2.2. Средства диагностирования двигателей

Средства диагностирования двигателей классифицируют по области применимости - на СТД бензиновых и дизельных двигателей; по типу - на стационарные, переносные и передвижные, по виду источника питания - от внешней сети и аккумуляторной батареи; по типу индикации - по СТД с аналоговой, цифровой, параллельной, комбинированной индикацией, а также с индикацией на экране осциллографа и дисплея; по назначению - на и электрооборудования, системы питания, газоанализаторы oД., по исполнению - на СТД механические, электрические, пневматические, электронные и др.

Средства диагностирования электрооборудования. Мотор-тестеры обеспечивают поиск и локализацию основной массы отказов 40 % основных отказов и неисправностей автомобилей, а на долю электрооборудования порядка 50 % всех отказов двигателей. В большинстве случаев мотортестеры помимо диагностирования электрооборудования обеспечивают также диагностирование системы питания, цилиндропоршневой группы и ряда других систем и механизмов двигателя. Для этого их доукомплектовывают расходомерами топлива, газоанализаторами, мановакуумметрами.

В табл. 2.4 приведены основные технические характеристики современных средств диагностирования электрооборудования бензиновых двигателей. Основными составляющими этих СТД являются осциллоскоп; дисплей; измерители (аналоговые или цифровые) частоты и снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя, углов опережения зажигания и замкнутого состояния контактов прерывателя; авометр; мановакуумметр; газоанализатор и т. д. Как правило, эти СТД обеспечивают совмещение контрольных и регулировочных операций.

Таблица 2.4. Основные технические характеристики

(Примечания: 1. Знаком «*» обозначено, что стенд обеспечивает также измерение расхода и давления топлива; А, Ц, К, П — соответственно аналоговая, цифровая, комбинированная, па раллельная индикация. 2. Знаком «**» обозначено, что стенд обеспечивает также измерение давления топлива)

На АТП и СТО страны наиболее широко применяют мотор - тестеры К-461 и КИ-5524 (СССР), Палтест ИТ-254 (ЧССР), Элкон Ш-300 (ВНР), ЕМТ-1010, ЕМТ-1080, а также стенды типа Мастер-2, -3, -5, -7 (США). Метрологические характеристики некоторых из них приведены в табл. 2.5,

Мотор-тестер К-461 (рис. 2.5) предназначен для проверки 4-тактных двигателей с числом цилиндров 4, 6, 8 и номинальным напряжением электрооборудования 12 В. Мотор-тестер включает в себя осциллоскоп, вольтметр, измерители угла замкнутого состояния контактов прерывателя и угла опережения зажигания, измеритель эффективности работы цилиндров (по снижению частоты вращения КВД при отключении зажигания отдельных цилиндров), тахометр и омметр. Результаты измерений выводят на экран осциллографа и два аналоговых (стрелочных) индикатора.

Рис. 2.5. Лицевая панель мотор-тестера К-461: 1 - экран осциллографа, 2 — стробоскоп, 3 — прибор измерения напряжения, угла замкнутого состояния контактов, снижения частоты вращения коленчатого вала, 4 — прибор измерения частоты вращения. коленчатого вала и сопротивления, 5 — лампочка включения стенда, 6 — тумблер включения стенда, 7 — ручка установки нуля омметра, 8 — переключатель «тахометр-омметр» 9 — кнопка выключения цилиндра, 10 — ручка установки нуля тахометра, 11 - переключатель «Δn» выбора отключаемого цилиндра, 12 - регулятор программы осциллографа, 13 — кнопка «2V» перереключения вольтметра, 14 - кнопка горизонтального расширения развертки, 15 — переключатель числа цилиндров двигателя, 16 — табло программ

Мотор-тестер подсоединяют к диагностируемому двигателю автомобиля с помощью датчика импульсов, включаемого в цепь зажигания первого цилиндра, датчика высокого напряжения и выводов типа "крокодил" для подключения к аккумуляторной батарее автомобиля и присоединения к корпусу прерывателя-распределителя зажигания.

Таблица 2.5. Метрологические характеристики средств диагностирования двигателей

Мотор-тестер Элкон Ш-300 (рис. 2.6) предназначен для диагностирования 2-, 4-, 6- и 8-цилиндровых бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Если мотор-тестер дополнить переносным прибором Элкон ШД-302, то он может производить также диагностирование дизельных двигателей. В комплект мотор-тестера входят газоанализатор Элкон Ш-305, соединительный кабель для испытания зажигания, токоизмерительный зажим, измерительный кабель для снятия вольт-амперных характерйстик, стробоскопическое устройство, контрольная форсунка, соединительный элемент цилиндра, соединительный (быстродействующий) элемент для подачи сжатого воздуха, ручной воздушный насос для создания разрежения, комбинированный зажим, прямая и Т-образная вставки, фонендоскоп, две вакуумные трубки, кабель Для подключения к сети.

