Сканер топливоподачи низкого давления и способ диагностики
Изобретение относится к системам диагностирования топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Сканер топливоподачи низкого давления работает совместно с компьютером, с которым обменивается цифровой информацией по радиоканалу согласно программному обеспечению, содержащему тарировку бензином, включает измерительный гидравлический узел (ИГУ) с датчиками давления и расхода, средства вычисления, графического отображения, записи, хранения и воспроизведения текущих значений давления топлива и расхода в топливной магистрали контура низкого давления (КНД), текущего времени и осциллограмм, синхронизированных в реальном времени между собой и с временными маркерами сбоев в работе ДВС. ПО содержит тарировку расхода дизельным топливом и обеспечивает ручной ввод нормативных, эталонных или расчетных значений параметров КНД. ИГУ состоит из независимых зонда расхода и зонда давления, включающих соответственно датчик расхода и датчик давления, а также кран проходной в каждом зонде. Также раскрыт способ диагностики КНД дизельного ДВС. Технический результат заключается в повышении достоверности технического диагноза. 2 н.п. ф-лы, 33 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Сканер топливоподачи низкого давления (НД) WiFi FuelScan и реализуемые посредством него способы диагностики контуров низкого давления (КНД) автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) согласно действующей рубрики Международной патентной классификации МПК-2021 относятся к классу F02M 65/00 «Испытание топливовпрыскивающей аппаратуры, например, проверка регулирования впрыска».
ДВС суть преобразователь энергии. КНД есть начальное звено преобразований: путем создания давления и скорости потока топлива преобразует потенциальную энергию массы топлива, содержащейся в топливном баке (ТБ), в более высокую гидравлическую энергию, которая затем приращивается контуром (КВД) высокого давления (ВД) при его наличии и непосредственно или посредством КВД доставляет в цилиндры ДВС дозированную массу распыленного форсунками благодаря давлению топлива, углеводороды которого окисляются, их химическая энергия преобразуется в тепловую энергию расширяющихся рабочих газов, в свою очередь преобразующуюся в механическую энергию поступательного движения поршней и вращения коленчатого вала (КВ). Для соблюдения точного топливодозирования давление должно быть стабильным, поток не иметь утечек, быть неразрывным (сплошным) и безкавитационным (без газовых и паровых пустот), для чего скорость потока должна снабдить непосредственно форсунки или КВД массой топлива, превышающей потребление топлива двигателем, а конструкция КНД обладать способностью выдавливания воздушных пробок.
Таким образом, КНД есть важное и неотъемлемое звено преобразования энергии, параметры которого - давление, скорость и неразрывность потока топлива, герметичность - независимо от условий эксплуатации ДВС (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 76) должны соответствовать нормативным значениям, без чего невозможно достижение номинальной мощности ДВС и соблюдение экологических норм.
КНД оснащен электрическим (ЭН) или механическим (МН) топливоподкачивающим насосом НД; соответственно этому здесь для простоты изложения КНД именуются электрическими (ЭКНД) и механическими (МКНД). Кроме насоса и ТБ, КНД содержит следующие основные компоненты: фильтры грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки, регулятор давления (РД), редукционный клапан (РК), топливные магистрали (ТМ) НД, распределительную магистраль, распределительный аккумулятор в системе UIS для легковых автомобилей; некоторые КПД имеют дополнительное оборудование, которое включает радиатор блока управления, дополнительный насос (ДН), охладитель избыточного (возвращаемого) топлива (Там же) (ГОСТ Р 7.0.5-2008. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления. П. 8.10), подогреватель топлива.
В топливных магистралях действуют различные по направлению, давлению и скорости потоки топлива: поток всасывания во всасывающей магистрали (ВсМ) на входе насоса; поток подачи в подающей магистрали (ПМ) на выходе насоса; поток снабжения в снабжающей магистрали (СМ), соединяющей выход КНД и вход КВД; потоки возврата в возвратной магистрали НД (ВМН) РД или РК и в возвратной магистрали ВД (ВМВ), идущей от КВД; поток расхода (потребления) топлива двигателем.
Компоненты КНД в ходе эксплуатации непрерывно подвергаются износу и снижению характеристик от примесей, загрязнений и некачественного топлива. Это снижает гидравлическую энергию топлива, что нарушает топливодозирование, токсичность отработавших газов (ОГ), функционирование форсунок, КВД и в целом ДВС, поэтому вопросы совершенствования средств и способов диагностики КНД являются весьма актуальными.
Уровень техники
Достоверная оценка гидравлической энергии топлива, развиваемой КНД, возможна при наличии массивов информации о синхронных текущих значениях диагностических параметров (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. Табл. 1, п. 21) - давления р, скорости ν и неразрывности σ потока топлива, герметичности γ на всех режимах работы ДВС. Скорость топлива различна на разных участках топливной магистрали и зависит от площади живого сечения ω и других сложноучитываемых характеристик компонентов магистрали, поэтому для оценки скорости в качестве диагностического параметра принят расход q=νω. Здесь применены термины гидравлики: «расход» в значении объемная производительность (объем топлива, переместившегося через живое сечение топливной магистрали площадью ω за единицу времени); «подача» - расход в выходном патрубке насоса и подающей магистрали; для краткости расход во всасывающей магистрали именуется «всасывание», в магистрали снабжения «снабжение», в возвратной магистрали «возврат»; термин «расход топлива» согласно теории ДВС - объем потребленного топлива двигателем за единицу времени.
