1.2.1 Анализ технических средств контроля технического состояния эбн и дмрв

Системы питания двигателей с впрыском бензина

Системы впрыска в зависимости от места подачи топлива делятся на 4 группы: 1. С центральным впрыском (в дроссельный узел); 2. С распределенным впрыском топлива в зону впускных клапанов; 3. С впрыском непосредственно в цилиндры двигателя; 4. С впрыском в дополнительные камеры сгорания (форкамеры, вихревые камеры).

Впрыск топлива может производится непрерывно и циклами. Непрерывное впрыскивание осуществляется во впускную систему обычно одновременно во все цилиндры (центральный впрыск). При этом количество подаваемого топлива может регулироваться изменением давления впрыскиваемого топлива или хода иглы форсунки.

В последнее время преимущественно используется цикловое впрыскивание во впускную систему, которое может производиться одновременно во все цилиндры – групповой впрыск, одновременно в два цилиндра или по очереди в каждый из цилиндров – фазированный. Фазированный впрыск может производиться во впускной клапан, непосредственно в цилиндр, в дополнительную камеру. Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется изменением времени открытия клапана электромагнитной форсунки.

Широкое распространение получили системы впрыска с микропроцессорным управлением вследствие необходимости обеспечения высокого быстродействия для выполнения жестких норм на выброс токсичных веществ с отработавшими газами (Евро-2, Евро-3 и Евро-4), что потребовало применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов.

В освоенных в массовом производстве фирмами «Митсубиси», «Тойота» конструкциях двигателей впрыск бензина производится непосредственно в цилиндры на такте впуска на режимах средних нагрузок, на такте сжатия – на малых нагрузках и двухстадийный впрыск на режимах полных нагрузок при малых и средних частотах вращения коленчатого вала.

Система центрального (одноточечного) впрыска топлива в настоящее время не используется из-за низкой ее эффективности.

Значительно распространены системы с распределенным впрыском. В которых впрыск бензина осуществляется штифтовыми форсунками с электромагнитным управлением во впускные каналы, в зону впускного клапана, под абсолютным давлением в пределах 200-400 КПа при цикличной подаче и до 600 КПа при непрерывном впрыске. В такой системе топливоподачи первичный топливный фильтр перед топливным насосом обеспечивает грубую очистку топлива (размер ячеек 50x50 мкм). Применяются системы с двумя фильтрами (грубой и тонкой очистки) перед топливным насосом. Однако при такой схеме установки фильтра тонкой очистки более вероятно его засорение и вследствие этого образование паровых пробок м нарушение топливоподачи, задир рабочих поверхностей насоса. Для уменьшения степени засорения фильтра блок топливоподачи или топливозаборник может быть подвижным (плавающим). Это предотвращает забор наиболее загрязненной части топлива из нижней части бака. С этой целью слив избыточного количества топлива может производиться в емкость блока топливоподачи.

У большинства современных автомобилей регулятор давления расположен в конце коллектора (рампы).

Установка заданной частоты вращения коленчатого вала на режимах холостого хода выполняется при помощи регулятора холостого хода, располагаемого в канале, обходящем дроссельную заслонку. Применяются регуляторы холостого хода с клапаном, перемещаемым в осевом направлении при помощи шагового двигателя или с шибером, поворачиваемым коллекторным электродвигателем на заданный электронным блоком угол.

Данные системы обеспечивают оптимальные режимы частоты вращения коленчатого вала при прогреве для снижения выброса СО и СН. При прогретом двигателе эти системы поддерживают заданную частоту вращения независимо от величины внутренних потерь, дополнительных нагрузок, состава смеси и других факторов.

Топливные насосы и фильтры

Топливный насос. Топливо к форсункам подается насосом с электрическим приводом. Топливный насос может располагаться вне топливного бака или внутри него (утопленного типа). Насосы монтируются в едином корпусе с электродвигателем, что упрощает их конструкцию, т.к. не требуется уплотнять вал ротора. Топливо, омывающее ротор, способствует охлаждению электродвигателя. В настоящее время на автомобилях ВАЗ и большинстве зарубежных моделей установлен блок топливоподачи, состоящий из первичного фильтра, насоса с электроприводом, системы клапанов и топливопроводов.

При непрогретом двигателе после включения зажигания одновременно включается насос с электроприводом. Во время проворачивания коленчатого вала двигателя стартером резко падает напряжение (до 6-8 В) в сети автомобиля, соответственно уменьшается сила тока и более чем в два раза снижается подача насоса, а иногда и давление подаваемого топлива. При падении давления топлива снижается также и цикловая подача через форсунки при равном времени открытия клапана. Насос имеет трех- четырехкратный запас подачи по отношению к режиму максимальных нагрузок. Это обеспечивает подачу топлива при пуске двигателя, износе уплотнительных элементов и предотвращает образование паровых пробок. Применение дополнительного насоса на входе в основной насос, находящийся в топливном баке, также снижает образование пробок. При расположении основного насоса вне топливного бака отдельный топливоподкачивающий насос установлен в топливном баке.

Для обеспечения надежного пуска после остановки в условиях высокой температуры окружающей среды на выходе из насоса устанавливается клапан, поддерживающий высокое давление в магистрали. С целью более быстрого заполнения топливного насоса иногда устанавливают дополнительный перепускной клапан, который закрывается после заполнения насоса топливом и при повышении давления до заданной величины (20-30 КПа).

В системе топливоподачи может устанавливаться предохранительный клапан, срабатывающий при давлении, превышающем заданное примерно на 50 КПа, и перепускающий топливо в бак, например в случае заедания редукционного клапана, засорения магистрали и т.д. Клапаны располагаются в корпусе насоса или в отдельном узле.

Топливный фильтр. От насоса топливо подается к топливному фильтру тонкой очистки и далее в магистраль. В системах впрыска топлива обычно применяются бумажные фильтры, имеющие на выходе сетку, предотвращающие попадание посторонних частиц в магистраль.

В некоторых системах устанавливаются топливные аккумуляторы, или устройства для демпфирования колебаний, возникающих в топливоподающей системе при закрытии и открытии форсунок и работе топливного насоса.

Параметры и размеры универсальных топливных насосов фирмы Бош

Показатели	0580 254911	0580 464085	0580 464069	0580 464070	0580 254910	0580 254909	0580 254053
Подача, л/ч	95-135	95-145	98-148	130-195	130-200	148-198	175-228
Давление в магистрали, КПа	400	250	400	300	500	500	500
Напряжение, В	12	12	12	12	13	13	13
Сила тока, А	5,2	4,5	7,0	6,5	9,8	8,7	11,4
Предельное давление, КПа	650-850	480-850	480-850	480-800	800-1450	800-1450	800-1450
Длина , мм	199	175	185	175	203	180	180
Диаметр корпуса , мм	52	52	52	52	60	60	60
Диаметр входного штуцера , мм	15	12	12	15	15	12	12

Топливные аккумуляторы облегчают повторный пуск горячего двигателя, предотвращая образование паровых пробок и временно сохраняя давление топлива в системе. Топливные аккумуляторы применяются в системах К-Джетроник, КЕ-Джетроник между топливным насосом и фильтром. В ряде систем демпфирование давления топлива достигается за счет наличия эластичных топливных шлангов.

В двигателях с непрерывной подачей после фильтра часть топлива направляется в дозатор-распределитель, а оставшаяся часть через регулятор давления возвращается в топливный бак. В двигателях с электромагнитными форсунками и цикловой подачей бензин после фильтра попадает в коллектор (рампу), выполненный в виде цилиндрической трубки или в виде отливки прямоугольного сечения. Коллектор имеет патрубки или выемки, надеваемые на штуцеры всех форсунок одновременно.

Техническое обслуживание топливных насосов и фильтров

Проверка электропривода насосов производится на специальной установке, позволяющей изменять проходное сечение в системе слива топлива и, таким образом, определять зависимость расхода топлива от противодавления. При этом проверяется соответствие показателей насосов техническим характеристикам. В качестве примера даны показатели насоса Бош 0580254.909: подача 170-220 л/ч; номинальное давление 500 КПа; максимальное давление топлива 700-1250 КПа; сила тока не более 11 А; температурный предел работы -40…60⁰С. Большинство насосов выполняются неразборными и ремонту не подлежат.

В случае необходимости проверки системы топлива непосредственно на автомобиле к нагнетательной ветви топливной магистрали подключается устройство для измерения давления с калиброванным отводящим каналом. Диаметр калиброванной части 1,5-1,7 мм.

Форсунки

Требования к форсункам. При распределенном впрыске топлива точность его подачи каждой форсункой определяет основные энергетические и экологические показатели двигателя. Это особенно важно в системах с обратной связью по показаниям кислородного датчика.

Типы и конструкции форсунок

1. Форсунки непрерывного действия с механическим клапаном, отрегулированным на заданное давление топлива (330 КПа для системы К-Джетроник). При малых расходах топлива подача может быть пульсирующей, что улучшает его распыливание.

2. Пусковые форсунки. Управление клапаном обычно осуществляется электромагнитом, управляемым от термореле. Топливо может подаваться в ресивер или в специальный канал системы холостого хода небольшого сечения, что обеспечивает движение смеси с высокими скоростями и предотвращает конденсацию топлива.

В современных двигателях пусковых форсунок нет, а обогащение смеси при пуске и прогреве достигается за счет программы управления основными форсунками. На большинстве современных двигателей применяются электромагнитные форсунки с цикловой подачей топлива. Они могут быть с нижним, боковым или верхним подводом топлива.

При поступлении в обмотку форсунки импульса от электронного блока управления создается магнитное поле и клапан поднимается на заданный по сигналу блока промежуток времени.

На входе топлива в форсунку, как правило, устанавливаются резервные топливные фильтры с очень небольшой грязеемкостью. В корпусе форсунки расположена обмотка электромагнита и двухконтактный электрический разъем. В зависимости от особенностей обмотки ее сопротивление может находиться в пределах 2-16 Ом.

Запирающий элемент (клапан) бывает трех типов: плоский, конический и сферический. Плоские клапаны имеют малую массу (0,5 г), что обеспечивает необходимое быстродействие для высокооборотных двигателей. Недостатком плоских клапанов является частое нарушение герметичности вследствие засорения и износа.

Клапаны со сферической уплотняющей поверхностью применяются преимущественно для форсунок в системах центрального впрыска топлива. Клапаны данного типа обеспечивают хорошую герметизацию. Последнее время большое распространение получили форсунки с коническим уплотнением клапана (фирм Бош, Лукас, Марелли), обеспечивающие стабильные показатели в процессе длительной эксплуатации.

