Стенд диагностики и очистки форсунок и способы очистки форсунок автомобильного бензинового двигателя
STAND FOR NOZZLES DIAGNOSTICS AND CLEANING AND METHODS FOR CLEANING NOZZLES OF AUTOMOBILE GASOLINE ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Стенд диагностики и очистки форсунок (СДОФ) автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного системой впрыска бензина (СВБ) при низком давлении, и реализуемые посредством него способы диагностики и очистки согласно Международной патентной классификации МПК (2015.01) относятся к объектам, имеющим классификационные индексы F02M 65/00 «испытания топливо-впрыскивающей аппаратуры систем подачи горючих смесей или их составляющих к ДВС» и F02M 69/46 «вспомогательные устройства систем подачи горючих смесей, не относящиеся к рубрикам 69/02-69/44 или представляющие интерес независимо от них».
Системы впрыска бензина во впускной коллектор при низком давлении в настоящее время наиболее распространены в автомобильных ДВС. Форсунки и ряд других компонентов СВБ в процессе эксплуатации подвергаются интенсивным ударным нагрузкам, трению, износу и постепенному снижению технических характеристик и ресурса от накопительного действия примесей, загрязнений и воды, содержащихся в бензине. Твердые частицы размером более 4 мкм задерживаются фильтрами системы топливоподачи и фильтрами 1 (фиг. 1) форсунок, постепенно засоряя их, а имеющиеся в бензине молекулы смол и воды проникают внутрь форсунок. В чистых форсунках смолистые отложения налипают вначале незначительно, затем быстрее, а через 20…30 тыс. км пробега - лавинообразно, прежде всего, в самых узких местах - в районе сопряжения седла запорного клапана 2 подвижного штока 3 форсунки с впрыскивающим соплом 4. Превысив критическую массу, загрязнения нарушают дозирование топлива, качество распыла и герметичность форсунки и тем самым - функционирование всего ДВС: снижаются крутящий момент и мощность ДВС, ухудшается ускорение, нарушается частота оборотов, увеличивается расход топлива, затрудняется пуск.
Другим фактором снижения характеристик ДВС является ржавчина, которая откладывается на внутренних поверхностях форсунки и вызывает повышенное трение в сопряжении подвижный шток 3 - распылитель 5, вследствие чего увеличивается инерционность форсунки - расширяется петля гистерезиса цикла открытия-закрытия запорного клапана. Форсунка с запозданием и при других значениях напряжения реагирует на управляющий сигнал, и это непредсказуемо нарушает дозирование топлива.
При несвоевременной очистке ржавчина накапливается, разъедает металл, возрастает напряжение открытия, вследствие чего ФЭП могут не обеспечить пуск ДВС, а также могут заклинить в открытом или закрытом состоянии и тем самым выключить цилиндр из работы или привести к гидроудару в цилиндре.
В этой связи вопросы совершенствования средств и способов диагностики и очистки ФЭП являются весьма актуальными, поэтому им уделяется постоянное пристальное внимание передовых производителей как химических жидких очистителей (ХЖО), так и аналогов СДОФ и иных технических устройств подачи ХЖО в систему впрыска бензина и форсунки.
Уровень техники
Мировыми производителями ХЖО, такими как WYNN'S (Бельгия, http://wynns.su/catalog/categoiy-10/goods_Injection_System_Purge_-75/index.html), LIQUI MOLY (Германия, http://liquimoly.ru/product_view2.php?id=507), ХАДО (Украина, http://xado.ua/avtomobilnaya-himiya/sredstva-dlya-dvigateley/toplivnaya-sistema/maxiflush-xado), LAVR (Россия, http://www.lavr.ru/catalog/section/professionalnaya-ochistka-sistemy-vspryska/) и другими, отработана и рекомендована к практическому применению простая, эффективная, хорошо зарекомендовавшая себя и широко применяемая в практике автомобильного сервиса технология очистки ФЭП без их демонтажа из ДВС в три этапа, предусматривающая подачу ХЖО вместо бензина в СВБ работающего ДВС под номинальным или несколько меньшим давлением данной СВБ: 1-й этап - работа ДВС на холостом ходу в течение 15…20 мин; 2-й этап - откисание (размягчение, отслоение) загрязнений под действием ХЖО в форсунках и иных компонентах СВБ при выключенном ДВС в течение 10…15 мин; 3-й этап - работа ДВС в широком диапазоне частоты оборотов с перегазовками в течение 10…20 мин: (http://freezer.ru/injector.shtml, http://liquimoly.ru/product_view2.php?id=503 и др.). Затем с целью определения степени эффективности выполненной очистки осуществляют тестовый прогон автомобиля в штатном режиме.