Для получения информации о диагностических параметрах КНД, но только бензиновых, предназначено средство диагностики, являющееся прототипом изобретения, патент РФ №2599879 монитор системы подачи бензина (МСПБ; URL: https://new.fips.ru/ → открытые реестры → реестр изобретений → значение: 2599879 → найти), который содержит средства измерения, вычисления, графического отображения, записи, хранения и воспроизведения массивов текущих значений давления бензина и расхода в магистралях КНД в виде текущих цифровых значений амплитуды, текущего времени и осциллограмм, синхронизированных в реальном времени между собой и с временными маркерами сбоев в работе ДВС, и обменивается цифровой информацией с компьютером по радиоканалу Bluetooth. Осциллограмма расхода содержит информацию о разрывах потока, а осциллограмма давления после выключения насоса - о герметичности КНД.
МСПБ подключают к КНД в подкапотном пространстве или другом безопасном месте автомобиля, а компьютер находится в салоне автомобиля при движении (ноутбук) или вне автомобиля при работе ДВС на месте. Это обеспечивает экологическую и пожарную безопасность, анализ параметров и на его основе распознавание дефекта.
Из свойств слияния и разделения потоков в трубопроводах (URL: https://lfirmal.com/sliyanie-i-razdelenie-potokov-v-truboprovodah/) КНД (фиг. 1) очевидно, что подача qп равна сумме снабжения qc и возврата НД qвн (qп=qc+qвн), снабжение qc равно сумме расхода топлива qN, потребленного двигателем для развития мощности N, и возврата ВД qвв (qc=qN+qвв), откуда подача равна сумме всех расходов: qп=qN+qвн+qвв, следовательно, гидравлическую энергию КНД необходимо оценивать по синхронным текущим значениям диагностических параметров, измеренным в подающей магистрали.
Среди дизельных КНД лишь ЭКНД, ЭН которого встроен в ТМ между баком и ФТО (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. С. 78) (ГОСТ Р 7.0.5-2008, п.п. 8.1, 8.2), является контролепригодным (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 14), так как его подающая магистраль доступна для подключения МСПБ. Другой дизельный ЭКНД, ЭН которого встроен в ТБ (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. С. 78), неконтролепригоден, его ПМ недоступна для подключения диагностических средств, но он может быть продиагностирован посредством МСПБ способом, предложенным для закрытого (тупикового, безрециркуляционного) бензинового КНД (URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2708104&TypeFile=html).
Дизельные МКНД с шестеренным насосом (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. С. 79), роторным насосом с запирающим клапаном или сдвоенным (роторным или шестеренным) насосом (Там же. С. 80) неконтролепригодны, их ПМ и СМ недоступны для подключения МСПБ и измерения подачи/снабжения, и лишь МКНД со сдвоенным насосом контролепригоден по давлению, так как имеет отвод для подсоединения манометра, но информации о текущих значений давления топлива достаточно для диагностики лишь в случаях явно заниженного и нестабильного давления.
Таким образом, посредством МСПБ возможно решить техническую задачу диагностики бензиновых ЭКНД, а дизельных ЭКНД при условии тарировки МСПБ дизельным топливом (ДТ) или перерасчета расхода с учетом соотношения плотностей бензина и ДТ.
Посредством МСПБ невозможно решить техническую задачу диагностики МКНД, так как в основу конструкции МСПБ положена упрощенная диагностическая модель (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 20) бензиновых КНД, где не было необходимости учитывать вытекающее из закона сохранения массы уравнение неразрывности при установившемся движении потока в трубопроводе с площадями живых сечений ω1, ω2, …, ωm и соответствующими скоростями ν1, ν2, …, νm и постоянство (неизменность) расхода q при этом (URL: https://studref.com/462212/geografiya/uravnenie_nerazryvnosti и др.):
Следствием упрощенной диагностической модели МСПБ явилась конструкция измерительного гидравлического узла (ИГУ), включающего датчики давления (ДД) и расхода (ДР), кран проходной (КП), где при подключении к топливной магистрали одного из датчиков неизбежно одновременно подключают к той же магистрали и другой датчик. Однако, магистрали дизельных МКНД недоступны для одновременного измерения давления и расхода, поэтому такая зависимость подключения датчиков является главным препятствием для диагностики МКНД посредством МСПБ, даже при условии его тарировки дизельным топливом. На практике это приводит к недостоверной диагностике МКНД «на глаз» либо к трудоемкой разборке узла, куда встроен механический топливоподкачивающий насос, и проверке насоса в демонтированном состоянии, что по сути является не диагностикой, предполагающей безразборный поиск и распознавание дефекта, а дефектовкой.