Распыливающий элемент формирует факел топлива, задаваемый в зависимости от места установки форсунки на двигателе. При центральном впрыскивании угол факела струи топлива доходит до 55⁰. У штифтовых форсунок с коническим клапаном угол факела топлива определяется углом конуса на наконечнике штифта и выбирается так, чтобы подача топлива осуществлялась в щель между корпусом смесительной камеры и дроссельной заслонкой. В форсунках со сферическим клапаном при подаче импульса в обмотку форсунки впрыск производится через наклонно расположенные отверстия распылителя.

При системе распределенного впрыска форма факела топлива также определяется местом расположения форсунки и формой впускного канала. При установке форсунки в головке цилиндров вблизи от впускного клапана угол факела равен 25-45⁰. В случае установки форсунки во впускном трубопроводе, т.е. на большом расстоянии от клапана, угол факела приходится уменьшать до 15-25⁰ так, чтобы основная часть топлива попадала на впускной клапан.

В большинстве двигателей с двумя впускными клапанами на цилиндр форсунка устанавливается между впускными каналами и впрыск производится на перемычку между ними. В частности, такая схема применена на семействе двигателей ЗМЗ-406, для автомобилей Волга. Для улучшения процесса смесеобразования на некоторых двигателях устанавливаются двухструйные форсунки или с факелом в виде восьмерки так, чтобы каждая струя топлива попадала на впускной клапан.

Техническое обслуживание системы топливоподачи

При демонтаже топливопроводов необходимо помнить, что топливо в них находится под давлением. Испытания форсунок, проводимые в процессе эксплуатации, включают измерение их электрических параметров (сопротивление обмотки), определение рабочих диапазонов системы, проверку герметичности клапана, скоростных и нагрузочных характеристик.

Стенд для проверки электромагнитных форсунок должен быть оборудован блоком подачи электрических импульсов, прибором для измерения длительности командного импульса (осциллограф или измеритель с цифровой индикацией), топливным насосом, регулятором давления манометрами для измерения давления в топливопроводе, индикатором измеряемых расходов топлива каждой форсункой.

В зависимости от индуктивности системы изменяется скорость нарастания силы тока в обмотке, что фиксируется осциллографом. По осциллограммам можно определить влияние факторов (характеристик пружин, давления топлива и др.) на работу форсунки.

Для промывки системы топливоподачи применяются специальные жидкости, периодически добавляемые к топливу с целью предотвращения образования углеродистых отложений в форсунках, на впускных клапанах. Существуют комплексные присадки, которые выполняют дополнительные функции – препятствуют образованию коррозии, смазывают узлы топливной системы. Одной из фирм, выпускающих различного рода присадки (Р031, Р032), является Energy Release.

Наибольшая эффективность очистки форсунок достигается их промывкой на специальном ультразвуковом стенде. При выборе присадок или жидкостей для промывок следует опасаться подделок.

Чаще всего встречается два типа топливных систем: - Система с РДТ, установленным на топливной рампе

Рисунок - Топливная система с РДТ, установленном на рампе: 1. Регулятор давления топлива (РДТ); 2. Вакуумный патрубок РДТ; 3. Форсунка; 4. Топливная рампа; 5. Впускной коллектор; 6. Патрубок слива избыточного топлива; 7. Топливный патрубок высокого давления (~3 бар); 8. Топливный насос; 9. Топливный фильтр; 10. Топливный бак

К топливной рампе подведено два патрубка: первый - подача топлива, второй - слив избыточного топлива. Регулятор давления представляет собой мембранный регулятор избыточного давления, поддерживающий давление топлива на уровне 3 бар. Избыток топлива возвращается через регулятор давления по трубке обратного слива топлива в топливный бак.

Система с РДТ, установленном на топливном насосе в баке

Рисунок - Топливная система с РДТ, установленном в баке: 1. Форсунка; 2. Топливная рампа; 3. Впускной коллектор; 4. Топливный патрубок высокого давления; 5. Топливный насос с встроенным РДТ; 6. Фильтр; 7. Топливный бак

Установочное положение топливопровода высокого давления, регулятора давления и форсунок зависит от конструкции конкретного двигателя. Топливный насос расположен в топливном баке и подает топливо под давлением не менее 3 бар. Топливо поступает из топливного бака в топливопровод высокого давления, откуда оно равномерно распределяются топливной рампой по четырем форсункам. Количество впрыскиваемого топлива зависит от времени открытия форсунки.

Регулятор давления установлен с одного конца топливопровода высокого давления. Непосредственная связь регулятора давления с впускным коллектором обеспечивает поддержание постоянной разницы между давлением во впускном коллекторе и давлением топлива. Таким образом, количество впрыскиваемого топлива не зависит от давления во впускном коллекторе и зависит только от времени открытия форсунок.

СТ двигателя является системой содержащей восстанавливаемые и не восстанавливаемые элементы. Для определения технического состояния невосстанавливаемых элементов необходимо и достаточно определить параметры их работоспособности. К невосстанавливаемым элементам относятся бензонасос, фильтр тонкой очистки, регулятор давления рисунок 5.1.

Рисунок 5.1 - Система топливоподачи: 1 - топливный бак; 2 - электробензонасос; 3 - фильтр тонкой отчистки; 4 - топливопровод форсунки; 5 - форсунка; 6 - регулятор давления топлива.

Для восстанавливаемого элемента, которым является электромагнитная форсунка в связи с проведением работ по её очистке, необходимо определять её пропускную способность и герметичность. Опыт эксплуатации и технического обслуживания насоса, форсунок, фильтров показывает, что их неисправности не приводят к резкому отказу двигателя, а в большей части снижают только технико-экономические показатели. В связи с этим необходимо проводить предупреждающее обслуживание этих элементов.

Нарушение работоспособности СТ в эксплуатации является важным фактором, влияющим на эксплуатационные свойства автомобиля. Владельцы автомобилей, используя бортовые системы контроля, не могут с их помощью определить неисправности в работе СТ, для выявления причин снижения показателей качества, требуется проведения диагностических работ элементов системы топливоподачи [22, 23, 24, 25].

Техническое состояние системы питания двигателя можно определить методами ходовых и стендовых испытаний. При ходовых испытаниях определяют расход топлива на автомобиле, движущемся с постоянной скоростью на мерном участке дороги длинной 1 км. Питание двигателя во время испытаний осуществляется из соединенного с насосом мерного бака, снабженного расходомерной шкалой. Перед пробегом доводят до нормального теплового состояния двигатель и все агрегаты. Затем начинают испытание: разгоняют автомобиль до постоянной скорости 40 – 60 км/ч и проходят с этой скоростью мерный участок, определяя расход топлива. Для необходимой точности замеров заезды повторяют 2 – 3 раза и подсчитывают средний расход топлива. Сравнивая полученное значение расхода с паспортным, делают вывод о состоянии системы питания [26, 27].

Указанные ходовые испытания не в полной мере определяют состояние системы питании, так как на расход топлива могут влиять дорожные условия в момент испытания, нагрузка двигателя, отклонение состояния других систем, агрегатов и узлов автомобиля. Кроме того, ходовые испытания не могут быть применены для проверки систем питания большого количества автомобилей.

Метод стендовых испытаний системы питания автомобилей на стенде с беговыми барабанами позволяет имитировать условия движения автомобиля и проверять работу системы питания на всех режимах [28, 29, 30].

Пользуясь стендом, можно провести углубленную диагностику отдельных элементов системы питания. Для этого на посту кроме стенда с беговыми барабанами размещают дополнительные приборы и оборудование: спидометр со счетчиком пройденного пути действующий от стенда; прибор типа К-427 для замера расхода топлива; вакуумметр для измерения разряжения во впускном коллекторе двигателя; прибор К–436 для проверки работы топливного бензонасоса; газоанализатор для оценки содержания окиси углерода в отработавших газах двигателя.

Если при проверке автомобиля на посту выяснится, что двигатель расходует топливо выше нормы или динамические характеристики не удовлетворяют требуемым показателям, проводят поэлементную проверку системы зажигания, определяют состояние цилиндропоршневой группы двигателя и ходовой части автомобиля [31, 32, 33, 34].

Недостатками этого метода являются необходимость в дополнительном дорогостоящем оборудовании для поэлементной диагностики системы топливоподачи, высокая трудоёмкость диагностики.

Следующий метод оценки СТ основан на определении состава отработавших газов при помощи быстродействующих газоанализаторов [30, 35, 36, 37].

Однако основными затруднениями при диагностировании является то, что в большинстве случаев нет однозначной взаимосвязи между изменением структурных и диагностических параметров. Один диагностический параметр (например, СО или СН) может отражать влияние нескольких неисправностей, которые возникают в системе зажигания, ЦПГ и ГРМ.

Для карбюраторных и бензиновых двигателей с электронной системой управления в основном одинаковые требования к диагностированию системы питания, но при этом имеются некоторые отличия.

Вопросами проведения технической диагностики системы топливоподачи двигателей с электронной системой управления занимались Васильев Ю.А., Куков С.С., Будыко Ю.И., Киндеев Е.А., Гончаров А.А., Залознов И.П., Овчинников Г.В., Вереютин А.Ю. и др.

Рассмотрим существующие методы и средства диагностирования элементов СТ двигателей с электронной системой управления.

Перед проведением операций по техническому обслуживанию и диагностированию элементов СТ во избежание пожара и травм необходимо провести ряд мероприятий, сбросить давление топлива в топливной магистрали, для этого следует:

- отключить электробензонасос, сняв предохранитель защиты его цепи, либо реализовав это при помощи прибора DST-6;

- запустить двигатель, дать поработать ему на холостом ходу до полной выработки топлива;

- прокрутить двигатель стартером в течении 4…6 секунд при отпущенной педали акселератора;

- выключить зажигание, отключить минусовой провод батареи, восстановить цепь электропитания бензонасоса;

- демонтировать топливопроводы, не допуская пролива или разбрызгивания топлива, обмотать монтируемые штуцеры ветошью. Операция по сбросу давления в топливной системе трудоёмка и не на всех марках автомобилей легко выполнима [38, 39].

Рассмотрим метод диагностирования фильтра грубой и тонкой очистки рисунок 5.2.

Рисунок 5.2 - Фильтр тонкой отчистки

В системе топливоподачи предусмотрены две ступени фильтрации: грубая очистка в сетчатых фильтрах с размерами ячеек 30-50 мкм и тонкая очистка в бумажных фильтрах. Параметрами технического состояния фильтров является его пропускная способность. Признаки неисправностей: значительный перепад давления до и после фильтра, снижение мощности на больших нагрузках, невозможность запуска двигателя.

Рекомендации завода изготовителя:

- обслуживание топливного фильтра грубой очистки рекомендуется проводить через каждые 40000 км путем очистки и продувки сжатым воздухом;

- замену топливного фильтра тонкой очистки рекомендуется проводить через каждые 60000 км [12].

