Устройство для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок

Технический результат направлен на упрощение и сокращение времени выполняемых операций, повышения точности диагностирования за счет определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромеханических форсунок в эксплуатационных условиях, повышение безопасности труда при диагностировании. Технический результат достигается тем, что устройство для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромеханических форсунок, содержащее электронный блок управления, при этом в устройство дополнительно установлен формирователь импульсов, на вход которого поступают сигналы управления с электронного блока управления. Измерение длительности этих сигналов осуществляется с помощью первого частотомера, импульсы правильной формы, поступающие с выхода формирователя импульсов поступают на вход блока регулировки длительности импульсов, где происходит установка длительности сигналов управления топливной форсункой, за счет чего устанавливается необходимая цикловая подача топлива, установленные сигналы управления усиливаются в усилителе и после коммутатора поступают на форсунку. Измерения длительности сигналов управления выполняют с помощью второго частотомера, информация о длительности сигналов управления форсунками поступает с первого и второго частотомеров на первый и второй сигнальные входы анализатора, на его третий и четвертый сигнальные входы поступают соответственно сигнал ускорения коленчатого вала, полученный в преобразователе при преобразовании сигнала датчика положения коленчатого вала (ДПКВ) и сигнал с газового анализатора, на управляющие входы анализатора для синхронизации его работы поступают сигналы ДПКВ и сигнал синхронизации датчика положения распредвала (ДПРВ). При определении пропускной способности топливной форсунки анализатор шунтирует первичную обмотку необходимой катушки зажигания на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр. Вся полученная анализатором информация им обрабатывается и рассчитывается степень загрязнения форсунок и качество распыления топлива.

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для определения технического состояния электромагнитных форсунок.

Известен стенд очистки и проверки инжекторных форсунок, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на емкостях с рабочей жидкостью и топливом, узлы очистки и проверки инжекторных форсунок и привод [1].

Недостатком данного стенда является сложность выполняемых работ и необходимость демонтажа форсунок, что занимает значительные трудозатраты. Кроме того при работе со специальными очищающими жидкостями происходит их испарение, которое является токсичным.

Известен стенд очистки и проверки инжекторных форсунок, который принят за прототип [2] и содержащий взаимосвязанные между собой и смонтированные на емкостях с рабочей жидкостью и топливом узлы очистки и проверки инжекторных форсунок с мерными стаканами и привод с насосом, фильтром и манометром, при этом емкости для рабочей жидкости и топлива смонтированы на общем основании и имеют общую перегородку, узел очистки выполнен с электронным блоком управления ультразвуковыми колебаниями рабочей жидкостью и имеет приспособление фиксации инжекторных форсунок. Стенд позволяет выполнять очистку электромагнитных форсунок, в том числе с помощью ультразвуковых колебаний в рабочей жидкости, и визуальную проверку производительности и качества распыления топлива с помощью мерных стаканов.

Недостатком данного стенда является сложность выполняемых работ и необходимость демонтажа форсунок, что занимает значительные трудозатраты, недостаточная точность диагностирования. Кроме того, при работе со специальными очищающими жидкостями происходит их испарение, которое является токсичным.

Технический результат направлен на упрощение и сокращение времени выполняемых операций, повышения точности диагностирования за счет определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок в эксплуатационных условиях, повышение безопасности труда при диагностировании.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок, содержащее электронный блок управления, при этом в устройство дополнительно установлен формирователь импульсов, на вход которого поступают сигналы управления с электронного блока управления. Измерение длительности этих сигналов осуществляется с помощью первого частотомера, импульсы правильной формы, поступающие с выхода формирователя импульсов поступают на вход блока регулировки длительности импульсов, где происходит установка длительности сигналов управления топливной форсункой, за счет чего устанавливается необходимая цикловая подача топлива, установленные сигналы управления усиливаются в усилителе и после коммутатора поступают на форсунку. Измерения длительности сигналов управления выполняют с помощью второго частотомера, информация о длительности сигналов управления форсунками поступает с первого и второго частотомеров на первый и второй сигнальные входы анализатора, на его третий и четвертый сигнальные входы поступают соответственно сигнал ускорения коленчатого вала, полученный в преобразователе при преобразовании сигнала датчика положения коленчатого вала (ДПКВ) и сигнал с газового анализатора, на управляющие входы анализатора для синхронизации его работы поступают сигналы ДПКВ и сигнал синхронизации датчика положения распредвала (ДПРВ). При определении пропускной способности топливной форсунки анализатор шунтирует первичную обмотку необходимой катушки зажигания на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр. Вся полученная анализатором информация им обрабатывается и рассчитывается степень загрязнения форсунок и качество распыления топлива.