Рис. 2.6. Мотор-тестер Элкон Ш-300

Блок-схема осциллоскопа мотор-тестера (рис. 2.7) состоит из блок-схемы осциллоскопа и блок-схемы цифрового прибора. В соответствии с блок схемой осциллоскопа требуемое напряжение питания обеспечивается преобразованием сетевого напряжения 220 В/50 Гц в источнике 1 питания. Сигналы напряжения, входящие на первичный или вторичный вход аналогового осциллоскопа через контур 6 (формирует сигналы), поступают в контур 4 выбора программы. Выбор необходимой программы (вида измерения) осуществляется нажатием соответствующей кнопки. Перемещение электронного луча осциллоскопа по экрану обеспечивается устройством горизонтального смещения 3 и синхронизирующим контуром с помощью генератора 7 пилообразного сигнала. Синхронный сигнал усиливается выходной ступенью горизонтальной развертки. Усиление, пропорциональное измеряемому напряжению, обеспечивается усилителем 12 вертикальной развертки, который управляется электронным переключателем 8. Высокое напряжение электронного луча создается контуром 11, с которого через соединительный контур 16 поступает на экран с электромагнитным смещением.

Рис. 2.7. Блок-схема осциллоскопа мотор-тестера Элкон Ш-300: 1 — источник питания, 2, 5 — датчики, 3 — устройство горизонтального смещения электронного луча, 4 — контур выбора программы, 6 — контур формирования сигналов, 7 — генератор пилообразного сигнала, 8 — электронный переключатель, 9 — блок формирования светового сигнала частоты вращения, 10 — преобразователь, 11 — контур высокого напряжения, 12 — усилитель вертикальной развертки, 13 — генератор, 14 — блок формирования светового сигнала угла опережения зажигания, 15 — стробоскоп, 16 — соединительный контур

По входным сигналам, поступающим с датчиков 5 и от стробоскопа 15, блоки 9 и 14 формируют на экран осциллоскопа световые сигналы частоты вращения коленчатого вала и угла опережения зажигания. Сигналы растрового изображения создаются генератором 13. Номенклатура параметров, индицируемых на экран осциллоскопа, на цифровом индикаторе и мановакуумметре, приведена в табл. 2.6.

Таблица 2.6. Номенклатура параметров, измеряемых мотор-тестером Элкон Ш-300

Цифровой прибор (2.8.) питается от аккумуляторной батареи диагностируемого автомобиля через кабели с обозначениями "+" и "-". Измеряемое напряжение через датчики 2 и измерительный зажим с ячейками Холла поступает в центральный контур управления 3. Отсюда измерительный сигнал через селекторный контур 4 поступает в контуры измерения напряжения 5, сопротивления 6 и тока возбуждения 7, а также в контур регулировки, Контуры измерения тока 8, мощности 9 и сигнализации дефекта 10 диода генератора питаются от токоизмерительного 1 а и контура 3. Результаты измерений выдаются на пятиразрядном индикаторе 11.

Рис. 2.8. Блок-схема цифрового прибора мотор-тестера Элкон Ш-300: 1,2 — датчики, 3 — контур управления, 4 — селекторный контур, 5 — контур измерения напряжения, 6 — контур измерения сопротивления, 7 — контур измерения тока возбуждения, 8 — контур измерения тока, 9 — контур измерения мощности, 10 — контур проверки диода генератора, 11 — индикатор, 12 — зонд измерения СО, 13 — контур измерения СО, 14 — цифровой индикатор, 15 — регулятор давления, 16 и 17 — индикаторы падения давления и давления — разрежения

Сигнал напряжения, пропорционального содержанию СО в от управляющих газах, через контур 13 поступает в контур 3. Органы управления мотор-тестером приведены на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Органы управления мотор-тестера Элкон Ш-300: 1-5 — кнопки выбора числа цилиндров двигателя, 6, 7 — кнопки серийного и наложенного первичных изображений, 8 и 9 — кнопки серийного изображения с пиковой амплитудой 20 и 40 кВ, 10 — кнопка установки наложенного и растрового изображений и подбора режима измерений разности мощностей цилиндров, 11 — кнопка пуска серий измерений разности мощностей цилиндра, 12—17 — кнопки управления и регулирования осциллоскопа, 18-20 - сигнальные лампочки включения соответствующей шкалы тахометра, 21 - кнопка измерения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, 22 — кнопка измерения мощности в электрической цепи, 23, 24 - кнопки измерения силы тока, 25 — кнопка измерения напряжения в электрической цепи, 26, 27 — кнопки измерения сопротивления, 28 - кнопка измерения при мгновенном (не более 1,5 с) возбуждении генератора, 29 - кнопка фиксации показаний на цифровом индикаторе, 30 — потенциометр установки нуля на индикаторе, 31 — ввод сжатого воздуха режения) 33 - регулятор давления сжатого воздуха, 32, 35 — вход для измерения давления (и разрежения), 33 - регултор давления сжатого воздуха, 34 — калиброванный жиклер, 36-39 - потенциометры тарировки газоанализатора, 40 — предохранитель, 41 — главный рубильник сети

Мотор-тестер Палтест ЙТ-254 (ЧССР) отличается от своего прототипа Палтест ЙТ-251 повышенными метрологическими характеристиками и уровнем автоматизации процесса измерения диагностических параметров. В укрупненном виде он охватывает диагностирование цепей питания (аккумуляторная батарея, генератор, реле-регулятор), системы зажигания (классического и транзисторного типов) системы питания, а также обеспечивает оценку технического состояния и сравнение между собой отдельных цилиндров двигателя.