Для оценки пропускной способности топливного фильтра тонкой отчистки необходимо измерить давление топлива при помощи манометра (МТ-2А), в топливоподающей магистрали до фильтра и после него. Если полученное таким образом значение давления отличается от измеренного до и после фильтра более чем на 14 КПа, то топливный фильтр необходимо заменить. Данная методика трудно выполнима в связи с тем, что топливные фильтры устанавливают под автомобилем в труднодоступном месте, для чего дополнительно нужен подъёмник или смотровая канава. При этом методе во время проверки давления без фильтра, возможна большая вероятность перемещения твердых частиц грязи из бака в топливную рампу к форсункам и регулятору давления. Метод диагностирования топливных фильтров трудоемок, но имеет достаточно достоверный результат при использовании соответствующих средств [197, 212, 214, 218].

Следующий элемент СТ является электробензонасос рисунок 5.3. Работа ЭБН характеризуется производительностью до 150 л/ч, максимальным развиваемым давлением топлива до 0,6 МПа и герметичностью обратного клапана. Номинальное напряжение питания ЭБН должно составлять не менее 12 В, потребляемый ток до 7А, сопротивление исправных обмоток катушек электродвигателя ЭБН 1,2 Ом.

Признаками неисправности бензонасоса рисунок 5.3 считается снижение мощности двигателя на больших нагрузках, затрудненный запуск.

Рисунок 5.3 - Электробензонасос

Проведем анализ методов и средств контроля ЭБН.

1. Проверка производительности бензонасоса проводится подключением к нагнетательной ветви топливной магистрали устройства измерения давления МТ-2А с калиброванным отводящим каналом (d=1,5-1,7 мм) в бак автомобиля. С помощью прибора DST-6 включают электробензонасос (напряжение питания должно быть не ниже 12 В) и контролируют давление топлива. Оно должно быть в пределах 0,29…0,32 МПа. Если его значение ниже, то производительность ЭБН недостаточна. Низкая производительность бензонасоса не всегда говорит, о его техническом состоянии. Причиной этого может быть забитый фильтр грубой отчистки. Проверка производительности насоса проводится с открытым каналом слива топлива, истекающим под давлением, что представляет высокую пожарную опасность на станциях технического обслуживания. Калибровочного оборудования в магазинах для автосервисов в продаже нет. В связи с этим контроль производительности ЭБН не проводится, что может привести к эксплуатации двигателя с неисправными ЭБН.

2. Для контроля максимально развиваемого давления электробензонасоса необходимо установить манометр МТ-2А в нагнетательную магистраль, включить при помощи прибора DST-6 ЭБН на 10 секунд и в течение этого времени проконтролировать давление, которое должно поддерживаться не менее (0,58-0,6 МПа). При отсутствии давления или ниже его нормы визуально контролируют фильтр грубой очистки, топливоподающую магистраль от бензонасоса до манометра.

3. Для определения герметичности обратного клапана электробензонасоса необходимо создать в топливной магистрали давление, при прекращении работы насоса в течении 10 секунд давление в рампе не должно падать ниже 0,28 МПа [40, 41, 42].

Процесс проверки ЭБН трудоемок, по падению давления в магистрали нельзя сразу сказать о техническом состоянии одного только насоса. Данную проверку следует проводить совместно с проверкой максимально развиваемого давления ЭБН. Существующие методы определения технического состояния ЭБН мало достоверны.

Методы определения технического состояния регулятора давления. Регулятор давления рисунок 5.4 является одним из главных элементов СТ двигателя с электронной системой управления, он стабилизирует давление топлива в системе топливоподачи, поддерживая постоянный перепад давления топлива (0,3 МПа) на распылителях форсунок при различных значениях разряжения во впускном трубопроводе.

Рисунок 5.4 - Регулятор давления: 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – патрубок для вакуумного шланга, 4 – диафрагма, А – топливная полость, В – вакуумная полость.

Техническое состояние регулятора давления характеризуется герметичностью, величиной регулируемого давления, изменением регулируемого давления в зависимости от разряжения во впускном трубопроводе [41, 42, 43]. Пониженное давление в топливной рампе выражается в неустойчивой работе двигателя при холостом ходе. Техническое состояние регулятора сказывается на следующих режимах работы двигателя:

- плохая приёмистость, провалы при разгоне;

- неустойчивый холостой ход;

- после остановки двигателя через некоторое время, он с трудом запускается.

При полном перекрытии запорного клапана сливного отверстия регулятора давления в топливной рампе при работе бензонасоса возникает избыточное давление топлива от 0,58..0,6 МПа и более. Электромагнитные форсунки получают импульсы от ЭСУД и открываются на определённое время. Топливо, находящееся под давлением в топливной рампе впрыскивается в цилиндры. Но объём впрыснутого топлива при давлении от 0,3…0,5 МПа будет больше, чем объём топлива впрыснутого при 0,25 МПа. Получается, что для нормальной работы двигателя требуется смесь, состоящая из одной части топлива и 14,7 частей воздуха. А при данном техническом состоянии регулятора давления при неизменном количестве поступающего воздуха, в цилиндрах двигателя топлива оказывается значительно больше, чем положено для нормальной работы. При этом переобогащенная смесь не воспламеняется и плохо сгорает. Что проявляется в появлении чёрного дыма из выхлопной трубы. Безусловно, электронная система управления двигателем, анализируя выходное напряжение датчика кислорода пытается уменьшить время открывания форсунок, но ее возможности по регулированию не бесконечны.

Для определения технического состояния регулятора давления в топливопровод устанавливают манометр МТ-2А, включают бензонасос при помощи прибора DST-6, рабочее давление не должно превышать более 0,3 МПа и быть ниже 0,28 МПа. Если давления в рампе ниже 0,28 МПа, то непосредственно пережимают полностью резиновый шланг обратной топливной магистрали, после прекращения работы бензонасоса. Если давление в рампе поддерживается, то регулятор давления выбраковывается.

Метод оценки технического состояния регулятора давления на холостом ходу. Снять вакуумный шланг с регулятора давления. На холостом ходу подать разряжение 300…350 мм рт. ст. на регулятор давления. Если давление не падает на 21...69 КПа то регулятор выбраковывают, в другом случае необходимо определить и выявить отсутствие разряжения на регуляторе.

Недостатками применения этого метода являются:

- невозможность проведения этой операции на ГАЗовских моделях и ряде иномарок, из-за трудного доступа к обратной топливной магистрали;

- обратная топливная магистраль состоит из металлического топливопровода, что приводит к высокой трудоемкости диагностирования при установке манометра;

метод не даёт полной информации о техническом состоянии регулятора в связи с тем, что причиной падения давления могут служить и другие условия, например не герметичность форсунок.

Методы диагностирования бензиновой электромагнитной форсунки. Параметрами технического состояния электромагнитных форсунок рисунок 5.5 являются пропускная способность и герметичность [44, 45, 46, 47].

Признаки её неисправности это - снижение мощности на всех режимах работы двигателя, повышенный расход топлива, затрудненный пуск двигателя. Существует два метода определения технического состояния ЭМФ: на автомобиле и на стационарных проливочных стендах.

Рисунок 5.5 - Схема установки электромагнитной форсунки: 1 - впускной клапан, 2 – форсунка, 3 – электрический соединитель, 4 – фиксатор, 5 – топливная рампа, 6 – уплотнительное кольцо, 7 – впускной коллектор.

При диагностировании форсунок без демонтажа с двигателя проводится контроль неравномерности пропускной способности форсунок (баланс форсунок). Для контроля баланса форсунок необходимы, тестер ДСТ-6 подключаемый к одной из форсунок и манометр МТ-2А подсоединенный к топливной рампе рисунок 5.6.

Рисунок 5.6 - Тестер ДСТ-6 и манометр МТ-2А

При контроле пропускной способности форсунки прибор ДСТ-6 задаёт серию импульсов известной длительности, и по падению давления в рампе оценивают пропускную способность форсунки. Исправные форсунки имеют практически одинаковое падение давления. Форсунка с отклонением падения давления топлива на ±20% от величины среднего значения давления остальных форсунок выбраковывается.

Также достаточно распространен метод проверки ЭМФ индикатором форсунок. Что является аналогом практического использования ДСТ-6 и манометра МТ-2А рисунок 5.7.

Рисунок 5.7 - Тестер форсунок ТФ-2 и ТФ-4

Общими недостатками данного метода являются:

- данный метод позволяет только сравнить пропускную способность форсунок, но не позволяет оценить такие параметры форсунки как герметичность и форма факела распыла;

- предельное значение пропускной способности форсунок в ±20% не соответствует требуемым ±6% установленным заводом изготовителем форсунок [44].

- для обеспечения точности измерения пропускной способности в ±6% требуется манометр давления с большей точностью шкалы измерения.

Известен способ диагностирования форсунок и системы топливоподачи двигателя с впрыском легкого топлива по патенту № 2291983 (кл. F 02 M 65/00), включающий определение параметров величины изменения давления топлива в нагнетательной магистрали и проверку электромагнитных форсунок. Определение параметров величины изменения давления топлива в нагнетательной магистрали и проверку электромагнитных форсунок по данному способу осуществляют по величине и форме импульсов наведенных волн от колебаний топлива как сжатой жидкой среды при отсекании подачи топлива электромагнитными форсунками, фиксируемых индикаторным датчиком давления жидкости с токовым выводом с последующим отображением полученного сигнала в электронном блоке, сравнением сигнала с показаниями устройства согласования и выводом сигнала на устройство отображения без демонтажа электромагнитных форсунок в процессе работы двигателя.

Рисунок 5.8 - Индикаторный датчик давления жидкости с токовым выводом

Недостатком способа является дороговизна оборудования, снижение достоверности способа из-за работы регулятора давления топлива, а также низкая корреляционная связь между пульсациями давления и техническим состоянием электромагнитных форсунок, что подтверждается экспериментальными исследованиями, представленными в журналах [144].

Для проверки герметичности форсунки на автомобиле предлагается:

- снять винты крепления рампы и приподнять её так, чтобы было видно сопла форсунок рисунок 5.9.

Рисунок 5.9 - Рампа с форсунками в поднятом положении

Создать давление топлива включением ЭБН и проверить герметичность форсунки визуально. При появлении капель падения на соплах форсунок их выбраковывают [42, 43]. Однако некоторыми заводами изготовителями ЭМФ регламентируется появление не более 1 капли топлива в 1 минуту.

Недостатками метода являются:

- вероятность выдавливание форсунки под давлением из рампы, повреждение уплотнительных колец, загрязнение форсунки;

- высокая трудоемкость диагностирования.

Также известны приспособления для очистки топливных систем без их демонтажа с двигателя рисунок 5.10.