МСПБ имеет и ряд других недостатков: радиоканал Bluetooth не всегда обеспечивает быструю установку и устойчивость связи; характеристика ДД имеет широкую петлю гистерезиса; ДР недостаточно чувствителен; недостаточна плавность и кратность временного масштабирования; не оптимизированы габариты.
В отличие от прототипа, сканер топливоподачи WiFi FuelScan является универсальным, и реализуемые посредством него способы диагностики обеспечивают решение технической задачи диагностики КНД любого типа. Кроме того, сканер имеет устойчивую связь по радиоканалу WI-FI, расширенный диапазон и более высокую точность измерений, плавное и расширенное временное масштабирование осциллограмм, оптимизированные габариты. Сканер и реализуемый посредством него способ диагностики МКНД не известны из уровня техники, они для специалиста не следуют из уровня техники явным образом, и могут быть применены в отрасли автомобильного сервиса, в силу чего являются новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.
Раскрытие изобретения
Концептуально сканер топливоподачи WiFi FuelScan является развитием МСПБ и представляет из себя микропроцессорное цифровое диагностическое средство, предназначенное для быстрой и достоверной диагностики совместно с компьютером бензиновых и дизельных КНД всех типов согласно их диагностическим моделям.
Механический подкачивающий насос приводится в действие от силового агрегата ДВС, поэтому его параметры зависят от частоты оборотов коленчатого вала п, в силу чего диагностическая модель МКНД с учетом уравнения неразрывности потока (1):
где р(n), qп(n), qвс(n), σ - текущие давление, подача, всасывание, число разрывов потока соответственно;
Р(n), Qп(n) - нормативные давление и подача соответственно;
ΔР(n) - допуск нормативного значения давления;
γ - текущее время падения давления после выключения насоса;
Г - нормативное время падения давления после выключения насоса.
Здесь и далее в тексте для краткости изложения под «нормативными значениями» диагностических параметров подразумеваются также эталонные и расчетные значения, которые применяют в случае, когда нормативные значения неизвестны.
Диагностическая модель ЭКНД аналогична модели (2), но аргумент n отсутствует, так как параметры электрического насоса не зависят от частоты оборотов КВ.
Диагностическая модель ЭКНД с управляемым регулятором давления (УРД) отличается от (2) тем, что в ней диагностическим параметром является давление на форсунках (разница давлений между гидравлическими входом и выходом форсунки).
Постоянство расхода согласно уравнению неразрывности потока (1) при установившемся движении конструктивно реализовано тем, что ИГУ сканера в отличие от прототипа состоит из двух независимых зондов (здесь «зонд» в значении «датчик»; URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Зонд): зонда расхода (ЗР) и зонда давления (ЗД), включающих соответственно датчик расхода и датчик давления, а также кран проходной в каждом зонде, что обеспечивает независимое раздельное подключение зондов к топливным магистралям.
Программное обеспечение (ПО), включающее ПО сканера и ПО компьютера, в отличие от МСПБ содержит тарировку расхода не только бензина, но и ДТ, а также обеспечивает ручной ввод нормативных значений диагностических параметров.
Сканер 1 (фиг. 2), подключенный к топливным магистралям КНД и вакуумпроводу впускного тракта (ВТ), передает на компьютер 2 информацию о текущих диагностических параметрах КНД по цифровому радиоканалу WI-FI.
Отличие принципа функционирования сканера от прототипа заключается в независимом применении зондов и измененном ПО. ЗД топливными штуцерами 3 и 4 подключают в разрыв доступной для измерения давления магистрали 5 КНД; топливо через гидравлический тройник (ГТ) 6 поступает в ДД 7. Если магистраль рассоединить невозможно (например, если имеется возможность подключения ЗД только к отбору для подсоединения манометра), то ЗД подключают к магистрали входным штуцером 3 и во избежание утечки топлива закрывают КП 8 поворотом рукоятки 9. ЗР топливными штуцерами 10 и 11 подключают в разрыв доступной для измерения расхода магистрали 12 КНД; топливо проходит сквозь ДР 13. При необходимости поворотом рукоятки 15 КП 14 задают нормативные значения давления и расхода.
Такие конструкция ИГУ сканера и ПО в отличие от МСПБ обеспечивают тестовое и рабочее техническое диагностирование (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п.п. 10, 11) МКНД на основании синхронных текущих значений всасывания, отождествленного с подачей на основании qвс(n)=qп(n) (2), и давления при наличии отбора.
В остальном функционирование сканера аналогично прототипу. Если оба зонда сканера подключают к одной и той же магистрали, то штуцеры 11 и 3 соединяют коротким дюритом, образуя таким образом единый ИГУ. Вакуумные штуцеры 16 при диагностике КНД, оснащенного УРД, подключают в разрыв вакуумпровода 17; при диагностике других КНД к задроссельному пространству впускного тракта подключают один штуцер 16, а другой штуцер 16 закрывают герметичной заглушкой. При этом разрежение впускного тракта через вакуумный тройник 18 поступает в дифференциальный датчик давления (ДДЦ) 19. К другому входу ДДД 19 подключен штуцер отработавших газов 20, который подключают к выпускному тракту 21 ДВС при измерении противодавления ОГ; при этом вакуумные штуцеры 16 должны быть отключены от впускного тракта.