Отличительными признаками от прототипа устройства для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок является то, что в устройство дополнительно установлен формирователь импульсов, на вход которого поступают сигналы управления с электронного блока управления. Измерение длительности этих сигналов осуществляется с помощью первого частотомера, импульсы правильной формы, поступающие с выхода формирователя импульсов поступают на вход блока регулировки длительности импульсов, где происходит установка длительности сигналов управления топливной форсункой, за счет чего устанавливается необходимая цикловая подача топлива, установленные сигналы управления усиливаются в усилителе и после коммутатора поступают на форсунку. Измерения длительности сигналов управления выполняют с помощью второго частотомера, информация о длительности сигналов управления форсунками поступает с первого и второго частотомеров на первый и второй сигнальные входы анализатора, на его третий и четвертый сигнальные входы поступают соответственно сигнал ускорения коленчатого вала, полученный в преобразователе при преобразовании сигнала датчика положения коленчатого вала (ДПКВ) и сигнал с газового анализатора, на управляющие входы анализатора для синхронизации его работы поступают сигналы ДПКВ и сигнал синхронизации датчика положения распредвала (ДПРВ). При определении пропускной способности топливной форсунки анализатор шунтирует первичную обмотку необходимой катушки зажигания на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр. Вся полученная анализатором информация им обрабатывается и рассчитывается степень загрязнения форсунок и качество распыления топлива.

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок.

На фигуре 2 представлен график зависимости среднего значения ускорения коленчатого вала от степени загрязнения топливной форсунки в четвертом цилиндре в режиме холостого хода.

На фигуре 3 представлен график зависимости среднего значения ускорения коленчатого вала от степени загрязнения его топливной форсунки в режиме холостого хода, который показывает, на сколько радиан в минуту изменяется скорость вращения коленчатого вала за одну миллисекунду пои загрязнении форсунки.

На фигуре 4 представлен график состава выхлопных газов в зависимости от соотношения воздух/топливо в горючей смеси [3].

Устройство для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок, (фиг.1) содержит формирователь импульсов 1, схему регулировки длительности импульсов 2, усилитель 3, коммутатор 4, первый частотомер 5, газовый анализатор 6, анализатор 7, второй частотомер 8, преобразователь 9.

В процессе работы ДВС корпус форсунки нагревается до температуры около 100°С. При этом, легкие фракции бензина испаряются, а тяжелые оседают на стенках каналов форсунки. Процесс образования отложений достигает своего пика в момент остановки двигателя, когда прекращается охлаждающее действие потока бензина. Образовавшиеся отложения имеют коксовую и смолисто-асфальтовую структуру с высокими молекулярными массами и устойчивы к растворителям. При этом наблюдается тенденция к росту скорости образования смолистых отложений, которые нарушают нормальную работу форсунок.

На основании проведенных исследований при засорении форсунок, кроме ухудшения пропускной способности, и, как следствие этого, при обеднении горючей смеси - ухудшается качество распыления топлива, что приводит к диффузионному горению смеси, приводящее к увеличению образования вредных веществ, таких как окись углерода, углеводороды и окислы азота (СО, СН и NOx). В результате локального диффузионного горения, процесс которого является периодическим, топливо сгорает не полностью. Как следствие этого, на тактах рабочий ход выделится меньшее количество цикловой теплоты, что отразится на уменьшении элективного давления (2) в цилиндрах ДВС и эффективной мощности (3, 4):

Qц=gц·i - количество цикловой теплоты,

(1)

где g _ц - цикловая подача топлива; _i - индикаторный КПД двигателя.

- эффективное давление,(2)

где Qн - теплота сгорания топлива, (Дж); l₀ - теоретически необходимое количество воздуха для полного окисления 1 кг топлива (для бензина l₀=14,7 (кг возд./кг топл.)); _в - плотность воздуха на впуске в двигатель, (кг/м³); - коэффициент наполнения (как правило, меньше единицы); - степень насыщения воздушного циклового заряда топливом;

- эффективная мощность,(3)

где V_h - рабочий объем цилиндра, (м³); i - число цилиндров двигателя; n - частота вращения коленчатого вала, мин^-1 ; Z - коэффициент тактности, для двухтактных двигателей Z=l, для четырехтактных - Z=2.