Диагностирование цепей питания включает измерение напряжения (падения напряжения) на зажимах аккумуляторной батареи в статике и режиме пуска двигателя, измерение напряжения и частоты пульсаций выпрямленного напряжения на выходе генератора, которое проводят без нагрузки и под нагрузкой двигателя, что позволяет оценить коэффциент проскальзывания ремня, ч выявить неисправный диод в выпрямителе напряжения, оценить состояние реле-регулятора.

Диагностирование системы зажигания включает проверку состояния катушки зажигания; измерение угла замкнутого состояния контактов прерывателя, начального угла опережения зажигания; контроль состояния вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания, падения напряжения на контактах распределителя, напряжения во вторичной цепи. Кроме того, обеспечивается качественная оценка состояния конденсатора.

При диагностировании системы питания оценивают с обеспечением регулировки состояние карбюратора, проверяют функционирование ускорительного насоса.

Оценку технического состояния отдельных цилиндров осуществляют отключением их из работы блокировкой подаваемых на свечи импульсов зажигания.

Весь комплекс проверки выполняют за 16 последовательных операций, включающих: измерение температуры в диапазоне 100 °С; напряжения в диапазоне 0±20 В; высокого напряжения в диапазоне 0-20 кВ; частоты пульсаций напряжения в диапазоне 800-6666 Гц; относительной величины угла замкнутого состояния контактов прерывателя в диапазоне 0-100 %; угла опережения зажигания в диапазонах 0-99,9° и 20-99,9Э; величины асинхронизма искрообразования и угла распределения подачи импульсов на свечи зажигания в диапазоне 0-100°; содержания СО в диапазоне 0-10 %; емкости в диапазонах 0,1-1 мкФ и 40-100 % (последнее для диапазона емкостей 0,1- 0,35 мкФ); сопротивления в диапазонах 0-99,9 кОм и 0-99,9 Oм На отдельном цифровом табло постоянно высвечивается значение измеряемой частоты вращения коленчатого вала.

Рис. 2.10. Лицевая панель мотор-тестера Палтест ЙТ-254: 1 - индикатор превышения диапазона, 2 - индикатор полярности, 3 - цифровой индикатор измеряемых величин, 4 - цифровой индикатор частоты вращения, 5 - индикаторы символов измеряемых величин, 6 - контрольное табло операций, 7 - индикаторы питания, 8 - выключатель 'Сеть', 9 - анализатор настройки, 10 - регуляторы настройки индикаторов на нуль, 11 - входы сигналов датчиков и подключения дистанционного управления, 12 - кнопка предварительного выбора режима измерения

На рис. 2.10 показан общий вид лицевой панели мотор-тестера включающей блок индикации (табло вольтметра, тахометра символов измеряемой величины, а также контрольное табло операций), блок управления и блок внешнего подключения. Общая схема подключения мотор-тестера к диагностируемому двигателю через коробку подключения дистанционного управления показана на рис. 2.11,

Рис. 2.11. Схема подключения мотор-тестера Палтест ЙТ-254 к двигателю: 1 — двигатель 2 — датчик температуры, 3 — стробоскоп, 4 — датчик верхней мертвой точки, 5 — коробка подключения дистанционного управления, 6 — генератор переменного тока, 7 — аккумуляторная батарея, 8 — датчик высокого напряжения, 9 — катушка зажигания, 10 — распределитель зажигания, 11 — высоковольтный датчик зажигания (первого цилиндра)

На автотранспортных предприятиях и на предприятиях автотехобслуживания широко применяют специализированные переносные приборы, приведенные в табл. 2.7.

Таблица 2.7. Технические характеристики переносных приборов для диагностирования системы электрооборудования автомобилей

Автотестер K-484 (СССР) предназначен для проверки технического состояния системы электрооборудования и оценки качества работы цилиндров автомобильных карбюраторных двигателей (рис. 2.12), Из-за наличия накладных датчиков прибор К-461 более логичный в эксплуатации, чем мотор-тестер К-461. В состав прибора входят датчик тока, стробоскоп, датчики первого цилиндра и высокого напряжения, выводы типа "крокодил" для подключения к аккумуляторной батарее диагностируемого автомобиля и выводов для измерения сопротивления, напряжения, частоты вращения и т. д.

Рис. 2.12. Лицевая панель и датчики автотестера К-484: 1 — стробоскоп, 2 — датчик первого цилиндра, 3 — датчик высокого напряжения, 4, 5, 6 — зажимы измерения напряжения и частоты вращения, 7 — датчик измерения силы тока, 8, 9 — зажимы измерения сопротивления, 10 — ручка установки нуля омметра, 11 — кнопочный переключатель числа (4, 6, 8) цилиндров двигателя, 12 — кнопочный переключатель измерения силы тока, частоты вращения, емкости конденсатора, сопротивления, 13 — ручка установки нуля амперметра, 14 — тумблер «Сеть», 15 — контрольная лампа включения прибора, 16 — кнопочный переключатель выбора цилиндров (1—8), 17 — кнопочный переключатель измерения напряжения, высокого напряжения угла опережения зажигания, угла замкнутого состояния контактов, снижения частоты вращения коленчатого вала, 18, 19 — измерительные приборы

Блок-схема прибора (рис. 2.13) содержит измеритель III эффективности работы цилиндров, измерители IV углов опережения зажигания и замкнутого состояния контактов, тахометр II, вольтметр, омметр, амперметр I, измерители высокого напряжения (киловольтметр V) и емкости.