По такой же схеме рекомендуется и плановая профилактическая очистка каждые 20...30 тыс.км пробега с целью предупреждения лавинообразного процесса накопления загрязнений.
Вместе с тем, невзирая на простоту и кажущуюся дешевизну реализации, данная технология очистки является возможной и экономически целесообразной только при одновременном соблюдении ряда условий: ДВС запускается и работает; достоверно установлено, что нарушения функционирования ДВС обусловлены загрязнениями форсунок, но не другими причинами; необходимость очистки совпадает со сроками плановой замены масла в системе смазки ДВС и свечей зажигания (ввиду того, что большинство ХЖО текучи и проникают в систему смазки, а продукты сгорания ХЖО откладываются на электродах свечей). Кроме того, ресурс ДВС нерентабельно расходуется только на то, чтобы получить управляющие импульсы форсунок (некоторый положительный эффект от сопутствующей очистки впускных клапанов ГРМ и камер сгорания цилиндров ДВС здесь не является предметом рассмотрения).
Все это вместе взятое привело к возникновению и развитию стендов-аналогов СДОФ, не зависящих от вышеперечисленных условий и экономящих ресурс ДВС, и широкому внедрению их в практику автосервиса. Они в основной своей массе способны достаточно эффективно реализовать диагностику ФЭП, вышеизложенную технологию очистки демонтированных ФЭП без пуска ДВС, эмулируя его работу по подаче на ФЭП управляющих импульсов, а некоторые из них при необходимости - и очистку ФЭП без их демонтажа, на работающем или неработающем ДВС (http://master-sto.com.ua/c293418-stendy-dlya-chistki-toplivnoy-apparatury.html и др.).
К таким стендам, получившим широкое распространение, относятся G.I.KRAFT модели GI19112, GI19114 (http://autoscan.com.ua/gil9114_gikraft_germany.html); LAUNCH модели CNC-402A, CNC-601A, CNC-602A CNC-801A (http://www.launchrus.ru/products/injector-cleaning/); LIQUI MOLY  (http://liquimoly.ru/product_view2.php?id=503); WYNN'S FuelServe, FuelSystemServe (http://wynns.su/catalog/Equipment_for_SRT-9/); ТРИУМФ модели 4M, 6М, 6М1, 6М2, S6, 6Н1; SPRINT 6; Fuel Injector Tester & Cleaner MST-A360 (http://www.allobd.ru/shop/172/desc/stend-dlja-forsunok-s-ultrazvukovoj-ochistkoj-mst-a360), И-4Б, И-6Б+, И-8А (http://www.technosouz.ru/pages/diagnostic_fuelgear.html) и другие.
В основном их объединяют следующие технические характеристики: количество установленных форсунок 4…8; возможность диагностики производительности, динамического баланса, герметичности форсунок, оценки качества распыла; циркуляционная подача ХЖО с регулируемым контролируемым давлением от 0 до 0,6…0,75 МПа (WYNN'S до 1,1 МПа); длительность управляющих импульсов от 0…1 до 20…25 мс; диапазон эмулируемых оборотов ДВС от 0 до 7500…9999 об/мин; возможность пуска и работы ДВС при подаче ХЖО от стенда в СВБ для очистки без демонтажа форсунок из ДВС. Перечисленные стенды имеют и индивидуальные особенности, достоинства и недостатки.
Так, стенды ТРИУМФ не имеют циркуляции жидкого очистителя и возможности подключения к ДВС (очиститель из ФЭП стекает в мерные стаканы), а ТРИУМФ 6М, кроме того, для создания давления жидкого очистителя требует подключения к внешнему воздушному компрессору, но имеет возможность тестирования сопротивлений обмоток ФЭП и времени задержки открытия и закрытия электромагнитного клапана.
