Разработка метода безразборного диагностирования электромагнитных форсунок ДВС с впрыском лёгкого топлива и исследование изменений их рабочих показателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Березюков, Денис Сергеевич

• Березюков, Денис Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Березюков, Денис Сергеевич

Введение

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор конструкций и принципов работы ЭМФ

1.2 Проблемы ухудшения рабочих показателей ЭМФ в процессе эксплуатации

1.2.1 Рабочие показатели ЭМФ

1.2.2 Причины и последствия возникновения загрязнений ЭМФ

1.3 Методы диагностирования ЭМФ

1.4 Постановка цели и задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭМФ В СОСТАВЕ ЭСУД

2.1 Задачи исследования

2.2 Временные параметры работы ЭМФ

2.3 Расчет цикловой подачи топлива в двигателях с ЭСУД

2.4 Методика расчета продолжительности импульсов впрыскивания с учетом статических и динамических показателей ЭМФ, а также их эксплуатационного изменения

2.5 Математическое моделирование работы ЭМФ

2.5.1 Исходные расчетные зависимости

2.5.2 Определение количества топлива, поданного ЭМФ за рабочий цикл

2.5.3 Построение математической модели в системе Мшксай

2.5.4 Результаты моделирования работы ЭМФ

2.6 Выводы по главе

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РАБОЧИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭМФ

3.1 Задачи исследования

3.2 Используемая лабораторная установка, созданная для исследования эксплуатационных изменений рабочих показателей ЭМФ

3.3 Методика проведения экспериментального исследования

3.3.1 Определение статической и динамической производительности ЭМФ объемным методом

3.3.2 Определение влияния пропускной способности и параметров быстродействия ЭМФ на изменение давления топлива в нагнетательной магистрали при работающем и отключенном электробензонасосе

3.3.3 Определение параметров быстродействия ЭМФ по форме осциллограммы напряжения на выводах обмотки при подаче на нее электрических управляющих импульсов

3.4 Результаты экспериментального исследования и их анализ

3.5 Выводы по главе

4. РАЗРАБОТКА БЕЗРАЗБОРНОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭМФ

4.1 Основные требования, предъявляемые к методу диагностирования ЭМФ

4.2 Описание разработанного метода диагностирования ЭМФ

4.3 Создание диагностирующего устройства на основе разработанного метода

4.3.1 Описание устройства и принципа работы

4.3.2 Оценка точности измерений

4.4 Результаты использования диагностирования ЭМФ и их оценка

4.5 Выводы по главе Основные результаты и выводы Список использованной литературы разработанного метода

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода безразборного диагностирования электромагнитных форсунок ДВС с впрыском лёгкого топлива и исследование изменений их рабочих показателей»

В настоящее время широкое распространение получили бензиновые ДВС с системами распределенного впрыскивания топлива (РВТ), причем подавляющее большинство из них - с впрыскиванием топлива во впускной коллектор, что объясняется высокими показателями эффективности и надежности этих систем. Функционирование устройств системы топливоподачи в составе электронной системы управления двигателем (ЭСУД) позволяет реализовать (организовать) качественное управление рабочим процессом двигателя на цикловом уровне. Постоянное совершенствование конструкции элементов топливоподающей системы и разработка новых алгоритмов программы электронного блока управления повышают эксплуатационные характеристики двигателей.

Одним из самых ответственных элементов системы топливоподачи современных бензиновых двигателей является электромагнитная форсунка (ЭМФ). Качественное протекание процессов дозирования топлива и образования топливовоздушной смеси во многом определяется техническими характеристиками ЭМФ. Применяемые в двигателях с впрыскиванием топлива ЭМФ обладают большим числом важных рабочих показателей, работают в импульсном режиме в сложных условиях вибрации двигателя, повышенных температур и загрязнения топлива. Поддержание требуемого быстродействия и точности дозирования топлива в течение всего срока работы ЭМФ предъявляет жесткие требования к совершенству их конструкции.

Тем не менее, техническое состояние ЭМФ в процессе эксплуатации неизбежно ухудшается. Это связано с загрязнением фильтрующего элемента и каналов для подачи топлива (элементов проточной части), износом подвижных деталей, межвитковыми замыканиями в обмотке катушки электромагнита и другими неисправностями ЭМФ. Возникновение этих неисправностей может оказывать существенное влияние на энергетические и экологические характеристики двигателя, что объясняет необходимость периодического контроля технического состояния ЭМФ.