Рис. 2.13. Блок-схема автотестера K-484: I — амперметр, II — тахометр, III — измеритель эффективности работы цилиндров, IV — измеритель угла опережения зажигания, V — киловольтметр; 1 — датчик тока, 2 — стабилизатор тока, 3, 9, 17, 21 — усилители, 4 — омметр, 5 — зажимы, 6 — измеритель емкости, 7 — индикатор, 8, 11, 13, 26 — переключатели, 10, 19 — формирователь импульсов, 12 — коммутатор, 14 — формирователь импульсов I цилиндра, 15 — датчик импульсов, 16 — преобразователь, 18 — мультивибратор, 20 — осветитель, 22 — формирователь импульсов прерывателя, 23 — электронный ключ, 24 — датчик напряжения, 25 — измеритель УЗСК, 27 — измерительный прибор, 28 — аттенюатор, 29 — схема селекции, 30 — пиковый детектор, 31 — вольтметр

Принцип работы измерителя III эффективности работы цилиндров заключается в измерении снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя при поочередном отключении каждого цилиндра. Импульсы с прерывателя после формирования в блоке 22 поступают на вход коммутатора 12, который запускается от заднего фронта импульсов прерывателя и формирует за один цикл работы двигателя один импульс нулевого потенциала на каждом выходе. Таким образом на выходе "1" формируется импульс, перекрывающий импульс первого цилиндра, на выходе "2" - перекрывающий импульс второго цилиндра и т. д. Схема рассчитана так, что при любой частоте вращения коленчатого вала обеспечивается временное перекрытие импульса прерывателя, выбранного для проверки цилиндра, соответствующим импульсом с коммутатора. После прохождения числа импульсов, равных числу цилиндров двигателя, цикл работы коммутатора повторяется. Для четырехцилиндрового двигателя, например, повторение циклов производится импульсами обратной связи с выхода "5", а синхронизирующие импульсы с формирователя 14 воздействуют на счетчик только в начале его работы и при его сбое.

Выбор отключаемого цилиндра производится переключателем Д через который импульс с одного из выходов коммутатора подается на вход ключа 23. Импульсы обратной связи коммутатора поступают на формирователь 10 импульсов прямоугольной формы, частота следования которых пропорциональна частоте вращения коленчатого вала.

Для измерения снижения частоты вращения частота следования импульсов преобразуется в постоянное напряжение преобразователем 16 и через разделительный конденсатор при нажатии кнопки "Δn" преобразованный сигнал поступает на усилитель 17 и далее через переключатель 26 на индикатор 27. Через разделительный конденсатор передается только измененное напряжение, вызванное снижением частоты вращения. Если частота вращения постоянная, то напряжение не изменяется, при этом на вход усилителя 17 напряжение не поступает и стрелка индикатора остается в нулевом положении. При отпускании кнопки "Δn" происходит сброс показаний.

При измерении угла опережения зажигания короткие импульсы с формирователя 14 поступают на мультивибратор 18, который формирует прямоугольные импульсы с регулируемой в широких пределах длительностью. Эти импульсы поступают на усилитель 21 и далее через переключатель 26 на измерительный прибор 27.

Формирователь 19 из заднего фронта импульсов с выхода мультивибратора формирует короткие прямоугольные импульсы, которые поступают на схему запуска стробоскопа. Вспышки лампы (осветителя 20) стробоскопа задерживаются относительно момента искрообразования а первом цилиндре на время, равное длительности импульса мультивибратора, и устанавливаются так, чтобы расположение контрольных меток совпадало.

При измерении угла замкнутого состояния контактов прерывателя импульсы формирователя 22 поступают на схему измерителя 25, причем длительность их соответствует времени разомкнутого состояния контактов, а время паузы - замкнутому состоянию. Далее преобразованный сигнал выдается на приборе 27.

Импульсы с формирователя 10 с частотой следования, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала, через усилитель 9 поступают на индикатор 7. Сюда же поступают сигналы измерителей сопротивления 4 и емкости 6.

Схема измерения высокого напряжения состоит из последовательно соединенных бесконтактного датчика высокого напряжения 24, аттенюатора 28, используемого для приведения различных амплитуд к одному уровню, схемы селекции 29, обеспечивающего выбор определенного цилиндра, пикового детектора 30 и измерительного прибора 27, подключенного в схему через переключатель 26. Выбор цилиндров производится подачей на управляющий вход схемы селекции сигнала с соответствующего выхода коммутатора 12.

Схема измерения тока состоит из накладного датчика 1 тока, стабилизатора тока 2, усилителя 3 и индикатора 7, подключенного в схему через переключатель 8.

Прибор Э-214 (СССР) предназначен для проверки системы электрооборудования автомобилей, в том числе аккумуляторной батареи, генераторов постоянного и переменного тока, стартеров, реле-регуляторов, прерывателей-распределителей зажигания, катушек зажигания. Он позволяет оценивать состояние цепей высокого напряжения. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи диагностируемого автомобиля. Напряжение питания 12 или 24 В.