Кроме этого известно, что ускорение коленчатого вала является косвенным показателем мощности двигателя, при этом:

Ne=Jд·i·i,

(4)

где J_Д - приведенный к валу двигателя момент инерции вращающихся и поступательно-движущихся масс, кг·м², i - угловая скорость коленчатого вала, (рад/с), i - угловое ускорение коленчатого вала, (рад/с^-2 ).

Проведенные исследования зависимости среднего значения ускорения коленчатого вала в режиме холостого хода в зависимости от степени загрязнения топливных форсунок показаны на графиках (фиг.2, 3).

Для определения степени загрязнения топливных форсунок без их снятия с двигателя в режиме холостого хода при закрытой дроссельной заслонке необходимо увеличивать длительность управляющего сигнала каждой форсунки в отдельности с помощью блока регулировки длительности импульсов 2 устройства (фиг.1). В ходе выполнения диагностирования непрерывно и многократно измеряется угловая скорость и угловое ускорение коленчатого вала на тактах рабочего хода диагностируемого цилиндра. При увеличении цикловой подачи происходит обогащение топливной смеси. В случае если увеличение цикловой подачи топлива приводит к увеличению образования в составе выхлопных газов углеводорода (СН) и уменьшению двуокиси углерода (СO2) (фиг.4), и происходит увеличение среднего значения углового ускорения коленчатого вала на тактах рабочего хода выбранного цилиндра, что свидетельствует о загрязнении форсунки. Увеличение длительности управляющего сигнала необходимо осуществлять до тех пор, пока угловое ускорение коленчатого вала и двуокись углерода (CO2) в составе отработавших газов примут максимальное значение и перестанут увеличиваться, при этом наличие углеводорода (СН) примет минимальное значение, что будет свидетельствовать о достижении необходимого состава топливной смеси в цилиндре (0,91,05) и максимально возможной мощности двигателя в данном режиме. При этом степень загрязнения выбранной форсунки пропорционально зависит от разницы длительностей управляющего сигнала, выбранного с помощью устройства и сигнала управления, поступающего с электронного блока управления, так как количество потребляемого топлива при его определенном давлении в топливной рампе находится:

где g - производительность форсунки, (см³/мин), t - время открытого состояния форсунки, (µs).

В случае если увеличение цикловой подачи топлива приводит к уменьшению образования в составе выхлопных газов углеводорода (СН) и увеличению двуокиси углерода (СO2), при этом имеет место уменьшение среднего значения углового ускорения коленчатого вала на тактах рабочего хода выбранного цилиндра, то это свидетельствует о том, что состав горючей смеси, поступающий в цилиндры двигателя имеет оптимальное значение, следовательно выбранная форсунка очистки не требует.

Для определения качества распыления топлива при впрыске необходимо в режиме холостого хода при временном шунтировании первичной обмотки катушки зажигания, на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр с помощью специального устройства, увеличивать длительность сигнала впрыска форсунки, при этом на тактах сжатия и рабочего хода в диагностируемом цилиндре измеряют среднее значение углового ускорения коленчатого вала. Если значение углового ускорения коленчатого вала уменьшается пропорционально увеличению длительности сигнала впрыска, то это свидетельствует о том, что топливо при впрыске достаточно хорошо распыляется и испаряется, создавая при этом в выбранном цилиндре противодавление и момент сопротивления при вращении коленчатого вала на соответствующем такте. Если значение углового ускорения коленчатого вала незначительно уменьшается при увеличении длительности сигнала впрыска, то это свидетельствует о том, что форсунка имеет заниженную пропускную способность и топливо при впрыске распыляется плохо, создавая струю (форсунка льет), в связи с тем, что маленькое количество впрыснутого струей топлива создает за счет плохой испаряемости слабое противодавление, которое при увеличении цикловой подачи меняется незначительно.