Однако существующие методы оценки работоспособности ЭМФ обладают рядом серьезных недостатков. С одной стороны, возможно проведение качественного всестороннего диагностирования ЭМФ, но выполнение такой комплексной проверки предусматривает демонтаж ЭМФ с двигателя и использование сложного и дорогостоящего стендового оборудования, что не всегда экономически оправдано. С другой стороны, методы, не предусматривающие выполнение демонтажных работ, не позволяют получить полную картину технического состояния ЭМФ. Такие безразборные методы не дают возможность определить абсолютные значения основных рабочих показателей ЭМФ и поэтому не получили широкого практического применения.

Все сказанное обуславливает актуальность задачи исследования изменений рабочих показателей ЭМФ и создания более эффективных методов для их диагностирования.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Березюков, Денис Сергеевич

Основные результаты и выводы

1. Разработан метод безразборного диагностирования ЭМФ, основанный на измерении изменений давления топлива в нагнетательной магистрали, вызванных работой ЭМФ при неработающем двигателе, с использованием специального электронного блока для управления работой ЭМФ и ЭБН. Данный метод позволяет определить абсолютные значения основных рабочих показателей ЭМФ без демонтажа их с двигателя. Создано устройство, реализующее разработанный метод диагностирования ЭМФ, с помощью которого подтверждена высокая точность (рТд = 0,05-Ю, 1 %; ртст = 0,1-Ю,2 %.) и практическая пригодность данного метода.

2. Разработана математическая модель работы ЭМФ и оценено влияние различных неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации, на закон движения запорной иглы и расходную характеристику ЭМФ. Установлено, что износ рабочих поверхностей деталей ЭМФ, загрязнение проточных каналов и межвитковые замыкания в обмотке электромагнита ЭМФ могут привести к существенному рассогласованию необходимой и действительной цикловой подачи топлива.

3. Создана лабораторная установка, разработана методика и проведено экспериментальное исследование влияния изменений рабочих показателей ЭМФ на процесс топливоподачи на различных режимах работы. Показано, что динамическая производительность ЭМФ определяет подачу на начальном участке расходной характеристики ЭМФ и ее изменение оказывает большее влияние на рассогласование необходимой и действительной цикловой подачи топлива на режимах малых цикловых подач, тогда как изменение статической производительности ЭМФ, в большей степени - на режимах больших цикловых подач.

Экспериментальное исследование подтвердило адекватность разработанной математической модели работы ЭМФ.

4. Исследована возможность оценки текущего технического состояния ЭМФ по различным диагностическим параметрам. Установлено, что измерение изменений давления топлива в нагнетательной магистрали двигателя при работе ЭМФ и отключенном ЭБН позволяет с достаточной точностью дать оценку пропускной способности ЭМФ. Параметры быстродействия ЭМФ могут быть определены по осциллограммам напряжения на выводах обмотки ЭМФ при подаче на нее электрического управляющего импульса.

5. Разработана методика расчета продолжительности электрических управляющих импульсов ЭМФ, учитывающая как переходные процессы и характерные временные задержки в работе ЭМФ, так и эксплуатационные изменения статических и динамических показателей ЭМФ. Данная методика может быть использована в алгоритмах программы ЭБУ двигателя.

6. Разработаны рекомендации по совершенствованию алгоритмов бортовой диагностики ЭСУД, позволяющие организовать управление рабочим процессом двигателя в режиме ОС по техническому состоянию ЭМФ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Березюков, Денис Сергеевич, 2012 год

1. Автомобиль BA3-11183 и его модификации. Технология технического обслуживания и ремонта / А. В. Куликов и др.. Тольятти, 2004.- 164 с.

2. Автомобильный справочник: Пер. с англ. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: За рулем, 2004. - 992 с.

3. Аппаратура впрыска легкого топлива автомобильных двигателей / Ю. И. Будыко и др.. JI. : Машиностроение, 1975. - 192 с.

4. Артамонов М.Д., Морин М.М. Обельницкий A.M. Диспергирование и коагуляция капельно-жидкой фазы в системе смесеобразования карбюраторных ДВС //Сб. тр. Токсичность ДВС / ВЗМИ. 1977. - С. 3-10.

5. Бежанов А. М. Диагностика форсунок инжекторных двигателей / А. М. Бежанов // 12 V. 2007. - № 1. - С. 20 - 22.