Электрические сигналы ДД 7, ДР 13 и ДДД 19 поступают в микроконтроллер (МК) 22 непосредственно и через буферы 23, где их обрабатывает ПО сканера, которое заблаговременно прошито в МК 22 через порт программатора 24.
Сканер 1 по радиоканалу 25 радиомодуля WI-FI 26, подключенного к МК 22 через адаптер WI-FI 27, передает на компьютер 2 массивы цифровой информации о синхронных текущих значениях трех диагностических параметров в подключенных к сканеру магистралях: расхода, давления топлива и абсолютного давления воздуха во впускном тракте; ПО компьютера 2 вычисляет текущее значение давления топлива на форсунках бензинового КНД, оснащенного УРД, и преобразует значения абсолютного давления в значения разрежения всасываемого воздуха.
Сигналы индикаторных светодиодов состояния (ИСС) 28 обеспечивают контроль наличия питающего напряжения +5 В стабилизатора напряжения 29, наличия потока топлива и функционирования радиомодуля WI-FI 26.
ПО компьютера 2 выводит на его монитор и одновременно сохраняет в памяти информацию о диагностических параметрах в виде нормативных значений, а также массивов текущих цифровых значений амплитуды, текущего времени и осциллограмм диагностических параметров, синхронизированных в реальном времени между собой и с временными маркерами 30, которыми диагност, как и при применении МСПБ, вручную маркирует моменты сбоев в работе ДВС.
Максимальное давление насоса измеряют при подключении зонда давления в разрыв подающей магистрали путем кратковременного закрытия КП 8; это позволяет выделить в массиве данных фактор насоса и тем самым повысить достоверность технического диагноза (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 9) КНД и точность локализации дефекта. Такое измерение в отличие от МСПБ предохраняет ДР от разрушения повышенным давлением.
ПО компьютера обеспечивает точную визуализацию в полном объеме извлеченной из памяти информации в режиме стоп-кадра на экране монитора компьютера, имеющего такое же ПО, и сопоставление текущих значений параметров с нормативными значениями. Стоп-кадр имеет плавное временное и амплитудное масштабирование, которое позволяет визуально уменьшить осциллограммы, чтобы охватить отображение всех параметров целиком, или, наоборот, значительно увеличить, чтобы детально исследовать отдельные участки осциллограмм и повысить тем самым достоверность диагностики и обоснованность диагноза КНД. Перемещение в стоп-кадре временного маркера позволяет анализировать синхронные значения диагностических параметров.
Конструктивно внешние компоненты сканера 1 (фиг. 3) включают входные топливные штуцеры 3 зонда давления, 10 зонда расхода и выходные топливные штуцеры 4 зонда давления, 11 зонда расхода, вакуумные штуцеры 16, штуцер ОГ 20, ИСС 28, рукоятки 9 и 15 кранов проходных и кабель питания 31 с зажимами 32 типа «крокодил».
Зонд давления включает входной 3 (фиг. 4) и выходной 4 топливные штуцеры, ГТ 6, ДД 7, КП 8. Зонд расхода включает входной 10 и выходной 11 топливные штуцеры, ДР 13, КП 14. Вакуумные штуцеры 16 соединены между собой и с ДДД 19 вакуумным тройником 18. Электрическая схема собрана на главной плате 33, стабилизатор питания +5 В 29.
Принципиальная электрическая схема сканера включает следующие основные схемы: 29 - стабилизатор напряжения питания +5 В LM2940CT-5.0 с защитным диодом 34 (фиг. 5); 13 - ДР YF-S402 (фиг. 6), 22 - МК ATmega8A-PU (фиг. 7), 7 - ДД EBOWAN 1510 (фиг. 8), 19 - ДДД MPX5500DP (фиг. 9), 23 - буферы 74AC244N (фиг. 10), 26 - радиомодуль WI-FI ESP-01 (фиг. 11), 27 - адаптер радиомодуля WI-FI ESP-01 Adaptor, 24 - порт программатора (фиг. 12), 28 - ИСС (фиг. 13).
Компоненты электрической схемы размещены на печатных платах 28 и 33 (фиг. 14), имеющих трассировку проводников 35 и 36 (фиг. 15).
Кроме того, ДД сканера имеет по сравнению с МСПБ более высокие точность и верхнюю границу измерений, ДР более высокую чувствительность; также достигнута более устойчивая связь сканера и компьютера благодаря радиоканалу WI-FI. Топливные тройник 6 и штуцеры 3, 4, 10, 11, 37, 38 предусмотрены металлическими (фиг. 16). Габариты сканера оптимизированы компоновкой в несколько уровней.