Прибор (рис. 2.14) состоит из панели и корпуса; весь монтаж измерительных приборов и переключателей выполнен на панели. На лицевой части панели установлены вольтметр, амперметр, комбинированный измерительный прибор. Здесь же размещены контрольный разрядник с регулируемым искровым промежутком, реостат нагрузки, биметаллический переключатель и другие кнопки и переключатели.

Рис. 2.14. Прибор Э-214 для проверки системы электрооборудования: 1 — вольтметр, 2, 5, 9 — кнопки, 3 — комбинированный измеритель, 4 — переключатель, 6 — амперметр, 7 — разрядник, 8 — реостат нагрузки, 10 — переключатель силовых цепей автомобиля, 11 — переключатель измерительных цепей, 12 — переключатель напряжения, 13 — разъем, 14 — переключатель амперметра

Коммутация схемы прибора для проверки электрооборудования напряжением 12 и 24 В осуществляется с помощью специального переключателя.

Измеритель эффективности работы цилиндров модели Э-216M (СССР) предназначен для обнаружения ненормально работающих цилиндров четырехтактных бензиновых (карбюраторных) двигателей с числом цилиндров 4, 8 и номинальным напряжением в сети электрооборудования 12 В. Прибор обеспечивает измерение частоты вращения коленчатого вала и снижения частоты вращения коленчатого вала при поочередном отключении отдельных цилиндров, т. е. позволяет измерить относительную мощность цилиндров двигателя. Диапазон измерения частоты вращения 0-1500 и 0-7500 мин^-1, снижения частоты вращения 0-300 мин^-1.

Импульсы напряжения U₁ (рис. 2.15) с контактов прерывателя через формирователь 3 поступают на счетчик импульсов 5. На второй вход счетчика через формирователь 2 поступает сигнал с датчика импульсов первого цилиндра, обеспечивающий начало счета. Выбор отключаемого цилиндра при измерении снижения частоты вращения (относительной мощности) КВД производится переключателем 14. Измерение снижения частоты вращения осуществляется при нажатой кнопке 11, после ее отпускания происходит сброс показаний закорачиванием входа усилителя.

Рис. 2.15. Блок-схема прибора Э-216М: 1 — датчик импульсов первого цилиндра, 2, 3 — формирователи, 4, 12, 14 — переключатели, 5 — счетчик импульсов, 6 — резистор, 7 — ключ, 8 — усилитель, 9 — конденсатор, 10 — преобразователь, 11 — кнопка, 13 — генератор нормированных импульсов, 15 — индикатор

В настоящее время широко применяют бестормозной метод оценки мощности двигателей по угловому ускорению вращения коленчатого вала, измеренному в режиме свободного разгона без внешней нагрузки от минимально устойчивой частоты вращения до максимальной при быстром (резком) увеличении подачи топлива в цилиндры до максимума.

Измерение углового ускорения может осуществляться так же съемом сигнала с датчика верхней мертвой точки, встроен кого в конструкцию двигателя, с распределителя зажигания, генератора автомобиля и т. д.

Для диагностирования бензиновых двигателей легковых автомобилей описанным динамическим методом предназначен прибор ИМ-1 (рис. 2.16). Прибор переносного типа (масса 2,5кг, габаритные размеры 270X170X190 мм), напряжение питания 12 В. С помощью прибора измеряют основные диагностические параметры, характеризующие мощностные показатели двигателя.

Рис. 2.16. Блок-схема прибора ИМ-1: 1 — фильтр низких частот, 2 — селектор уровней, 3 — селектор приращения частоты вращения, 4 — счетчик циклов, 5 — дешифратор, 6, 7 — ключи, 8, 9 запоминающие устройства, 10 — тиристорный ключ

Прибор содержит семь функциональных плат: источника питания, измерения угла опережения зажигания, измерения угла замкнутого состояния контактов прерывателя и частоты вращения коленчатого вала, автоматики, блока памяти, измерения напряжения и сопротивления.

Для измерения угла опережения зажигания используют стробоскопический эффект. Запуск стробоскопа осуществляется от датчика первого цилиндра в момент разрыва контактов прерывателя через регулируемый элемент задержки; при работе стробоскопа без задержки вспышка стробоскопической лампы происходит в момент появления искры на первом цилиндре. Напряжение 300-400 В для питания лампы вырабатывается формирователем.

Сигнал (переменное напряжение) с генератора автомобиля (см. рис. 2.16) поступает на вход низких частот, а далее на входы селекторов уровней и приращения частоты вращения (селектор Δn).

Селектор уровней предназначен для формирования сигналов в момент достижения коленчатым валом двигателя минимального и максимального мгновенных значений частоты вращения, а также в моменты достижения частоты вращения значений, соответствующих началу измерений ускорений во время разгона и выбега.

Селектор Δn формирует отметки постоянного приращения часты вращения на всей разгонной характеристике двигателя.

Счетчик циклов и дешифратор предназначены для выработки и программы работы двигателя и управления ключами запоминающих устройств, в которых суммируется и хранится информация.