Ряд стендов ТРИУМФ имеют режим «Антиудар» для предотвращения заклепывания клапана форсунки, «Турбо режим» и «Индивидуальный режим» с заданной соответственно изготовителем и пользователем диапазоном девиации частоты управляющих импульсов, «Интенсивной очистки» и «Расклинивания форсунки» с девиацией частоты и регулируемой скважностью управляющих импульсов. Стенд SPRINT 6 имеет возможность оценки быстродействия срабатывания/отпускания пружины подвижного штока форсунки. Стенды LAUNCH укомплектованы набором гидравлических адаптеров для подключения практически всех типов форсунок, а модели CNC-601A,CNC-602A, CNC-801A и также И-4Б, И-6Б+, И-8А, ТРИУМФ 6М имеют адаптивное управление током в соответствии с сопротивлением электрических обмоток форсунок. LAUNCH CNC-602A и CNC-801 А, И-4Б, И-6Б+, И-8А имеют режимы AUTOl, AUTO2, AUTO3 эмуляции динамических режимов работы двигателя. В стендах G.I.KRAFT реализовано 2-контурное управление, что позволяет одновременно проводить ультразвуковую чистку форсунок одного автомобиля и диагностировать форсунки другого автомобиля, что повышает производительность труда, однако эти стенды не имеют возможности очистки форсунок без демонтажа из ДВС.
Таким образом, действующие аналоги СДОФ в основном способны осуществлять эффективную диагностику и очистку ФЭП. Вместе с тем, они не обладают рядом необходимых свойств, которые могли бы повысить безопасность, экологичность, экономичность, производительность труда, и это ограничивает достижение требуемого технического результата.
Так, инерционность ФЭП оценивается аналогами, имеющими эту функцию, как время запаздывания открытия/закрытия клапана форсунки от времени соответственно переднего/заднего фронта управляющего импульса. Однако этот параметр не в полной мере характеризует влияние запаздывания на точность топливодозирования: когда запаздывания открытия и закрытия примерно одинаковы, а время открытия и соответственно доза топлива остаются номинальными, то это не дает ответа на вопрос, почему нарушается точность топливодозирования, не происходит пуск ДВС или имеют место пропуски воспламенения топливовоздушной смеси в отдельных цилиндрах. Поэтому необходим другой способ диагностирования механической части ФЭП.
Аналоги не содержат готовых технологически полных программ очистки (НПО), а имеющиеся программы неполны, не приспособлены к региональным особенностям бензинов, имеют недостаточный выбор и автоматизацию, в силу недостаточной гибкости не имеется возможности коррекции программ с учетом предыдущего опыта очисток и сохранением его в памяти стенда, при выполнении требуют частого контроля и вмешательства со стороны пользователя.
Аналоги имеют ограниченные возможности по ускорению подвижных частей форсунок и, как следствие, по возбуждению гидродинамической кавитации, очистке и расклиниванию сильно загрязненных и заклинивших форсунок.
В случаях, когда не все форсунки должны подвергаться диагностике или очистке, в аналогах их отключают вручную электрически или гидравлически, на что затрачивается дополнительное работное время и снижается степень безопасности работ. Более эффективным явилась бы программная активация/дезактивация форсунок, однако аналоги такой возможности не имеют.
Ряд операций диагностики и этапов очистки требует предотвращения давления и потока жидкости, однако программная активация/дезактивация жидкостного насоса в ходе выполнения отдельных этапов программы очистки без вмешательства пользователя в аналогах не предусмотрена, что снижает производительность труда и безопасность несанкционированного вытекания жидкости.
При извлечении форсунок из стенда неизбежна утечка из его магистралей некоторого количества жидкости, однако аналоги не оснащены средствами для предотвращения утечки, что неблагоприятно отражается на экологии и снижает экономичность.
В аналогах не предусмотрена возможность совершенствования путем обновления ПО пользователем, что существенно ограничивает их возможности и развитие потребительских свойств.
В отличие от аналогов, в СДОФ учтены и устранены вышеуказанные недоработки, он обеспечивает достижение более высокого технического результата и может быть применен в отрасли автомобильного сервиса. В силу этого СДОФ является новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.
Раскрытие изобретения Сущность СДОФ как технического решения заключается в совокупности свойств его устройства и реализуемых им некоторых новых способов диагностики и очистки форсунок, внутренних сервисных функций и настроек СДОФ, что обеспечивает достижение требуемого технического результата.