Принцип диагностики дизельного МКНД посредством сканера WiFi FuelScan основан на учете в диагностической модели (2) условия неразрывности потока при установившемся движении (1), следствием чего является равенство текущих расходов в сечениях механического подкачивающего насоса и примыкающих к МН магистралей, что обусловливает возможность отождествления текущей подачи qп(n) со всасыванием; причем это тождество имеет место всегда независимо от наличия дополнительного насоса ДН, так как в неразрывном потоке топливо не исчезает и не накапливается (фиг. 17, где аргумент n на схеме подключения сканера к МКНД опущен для простоты).
Поскольку при этом текущее давление р(n) измеряют в подающей магистрали, неизбежна некоторая несинхронность осциллограмм расхода и давления, однако она не вносит существенных погрешностей: временной сдвиг составляет всего лишь около 0,75 с при подаче 1 л/мин на 1 м расстояния между точками подключения ЗД и ЗР, обратно пропорционален подаче и прямо пропорционален расстоянию подключения.
Отсюда, в отличие от МСПБ, вытекает способ диагностики МКНД посредством сканера WiFi FuelScan. Зонды сканера подключают к МКНД согласно фиг. 17: зонд расхода включают в разрыв всасывающей магистрали входным топливным штуцером к топливному баку как можно ближе к МН, зонд давления подключают к отбору для подсоединения манометра при его наличии входным топливным штуцером, выходным топливным штуцером к МН, кран проходной зонда давления закрывают. Один вакуумный штуцер сканера подключают к впускному тракту ДВС, а другой вакуумный штуцер герметично закрывают заглушкой; данное подключение не является обязательным для диагностики МКНД, но позволяет по разрежению воздуха оценить герметичность впускного тракта. Подключают кабель питания сканера к бортовой сети автомобиля +12 В, устанавливают связь сканера с компьютером по радиоканалу WI-FI, активируют вид топлива «дизель», вводят нормативные значения параметров и включают запись диагностических параметров. Запускают двигатель, выводят его на нормативную частоту оборотов коленчатого вала и по монитору компьютера осуществляют on-line мониторинг текущих значений диагностических параметров на месте или в движении автомобиля, при этом маркируют моменты сбоев в работе ДВС путем ручной простановки временных маркеров нажатием на клавишу компьютера «пробел». Если двигатель не запускается, его вращают стартером, при необходимости для повышения частоты оборотов предварительно соединив его цилиндры с атмосферой, например, путем извлечения форсунок или свечей накаливания. Выключают ДВС и запись, сохраняют файл диагностики с расширением *.fsm. Воспроизводят на компьютере файл диагностики, отождествляют текущие значения подачи МН с полученными текущими значениями всасывания и анализируют синхронные текущие значения подачи и давления при наличии, обращая особое внимание на участки осциллограмм, отмеченные временными маркерами. Анализ заключается в сопоставлении текущих значений диагностических параметров с нормативными значениями и временными маркерами. Если все текущие значения параметров соответствуют нормативным значениям и нет временных маркеров, определяют заключение о техническом состоянии КНД: работоспособен. Если все текущие значения соответствуют нормативным значениям, но имеются временные маркеры, определяют заключение: КНД работоспособен, дефект другой системы. Если хотя бы одно текущее значение хотя бы одного параметра не соответствует нормативному значению, определяют заключение: КНД неработоспособен. Если хотя бы одно текущее значение хотя бы одного параметра не соответствует нормативному значению, но при этом имеются временные маркеры, не совпадающие с такими текущим значениями, то определяют заключение: КНД неработоспособен, приоритетом является поиск дефекта другой системы. Если заключение о техническом состоянии КНД определено как «неработоспособен», то по значениям диагностических параметров определяют заключение о дефекте - вид, место, причина, а также заключение о прогнозируемом техническом состоянии КНД. Совокупность этих трех заключений составляет технический диагноз КНД.
Способы диагностики дизельных ЭКНД посредством сканера WiFi FuelScan аналогичны способам диагностики бензиновых ЭКНД посредством МСПБ, для чего оба зонда сканера соединяют коротким дюритом 37 в единый измерительный гидравлический узел (фиг. 19, 20).
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. МКНД, схема: qп - подача; qвс - всасывание; qс - снабжение; qвн - возврат КНД; qвв - возврат КВД; qN - расход топлива (потребление) двигателем.
Фиг. 2. Сканер WiFi FuelScan. Схема функциональная: 1 - сканер WiFi FuelScan; 2 -компьютер; 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 5 - топливная магистраль КНД; 6 - ГТ; 7 - ДД; 8 - КП ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 12 - топливная магистраль КНД; 13 - ДР; 14 - КП ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 16 - вакуумный штуцер; 17 - вакуумпровод; 18 - вакуумный тройник; 19 - ДДД; 20 -штуцер ОГ; 21 - выпускная система ДВС; 22 - МК; 23 - буфер; 24 - порт программатора; 25 - радиоканал WI-FI; 26 - радиомодуль WI-FI; 27 - адаптер радиомодуля WI-FI; 28 -ИСС; 29 - стабилизатор; 30 - временной маркер.