6. Бензины автомобильные. Общие технические требования : ГОСТ Р 51313-99. М. : Нефтепродукты. Топлива. Технические условия, 2003.-5 с.

7. Беспалько П. П. Электронные системы впрыска автомобильных двигателей : практикум / П. П. Беспалько, А. В. Брусенков, А. В. Милованов. Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 96 с.

8. Борисов Ф. М. Новая логика GDI / Ф. М. Борисов // Автосервис. 2010. - № 6. - С. 44 - 47.

9. Борисов Ф. М. Форсунки. Как очищать? / Ф. М. Борисов // Автосервис. 2009. - № 5. - С. 42 - 45.

10. Васькевич Ф. А. Теоретическая модель построения диагностических характеристик'топливной аппаратуры судового дизеля / Ф. А. Васькевич, Д.В. Казунин, А.Д. Хведелидзе // Двигателестроение. -2003.-№2.-С. 42-45.

11. Вереютин, А. Ю. Способ диагностирования электромагнитных форсунок двигателей с впрыскиванием бензина : дис. . канд техн. наук: 05.04.02 : защищена 15.07.10 / А. Ю. Вереютин. Рязань, 2010.- 143 с.

12. Вереютин, А. Ю. Способ диагностирования электромагнитных форсунок двигателей с впрыскиванием бензина : автореф. дис. . канд техн. наук / А. Ю. Вереютин. Тула, 2010. - 23 с.

13. Виколайнен, В. Э. Системы и процессы топливоподачи ДВС: учебное пособие / В. Э. Виколайнен, Ю. В. Галышев, Л. Е. Магидович. -СПб : Изд-во СПбГТУ, 1999. 77 с.

14. Викторов Н. М. Инерционность как диагностический параметр инжекторов действия / Н. М. Викторов // Автомастер. 2009. - № 6. - С. 16 -18.

15. Викторов Н. М. Недолив или перелив? / Н. М. Викторов // Автомастер. 2009. - № 1. - С. 29 - 32.

16. Гаврилов, К. Л. Моторная диагностика : практическое руководство / К. Л. Гаврилов. М. : ИКЦ «Март» ; Ростов-на Дону : изд. «Март», 2005.-312 с.

17. Гирявец, А. К. Теория управления автомобильным бензиновым двигателем / А. К. Гирявец. -М.г Стройиздат, 1997. 173 с.

18. Гребенников, С. А. Диагностирование двигателей по изменению угловой скорости коленчатого вала / С. А. Гребенников // Двигателестроение. 2005. - № 4-. - С. 26 - 29.

19. Диагностика электронных систем автомобилей приборами НПП «НТС» . 9-е изд., перераб. и доп. - Самара : НПП «НТС», 2007. -262 с.

20. Диагностика топливной системы тест "Баланс форсунок" Электронный ресурс. : / Е. Куришко. - 2012. - Режим доступа : http://mlab.org.ua/articles/fuel-syst/83-fuel-systinj-diagnostic.html

21. Драгомиров С. Г. Современные системы топливоподачи автомобильных бензиновых двигателей / С. Г. Драгомиров // Двигателестроение. 1999. - № 4. - С. 18 - 22.

22. Евстифеев, А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя / А. В. Евстифеев. М. : Издательский дом «Додэка XXI», 2007. - 592 с.

23. Ерохов, В. И. Алгоритм и результаты расчета электромагнитной форсунки бензинового двигателя / В. И. Ерохов, Макарова М. П. // Известия МГТУ «МАМИ». 2008. - № 2. - С. 14-19.

24. Ерохов, В. И. Системы впрыска бензиновых двигателей (конструкция, расчет, диагностика) : учебник для вузов / В. И. Ерохов. М. : Горячая линия - Телеком, 2011. - 552 с.

25. Залознов, И. П. Повышение эффективности эксплуатации автомобилей за счет обоснования периодичности обслуживания электромагнитных форсунок : дис. . канд техн. наук: 05.22.10 : защищена 15.07.03 / И. П. Залознов. Омск, 2003. - 115 с.

26. Казаков, J1. А. Электромагнитные устройства РЭА / JT. А. Казаков. -М.: Радио и связь, 1991-351 с, ил.

27. Казедорф, Ю. Системы впрыска зарубежных автомобилей / Ю. Казедорф, Э. Войзетшлегер. Устройство, регулировка, ремонт : пер. с нем. под ред. канд. техн. наук А. С. Тюфякова. М. : За рулем, 2000. - 256 с.