Рисунок 5.10 - Приспособления для очистки топливных систем без их демонтажа с двигателя: Экоклин компакт СП и набор для очистки и тестирования инжектора KA-6780

Например, прибор Экоклин компакт СП комплектуется 30 наиболее распространенными адаптерами и съемниками позволяющими подключиться, как к бензиновым, так и к дизельным двигателям большинства моделей.

Недостатками приборов для очистки топливных систем являются: приборы предназначены для устранения последствий нарушения технического состояния топливных систем и часто бессмысленно промывать систему топливоподачи, т.к. попросту требуется замена элементов СТ; требуется значительная трудоемкость промывки; невозможность проверки технического состояния СТ и ее диагностирование.

Метод диагностирования ЭМФ с демонтажем с двигателя при использовании проливочных стендов [48, 49, 50]. Стенды позволяют проводить испытание на проверку герметичности, синхронности работы клапанов, проверку качества распыла и пропускной способности форсунок. Для проведения проверок необходимо демонтировать форсунки с двигателя.

Пропускную способность форсунок определяют на проливочных стендах в основном при имитации оборотов двигателя от 800 до 6000 мин-1, в зависимости от конструкции стенда. Контроль состояния форсунок проводится на стенде, как правило, являющемся составной частью моющей установки. Стенд обеспечивает подачу специальной жидкости к форсункам под требуемым давлением. Подача управляющих электрических импульсов, позволяет вести визуальный контроль факела распыла, контроль объёма прошедшего через каждую форсунку жидкости за определённый промежуток времени. Если форсунки не прошли контроль на соответствие пропускной способности по техническим требованиям или разности пропускной способности составили более ±6% (при отсутствии данных требуемой пропускной способности), то принимается решение о продолжении мойки или выбраковке форсунок. Проверка герметичности форсунки проводится путем подачи к ней жидкости при давлении на 10% больше номинального и отсутствии управляющих импульсов. При этих условиях большинство производителей форсунок допускают появление не более одной капли в минуту. Негерметичная форсунка, может быть снова подвергнута промывке или выбраковывается, если повторные промывки не приводят к успеху.

Для примера приведен стенд Плазма 60 для проверки и очистки электромагнитных и механических бензиновых форсунок рисунок 5.11.

Рисунок 5.11 – Стенд Плазма 60 для проверки и очистки электромагнитных и механических бензиновых форсунок

В наших исследованиях использовался стенд для проливки электромагнитных форсунок «Форсаж».

Проведенная нами контрольная проливка электромагнитных форсунок на проливочном стенде «Форсаж», снятых с автомобилей проходивших, техническое обслуживание в гарантийный и послегарантийный период эксплуатации показала, что пропускная способность испытуемых форсунок на малых режимах имитации частоты вращения коленчатого вала двигателя одинакова, а на высоких режимах работы стенда их пропускная способность изменяется в сторону увеличения либо уменьшения пропускной способности таблица 5.1.

Таблица 5.1

Зависимость пропускной способности форсунки от изменения режимов работы проливочного стенда

Режим работы стенда, мин-1	Пропускная способность форсунок, см3/мин
	1	2	3	4
800	26	26	26	26
1500	40	40	40	40
3000	50	50	50	45
6000	60	60	60	55

И наоборот, пропускная способность испытуемых форсунок на малых режимах работы стенда увеличивается либо уменьшается, а на высоких режимах работы стенда равна таблица 5.2.

Таблица 5.2

Зависимость пропускной способности форсунки от изменения режимов работы проливочного стенда

Режим работы стенда, мин-1	Пропускная способность форсунок, см3/мин
	1	2	3	4
800	20	26	26	26
1500	34	40	40	40
3000	50	50	50	50
6000	60	60	60	60

В методике проверки технического состояния форсунок на проливочных стендах не описываются способы воздействия на устранение этих неисправностей, сказано лишь о проведении мер по очистке форсунок. Оценка технического состояния форсунок на проливочных стендах занимает 1,7 ч-час., монтаж и демонтаж форсунок вызывает дополнительные работы, связанные с устранением течи топлива и подсосов воздуха. Значительная вариация пропускной способности форсунок в зависимости от пробега и высокие трудовые затраты на проливку форсунок требуют внедрения стратегии обслуживания форсунок по диагностической информации.

Недостатками этого метода являются:

- стенды имеют высокую стоимость, их применение ограничено высокой трудоемкостью диагностирования и большими материальными затратам;

- возможность занесения грязи в ЭМФ при монтаже, повреждение уплотнительных колец (что приведёт к подсосу воздуха в рабочий цилиндр);

- отсутствуют методики оценки технического состояния форсунок для проливочных стендов при имитации на различных режимах.

Таким образом, проведя анализ существующих методов оценки технического состояния элементов СТ можно сделать вывод, что процесс определения технического состояния таких элементов как, фильтр грубой и тонкой очистки, регулятор давления очень трудоёмок. Но эти элементы при всех недостатках методов достоверно контролируются существующими методами и приборами.

Наиболее сложно диагностируемыми элементами системы топливоподачи являются электромагнитная форсунка и электробензонасос, это связано с:

- высокой трудоёмкостью диагностирования;

- низкой достоверностью измерительных приборов;

- работой с открытым топливом;

- повреждением, засорением форсунок при демонтаже с двигателя;

- отсутствием методов оценки диагностических стендов;

- высокой стоимостью диагностических стендов.

Следовательно, данный вывод позволяет сформулировать следующие требования к методам и средствам диагностирования:

- диагностирование должно осуществляться без демонтажа форсунок с двигателя;

- диагностирование должно проводиться на различных режимах работы двигателя (минимум двух режимах);

- должна быть обеспечена высокая точность и достоверность диагноза за счет исключения влияния на измеряемые диагностические параметры неисправностей других систем и механизмов двигателя;

- невысокая стоимость измерительного оборудования и его универсальность (возможность использования для всех типов двигателей с электронной системой управления);

- минимальные трудовые затраты на обеспечение процесса диагностирования.

Всё это говорит о необходимости разработки метода диагностирования, технического состояния бензиновой электромагнитной форсунки.

Функция РДТ – поддержание постоянного давления в топливной системе. Однако, при открытии форсунки давление в системе скачкообразно падает, затем плавно восстанавливается. Следовательно, существует прямая зависимость: чем больше скачек при сбросе топлива – тем больше расход топлива через форсунку. Логично сделать вывод, что сравнивая пульсации давления с разных форсунок, можно оценить их состояние. Отследить эти пульсации манометром не представляется возможным из-за его инерционности.

Изменение давления можно отследить по деформации патрубков. Специально для этих целей был разработан датчик вибрации. Он устанавливается на топливоподводящий патрубок и регистрирует его деформацию.

Установка датчика на топливную систему с РДТ Классический внешний вид топливной системы с РДТ на рампе: 1. Топливная форсунка; 2. Электрический разъем форсунки; 3. Проводка форсунок; 4. Патрубок подачи топлива (высокое давление); 5. Патрубок возврата топлива в бак (низкое давление); 6. Регулятор давления топлива (РДТ); 7. Вакуумный патрубок РДТ

Датчик необходимо устанавливать на топливоподводящий патрубок. Предварительно место установки очистить от мусора и маслянистых отложений. Датчик расположить так, чтобы трубка находилась между V-образной деталью датчика и прижимным винтом. Прижимной винт должен слегка касаться трубки. Обратить внимание, датчик должен находиться как можно ближе к топливной рампе, но не ближе чем 2..3 см от края штуцера рампы.

Проверить, чтобы корпус датчика не касался посторонних патрубков и проводов, провернуть прижимной винт еще на 1,5...2 оборота. При монтаже датчика не нужно прикладывать большие усилия, так как это может привести к повреждению топливопровода. Чувствительность датчика не зависит от силы затяжки прижимного винта. Подключить датчик к мотор-тестеру к любому из аналоговых каналов, например, к 6-му. Если при максимальной чувствительности амплитуда сигнала слишком мала, то можно воспользоваться дополнительным аппаратным усилителем х5 8-го канала.

Емкостный датчик первого цилиндра (Сх1) подключить к высоковольтному проводу первого цилиндра

Для безсливных рамп подключение датчика вибрации проводить по тому же принципу.

Настройки мотор-тестера

Включить два канала: аналоговый, к которому подключен датчик, и логический канал. Для логического канала выбирать автоматическую настройку. Аналоговый канал настраиваем на диапазон 0,1…0,2 В. Для резиновых патрубков необходима меньшая чувствительность, для пластиковых – большая. Развертка - 10…50 КГц.

Рисунок – Настройка мотор-тестера

Осциллограмму записывать при полностью прогретом двигателе, работающем на холостом ходу.

Осциллограмма пульсаций давления в топливной рампе: 1ф – пульсация 1-ой форсунки; 2ф - 2-ой форсунки; 3ф - 3-ей форсунки; 4ф - 4-ой форсунки; Сх1 – момент искры в первом цилиндре

Высота каждого импульса соответствует пропускной способности форсунки. Чем ниже вершинка импульса тем больше топлива впрыснула форсунка.

Пример осциллограммы с того же автомобиля ДО промывки форсунок

Рисунок - Проверка на стенде показала, что 3я форсунка забита частично, 1ая - практически полностью

Анализ существующих диагностических средств двигателя показывает на их большое разнообразие. Имеющиеся на рынке диагностические средства для обслуживания ЭСУД можно разделить на три категории:

1. Сканеры кодов диагностики;

2. Тестеры-сканеры;

3. Мотор-тестеры.

Сканеры кодов диагностики позволяют считывать, распознавать и стирать коды неисправностей, определенные системой самодиагностики ЭБУ.

Тестеры-сканеры могут обеспечить визуализацию системных параметров ЭБУ, определяющих работу двигателя, вплоть до системных переменных, позволяющих судить о работе алгоритма управляющей программы.

Мотор-тестеры позволяют обеспечить сбор и отображение параметров работы двигателя и автомобиля независимо от блока управления и обеспечить контроль выходных параметров исполнительных устройств, не контролируемых электроникой ЭСУД.

Совершенно понятно, что цены на приборы разных категорий отличаются на порядок и зависят от качества, полноты и сервисной поддержки производителя.

Парадокс диагностики ЭСУД заключается в следующем: простую неисправность очень сложно определить без простейшего тестера-сканера, сложная неисправность не диагностируется никакими имеющимися на рынке приборами и может определяться лишь на основе знаний работы элементов системы и алгоритма управляющей программы ЭБУ.

Однако из перечисленных трех категорий диагностических средств – мотор-тестеры позволяют получить более достоверную диагностику. Но в то же время анализ стоимости диагностических средств указывает на самую значительную стоимость мотор-тестера. Так по данным [] их стоимость колеблется в пределах 60-300 тыс. рублей. В то время как стоимость сканеров кодов диагностики составляет 2-50 тыс. рублей (сюда же можно отнести бортовые компьютеры). Стоимость тестеров-сканеров – 6-100 тыс. рублей. Небольшие сервисы не могут себе позволить дорогие мотор-тестеры и в основном приобретают сканеры, тестеры-сканеры. Т.е. на лицо проблема снижения стоимости диагностических средств.

