига свечи и выход формирователя синхроимпульса системы зажигания связаны с входами первого и второго коммутаторов, выходы первого коммутатора являются первым электрическим выходом оптоэлектронного блока, а выходы второго коммутатора являются его вторым выходом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикаторный блок выполнен в виде последовательно соединенных многоканального аналого-цифрового преобразователя и ЭВМ, при этом вход аналого-цифрового преобразователя связан с первым выходом оптоэлектронного блока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикаторный блок выполнен в виде многоканального электронно-лучевого осциллографа и его вход связан с вторым выходом оптоэлектронного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1