Устройство СДОФ, включающее несущую конструкцию, систему циркуляции жидкости, систему электропитания, держатель ФЭП, отличается от аналогов системой микропроцессорного управления (СМПУ), имеющей внутреннее ПО, и системой воздушной продувки (СВП).
СМПУ (фиг. 2) включает главную плату (ГП) 6, плату силового управления (ПСУ) 7, дисплей 8, клавиатуру 9, интерфейс USB 10, блок питания 11, индикатор работы электрического жидкостного насоса (ЭЖН) 12, индикатор питающего напряжения + 5 В 13. ГП имеет 4 раздельных электрических выхода на 4 ФЭП 14.
ГП 6 (фиг. 3) включает в себя микроконтроллер (МК) 15, буферы 16, буззер 17, схему пилы и измерения сопротивлений 18, бустер 19, схему реле 20, схему АЦП 21, выходные каскады 22, схему управления подсветкой дисплея 23, фильтр питания 24, индикаторы питания 25 главной платы, порт клавиатуры 26, порт дисплея 27, порт программатора 28, порт интерфейса USB 29, порт ФЭП 30, порт стробоскопа 31, порт ПСУ 32, порт питающих напряжений 33.
В МК 15 (фиг. 4) IC1 типа ATMega64-A прошито ПО, реализующее меню СДОФ (фиг. 5), которое включает все режимы диагностики, очистки и внутренних настроек СДОФ, отличающиеся от аналогов средствами и способами диагностики инерционности ФЭП, набора, хранения и реализации ППО, высоковольтных режимов очистки и расклинивания ФЭП, воздушной продувки, активации ФЭП, ЭЖН и электрического воздушного компрессора (ЭВК).
Меню (фиг. 5) через pin 35…42 МК (фиг. 4) выводится на порт дисплея 27 (фиг. 6) и отражается на дисплее LCD 8 (фиг. 7), благодаря чему управляют всеми режимами диагностики, очистки, внутренних настроек и сервиса СДОФ, для чего на pin 4…9 МК (фиг. 4) подают команды с помощью клавиш перемещения курсора дисплея LEFT (влево), RIGHT (вправо), UP (вверх), DOWN (вниз), клавиш выбора SELECT и отмены CANCEL клавиатуры 9 (фиг. 8) через порт клавиатуры 26 (фиг. 9) Keypad.
МК (фиг. 4) вырабатывает управляющие импульсы форсунок, состоящие из открывающих импульсов и удерживающих импульсов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), импульсы для получения пилообразного напряжения, высокого напряжения бустера и автовыключения подсветки дисплея, сигналы активации ФЭП, ЭЖН и ЭВК, команды выполнения режимов диагностики и программ очистки.
В памяти МК хранятся параметры режимов диагностики, программ и блоков очистки, активации, внутренних настроек и сервиса.
МК получает сигналы от схемы АЦП 21 (фиг. 10) для измерения сопротивлений обмоток форсунок и текущей амплитуды пилообразного напряжения.
Схема управления подсветкой дисплея 23 (фиг. 11) обеспечивает три режима подсветки: постоянно включенное, постоянно выключенное, включение на 20 с нажатием любой клавиши клавиатуры с последующим плавным автоматическим выключением.
Буферы 16 (фиг. 12) предназначены для исключения токовых перегрузок портов МК. МК 15 (фиг. 3) выдает через буферы команды на буззер 17, схему пилы и измерения сопротивлений 18, схему бустера 19, схему реле 20, выходные каскады 22, схему управления подсветкой дисплея 23, на порт стробоскопа 31 и порт ПСУ 32.
Схема реле 20 (фиг. 13) предназначена для переключения обмоток диагностируемых и очищаемых форсунок на измерение сопротивлений, подачу пилообразного или высокого напряжения.
Схема пилы и измерения сопротивлений 18 (фиг. 14) предназначена для подачи на обмотки форсунок пилообразного напряжения инфранизкой частоты 0,1 Гц для измерения инерционности ФЭП или измерительного тока для измерения сопротивлений обмоток ФЭП.