Следует затронуть проблему обеспечения информационной емкости получаемой диагностической информации. Например, мотор-тестеры позволяют получать более 100 диагностических параметров, на самых современных мотор-тестерах заложено более 100 диагностических параметров. При этом значительная часть диагностических параметров фактически никогда не используется диагностами при проведении диагностических работ.

Таким образом, можно выделить несколько задач при разработке диагностических средств:

1. Существенное удешевление диагностических средств;

2. Повышение информативности и достоверности процесса диагностирования при общем снижении числа диагностических параметров;

3. Использование в качестве диагностического средства штатного электронного блока управления автомобилем (соответствующим образом доработанного);

4. Автоматизация процесса диагностирования;

5. Универсальность диагностического средства.

Поставленные задачи послужили основой для разработки технического задания на проектирование универсального электронного блока управления работой двигателя на базе штатного блока управления Микас 7.1 автомобиля ГАЗ. В соответствии с техническим заданием были разработаны компоновочные и схемные решения, спроектированы все конструктивные элементы прибора и разработана необходимая конструкторская документация для его изготовления, разработан прибор, интерфейс и программа, коммутационное устройство. Изготовление и сборка опытных образцов приборов были закончены в сроки, установленные календарным планом. В результате изготовления был накоплен технологический опыт, позволяющий воспроизвести разработанные конструкции с меньшими затратами.

Дальнейшая работа над проектом была посвящена разработке методического и программного обеспечения, отработке удобного интерфейса и управления, практической разработке диагностических тестов, технологии и алгоритма диагностирования. Методические разработки были направлены на решение следующих задач:

• Изучить технические возможности прибора;

• Выбрать диагностические параметры и режимы диагностирования;

• Исследовать чувствительность диагностических параметров;

• Разработать технологию диагностирования, алгоритм, оценить трудоемкость процесса диагностирования;

• Провести экономическую оценку внедрения.

Испытания опытных образцов позволили выявить конструктивные недостатки прибора, был доработан удобный интерфейс и диагностическая программа.

Отказы системы топливоподачи (СТ) составляют по разным данным 18-30% от всех отказов двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Как следствие отказы вызывают уменьшение мощности ДВС на 15-23%. Главными причинами отказов СТ являются: некачественное топливо (несоответствующее стандарту), нарушение режимов работы автовладельцем, отсутствие плановых регламентных работ, работа ДВС на топливе с другим октановым числом. Чаще всего водитель забывает об отсутствии топлива в баке и продолжает прокручивать стартером коленчатый вал ДВС. Однако ЭБН прокачивает бензин через весь электродвигатель ЭБН, охлаждая его. При отсутствии бензина тепловой режим ЭБН нарушается и ролики заклинивают.

Таким образом, типичными неисправностями СТ являются: подклинивание роликов ЭБН, засорение обратного клапана, падение производительности.

СТ двигателя является системой содержащей восстанавливаемые и не восстанавливаемые элементы. К числу невосстанавливаемых элементов относят ЭБН.

Работа ЭБН характеризуется производительностью до 150 л/ч, максимальным развиваемым давлением топлива до 0,6 МПа и герметичностью обратного клапана. Номинальное напряжение питания ЭБН должно составлять не менее 12 В, потребляемый ток до 7А, сопротивление исправных обмоток катушек электродвигателя ЭБН 1,2 Ом.

Проведем краткий анализ методов и средств контроля ЭБН.

1. Проверка производительности ЭБН проводится подключением к нагнетательной магистрали устройства измерения давления МТ-2А с калиброванным отводящим каналом с диаметром 1,5-1,7 мм [2]. С помощью прибора DST-6С включают ЭЬН (напряжение питания должно быть не ниже 12 В) и контролируют давление топлива. При полностью исправной СТ измеренное давление должно составлять 0,29…0,32 МПа. Если при измерении его значение, ниже, то как следствие производительность ЭБН становится недостаточной. У данных методов и средств контроля есть существенные недостатки: проверка производительности ЭБН производится с открытым каналом слива топлива, истекающим под давлением, что представляет высокую пожарную опасность на СТО. Калибровочного оборудования в специальных магазинах для СТО в продаже нет. В связи с этим контроль производительности ЭБН не проводится, что может привести к эксплуатации СТ с неисправными ЭБН.

2. Для контроля максимально развиваемого давления ЭБН необходимо установить манометр МТ-2А в нагнетательную магистраль, включить при помощи прибора DST-6С ЭБН на 10 секунд и в течение этого времени проконтролировать давление, которое должно поддерживаться не менее (0,58-0,6 МПа). При отсутствии давления или ниже его нормы визуально контролируют фильтр грубой очистки, топливоподающую магистраль от ЭБН до манометра.

3. Для определения герметичности обратного клапана ЭБН необходимо создать в топливной магистрали давление, при прекращении работы ЭБН в течении 10 секунд давление в рампе не должно падать ниже 0,28 МПа.

Процесс проверки ЭБН трудоемок, по падению давления в магистрали нельзя сразу сказать о техническом состоянии одного только ЭБН. Данную проверку следует проводить совместно с проверкой максимально развиваемого давления ЭБН.

Известен способ диагностирования системы топливоподачи автомобиля посредством определения параметров величины изменения давления топлива в топливной рампе при помощи манометра (Система управления двигателем ВАЗ-2111 (1,5 л) с распределенным впрыском топлива: руководство по техническому обслуживанию и ремонту. – М.: «Издательство ЛИВР», 1997, 144 с.)

Недостатками данного способа является низкая достоверность оценки электробензонасосов данным способом из-за невозможности задания оптимальных режимов диагностирования при проявлении неисправностей в максимальной степени. Данным способом фиксируются предельные состояния электробензонасоса, когда он не может обеспечить номинального давления в топливной рампе.

Известен способ с применением расходомера топлива (Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1980), который устанавливается в топливопровод и фиксирует расход топлива в нем при работе двигателя на повышенной частоте вращения коленчатого вала.

Однако недостатком способа является необходимость отсоединения топливных шлангов и возможный пролив топлива, что создает повышенную пожароопасность.

Принятый в качестве прототипа способ (техническое описание и инструкция по эксплуатации «Измерителя эффективности работы цилиндров» модели 3216М, изданный опытно-экспериментальным заводом Новгородского производственного объединения «Автоспецоборудование», № Э216М.00.00.000.ТО. 1982 г.) используют при диагностировании технического состояния цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Способ заключается в измерении уменьшения частоты вращения коленчатого вала двигателя при поочередном отключении каждого цилиндра при помощи электронного выключателя зажигания, которым прекращают искрообразование в выбранном цилиндре в необходимые моменты времени. Способ предусматривает предварительный прогрев двигателя и установку заданной частоты вращения коленчатого вала в пределах 1000…1500 мин^-1. Отсчет снижения частоты вращения производят в течение 10…15 секунд после стабилизации вращения коленчатого вала. Согласно способу принято считать, что техническое состояние ДВС удовлетворительно, если снижение частоты вращения при поочередном выключении каждого цилиндра находится в пределах 25% от наибольшей величины. При повышении этого предела считают, что двигатель неисправен, и указывают набор возможных причин неисправностей, которые следует определять дополнительно.

Однако контроль только частоты вращения коленчатого вала двигателя не позволяет выявить действительное техническое состояние электробензонасоса. Так как снижение частоты вращения возможно по другим причинам, несвязанным с электробензонасосом. Требуются показатели, конкретизирующие влияние технического состояния именно электробензонасоса.

Обмотка реле топливного насоса

Перед проведением следующей проверки убедитесь в исправности главного реле (предыдущий тест) независимо от типа заземления реле. Включите зажигание. Подключите положительный провод вольтметра к проводу управления обмоткой реле с задней стороны разъема ЭБУ. Напряжение должно быть равно номинальному. Если это не так, проверьте реле или электропроводку реле. Вращайте двигатель стартером или запустите его. Напряжение должно стать равным 0. Если это не так, проверьте реле или электропроводку реле.

Вращайте двигатель стартером или запустите его. Напряжение должно стать равным 0. Если это не так, отключите разъем ЭБУ и временно подсоедините контакт к корпусу. Реле включается: проверьте все напряжения питания и заземления ЭБУ. Если все в норме, значит ЭБУ неисправен. Реле не включается: проверьте реле или электропроводку реле.

Система топливоподачи

30 Топливный насос и цепь его питания

Найдите топливный насос. Типичные места расположения топливного насоса: а) закреплен болтами на внешней стенке топливного бака; б) расположен внутри топливного бака. Место доступа к такому насосу находится под задним сиденьем.

Подключите отрицательный провод вольтметра к корпусу двигателя. Найдите выводы питания и заземления. Подключите положительный вывод вольтметра к выводу питания топливного насоса. Вращайте двигатель стартером или установите перемычку в обход реле топливного насоса. Напряжение должно быть равным номинальному.

Напряжение питания отсутствует: а) проверьте предохранитель цепи топливного насоса (если он имеется); б) проверьте реле топливного насоса; в) проверьте инерционный выключатель (если он установлен); г) проверьте непрерывность проводов.

Подключите положительный провод вольтметра к контакту заземления. Вращайте двигатель стартером или установите перемычку в обход реле топливного насоса. Максимальное напряжение не должно превышать 0,25 В.

Давление в топливной системе

Перед сменой топливного насоса или проведением работ с системой питания необходимо понизить давление в системе питания.

Сброс давления в топливной системе (с релейным блоком)

Рисунок 4.33. Проверка производительности топливной системы. Отсоедините возвратный шланг за регулятором давления и опустите его в емкость

Удалите предохранитель топливного насоса или отсоедините провод заземления от клеммы топливного насоса. Вращайте стартером двигатель пока он не заглохнет. Давление в топливной системе с релейным блоком не может быть понижено путем снятия реле, поскольку от этого реле также осуществляется питание топливных форсунок. При снятии реле форсунки не будут включаться и давление не уменьшится.

Сброс давления в топливной системе (с отдельным реле топливного насоса)

Извлеките реле топливного насоса. Вращайте стартером или запустите двигатель, пока он не заглохнет.

Проверка производительности топливной системы

Производительность топливной системы является надежным показателем отсутствия утечек топлива. Если давление находится в норме, но производительность системы низка, необходимо найти причину этого явления. Отсоедините возвратный шланг топливной системы за регулятором давления м опустите его в мерную емкость (рисунок 4.33). Включите топливный насос, запустив двигатель на оборотах холостого хода или поставив перемычку в обход топливного насоса. Измерьте производительность топливной системы: а) для исправной системы распределенного впрыска расход топлива должен быть не менее 2,0 л/мин.