С выходов запоминающих устройств снимают показания, характеризующие разгон и выбег вращения коленчатого вала. Управление работой двигателя по заданной программе осуществляют тиристорным ключом.

Для диагностирования дизельных двигателей на АТП применяют отечественные переносные приборы К-261, ИМД-12, ИПД-3 и др. Определенный интерес представляют станционарная установка КИ-13940, ее передвижной вариант КИ-5530 (на базе автомобиля УАЗ-452), а также дизель-тестер Элкон ШД-300 (ВНР).

Прибор К-261 (СССР) предназначен для диагностирования дизельных двигателей ЯМЗ и КамАЗ. Он обеспечивает Измерение частоты вращения коленчатого вала, числа оборотов начала и конца действия регулятора частоты вращения, установочного угла опережения вспрыска топлива, давления начала вспрыска топлива, максимального давления вспрыска топлива. Прибор обеспечивает также оценку качества работы регулятора частоты вращения и автоматической муфты опережения вспрыска топлива. При подключении к прибору осциллографа можно определять по характеру осциллограммы давления техническое состояние нагнетательного клапана, плунжерной пары, толкателя плунжера, распылителя форсунки.

Прибор К-261 переносного типа, габаритные размеры 325X175X270 мм, масса 7 кг, напряжение питания 220 В. Основная приведенная погрешность измерения давления ±5,0 %, частоты вращения ±3 %, угла опережения вспрыска топлива ±2,5 %.

Установка КИ-13940 (СССР) относится к числу автоматизированных комплексов целевого назначения. Она обеспечивает измерение диагностических параметров, обработку и их сравнение с нормативным значением, определение остаточного ресурса по результатам индивидуального прогнозирования. Результаты измерений выдаются на цифровых индикаторах и регистрируются цифропечатающим устройством.

Установка обеспечивает измерение 21 физической величины (номенклатура диагностических параметров значительно шире): давление и расход жидкости; расход, давление и разрежение газов; линейные и угловые перемещения; температуру; электрические параметры тока, напряжения и сопротивления и т. д.

Установка может применяться на больших АТП, на спецавтоцентрах КамАЗ, на постах заявочного диагностирования крупных СТО и др.

Газоанализаторы. В соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87 токсичность отработавших газов автомобилей должна контролироваться по параметрам СО, CH. Для этих целей предназначены специальные приборы - газоанализаторы (табл. 2.8). Применение газоанализирующей аппаратуры позволяет, в первую очередь, оценить техническое состояние двигателя автомобиля, обнаружить и локализовать в нем неисправность, провести регулировку двигателя на оптимальный режим.

Таблица 2.8. Основные технические характеристики газоанализаторов

(Примечание. Знаком «*» помечены ориентировочные значени)

Как правило, все газоанализаторы работают на принципе поглощения отработавшими газами инфракрасного излучения (рис. 2.17). Газоанализатор включает газоотборный зонд, отделитель конденсата, фильтр тонкой очистки, защитный фильтр, насос, источники инфракрасного излучения, измерительную и сравнительную кюветы, блок усиления и измерительный прибор.

Рис. 2.17. Принципиальная схема газоанализаторов: 1 — газоотборный зонд, 2 — отдели тель конденсата, 3 — фильтр тон кой очистки, 4 — защитный фильтр 5 — насос, 6 — источник инфра красного излучения, 7 — синхрон ный электродвигатель, 8 — обтюра тор, 9 — кнопка сравнения, 10, 12 — приемники излучения, 11 — усилитель, 13 — измерительная кювета, 14 — индикатор

Излучение от двух накаленных спиралей фиксируется при измерении параболическими зеркалами. Верхняя камера заполнена чистым воздухом, не поглощающим ИК-излучение. В нижней рабочей камере отработавшие газы поглощают из общего спектра излучение соответствующей длины волны. Таким образом, в детектор поступают два потока ИК-излучения различной интенсивности. Такие газоанализаторы чувствительны к изменениям температуры, поэтому на входе в рабочую камеру газ фильтруют, удаляют конденсат и с помощью холодильника стабилизируют его температуру. Для ослабления влияния наружной температуры газоанализаторы оборудуют встроенным термостатом.

Расходомеры топлива. Для измерения расхода топлива применяют колбовые расходомеры; счетчиковые расходомеры (лопастные, поршневые, с овальными и цилиндрическими шестернями); расходомеры, основанные на струйном методе измерения, переменном перепаде; тахометрические; электромагнитные; ультразвуковые и другие типы (табл. 2.9).

Таблица 2.9. Основные характеристики расходомеров топлива

н

Наиболее широко применяют объемные колбовые расходомеры. К их числу относят отечественные расходомеры К-516.0, КИ-8940, расходомеры UZP-3 и UZP-6 (ПНР), Мотекс (ЧССР) и др. Принцип работы расходомеров этого типа практически одинаков.

Расходомер К516.02 (рис. 2.18) включает мерную колбу объемом 100 или 200 см³, уравнительный бак, кран управления клапан выпуска избыточного воздуха в атмосферу и манометр. Расходомер с помощью двух гибких шлангов подсоединяют в разрыв топливопровода между насосом и карбюратором. Цикл работы расходомера включает этап заполнения мерной колбы топливом и этап измерения, когда работа двигателя осуществляется на топливе, поступающем из мерной колбы. Переключение расходомера на разные режимы работы осуществляется с помощью крана управления.

