Наиболее простые методы бестормозного нагружения — методы контроля неравномерности вращения коленчатого вала двигателя, в том числе метод нагружения за счет выключения цилиндров. Последний широко применяется в средствах диагностирования двигателей и системы электрооборудования легковых автомобилей. Принцип этого метода диагностирования поясняется на примере четырехцилиндрового двигателя. Максимальная эффективная мощность четырехцилиндрового двигателя определяется уравнением
а мощность, создаваемая одним цилиндром, определяется из выражения
где Neн — номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; nн1max — номинальная максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя при работе на одном цилиндре (при технически исправном двигателе и оптимальных его регулировках), мин⁻¹; nн1max — средняя частота вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре, мин⁻¹; n1max — фактическая максимальная частота вращения коленчатого вала при работе на каждом цилиндре, мин⁻¹; А — коэффициент, постоянный для конкретной конструкции двигателя (определяется экспериментальным путем).
Все большее распространение получает динамический метод оценки мощностных характеристик двигателей по угловому ускорению вращения коленчатого вала, измеренному в режиме свободного разгона и выбега. При этом под свободным разгоном понимается переход двигателя, свободного от внешней нагрузки, из режима минимальных оборотов холостого хода в режим максимальных при быстром (резком) увеличении до максимума подачи топлива в цилиндры полным открытием дроссельной заслонки. В этом случае мощность двигателя Ne (кВт) определяется по формуле Ne=Jε(n/973,1), где J — приведенный момент инерции вращающихся масс двигателя (для каждой модели двигателя является постоянной величиной), кг·м²·с²; ε — угловое ускорение и частота вращения коленчатого вала, с-2. Из формулы видно, что при заданной частоте вращения коленчатого вала, близкой к номинальной, мощность определяется угловым ускорением.
Для измерения углового ускорения используются разные способы, в том числе основанные на регистрации импульсов от зубчатого венца датчиком, датчика высокого напряжения, пульсации отработавших газов, генератора диагностируемого автомобиля и т.д.
В табл. 2.3 представлены параметры, измеряемые с помощью ряда приборов. В состав прибора ИПД-3 входят провод для съема импульсов напряжения с генератора переменного тока, два датчика высокого напряжения (или два датчика импульсов впрыска топлива), два провода для измерения напряжения генератора и аккумуляторной батареи и сопротивления потребителей тока, стробоскоп.
2.3. Пределы измерения параметров дизельных и карбюраторных двигателей
| Наименование параметра | Приборы | ||||
| ИМД-2М | НМД-12 | НМД-Ц | ИПД-1М | ИПД-3 | |
| Пределы измерения параметров | |||||
| Мощность, кВт | 0...220 | 0...220 | 0...220 | 0...740 | 0...440 |
| Частота вращения коленчатого вала, с⁻¹ | 0...33,3 | 1,6...84,5 | 1,6...84,5 | 1...200 | 1...200 |
| Ускорение разгона и выбега вращения коленчатого вала, рад/с² | — | 5...500 | 5...500 | 5...650 | 5...800 |
| Угол опережения зажигания (или подачи топлива), град | — | — | 0...360 | 0...360 | |
| Коэффициент проскальзывания ременной передачи, % | — | — | — | — | 0...100 |
| Негерметичность цилиндров1 | — | — | — | + | + |
| Неравномерность подачи топлива в цилиндры секциями топливного насоса1 | — | — | — | + | + |
| Состояние форсунок1 | — | — | — | — | + |
1. Диапазоны измерений не приведены.
Сигналы с фазы генератора поступают через формирователь на фильтр 2 низкой частоты (рис. 2.5), который выделяет его постоянную составляющую с коэффициентом, определяемым при калибровке. Калибровка проводится в соответствии с фактическим передаточным отношением от коленчатого вала к ротору генератора. Так как напряжение на выходе фильтра соответствует частоте вращения коленчатого вала, то дифференциатор 5 вырабатывает напряжение, пропорциональное угловому ускорению коленчатого вала; сигнал на выходе интегратора 6 пропорционален углу опережения зажигания по первому цилиндру. Результаты измерении выдаются на четырехразрядный цифровой индикатор.