Устройство для определения степени загрязнения форсунок и качества распыления топлива (фиг.1) работает следующим Образом. Сигналы управления с электронного блока управления ДВС поступают на вход формирователя импульсов 1, при этом измеряется их текущая длительность с помощью первого частотомера 5. Импульс правильной формы, поступающий с выхода формирователя импульсов 1, запускает схему регулировки длительности импульсов 2, где происходит установка длительности сигнала управления топливной форсункой, за счет чего устанавливается необходимая цикловая подача топлива. Установленный сигнал управления усиливается в усилителе 3 и после коммутатора 4 поступает на форсунку, при этом выполняется измерение его длительности с помощью второго частотомера 8. Информация о длительности сигналов управления форсунками поступает с первого 5 и второго частотомеров 8 на первый и второй сигнальные входы в анализатор 7, на его третий и четвертый сигнальные входы поступают сигнал ускорения коленчатого вала, полученный в преобразователе 9 при преобразовании сигнала ДПКВ и сигнал с газового анализатора 6. На управляющие входы анализатора 7 для синхронизации его работы поступают сигналы ДПКВ и синхроимпульс ДПРВ. При определении пропускной способности топливной форсунки анализатор 7 шунтирует первичную обмотку необходимой катушки зажигания модуля зажигания на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр. В анализаторе 7 обрабатывается полученная информация, рассчитывается степень загрязнения форсунок и качество распыления топлива.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства в режиме холостого хода по динамике изменения среднего значения углового ускорения коленчатого вала на тактах рабочего хода с учетом анализа выхлопных газов без демонтажа топливных форсунок определяется степень их загрязнения и качество распыления топлива, чем достигается повышение качества диагностирования систем питания ДВС при наименьших трудозатратах.

Источники информации, принятые во внимание при проведении патентной экспертизы

1. Пат. 92002102 Российская Федерация, МПК F23Q 2/34. Стенд для контроля параметров электромагнитных форсунок [Текст] / Макарычев Ю.М., Рыжов C.A., Жидарева Т.П.; заявители и патентообладатели: Макарычев Ю.М., Рыжов С.А., Жидарева Т.П. - 92002102/06; заявл. 22.10.1992.; опубл. 30.10.1994., Бюл. 5. - 9 с.: ил.

2. А.С. 14456 Российская Федерация, МПК F02М 65/00. Стенд очистки и проверки инжекторных форсунок [Текст] / Волков B.C. Смирнов В.А..; заявитель и патентообладатель: Волков B.C. - 2000104418/20; заявл. 25.02.2000.; опубл. 27.07.2000., Бюл. 7. - 8 с.: ил.

3. Яковлев, В.Ф, Диагностика электронных систем автомобиля [Текст]: учеб. пособие / научный редактор Соснин Д.А. (МАДИ-ТУ). - М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 272 с. - Ил. 75, - Табл.53. - Библиогр.: 13 назв. 4000 экз. - ISBN 5-98003-044-1

Устройство для определения степени загрязнения и качества распыления топлива электромагнитных форсунок, содержащее электронный блок управления, отличающееся тем, что в устройство дополнительно установлен формирователь импульсов, на вход которого поступают сигналы управления с электронного блока управления, при этом измерение длительности этих сигналов осуществляется с помощью первого частотомера, импульсы правильной формы, поступающие с выхода формирователя импульсов, поступают на вход блока регулировки длительности импульсов, где происходит установка длительности сигналов управления топливной форсункой, за счет чего устанавливается необходимая цикловая подача топлива, установленные сигналы управления усиливаются в усилителе и после коммутатора поступают на форсунку, причем измерения длительности сигналов управления выполняют с помощью второго частотомера, информация о длительности сигналов управления форсунками поступает с первого и второго частотомеров на первый и второй сигнальные входы анализатора, на его третий и четвертый сигнальные входы соответственно поступают сигнал ускорения коленчатого вала, полученный в преобразователе при преобразовании сигнала датчика положения коленчатого вала (ДПКВ), и сигнал с газового анализатора, на управляющие входы анализатора для синхронизации его работы поступают сигналы ДПКВ и сигнал синхронизации датчика положения распредвала (ДПРВ), при определении пропускной способности топливной форсунки анализатор шунтирует первичную обмотку необходимой катушки зажигания на период времени накопления энергии и подачи искры в выбранный цилиндр, вся полученная анализатором информация им обрабатывается и рассчитывается степень загрязнения форсунок и качество распыления топлива.