2.18. Схема расходомера топлива К-516.02: 1, 3, 4, 5 — трубопроводы, 2 — кран управления, 6 — мерная колба, 7 — уравнительный бак, 8 — клапан выпуска избыточного воздуха в атмосферу

Расходомеры этого типа имеют высокую точность измерения, однако их применение ограничено из-за высокой трудоемкости диагностирования и низкой технологичности.

Разновидностью расходомера переменного перепада является петлевой центробежный преобразователь. При прохождении через преобразователь частицы топлива движутся с разными скоростями, определяемыми радиусами закругленной петли. По перепаду давления оценивают расход топлива, проходящего через преобразователь.

Расходомеры этого типа имеют очень узкий диапазон измерения расхода топлива. Конструктивная их реализация осложнена высокими требованиями к точности радиуса петли и внутреннего диаметра трубопровода. Примером расходомера переменного перепада является также расходомер дроссельного типа, например КИ-8940. Эти расходомеры широкого применения не получили.

Более широко применяют поршневые расходомеры. К их числу относится расходомер Фловтроник-205 (Швейцария)" обеспечивающий измерение суммарного и мгновенного расходов топлива, а также расхода за задаваемые интервалы времени или пробега. Расходомер состоит из четырехпоршневого датчика ^ и электронного блока. Дополнительно в комплект расходомера входит специальная приставка, которая обеспечивает измерен расхода топлива у дизельных двигателей.

В отечественной практике применяют ротаметрические расходомеры топлива, к числу которых относится КИ-12371. Этот расходомер предназначен для измерения мгновенного и среднего расходов топлива. Он отличается простотой и надежностью в эксплуатации, низкой трудоемкостью диагностирования.

Широко применяют тахометрические расходомеры, к числу которых относятся расходомеры КИ-13967, К-427 и др.

Рис. 2.19. Электронный расходомер топлива КИ-13967: 1 — датчик, 2 — электронный блок, 3 — соединительные шланги, 4 — кабель питания

Расходомер топлива КИ-13967 (рис. 2.19) основан на принципе преобразования скорости потока топлива в частоту вращения одноопорной крыльчатки. Состоит расходомер из одного или двух турбинных тахометрических датчиков типа ТДР, электронного блока преобразования сигналов датчиков и индикации результатов измерения, комплекта соединительных топливных шлангов и кабеля питания. Наличие двух датчиков позволяет легко измерять расход топлива у двигателей, имеющих возвратную (от карбюратора или топливного насоса высокого давления) сливную магистраль. В этом случае первый датчик устанавливают в напорную топливоподающую магистраль, а второй - в сливную магистраль (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Схема измерения расхода топлива с помощью двух датчиков: 1 — топливный бак, 2 — топливный насос, 3, 9 — напорная и сливная магистрали, 4, 5 датчик расхода, 6 — измерительный прибор, 7 — карбюратор, 8 — двигатель

В качестве датчика частоты вращения крыльчатки использован магнитоиндукционный преобразователь в виде двух-секционной катушки, установленной на наружной поверхности корпуса датчика расхода. При прохождении лопастей крыльчатки в непосредственной близости от катушки на выходе магнитоиндукционного преобразователя формируются импульсы, частота следствия которых пропорциональна расходу топлива.

Электронный блок расходомера КИ-13967 (выполняет функции частотомера) состоит из (рис. 2.21) одного из двух идентичных (зависит от числа используемых датчиков) каналов первичной обработки сигналов и схемы вторичной обработки сигналов.

Рис. 2.21. Блок-схема электронного расходомера топлива КИ-13967: 1, 2 — датчики расхода, 3, 4 — усилители, 5, 6 — триггеры Шмитта, 7, 8 — одновибраторы, 9, 10 — фильтры низких частот, 11, 12 — пиковые детекторы, 13 — дифференцирующий усилитель, 14 — одновибратор с повтором, 15 — компаратор, 16 — генератор напряжения, 17 — счетчик импульсов, 18 — схема «И», 19 — генератор импульсов, 20 — счетчик, 21 — дешифратор, 22 — блок питания, 23 — индикатор

В состав канала первичной обработки входят последовательно соединенные усилители, триггер Шмитта, одновибратор, фильтр низких частот и пиковый детектор; последний включен в состав схемы для запоминания и хранения (при необходимости) максимального значения сигнала при измерении максимального расхода топлива на переходных режимах работы двигателя.

Вторичная обработка сигналов осуществляется аналого-цифровым преобразователем (АЦП), который обеспечивает преобразование разности сигналов с выходов каналов первичной обработки в трехразрядный код десятичного числа. Запуск АЦП осуществляется одновибратором по команде дифференцирующего усилителя.

Аналого-цифровой преобразователь включает в себя компаратор, генератор линейно-возрастающего напряжения, триггер измерения, генератор импульсов, схему "И", счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор.