28. Колчин, А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей : учеб. пособие / А. И. Колчин, В. П. Демидов. 2-е изд., перераб. и доп. -М. : Высш. школа, 1980.-400 с.^

29. Крохотин, Ю. М. Управление электрогидравлическими форсунками в топливных системах непосредственного действия / Ю. М. Крохотин // Автомобильная промышленность. 2009. - № 9. - С. 6 - 8.

30. Крутов, В. И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания : учеб. пособие для втузов / В. И. Крутов. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1979. - 615 с.

31. Литвиненко, В. В. Автомобильные датчики, реле и переключатели. Краткий справочник / В. В. Литвиненко, А. П. Майструк. -М. : За рулем, 2007. 176 с.

32. Митин, М. М. Расчет тяговой силы электромагнита газораспределительного клапана ДВС / М. М. Митин, Д. А. Соснин. // Ремонт и сервис. 2007. - № 3. - С. 54 - 56.

33. Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики: учебник для вузов / В. П. Миловзоров. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. школа, 1983. - 408 с.

34. Митропольский, А. К. Техника статистических вычислений / А. К. Митропольский. М.; Физматгиз, 1961. - 480 с.

35. Морозов, К. А. Топливные системы двигателей с искровым зажиганием / К. А. Морозов, С.А. Пришвин, П.В. Сафронов. М. : МАДИ, 2001.-90 с.

36. Овчинников, Г. В. Влияние загрязнения и износа элементов электромагнитных форсунок на характеристики автомобильного бензинового двигателя : дис. . канд техн. наук: 05.04.02 : защищена 15.07.09 / Г. В. Овчинников. Владимир, 2009. - 144 с.

37. Орлин, А. С. Двигатели внутреннего сгорания. В 2 т. Т. 1. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах / А. С. Орлин и др.. М. : Машгиз, 1957.-397 с.

38. Основы научных исследований: Учебник для вузов / Под ред. проф. В. Г. Кучерова / ВолгГТУ. Волгоград, 2004. - 304 с.

39. Пинский, Ф. И. Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания : учеб. пособие / Ф. И. Пинский, Р. И. Давтян, Б. Я. М. : Легион-Автодата, 2004. - 136 с.

40. Покровский, Г. П. Электронное управление автомобильными двигателями / Г. П. Покровский и др.. М. : Машиностроение, 1994. -336 с.

41. Постоловский В. М. Методы впрыска топлива / В. М. Постоловский // Автомастер. 2009. - № 5. - С. 7 - 11.

42. Постоловский В. М. Очистка инжекторов / В. М. Постоловский // Автомастер. 2009. - № 4. - С. 27 - 31.

43. Пржиалковский А. Л. Электромагнитные клапаны / А. Л. Пржиалковский, С. X. Щучинский. Л. : Машиностроение, 1967. - 247 с.

44. Решетов, Д. Н. Надежность машин / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. 3. Фадеев. М. : Высш. Шк., 1988. - 238 с.

45. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм : учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. 2-е изд., перераб. -М. : Наука, 1982.-496 с.

46. Сига X., Мидзутани С. Введение в автомобильную электронику: Пер. с японск. М.: Мир, 1989. - 232 с, ил.

47. Система управления двигателем Motronic: Пер. с нем. -Stuttgart, BOSCH. Издание 94/95. - 68 с.

48. Системы впрыска топлива автомобилей ВАЗ. Серия «Автомеханик» - М. : За рулем, 2006. - 184 с.

49. Системы управления бензиновыми двигателями. Пер. с нем. 1-е русское изд. М. : За рулем, 2005. - 432 с.

50. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков / А. Д. Блинов и др.. М. : НИЦ «Инженер», 2000. - 332 с.

51. Соснин, Д. А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей : учеб. пособие / Д. А. Соснин. -М. : Солон-Р, 2001. 272 с.

52. Соснин, Д. А. Новейшие автомобильные электронные системы : учеб. Пособие для специалистов по ремонту автомобилей, студентов и преподавателей вузов и колледжей / Д. А. Соснин, В. Ф. Яковлев. М. : Солон-Пресс, 2005. - 240 с.

53. Спинов, А. Р. Системы впрыска бензиновых двигателей / А. Р. Спинов. М. : Машиностроение, 1995. - 108 с.