Если расход слишком мал, убедитесь в отсутствии следующих неисправностей: а) засорение топливного фильтра; б) перегиб или засорение проводов; в) засорение на выходе из топливного бака.

Рисунок 4.34. Подключите манометр и измерьте давление в топливной системе

Проверка давления топлива (двигатель не работает)

Понадобится манометр и переходник для подключения манометра к топливной системе. Сбросьте давление в топливной системе. Подключите манометр к напорному топливопроводу перед топливной магистралью. Подсоедините все топливные шланги. Подайте питание на насос в обход реле. Альтернативный способ увеличения давления в топливной системе – несколько раз включить и выключить зажигание. Запишите полученное значение давления и сравните его с техническими данными. В большинстве систем распределенного впрыска давление в системе составляет 2,5…3 кгс/см2.

Проверка давления в топливной системе (при работающем двигателе, только для систем распределенного впрыска)

Подключите реле топливного насоса. Запустите двигатель на холостом ходу. Запишите давление топлива (оно должно быть на 0,5 кгс/см2 ниже, чем для неработающего двигателя). Отсоедините от регулятора давления вакуумный шланг и заткните его. Запишите значение давления (оно должно быть таким же, как и для неработающего двигателя). Выньте пробку из вакуумного шланга и подсоедините его к регулятору давления. Давление топлива должно понизиться на 0,5 кгс/см2.

Низкое давление в топливной системе (для системы распределенного впрыска)

Ненадолго пережмите возвратный шланг между регулятором давления и топливным баком. Если давление повысилось, значит регулятор давления неисправен. Низкое давление и его медленное нарастание обычно свидетельствуют о засорении топливного фильтра и шлангов топливной системы. Обычно эта неисправность диагностируется при измерении производительности топливной системы. Убедитесь в отсутствии утечек в форсунках. Если давление остается низким и утечек топлива не обнаружено, значит неисправен топливный насос.

Высокое давление в топливной системе

Отсоедините возвратный шланг от регулятора давления. Подсоедините временным шлангом регулятор давления к емкости и запустите двигатель. Если давление остается высоким, замените регулятор давления. Если давление стало нормальным, прочистите возвратный шланг.

Испытание топливной системы на максимальное давление

Рисунок 4.35. Зажмите напорную магистраль для проверки напора топливного насоса

Если топливопроводы или хомуты резиновых шлангов топливной системы имеют ненадежные соединения, они могут привести к утечке топлива при испытании. Проведите это испытание насколько возможно быстро. Если давление в системе превысит максимальное давление манометра, немедленно прекратите испытание.

Запустите топливный насос в обход реле и пережмите возвратный топливопровод (ненадолго). Давление должно достичь максимального значения. Если давление в системе не достигло максимального, это указывает на неисправность топливного насоса. Для систем распределенного впрыска топлива – 4…6 кгс/см2. Для большинства систем пережать возвратный шланг можно при помощи зажима тормозных шлангов колес.

Проверка остаточного давления в системе

Сбросьте давление в топливной системе. Подключите манометр к напорному топливопроводу (перед топливной магистралью). Соедините все трубки и шланги топливной системы. Запустите двигатель на холостом ходу и прогрейте его до рабочей температуры. Запишите показания манометра и заглушите двигатель. Давление не должно уменьшаться быстрее, чем 0,5 бар/мин. Слишком быстрое снижение давления в системе не оказывает влияние на работу двигателя, однако, вызывает затрудненный пуск горячего двигателя.

Слишком быстрое снижение давления

Выключите зажигание и одновременно пережмите возвратный шланг. Если снижение давления все равно происходит слишком быстро, проверьте следующее: а) клапан топливного насоса; б) форсунки.

Если давление замедлилось, проверьте регулятор давления.

Проверка перепускного клапана топливного насоса

Зажмите напорный топливопровод перед топливной магистралью и выключите зажигание. Если давление не снижается, значит перепускной клапан топливного насоса неисправен. Иногда этот клапан можно приобрести отдельно от насоса. В противном случае замените топливный насос.

Проверка форсунок

Снимите форсунки с двигателя и проверьте расход топлива через них при помощи специального оборудования. Этот метод является наиболее подходящим.

Альтернативный метод (только для системы распределенного впрыска):

а) снимите форсунки и уложите их в контейнеры мерной емкости. Не отсоединяйте их от топливной магистрали и регулятора давления. Установите перемычку на контакты реле. Отсоедините от форсунок разъемы электропроводки. При помощи перемычки подсоедините вывод питания форсунки к положительной клемме АКБ. При помощи второй перемычки соедините вывод заземления форсунки с корпусом двигателя. Включите форсунку приблизительно на 15 с. Аналогично проверьте все остальные форсунки. Разность объемов топлива, прошедших через форсунки не должна превышать 5 см3. Каждая форсунка должна распылять топливо конической струей. Повторите испытание, чтобы убедиться в надежности полученных результатов.

Рисунок 4.37. Проверка расхода топлива через форсунку и формы струи

После отключения питания утечка топлива через форсунку не должна превышать 1 каплю за 60 с.

Электробензонасосы.

Топливный насос должен подавать достаточное количество топлива в двигатель и одновременно поддерживать нужное давление, обеспечивающее эффективный впрыск топлива при всех условиях работы.

Основные требования: обеспечение подачи топлива 60-200 л/ч при номинальной нагрузке; поддержание давления в системе питания на уровне 300-450 КПа; способность поддерживать давление в системе при нагрузке равной 50…60% от номинальной, что весьма важно для пуска двигателя.

При вращении рабочего элемента вытеснительного насоса он всасывает жидкость со стороны входа, пропускает ее через герметичную зону и нагнетает эту жидкость потребителю. Насосы выпускаются двух типов: роторный насос с роликами и шестеренный насос с внутренним зацеплением. Насосы первого типа обеспечивают хорошую производительность в условиях хороших давлений (400 КПа и выше). Они также могут работать при низком напряжении питания, т.е. кривая расхода остается относительно «плоской» и постоянной в большом диапазоне рабочих нагрузок. К.п.д. насоса составляет около 25%. Присущие этому насосу импульсы давления могут вызывать дополнительный шум, уровень которого изменяется в зависимости от конструктивных особенностей насоса и места его установки. При перекачивании горячего топлива насос может подавать вместо топлива его газовую фракцию, что приводит к снижению топливоподачи. Обычно нагнетательный насос имеет перепускные каналы, позволяющие решить данную проблему выпуском газовой фракции топлива.

Центробежные насосы. Конструкции базирующиеся на действии центробежных сил. Крыльчатка, имеющая множество периферических лопаток, вращается внутри камеры, состоящей из двух неподвижных секций. Каждая из секций имеет канал, расположенный вдоль пути перемещения лопаток крыльчатки; на одном конце канала предусмотрены отверстия, расположенные в плоскости всасывающих отверстий насоса. Небольшое газовыпускное отверстие, располагаемое на определенном расстоянии от всасывающего отверстия, улучшает производительность насоса в горячем состоянии; через его отверстие наружу выпускаются пузырьки газа.

Пульсация жидкости, создаваемая при воздействии на жидкость лопаток крыльчатки насоса, обеспечивает получение повышенного давления по всей длине канала. Это приводит к вращению жидкости по спиральной траектории в зоне лопаток и канала.

Так как сохраняется постоянное повышенное давление без его резких колебаний, насосы этого типа работают бесшумно. Конструкция насоса проще, чем конструкция вытеснительного насоса. Одноступенчатые насосы позволяют получать давление в системе, достигающее 400 КПа.

Возможно скоро потребуется еще большее давление в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива. Такие давления в условиях длительной работы могут привести к перегрузкам существующих стандартных систем электрооборудования (электродвигателей постоянного тока с обычной электромеханической коммутацией) и, как следствие, к значительному снижению срока их службы. В настоящее время рассматриваются меры по устранению этих проблем:

- работа в условиях высоких давлений должна осуществляться только по необходимости – для управления электроприводным насосом должен применяться модуль синхронизации или другое устройство аналогичного действия;

- электродвигатель топливного насоса следует оборудовать угольным коммутатором вместо обычного медного, т.к. при этом обеспечивается безопасная и долговечная работа насоса при высоких величинах тока, применении коррозионноагрессивных и высоковязких топлив;

- при использовании насосов в широком диапазоне условий эксплуатации и с различными видами топлива, насосы должны снабжаться устройствами электронной коммутации.

Уровни к.п.д. для серийных насосов находятся в пределах от 10 до 15%. Фактически все новые конструкции автомобилей, оборудованные двигателя с искровым зажиганием, имеют в своих системах центробежные насосы.

Электроприводные топливные насосы, объединенные с системой питания и топливным баком. С недавних пор наблюдается тенденция размещать электроприводные насосы размещать внутри топливного бака. Они все чаще включают в себя такие компоненты, как фильтр на входе, топливоотражательную камеру, обеспечивающую постоянство подачи топлива при движении автомобиля на повороте, датчик расхода топлива и различные электрические и гидравлические соединения.

Другим новшеством в этой области является система питания без обратного потока топлива, которая обычно характеризуется встроенным в насос регулятором давления топлива. В этот блок насоса и регулятора может также встраиваться сетчатый фильтр тонкой очистки топлива, устанавливаемый на нагнетательной секции насоса.

В перспективе предполагается использовать и другие функциональные элементы таких насосов (например, диагностические устройства для выявления течи топливного бака или блок контроля времени работы насоса), интегрированные в распределительный модуль.

Системы впрыска топлива бензинового двигателя.

Многоточечный (распределенный) впрыск топлива (MPI)

Многоточечный впрыск создает условия для более оптимальной, по сравнению с одноточечным впрыском, работы системы смесеобразования. Для каждого цилиндра предусмотрена топливная форсунка, через которую топливо впрыскивается непосредственно перед впускным клапаном. В качестве примера таких систем – КЕ- и L-Джетроник.

Многоточечный распределенный впрыск топлива: 1 – подача топлива; 2 – поступление воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 – впускной трубопровод; 5 – форсунки; 6 – двигатель

Однако большее распространение приобретают – электронные системы впрыска топлива. Электронноуправляемые системы впрыска обеспечивают прерывистый впрыск топлива форсунками с электромагнитным управлением. Масса впрыскиваемого топлива определяется временем открытия форсунки.

Примеры таких систем: L-Джетроник, LН-Джетроник и подсистема впрыска топлива системы впрыска топлива Motronic. Необходимость соблюдения жестких норм содержания вредных веществ отработавших газах диктует высокие требования к регулированию состава топливовоздушной смеси. При этом важно обеспечить как точность момента впрыска топлива, так и точность дозировки массы впрыскиваемого топлива в зависимости от количества подаваемого воздуха.