Рис. 2.5. Блок-схема прибора ИПД-3: 1, 9, 10 - формирователь, 2 - фильтр низкой частоты, 3 - компаратор, 4 - стробоскоп; 5 - дифференциатор, 6 - интегратор, 7, 8 - датчик, 11 - блок управления, 12 - блок хранения результатов измерений, 13 - преобразователь, 14 - индикатор
Прибор ИПД-3 позволяет определить коэффициент проскальзывания ременной передачи. Этот способ заключается в считывании числа импульсов напряжения генератора за задаваемое число оборотов коленчатого вала при максимальном его угловом ускорении и при питании обмотки возбуждения генератора двигателя стабилизированным напряжением. Измеренное число импульсов сравнивается с нормативным значением и по полученной разнице оценивается коэффициент проскальзывания. Для этого к одной из фаз генератора переменного тока подключают счетчик импульсов и стробирующее устройство, которое автоматически включает счетчик при заданном выходном напряжений генератора, т. е. заданной частоте вращения коленчатого вала, и затем выключает его при задаваемом его приращении. Счет импульсов осуществляется в режиме свободного разгона коленчатого вала.
К числу средств, обеспечивающих измерение мощностных показателей двигателей автомобилей, относятся также отечественный прибор ИМ-1, мотор-тестеры Paltest JT-300, Paltest JT-302, приборы МКВ-007 и JK-1 (ЧССР) и др.
Прибор ИМ-1 (рис. 2.6) предназначен для диагностирования карбюраторных двигателей легковых автомобилей по параметрам, приведенным в табл. 2.4. Здесь же приведены диапазоны и класс точности измерения этих параметров.
Рис. 2.6. Прибор ИМ-1 для диагностирования карбюраторных двигателей: 1 - жгут проводов; 2 - штекер для подсоединения стробоскопа; 3 - регулятор установки уровня фиксации; 4 - выключатель; 5 - регулятор тарировки напряжения; 6 - индикатор включения прибора; 7 — показывающий прибор; 8 - клавиши установки коэффициентов измерения сопротивления; 9 - клавиша сброса результатов измерений; 10 - регулятор установки нуля; 11 - клавиши измерения угла опережения зажигания, угла замкнутого состояния контактов, частоты вращения, ускорения, напряжения, сопротивления
2.4. Диагностические параметры, измеряемые прибором ИМ-1
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерения | Класс точности |
| Угловое ускорение вращения коленчатого вала, рад/с² | 200...500 | 5 |
| Частота вращения коленчатого вала, мин⁻¹ | 0...1200; 0...6000 | 3 |
| Угол замкнутого состояния контактов прерывателя, град | 0...90 | 3 |
| Угол опережения зажигания, град | 0...60 | 3 |
| Напряжение (падение напряжения), В | 0...0,4; 0...20 | 3 |
| Активное сопротивление, Ом | 0...10; 0...102; | 5 |
| 0...103; 0...106 |
Для измерения угла опережения зажигания используется 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.
Блок-схема измерения углового ускорения показана на рис. 2.7. Сигнал (переменное напряжение) с генератора автомобиля поступает на вход фильтра низких частот 1, а далее на входы селектора уровней 2 и селектора приращения частоты вращения 3.
Рис. 2.7. Блок-схема измерения углового ускорения прибором ИМ-1: 1 - фильтр низких частот, 2 - селектор уровней, 3 - селектор приращения частоты вращения, 4 - счетчик циклов, 5 - дешифратор, 6, 7 - ключ, 8, 9 - запоминающее устройство, 10 - тиристорный ключ, 11 - обмотка генератора автомобиля, 12 - обмотка возбуждения, 13 - сопротивление, 14 - аккумуляторная батарея
Селектор уровней 2 предназначен для формирования сигналов в момент достижения коленчатым валом двигателя минимального и максимального мгновенных значений частоты вращения и в моменты достижения частоты вращения значений, соответствующих началу измерения ускорений во время разгона и выбега.
Селектор 3 предназначен для формирования постоянного приращения частоты вращения на всей разгонной характеристике двигателя.
Счетчик циклов 4 и дешифратор 5 предназначены для выработки заданной программы работы двигателя и управления ключами запоминающих устройств, которые предназначены для суммирования информации и ее хранения. С выходов запоминающих устройств 8, 9 снимаются показания, характеризующие разгон и выбег вращения коленчатого вала. Управление работой двигателя по заданной программе осуществляется тиристорным ключом 10.