54. Способ диагностирования системы топливоподачи двигателя : пат. 2418190 С2 Российская Федерация : МПК F 02 М 65/00 / С. С. Куков, Д. Д. Бакайкин, А. В. Гриценко ; заявитель и патентообладатель ФГОУ

55. ВПО Челябинский государственный агроинженерный университет. № 2009123798/06 ; заявл.22.06.09 ; опубл. 10.05.11.

56. Стенд топливной аппаратуры : пат. 2156377 С2 Российская Федерация : МПК Б 02 М 65/00 / В. С. Волков, И. Б. Арутюнов, Г. П.

57. Савосин, Н. А. Мурий ; заявитель и патентообладатель Волков Владимир Сергеевич. № 97118939/06 ; заявл.28.10.97 ; опубл. 20.09.00.

58. Твег, Р. Диагностика электронной системы управления двигателя автомобиля: руководство по техническому обслуживанию и ремонту. М. : Астрель, ACT, 2003. - 144 с.

59. Твег, Р. Системы впрыска бензина. Устройство, обслуживание, ремонт. М. : За рулем, 2004. - 144 с.

60. Твег, Р. Системы впрыска топлива автомобилей ВАЗ. Серия «Автомеханик». М. : За рулем, 2006. - 184 с.

61. Техническая диагностика. Термины и определения : ГОСТ 25176-82. М. : Изд-во стандартов, 1989. - 13 с.

62. Фатюхин Д. С. Разработка технологии и оборудования для ультразвуковой очистки инжекторов. Дисс. . канд. техн. наук. — М., 2001. 187 с.

63. Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. — М.: За рулем, 1998.-440 с.

64. Чижиков, Ю. П. Электрооборудование автомобилей: учебник для ВУЗов / Ю. П. Чижиков, С. В. Акимов. М. : За рулем, 1999. - 384 с.

65. Шлегель, О. А. Диагностика технического состояния узлов и деталей двигателя автомобиля / О. А. Шлегель, И. А. Калашникова // сборник научн. трудов ПТИС. Проблемы и решения современных технологий. 2002. - № 11. - С. 56-64.

66. Яковлев В. А. Диагностика датчиков электронной системы управления двигателем / В. А. Яковлев // Ремонт и и сервис. 2002. - № 9. -С. 58-60.

67. Adaptive fuel injector trimming during a zero fuel condition : pat. 6964261 B2 Unated States : Int. CI. F 02 D 41/04 / D. G. Warne, J. Renshaw ; assignee Perkins Engines Company Limited, Peterborough (GB). № 10/733017 ; filed Dec. 11,2003.

68. Combination of a fuel injection valve and a nozzle : pat. 4771948 Unated States : Int. CI. F 02 M 61/00; F 02 M 51/00 / H. Furukawa, H. Takeuchi; assignee Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha. № 07/074154; filed July 16, 1987.

69. I.C. engine petrol injector : pat. 2207463 Great Britain : Int. CI. F 02 M 51/06; F 02 M 51/08; F 02 M 61/18 / K. J. Herbert; assignee LUCAS IND PLC. № 19870018260; filed Jan 2, 1989.

70. Kinoshita, M. Study of deposit formation mechanism on gasoline injection / M. Kinoshita // JSAE Rev. 1998. - 19, № 4. - p. 355 - 357.

71. Markus, A. Benzineinspritz-ventile mit grober Einbauflexibilitat / F. Markus // MTZ: Motortechn. 2004. - № 2. - p. 108 - 110.

72. Gasoline engine management. Basic and components. Stuttgart, BOSCH, 2001.-88 pp.

73. Gasoline injection. Injectors. Stuttgart, BOSCH, 1990. - 13 pp.

74. Jordan W. a.o. The Pierburg Fuel Injector Designed for a Wide Dynamic Control Range. SAE Techn. Pap. Ser., 1989, № 890474, 8 pp.

75. Kashiwaya M., Nakagawa K., Okamoto Y. Fine Atomization Fuel Injector // Hitachi Rev. 1990. - v.39. - № 5. - p.289-294.

76. Kirwan J.E. a.o. Spray characteristics of throttle body fuel injection // SAE Techn. Pap. Ser. 1989. - № 890318. - 12 pp.

77. Lenz H.P. Mixture Formation in Spark-Ignition Engines. -Warrendale, PA: SAE, 1992.-400 p.

78. Lo R.S., Matysiewicz E.J., Hotham G.A. Fuel Injector Atomization Measurement Using Laser Imaging Techniques // SAE Techn. Pap. Ser. 1985. - № 851673.-14 pp.