Для выполнения этих требований в современных системах многоточечного (распределенного) впрыска топлива на каждый цилиндр двигателя приходится по электромагнитной форсунке, причем управление каждой форсункой осуществляется индивидуально. Количество впрыскиваемого топлива и корректировка момента впрыска рассчитываются для каждой форсунки в электронном блоке управления (ECU). Процесс смесеобразования улучшается за счет впрыскивания точно отмеренного количества топлива непосредственно перед впускным клапаном (или клапанами) в точно установленный момент времени. Это в свою очередь в значительной степени предотвращает попадание топлива на стенки впускного трубопровода, что может привести к временным отклонениям коэффициента избытка воздуха от среднего значения в неустановившемся режиме работы двигателя. Так как в многоточечной системе впрыска через впускной трубопровод проходит только воздух, трубопровод может быть выполнен таким образом, чтобы в оптимальной степени соответствовать газодинамическим характеристикам наполнения цилиндров двигателя.

Системы с внутренним смесеобразованием. В таких системах, называемых системами с непосредственным впрыском (DI), топливные форсунки с электромагнитным приводом, размещенные в каждом цилиндре, впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания. Смесеобразование происходит внутри цилиндра. Для обеспечения эффективного сгорания смеси существенную роль играет процесс распыления выходящего из форсунки топлива.

Во впускной трубопровод двигателя с непосредственным впрыском топлива, в отличие от двигателя с внешним смесеобразованием, подается исключительно воздух. Таким образом, исключается попадание топлива на стенки впускного трубопровода.

Если при внешнем смесеобразовании в процессе сгорания обычно присутствует однородная топливовоздушная смесь, то при внутреннем смесеобразовании двигатель может работать как с однородной, так и с неоднородной смесью.

Непосредственный впрыск топлива (DI): 1 – подача топлива: 2 – поступление воздуха: 3 – дроссельная заслонка (электронно-управляемая педаль газа EGAS); 4 - впускной трубопровод; 5 – форсунки; 6 – двигатель

Система L-Jetronic

Принципы действия: измерение расхода воздуха, основные задающие параметры: расход воздуха и частота вращения коленчатого вала двигателя; дискретный впрыск топлива.

Система L-Jetronic сочетает в себе преимущества систем с непосредственным измерением расхода воздуха и возможности, представленные электронными устройствами. Данная система распознает изменения в условиях работы двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменения в зазорах клапанов), что обеспечивает постоянный оптимальный состав отработавших газов.

Работа системы. Топливо впрыскивается через форсунки с электромагнитным управлением. Форсунка, установленная перед каждым цилиндром, включается в работу один раз за один оборот коленчатого вала. Для упрощения управления форсунками все они подключаются к электроцепи параллельно. Разность между давлением топлива и давлением во впускном трубопроводе двигателя поддерживается на постоянном уровне порядка 2,5…3,0 кгс/см², благодаря чему количество подаваемого топлива определяется исключительно продолжительности импульса, устанавливаемого ECU. Продолжительность импульса варьируется в соответствии с расходом всасываемого воздуха, частотой вращения коленчатого вала двигателя и другими параметрами, контролируемыми датчиками.

Подача топлива. Топливный насос с электроприводом служит для подачи в систему топлива и создания давления впрыска. Топливо всасывается из бака, прокачивается через фильтр и попадает в нагнетательную магистраль, на другом конце которой установлен регулятор давления, который поддерживает постоянное давление у дозирующего отверстия.

Стандартная система подачи топлива. Магистраль высокого давления соединяет все форсунки двигателя. В конце ее установлен регулятор давления; из него неиспользованное топливо направляется снова в бак через возвратную магистраль. Так как это возвратное топливо нагревается на своем пути, температура в топливном баке возрастает.

В топливном баке образуются пары топлива и интенсивность этого процесса зависит от температуры топлива. Для выполнения требований охраны окружающей среды пары топлива направляются через систему вентиляции топливного бака в адсорбер с активированным углем. После пуска двигателя пары возвращаются во впускной трубопровод и затем сжигаются в двигателе.

Схема топливоподачи: а – стандартная система; b – система без возврата топлива в бак: 1 – бак; 2 – топливный насос с электроприводом; 3 – топливный фильтр; 4 – нагнетательная магистраль высокого давления; 5 – регулятор давления топлива; 6 – форсунки; 7 – топливопровод с форсунками (непрерывный поток топлива); 8 – возвратная топливная магистраль; 9 – топливопровод с форсунками (для системы без возврата топлива в бак)

Система без возврата топлива в бак. Эти системы уменьшают нагрев топлива в баке, что облегчает выполнение принятых норм по максимально допустимым выбросам топливных паров. Регулятор давления топлива располагается в топливном баке или непосредственно примыкает к нему, а возвратная магистраль, связанная с баком, отсутствует. Количество топлива, нагнетаемого насосом в топливопровод с закрепленными на нем форсунками, полностью используется в этих форсунках. Избыток топлива, подаваемого насосом, возвращается непосредственно в бак без прохода по кругу «двигатель м обратно». Предполагая сохранение равных условий работы и в зависимости от особых условий использования автомобиля, эта система может снизить температуру в топливном баке до 10⁰С при снижении испарения топлива приблизительно на 1/3.

Форсунки. Форсунки дозируют и распыляют топливо. При подаче напряжения на обмотку электромагнита игла распылителя приподнимается на 0,05 мм от седла.

Пленочный измеритель массового расхода воздуха. Принцип действия пленочного измерителя аналогичен принципу действия теплового измерителя. Однако, в целях упрощения конструкции большая часть электромостовой схемы измерителя размещается на керамической подложке, в форме тонкопленочных резисторов. Кроме того, отпадает необходимость сжигания загрязняющих пленой.

Пленочный измеритель массового расхода воздуха: a - корпус; b – пленочный измеритель (устанавливается в центре корпуса); 1 – теплоотводящий элемент; 2 – распорный элемент; 3 – задающая ступень; 4 – гибридная схема; 5 – измерительный элемент (металлическая пленка)

Эта проблема решается размещением измерителя за потоком воздуха, что уменьшает отложение загрязнений на пленке измерителя.

Измеритель Karman объемного расхода воздуха вихревого типа. Еще одним вариантом измерения расхода всасываемого в цилиндры воздуха является измеритель объемного расхода, работающий на принципе завихрений типа Karman. Этот измеритель определяет завихрения потока воздуха, проходящего через генераторы турбулентности. Частота этих завихрений является мерой объемного расхода воздуха. Она измеряется испускаемыми волнами ультразвуковых колебаний, направленных перпендикулярно потоку воздуха на входе. Изменение скорости этих волн определяется ультразвуковым приемником и полученные сигналы анализируются в ECU.

Измеритель Karman объемного расхода воздуха вихревого типа: 1 – осциллятор; 2 – генератор турбулентности; 3 – передатчик; 4 – ультразвуковые волны; 5 – вихревые потоки; 6 – приемник; 7 – усилитель; 8 – фильтр; 9 – формирователь импульсов

Электромагнитные топливные форсунки. Топливная форсунка содержит корпус клапана с обмоткой и электрическим соединением, седло клапана с диском, снабженным одним или несколькими распылительными отверстиями, и подвижную иглу клапана с якорем соленоида.

Фильтр в топливоподающем устройстве защищает форсунку от загрязнений. Два уплотняющих кольца располагаются между топливоподающим патрубком форсунки и впускным трубопроводом. Когда обмотка обесточена, игла клапана под действием усилия пружины и давления топлива перемещается в направлении седла клапана, что позволяет изолировать систему питания от впускного трубопровода.

При поступлении электрического тока на форсунку обмотка создает магнитное поле, воздействующее на якорь соленоида, что заставляет иглу клапана отходить от седла, обеспечивая впрыск топлива.

Количество впрыскиваемого топлива в единицу времени определяется давлением в системе и площадью поперечного сечения распылительного сопла в диске форсунки. При отсечке электрического тока игла клапана снова возвращается на свое место, перекрывая распылительное сопло.

Образование распыливаемых струй топлива. Форма и угол рапыления, а также размеры образующихся капель топлива оказывают влияние на смесеобразование. Различные типы распыляемых струй определяются расположением форсунки, геометрическими характеристиками впускного трубопровода и головки блока цилиндров.

Конусная форма распыления. Диск с отверстиями обеспечивает получение нескольких струй распыляемого топлива, которые вместе образуют конусную форму распыления. Такая же форма распыления может быть получена с помощью штифта, выступающего из наконечника иглы. Форсунки, обеспечивающие конусную форму распыления, обычно устанавливаются на двигателях с одним впускным клапаном на каждый цилиндр. При такой форме распыляемой струи топлива направляются в зазор между тарелкой впускного клапана и стенкой впускного трубопровода.

Двухструйная форсунка. Применяется на двигателях с двумя впусными клапанами на каждый цилиндр. Отверстия на диске форсунки располагаются таким образом, чтобы образовывались две струи, каждая из которых поступает к впускному клапану.

Пневматическое распыление. В случае применения форсунки с пневматическим распылением падение давления между впускным трубопроводом и окружающей средой используется для улучшения процесса смесеобразования. Воздух направляется через воздушный кожух в выпускную зону диска с распылительными отверстиями. В узком воздушном зазоре поток воздуха ускоряется до очень высоких скоростей, и происходит тонкое распыление топлива при смешивании его с воздухом.

Датчики расхода воздуха систем К и L-Джетроник. Представляют собой диск, установленный в потоке воздуха перед дроссельной заслонкой и перемещающийся в диффузоре. По мере повышения расхода воздуха увеличивается кольцевое проходное сечение между диском и диффузором. Рычаг, соединенный с диском, перемещает плунжер в дозаторе топлива.

Датчики расхода воздуха системы L-Джетроник представляют собой качающуюся воздушную заслонку, ось которой связана с шлейфовым потенциометром. По мере увеличения расхода воздуха заслонка поворачивается вокруг оси, преодолевая усилие спиральной возвратной пружины и открывая необходимое проходное сечение. На одной оси с воздушной заслонкой имеется демпфирующая заслонка, установленная в воздушной емкости в виде сектора для уменьшения влияния колебаний пульсирующего потока воздуха на показатели расхода воздуха.

К числу недостатков датчиков расхода воздуха в системах К, КЕ, L, LE-Джетроник с подвижными элементами относятся: нестабильность показателей, связанная с износом подвижных элементов, их загрязнением, наличием погрешностей в показаниях из-за инерционности подвижных элементов на неустановившихся режимах и их колебания в пульсирующем потоке воздуха.