Фиг. 3. Сканер WiFi FuelScan. Проект, внешний вид: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 16 - вакуумный штуцер; 20 - штуцер ОГ; 28 - ИСС; 31 - кабель питания; 32 - зажимы.
Фиг. 4. Сканер WiFi FuelScan. Проект, компоновка деталей: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 6 - ГТ; 7 - ДД; 8 - КП ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 13 - ДР; 14 - КП ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 16 - вакуумный штуцер; 18 - вакуумный тройник; 19 - ДДД; 20 - штуцер ОГ; 22 - МК; 23 - буфер; 24 - порт программатора; 26 - радиомодуль WI-FI; 27 - адаптер радиомодуля WI-FI; 28 - ИСС; 29 - стабилизатор; 31 - кабель питания; 32 - зажимы; 33 - главная плата.
Фиг. 5. Схема электрическая принципиальная. 29 - стабилизатор; 34 - защитный диод.
Фиг. 6. Схема электрическая принципиальная. 13 - ДР YF-S402.
Фиг. 7. Схема электрическая принципиальная. 22 - МК ATmega8A-PU.
Фиг. 8. Схема электрическая принципиальная. 7 - ДД EBOWAN 1510.
Фиг. 9. Схема электрическая принципиальная. 19 - ДДД MPX5500DP.
Фиг. 10. Схема электрическая принципиальная. 23 - буферы 74AC244N.
Фиг. 11. Схема электрическая принципиальная. 26 - WI-FI ESP-01; 27 - WI-FI ESP-01 Adaptor.
Фиг. 12. Схема электрическая принципиальная. 24 - порт программатора.
Фиг. 13. Схема электрическая принципиальная. 28 - ИСС.
Фиг. 14. Схема электрическая монтажная, проект, вид сверху. 28 - плата ИСС; 33 -главная плата.
Фиг. 15. Схема электрическая монтажная, проект, вид снизу. 35 - трассировка печатной платы ИСС; 36 - трассировка главной платы.
Фиг. 16. Детали зондов. Проект: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 6 - ГТ; 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 37 - переходник крана; 38 -переходник ДР.
Фиг.17. МКНД, снабженный отбором для манометра. Схема подключения сканера WiFi FuelScan: qп - подача; qвс - всасывание; qс - снабжение; qвн - возврат КНД; qвв - возврат КВД; qN - расход топлива двигателем.
Фиг. 18. МКНД, не снабженный отбором для манометра. Схема подключения сканера WiFi FuelScan: qп - подача; qвс - всасывание; qс - снабжение; qвн - возврат КНД; qвв - возврат КВД; qN - расход топлива двигателем.
Фиг. 19. Дизельный ЭКНД неконтролепригодный. Схема подключения сканера WiFi FuelScan: 37 - дюрит; qп - подача; qвс - всасывание; qс - снабжение; qвн - возврат КНД; qвв - возврат КВД; qNe - расход топлива двигателем на номинальной мощности; qN - расход топлива двигателем.
Фиг. 20. Дизельный ЭКНД контролепригодный. Схема подключения сканера WiFi FuelScan: 37 - дюрит; qп - подача; qвс - всасывание; qс - снабжение; qвн - возврат КНД; qвв - возврат КВД; qN - расход топлива двигателем.
Фиг. 21. Сканер WiFi FuelScan. Внешний вид: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 16 - вакуумный штуцер; 20 - штуцер ОГ; 28 - ИСС; 31 - кабель питания; 32 - зажимы типа «крокодил»».
Фиг. 22. Сканер WiFi FuelScan. Компоновка: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 6 - ГТ; 7 - ДД; 8 - КП ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 10 - впускной штуцер ЗР; 11-выпускной штуцер ЗР; 13 - ДР; 14 - КП ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 16 - вакуумный штуцер; 18 - вакуумный тройник; 19 - ДДД; 20 - штуцер ОГ; 22 - МК; 23 - буфер; 24 - порт программатора; 26 - радиомодуль WI-FI; 27 - адаптер радиомодуля WI-FI; 29 - стабилизатор; 31 - кабель питания; 33 - главная плата.
Фиг. 23. Главная плата, вид сверху.
Фиг. 24. Главная плата, вид снизу.
Фиг. 25. Плата ИСС, вид сверху.
Фиг. 26. Плата ИСС, вид снизу.
Фиг. 27. Зонд давления: 3 - впускной штуцер ЗД; 4 - выпускной штуцер ЗД; 6 - ГТ; 7 - ДД; 8 - КП ЗД; 9 - рукоятка КП ЗД; 38 - прокладка уплотнительная; 39 - переходник крана.
Фиг. 28. Зонд расхода: 10 - впускной штуцер ЗР; 11 - выпускной штуцер ЗР; 13 - ДР; 14 - КП ЗР; 15 - рукоятка КП ЗР; 38 - прокладка уплотнительная; 39 - переходник крана; 40 - переходник ДР.
Фиг. 29. LPCE-программа расчетных параметров энергии КНД (скриншот): расчетные значения параметров бензинового КНД.
