Розробка та реалізація методу автоматизованого діагностування системи запалювання автомобільного двигуна на основі порівняння спектрів сигналів

Перед проведенням експериментальних досліджень двигуну, і системі запалювання особливо, проводились регламентні роботи по технічному обслуговуванню, передбачені заводом-виготовлювачем і нормативно-технічною документацією. 

Для проведення експериментальних досліджень безмоторним методом були розроблені і виготовлені спеціальні діючі моделі, які максимально наближають роботу системи до реальних умов. Таких моделей виготовлено дві: 1) для моделювання роботи контактної системи запалювання та безконтактної з датчиком Хола; 2) для моделювання роботи комплексної системи керування двигуном типу Motronic фірми BOCSH. Обидві моделі з електроприводом і регулятором частоти обертання валу розподільника високої напруги. Вони виготовлені на стандартних елементах відповідних типів систем запалювання. 

Автором спроектований і розроблений цифровий аналізатор систем автомобіля “Автотест”, який являє собою восьми канальний діагностичний пристрій призначений для зчитування аналогових сигналів з характерних місць діагностики, перетворення цих сигналів у цифрові і передачі їх в пам’ять ПК. Прилад дає можливість досліджувати сигнали з досить високою частотою дискретизації (до 1 МГц). Це дало можливість провести аналіз частотного спектру в досить широкому діапазоні частот (до 500 кГц) і визначити діапазон частот, який складає інтерес для діагностування (5–60 кГц). Частота дискретизації сигналу при зчитуванні встановлюється програмно. Для передачі даних в пам’ять ПК виконується дискретизація і квантування аналогового сигналу. Похибка квантування визначається розрядністю аналогово-цифрового перетворювача (АЦП). В цифровому аналізаторі прийнятий 12-розрядний АЦП. З кроком квантування   В. Відносна похибка квантування при подачі на вхід сигналу 1 В рівна 0,37 %, відношення сигнал/шум рівне 212834,4. 

П`ятий розділ присвячений аналізу експериментальних досліджень. Аналіз графіків СЩП показує, що кожна змодельована несправність по-своєму впливає на характер зміни значень СЩП у визначених діапазонах частот (Рис. 3).

Суть проведених експериментальних досліджень полягає у визначенні спектральних характеристик сигналу напруги системи запалювання у різних умовах і визначенні впливу несправностей досліджуваної системи на ці характеристики, що описуються параметрами математичної моделі.

Для дослідження характеристик СЩП в необхідному діапазоні частот (5–60 кГц) розрахований відповідний цифровий фільтр. Порядок фільтра – 20. В якості функції вікна вибрано вікно Хеммінга довжиною 21.

Параметри   математичної моделі визначаються коефіцієнтами поліномів четвертого порядку. В табл. 1 приведені матриці коефіцієнтів поліномів для параметра   справного технічного стану системи запалювання і параметра   при типовій несправності системи – обрив центрального ПВН. Графіки СЩП попередньо поділені на десять діапазонів частот. Коефіцієнти поліномів визначені методом інтерполяції. Параметри математичної моделі для інших несправностей визначаються аналогічно.

Таким чином, в базу даних заносяться значення параметрів математичної моделі при різних несправностях системи запалювання. Процес діагностування зводиться до визначення коефіцієнтів кореляції між поліномами відповідних діапазонів частот досліджуваного і базового сигналів. Як приклад, для автомобіля з несправністю в системі запалювання "обрив центрального ПВН", яка перевірена стандартними методами, в табл. 2 приведені коефіцієнти кореляції параметрів досліджуваного сигналу з базовими параметрами математичної моделі. 

 

Таблиця 1

Параметри математичної моделі при різних несправностях системи запалювання

 

Аналіз значень коефіцієнтів кореляції показує, що параметри досліджуваного сигналу відповідають параметру   бази даних, який описує несправність "обрив центрального ПВН". Отже, інформаційна база параметрів математичної моделі дає можливість встановлення кореляційного зв'язку між параметрами досліджуваного та базового сигналів. Такий аналіз є основою автоматизованого визначення несправностей системи запалювання.

Аналіз результатів діагностування різних типів систем запалювання показав, що характеристики СЩП (відповідно і параметри математичної моделі) безконтактної (з розподільником) та мікропроцесорної (статичної) систем запалювання подібні, але вони відрізняються від характеристик СЩП контактної системи. Для контактної системи запалювання досить характерними є діапазони частот в межах 12 кГц і 35 кГц, для безконтактної – діапазон частот від 5 кГц до 30 кГц.

 

Таблиця 2

Коефіцієнти кореляції для системи з несправністю обрив центрального ПВН

 

Розроблений метод автоматизованого діагностування системи запалювання автомобільного двигуна має ряд переваг над методами діагностування, існуючими на даний час. Основна перевага запропонованого методу над іншими – це можливість його автоматизації. Такий підхід дозволяє звести до мінімуму вплив людського фактору при встановленні результатів діагностування. Експериментальними дослідженнями встановлено, що достовірність запропонованого методу становить не менше 80 %. Даний метод діагностування, в порівнянні з іншими, складається з досить малої кількості елементарних перевірок: визначається тільки один діагностичний параметр – напруга первинного кола. В порівнянні з методом комплексного аналізу діагностичних параметрів за допомогою комп’ютерного мотор-тестера, тривалість діагностичних операцій запропонованого методу зменшена в 2–3 рази. Для реалізації даного методу не потрібне дороге діагностичне обладнання.

 

 

В дисертаційній роботі запропоновано і експериментально підтверджено новий науковий підхід до визначення несправностей системи запалювання автомобільного двигуна. Розроблено та реалізовано метод, який дозволяє автоматизувати процес діагностування та скоротити час пошуку несправностей. В основі