Термонемометрические датчики массового расхода воздуха. В последних системах с распределенным впрыском топлива, в том числе и для автомобилей ГАЗ, УАЗ и ВАЗ, широко распространены термоанемометрические датчики массового расхода воздуха. Основные преимущества такого способа измерения: безынерционность (высокая точность дозирования топлива за счет немедленной фиксации массового расхода топлива), стабильность регулировочных данных в процессе эксплуатации, отсутствие элементов, создающих аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, и подвижных деталей.

Существуют два типа датчиков: нитевые и пленочные. У нитевого датчика нагреваются платиновые нити. Блок датчика обеспечивает их постоянную температуру (150⁰С). При увеличении расхода воздуха нить охлаждается. С повышением ее температуры до 150⁰С растет напряжение на контактах нити и ЭБУ соответственно изменяет расход топлива. При выключении зажигания нить на несколько секунд нагревается примерно до 1000⁰С для самоочищения.

У пленочного датчика поддерживается постоянная температура пленочного платинового резистора, нанесенного на керамическую пластину. Недостатком пленочного датчика является необходимость замены его элемента при отложении на нем загрязнений, т.к. прожигать его нельзя.

Расходомеры.

Расход топлива в автомобиле оценивается по его количеству, потраченному на работу двигателя, которое определяется как разность объемов прямого и обратного потоков. Двигатели с искровым зажиганием и электронным дозированием подачи топлива используют расход воздуха в качестве основного управляющего параметра.

Расход воздуха определяется по его прохождению через впускной патрубок двигателя. Соотношение масс воздуха и топлива является важнейшим фактором в химическом процессе сгорания, поэтому фактически производится измерение массы расходуемого воздуха, хотя может применяться процедура, использующая определение объема и динамического давления.

Максимальная масса расходуемого воздуха, подлежащая замеру, лежит в интервале 400-1000 кг/ч, в зависимости от эффективной мощности двигателя. По усредненной оценке работы на холостом ходу современных двигателей отношение между минимальным и максимальным расходом составляет 1:90 – 1:100.

Измерение расхода.

Среда с однородной плотностью протекает через трубопровод постоянного диаметра А со скоростью , которая, в основном, является постоянной во всех точках сечения трубы (турбулентный поток). Результирующие условия определяются как:

Объемный расход потока ;

Массовый расход воздуха .

Если в трубе установить измерительную шайбу, сжимающую поток, то возникает, в соответствии с уравнением Бернулли, перепад давления , связывающий массу и объем расхода.

Измерительные шайбы позволяют отслеживать расход в относительном диапазоне 1:10; шайбы переменного сечения позволяют это делать в значительно большем диапазоне соотношений.

Объемные расходомеры.

В соответствии с принципом траектории вихря Кармана завихрения воздушного потока периодично появляются позади препятствия на постоянном расстоянии. На периферии (стенки трубы или канала) частота завихрений пропорциональна расходу:

Недостаток: пульсация потока может быть результатом ошибок измерения.

Ультразвуковое измерение расхода воздуха: 1 и 2 – приемопередатчики; - измерительный участок; - сигнал управления передачи; - время прохождения; - объемный расход; - угол

Расходомер воздуха с флюгерным элементом: 1 – створка давления; 2 – створка демпфера; 3 – демпфирующая камера; - поток

Ультразвуковая процедура измерения расхода. Может быть использована для определения времени прохождения акустической волны через измеряемую среду, например, воздух, под углом .

Одно измерение выполняется навстречу потоку, второе – по направлению потока на одном и том же участке длиной . Разница между временами прохождения пропорциональна объемному расходу воздуха.

Расходомеры на основе флюгерного элемента. Вращающаяся створка поворачивается на определенный угол в зависимости от расхода на участке переменного сечения, размер которого зависит от расхода. С помощью потенциометра можно контролировать положение створки для определения соответствующего расхода. Конструкция и электрическая схема расходомера воздуха обеспечивают логарифмическую зависимость между расходом и выходным сигналом (система L-Jetronic, KE- Jetronic). Измерительная ошибка возникает, если инерция клапана не позволяет ему отслеживать пульсации воздушного потока в условиях полной нагрузки при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Расходомеры массы воздуха.

Замкнутая цепь управления в корпусе датчика поддерживает постоянную разность температур между тонкой платиновой нитью или тонкопленочным резистором и проходящим воздушным потоком. Ток, необходимый для поддержания этой разницы, обеспечивает довольно точный, хотя и нелинейный, показатель массового расхода воздуха. Ввиду замкнутой конструкции, этот тип расходомера воздуха позволяет отслеживать колебания расхода в миллисекундном диапазоне. Однако неспособность датчика распознавать направления потока может привести к незначительной ошибке в измерении, если во впускном трубопроводе возникает сильная пульсация.

Платиновая проволока в расходомере массы воздуха функционирует и как нагревательный элемент, и как температурный датчик. Для получения стабильных и надежных характеристик в течение длительной эксплуатации после каждой фазы активной работы (когда зажигание отключено) с поверхности нагретой (приблизительно до 1000⁰С) проволочной нити должны испаряться все накапливаемые отложения (послесвечение).

При использовании платиновой нити нагревательный элемент расположен на обратной стороне пластины основания с соответствующим температурным датчиком на лицевой стороне. Это ведет к некоторому запаздыванию срабатывания конструкции. Для уменьшения влияния нагревательного элемента на параметры резистора температурной компенсации ( ), в керамической подложке делают лазерный срез. Для улучшения характеристик используется послесвечение нагревательного элемента.

Расходомер массы воздуха. В котором используется нагрев пленки, содержит все измерительные и управляющие электронные элементы на одной подложке. В нем нагревательные и измерительные резисторы выполняются в виде тонких платиновых слоев, напыленных на поверхность кристалла кремния. Температурная изоляция монтажа достигается установкой кристалла кремния на микромеханически утонченную подложку (подобная концепция используется в диафрагменных датчиках давления). Смежно расположенные датчик и температуры подогревателя и датчик температуры воздуха (на более толстом краю кремниевого кристалла) поддерживают нагревательный резистор на постоянном уровне превышения температуры. Этот метод отличается от ранее использовавшихся тем, что для получения выходного сигнала не требуется измерять ток подогрева. Вместо этого сигнал выводится из разности температур среды (воздуха), замеряемых датчиками и . Они расположены на пути потока по ходу его движения и на встречу ему по обе стороны от нагревательного резистора. Такой сигнал, в сравнении с использованием нагревательной нити, показывает направление движения потока.

Расходомер массы воздуха с использованием нагретой проволоки: - массовый расход; - выходное напряжение; - терморезистор; - прецизионный резистор; и - уравновешивающие резисторы; - термокомпенсационный резистор

Микромеханический расходомер массы воздуха с использованием нагрева пленки: 1 – диэлектрическая диафрагма; - нагревательный резистор; - датчик температуры нагревателя; - датчик температуры воздуха; и - температурные датчики (предшествующий нагревателю и следующий за ним); - масса воздушного потока; - температура

Расходомеры и массметры

По виду выдаваемой информации датчики расхода жидкостей и газов подразделяют на две группы – на расходомеры и массметры.

Если расход жидкости или газа (например воздуха) определяется по объему пропущенной среды, то датчик называется объемным расходомером. К таким датчикам относятся расходомеры воздуха для автомобильных систем впрыска бензина.

В свою очередь расходомеры воздуха подразделяются на механические – с круглым плавающим ротаметром; потенциометрические – с парусной измерительной заслонкой; вихревые датчики Кармана – с рассекателем воздушного потока, выполняющего функцию генератора воздушных завихрений, частота или вариации давления в которых несут информацию об объеме пропущенного воздуха.

При измерении расхода жидкости (например бензина) чаще применяются более простые расходомеры с вращающейся турбиной в подвижном потоке, по частоте вращения турбины определяется объем пропущенной жидкости, т.к. объем жидкостей под действием температуры изменяется незначительно, то с небольшой погрешностью можно считать, что значению этого параметра соответствует и масса (вес) жидкости.

Если расход текущей среды (жидкости или газа) определяется непосредственно по массе, то измерительный датчик называется массметром.

Массметры, в отличие от расходомеров, выдают более качественную метрологическую информацию. Особенно это касается воздушных массметров, т.к. объем газообразных сред, в отличие от жидкостей, в значительной степени зависит от температуры и давления. Так, в расходомерах воздуха, работающих в системах впрыска бензина, приходится устанавливать дополнительные (корректирующие) датчики температуры и давления в атмосферном воздухе. Массметры в системах впрыска работают без таких датчиков.

Основной принцип действия воздушных массметров основан на применении платиновой нити, разогретой электрическим током, в качестве датчика информации о массе проходящего воздушного потока, охлаждающего разогретую нить. Такой принцип измерения массы воздуха пришел в технику из метеорологии и называется термоанемометрическим.

2.4.3. Датчик Кармана

Датчики Кармана относятся к вихревым расходомерам воздуха. Если узкий стержень (рассекатель) разместить поперек равномерного воздушного потока, то за стержнем начнут образовываться завихрения. Принцип работы датчика Кармана основан на измерении частоты вращения вихревых потоков, которые образуются за поперечным стержнем в потоке всасываемого воздуха. Скорость потока воздуха определяется уравнением:

,

где - константа, зависящая от геометрии стержня; - критерий подобия неустановившихся движений текучих сред (число Струхаля) для конструкций автомобильных датчиков расхода воздуха ); - частота вращения вихревых потоков (генерации вихрей).

По частоте определяется скорость , затем по известному поперечному сечению входного канала датчика – объем воздуха.

Частоту генерации вихрей определяют ультразвуковым методом или по вариациям давления.

В ультразвуковых датчиках (рисунок 2.14)частоту генерации вихрей определяют по доплеровскому сдвигу частоты ультразвуковой волны (обычно 50 КГц) при ее рассеянии движущейся средой (потоком воздуха).

Рисунок 2.14. Ультразвуковой датчик Кармана

Рисунок 2.15. Датчик Кармана с измерением вариаций давления

Датчики Кармана на основе подсчета числа вихрей по вариациям давления гораздо дешевле. В них полупроводниковый, чувствительный к изменениям давления элемент расположен непосредственно за вихреобразующим стержнем (рассекателем). Вихрь, появляющийся за стержнем, вызывает изменение давления, которое преобразуется в электрический сигнал, поступающий в ЭБУ двигателя. Конструкция такого датчика показана на рисунке 2.15. Он состоит из формирователя ламинарного потока (ламинатора) на входе, треугольного поперечного стержня (рассекателя) – генератора вихрей и емкостного датчика давления. В корпусе также размещены датчик температуры и барометрического давления для определения массы поступающего воздуха по его объему. На холостом ходу датчик выдает сигнал с частотой около 100 Гц, при полной загрузке двигателя – около 2000 Гц.