Фиг. 30. Вид экрана монитора при вводе значений параметров бензинового КНД (скриншот): 30 - временнной маркер; 41 - кнопка «Бензин»; 42 - область давления КНД и насоса; 43 - область разрежения впускного тракта; 44 - область давления на форсунках; 45 - область расхода в выбранной магистрали; 46 - «Насос шах» максимальное давление насоса; 47 - «Контур ГШ» давление КНД на полной нагрузке; 48 - «Контур XX» давление КНД на холостом ходу; 49 - «Разр. XX» разрежение во впускном тракте на холостом ходу; 50 - «Разр. ПН» разрежение во впускном тракте на полной нагрузке; 51 - «Форс. ПН» давление на форсунках на полной нагрузке; 52 - «Форс. XX» давление на форсунках на холостом ходу; 53 - «Расход» расход в подключенной магистрали; 54 - окна ввода значений минимального и максимального давлений КНД на холостом ходу.
Фиг. 31. LPCE-программа расчетных параметров энергии КНД (скриншот): расчетные значения параметров дизельного МКНД.
Фиг. 32. Вид экрана монитора при вводе значений параметров дизельного МКНД (скриншот): 30 - временной маркер; 42 - область давления КНД и насоса; 43 - область разрежения впускного тракта; 45 - область расхода в выбранной магистрали; 46 - «Насос max» максимальное давление насоса; 48 - «Контур» давление КНД; 49 - «Разр. XX» разрежение во впускном тракте на холостом ходу; 50 - «Разр. ПН» разрежение во впускном тракте на полной нагрузке; 53 - «Расход» расход в подключенной магистрали; 55 - кнопка «Дизель»; 57 - окна ввода значений минимального и максимального давлений КНД.
Фиг. 33. Вид экрана монитора при практическом диагностировании МКНД, фрагмент (скриншот): 30 - временной маркер текущего времени; 55 - кнопка «Дизель»; 58 - временной маркер сбоя в работе ДВС в 13.07:28; 59 - временной маркер сбоя в работе ДВС в 13.09:02; 60 - осциллограмма текущих значений давления топлива; 61 - осциллограмма текущих значений разрежения воздуха во впускном коллекторе; 62 - осциллограмма текущих значений расхода в магистрали.
Осуществление изобретения
Создана и испытана практическая конструкции сканера топливодачи WiFi FuelScan (фиг. 21-28), соответствующая проекту (фиг. 2-16). Сканер 1 (фиг. 21) выполнен в масло-бензостойком пластиковом корпусе с внешними компонентами: впускные и выпускные топливные штуцеры измерительных каналов давления и расхода, рукоятки кранов проходных обоих каналов, вакуумные штуцеры, штуцер отработавших газов, индикаторные светодиоды состояния, кабель питания с зажимами типа «крокодил». Технические характеристики сканера топливодачи WiFi FuelScan:
| Виды топлива: | бензин, ДТ |
| Давление топлива, bar | 0÷12±1,5% |
| Давление на форсунках, bar | 0÷13±1,8% |
| Разрежение воздуха, kPa | 0÷100±1% |
| Расход, 1/min | 0,1÷5,3±5% |
| Противодавление отработавших газов, kPa | 0÷100±1% |
| Шагов дискретности по оси ординат | 1024 |
| Частота обновления данных, Hz | 100 |
| Диапазон временного масштабирования стоп-кадра | 1:10 |
| Диапазон амплитудного масштабирования стоп-кадра | 1:10 |
| Связь с компьютером | радиоканал WI-FI |
| Операционная система компьютера | Windows ХР и выше |
| Напряжение питания, V | +8 ÷ +15 |
| Потребляемая мощность, не более, W | 2 |
| Габариты корпуса (длина × ширина × высота), mm | 207×100×52 |
| Масса сканера без шлангов, kg | 0,62 |
Компоненты сквозного монтажа электрической схемы сканера расположены на верхней стороне односторонних печатных главной плате и плате индикаторных светодиодов состояния размерами 105×90 mm (фиг. 23) и 68×15 mm (фиг. 25) соответственно; компоненты поверхностного монтажа - на нижней стороне (фиг. 24, 26).
Соединительные элементы и штуцеры зондов давления (фиг. 27) и расхода (фиг. 28) изготовлены из дюралюминия марки Д16АТ. Если конфигурация гидравлических соединений подключаемой магистрали диагностируемого КНД не соответствует штуцерам сканера WiFi FuelScan, то подключение осуществляют через такие же дополнительные гидравлические адаптеры, которые используют для прототипа.