К числу перспективных можно отнести струйные, вихревые, ультразвуковые и тепловые расходомеры топлива. Принцип работы струйных расходомеров заключается в следующем. Направленная струя рабочей жидкости взаимодействует с препятствием (например, плоской перегородкой). Усилие, действующее на препятствие со стороны струи, пропорционально расходу рабочей жидкости. Примером струйного расходомера является механотронный расходомер. Струя протекающей через сечение датчика рабочей жидкости отклоняет мембрану 3 (рис. 2.22) на угол а (угол отклонения мембраны пропорционален расходу рабочей жидкости). Подвижная мембрана играет роль подвижного электрода. В зависимости от положения подвижного электрода относительно неподвижного меняется ток или напряжение в электрической цепи механотрона. Эти расходо-меры просты в изготовлении и обслуживании. С помощью механотронных датчиков можно измерять также давление, усилие, перемещение и т. п.

Рис. 2.22. Схема механотронного датчика расхода: 1 - трубопровод, 2 — неподвижный электрод, 3 — подвижный электрод (мембрана)

Принцип работы вихревых расходомеров основан на завихрении потока топлива (и другой жидкости) с последующим измерением частоты пульсаций давления, которая определяет скорость и соответственно расход топлива. К расходомерам этого типа относятся расходомеры, основанные на эффекте Кармана. Принцип их работы заключается в измерении частоты появления вихрей, создаваемых телом обтекания, помещенным в поток жидкости. Вихреобразование устойчиво в диапазоне чисел Рейнольдса R_e=50÷150 ООО, однако в диапазоне R_e=50÷500 зависимость частоты вихреобразования от скорости потока нелинейна. Возможно большое число вариантов конструктивного исполнения расходомеров, основанных на эффекте Кармана.

Схема одного из наиболее простых конструктивных исполнений расходомера данного типа с телом обтекания в виде цилиндра, ось которого перпендикулярна направлению движения жидкости, показана на рис. 2.23. Для повышения устойчивости вихреобразования на передней части цилиндра просверливают отверстия.

Рис. 2.23. Схема расходомера, основанного на эффекте Кармана: 1 — корпус, 2 — цилиндрическое тело обтекания, 3 — отверстие в теле обтекания, 4 — датчик, 5 - перегородка, 6 — вихри, срывающиеся с тела обтекания

Вихри образуются попеременно сверху и снизу цилиндра, при этом на цилиндр будут воздействовать силы в вертикальном направлении. Датчики, измеряющие усилия или перемещения цилиндра, могут быть различных типов: пьезоэлектрическими, тензорезисторными, электрическими, магнитными, оптическими и др. Применяют также датчики, регистрирующие вихри за телом обтекания.

При возникновении вихрей в цилиндре с отверстиями начинается перетекание жидкости попеременно от верхнего к нижнему ряду отверстий, и наоборот. Этот эффект может быть использован и для измерения скорости потока жидкости. В этом случае в цилиндре размещается горизонтальная перегородка, в которой делают вырез для установки датчика. В качестве датчика могут применяться тензорезисторы, термоанемометры, пьезодатчики и др.

Следует отметить, что расходомеры с использованием эффекта Кармана могут быть выполнены в виде щупа, включаемого в трубопровод через специальное резьбовое отверстие. Применение датчика-расходомера в виде щупа наиболее эффективно при проведении диагностирования в производственных условиях, так как трудоемкость установки такого датчика минимальна.

Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются высокая точность измерения и практическое отсутствие гидравлического сопротивления. Работа расходомера основана на использовании эффекта Допплера, т. е. на изменении частоты и фазы ультразвукового сигнала при прохождении ультразвука через движущуюся среду (рис. 2.24). Для компенсации температурной нестабильности включают дополнительные излучатель и приемник.

Рис. 2.24. Схема ультразвукового расходомера: 1 — корпус, 2 — излучатель сигнала, 3 — дополнительный излучатель, 4 — приемник сигнала, 5 — дополнительный приемник

Недостатком ультразвуковых расходомеров является необходимость применения достаточно сложной вторичной электронной аппаратуры. Однако в случае использования специальных микросхем с большой степенью интеграции указанное обстоятельство перестает быть существенным.

На рис. 2.25 показан принцип действия теплового расходомера. На защищаемую поверхность трубопроводов устанавливают медную стойку и на некотором расстоянии от нее нагревательный элемент с медной стойкой (резистор R_H), соединяемые между собой термопарой. Медные стойки изолируют от окружающей среды с помощью теплоизоляции.

Рис. 2.25. Схема подключения теплового расходомера: 1 - металлический трубопровод, 2 - медная стойка, 3 теплоизолятор, 4 - измерительный прибор, 5 - термопара, 6 - резистор R_H, 7 - медная стойка с нагревательным элементом, 8 - стабилизатор с источником питания

Нагревательный элемент питается от стабилизированное источника питания, обеспечивающего подачу постоянного по величине тока на резистор R_H. Скорость нагрева резистора Ra зависит от скорости потока рабочей жидкости в гидролинии.

С помощью дифференциальной термопары, припаянной к медным стойкам, измеряют разность температур входящего потока и нагревателя. Чем больше скорость потока рабочей жидкости, тем меньше разность температур. Диагностирование производят при постоянной температуре рабочей жидкости и постоянном усилии нагружения.