Если вместо нормативных или эталонных значений диагностических параметров вводят расчетные значения (URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2730690&TypeFile=html), то для быстрого и безошибочного их получения используют Low Pressure Circuit Energy (LPCE) - программу расчетных параметров энергии КНД (URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT& Doc Num ber=2021127818&TypeFile=html). Пример полученных с помощью LPCE расчетных значений параметров бензинового КНД показан на фиг. 29. Усовершенствованное ПО выводит на монитор (фиг. 30) кнопку 41 «Бензин», которую активируют, области давления КНД и насоса (42), разрежения впускного тракта (43), давления на форсунках (44), расхода в выбранной магистрали (45); введенные значения максимального давления насоса «Насос max» (46), давления КНД на полной нагрузке «Контур ПН» (47), давления КНД на холостом ходу «Контур XX» (48), разрежения во впускном тракте на холостом ходу «Разр. XX» (49); разрежение во впускном тракте на полной нагрузке «Разр. ПН» (50), давление на форсунках на полной нагрузке «Форс. ПН» (51), давления на форсунках на холостом ходу «Форс. XX» (52), расхода в подключенной магистрали «Расход» (53). Ввод осуществляют вручную в окнах ввода значений; пример ввода минимального и максимального давлений КНД на холостом ходу (54).
Пример полученных с помощью LPCE расчетных значений параметров дизельного МКНД на номинальной частоте оборотов показан на фиг. 31. ПО сканера WiFi FuelScan выводит на монитор (фиг. 32) кнопку 55 «Дизель», которую активируют, области давления КНД и насоса (42), разрежения впускного тракта (43), расхода в выбранной магистрали (45); введенные значения максимального давления насоса «Насос шах» (46), давления КНД «Контур» (56), разрежения во впускном тракте на холостом ходу «Разр. XX» (49) и на полной нагрузке «Разр. ПН» (50), расхода в подключенной магистрали «Расход» (53); пример ввода значений минимального и максимального давлений КНД (57).
Достигнут технический результат диагностики дизельных механических контуров низкого давления и подтвержден экспериментальными данными. Пример практического диагностирования МКНД (фиг.33, фрагмент записанного файла): сбои в работе двигателя зафиксированы в 13.07:28 и 13.09:02, о чем свидельствуют временные маркеры 58 и 59 соответственно. Первый сбой ДВС характерен тем, что текущие значения осциллограмм давления 60, разрежения 61 и расхода 62 ниже соответствующих расчетных значений «Контур», «Разр. XX» и «Расход», и является основанием для определения диагноза о неработоспособности МКНД. Второй сбой ДВС характерен тем, что лишь текущие значения осциллограммы разрежения 61 ниже расчетного значения «Разр. XX», и является основанием для заключения о том, что неработоспособна другая система ДВС. Поскольку МКНД оснащен механическим насосом, частота оборотов которого зависит от работоспособности других систем ДВС, то в диагнозе определен приоритет поиска дефекта в другой системе, в результате чего в ходе дальнейшей диагностики ДВС обнаружен дефект одной насос-форсунки и подтверждена работоспособность МКНД.
Полученные экспериментальные данные подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению изобретения: сканер WiFi FuelScan обеспечивает экологическую и пожарную безопасность, надежность, простоту, быстродействие, достоверность тестового и рабочего технического диагностирования КНД и обоснованность технического диагноза.
1. Сканер топливоподачи низкого давления, работающий совместно с компьютером, с которым обменивается цифровой информацией по радиоканалу согласно программному обеспечению (ПО), содержащему тарировку бензином, включающий измерительный гидравлический узел (ИГУ) с датчиками давления и расхода, средства вычисления, графического отображения, записи, хранения и воспроизведения текущих значений давления топлива и расхода в топливной магистрали контура низкого давления (КНД), текущего времени и осциллограмм, синхронизированных в реальном времени между собой и с временными маркерами сбоев в работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), что обеспечивает диагностику КНД бензинового ДВС, отличающийся тем, что ПО содержит тарировку расхода дизельным топливом и обеспечивает ручной ввод нормативных, эталонных или расчетных значений параметров КНД, ИГУ состоит из независимых зонда расхода и зонда давления, включающих соответственно датчик расхода и датчик давления, а также кран проходной в каждом зонде, что обеспечивает независимое раздельное подключение зондов к двум или одной топливной магистрали и диагностику КНД дизельного ДВС.
2. Способ диагностики КНД дизельного ДВС, оснащенного механическим подкачивающим насосом (МН), посредством сканера по п. 1, заключающийся в том, что ИГУ сканера подключают к контролепригодной по давлению подающей магистрали КНД, включают запись диагностических параметров, запускают ДВС и выводят на нормативную частоту оборотов, а незапускающийся ДВС вращают стартером, осуществляют на месте или в движении автомобиля онлайн-мониторинг и запись текущих значений давления, маркируя моменты сбоев в работе ДВС ручной простановкой временных маркеров, сохраняют записанный файл диагностики, воспроизводят его, анализируют текущие значения давления топлива путем их сопоставления с нормативными, эталонными или расчетными значениями и временными маркерами и на основании анализа определяют технический диагноз КНД, отличающийся тем, что зонд давления подключают к контролепригодной по давлению подающей магистрали КНД, зонд расхода подключают в разрыв всасывающей магистрали, активируют вид топлива «дизель», вручную вводят нормативные, эталонные или расчетные значения параметров КНД, отождествляют текущие значения подачи МН с текущими значениями всасывания и анализируют их, что обеспечивает повышение достоверности технического диагноза КНД.