Схема бустера 19 (фиг. 15) построена на быстром транзисторе MOSFET типа IRL640 и быстром диоде MUR460. По командам с порта 15 МК (фиг. 4), поступающим через буфер IC301A (фиг. 12) на вход SHV_PWM (фиг. 15), бустер вырабатывает регулируемое высокое напряжение +12…+180 В для очистки сильно загрязненных и расклинивания заклинивших ФЭП.
Выходные каскады 22 (фиг. 16) усиливают мощность управляющих импульсов ФЭП, поступающих с выходов 5, 7, 14, 16 буфера IC301 (фиг. 12) в диапазоне амплитуд +12…+180 В. Быстрые выходные транзисторы IRL640 защищены от бросков напряжения диодами FR207 и супрессорами Р6КЕ-180А.
На порт стробоскопа 31 (фиг. 17) поступают импульсы с выхода 3 буфера IC301B (фиг. 12), синхронные управляющим импульсам ФЭП, для визуального наблюдения качества распыла ФЭП.
На порт ПСУ 32 (фиг. 18) поступают импульсы с выходов 12, 14 буфера IC201A (фиг. 12) для управления ЭЖН и ЭВК.
Буззер 17 (фиг. 19) предназначен для выработки звуковых сигналов о состоянии СДОФ по сигналам с выхода 18 буфера IC301A (фиг. 12).
Индикаторы питания 25 главной платы (фиг. 20) сигнализируют о наличии питающих напряжений +12 В и +3,3 В. Контроль наличия питающего напряжения +5 В осуществляется по индикатору питания D902, расположенному на клавиатуре (фиг. 8).
Фильтр питания 24 (фиг. 21) обеспечивает развязку цепей питания и электрическую помехоустойчивость главной платы.
Программирование МК осуществляют через порт программатора 28 (фиг. 22) и порт интерфейса USB 29 (фиг. 23). Обновление ПО осуществляют через порт интерфейса USB.
Управляющие импульсы, выработанные МК и усиленные по мощности выходными каскадами 22, передаются на форсунки через порт ФЭП 30 (фиг. 24).
На плате силового управления 7 (фиг. 25) собрана схема включения ЭЖН и ЭВК, а также подсветки жидкостного бака СДОФ.
Интерфейс USB 10 (фиг. 2) предназначен для подключения СДОФ к персональному компьютеру с целью обновления ПО; он выполнен по стандартной схеме на микроконтроллере типа FT232BM и микросхемах оптической развязки типа HCPL2601 (http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT232BM.pdf).
Полуавтоматическая диагностика инерционности ФЭП предназначена для повышения достоверности распознавания дефекта механической части форсунок и заключается в совокупности последовательных простых ручных действий пользователя и автоматических операций СДОФ по мониторингу и цифровой записи значений напряжений открытия 34 (фиг. 26) и закрытия 35 ФЭП, их воспроизведению в сводной таблице на дисплее и сравнительному анализу с целью распознавания степени загрязнений ФЭП и повреждений сопряженных поверхностей подвижных и неподвижных частей ФЭП, их влиянию на функционирование цилиндров ДВС и принятия решения на очистку.
Настройка блоков и программ очистки заключается в совокупности последовательных простых ручных действий пользователя и автоматических операций СДОФ по заблаговременному набору, изменению и сохранению в постоянной памяти СДОФ параметров восемнадцати блоков очистки и восьми технологически полных программ очистки в составе четырех блоков очистки каждая в широких диапазонах времени выполнения, частоты оборотов ДВС и закона ее модуляции, для чего клавишами LEFT, RIGHT, UP, DOWN (фиг. 8) перемещают курсор на дисплее, клавишами UP, DOWN изменяют значение выбранных параметров, а клавишами SELECT/CANCEL утверждают/отменяют и сохраняют выбор.
Блоки очистки 36 (фиг. 27, 28) с фактическими номерами 1…18 набирают и сохраняют для очистки ФЭП жидкостью (фиг. 28-31) или комбинированно жидкостью и воздухом с назначенной пользователем длительностью работы ЭЖН и ЭВК по 1…15 с (фиг. 32). Управляющие импульсы имеют постоянную скважность Q=2, а частоту их следования, которую эмулирует МК 15 (фиг. 3, 4), назначают в диапазоне частот оборотов ДВС 100…60000 об/мин (rpm) 37 (фиг. 28-31) постоянной 38 (фиг. 28) или частотно-модулированной прямым 39 (фиг. 29), обратным 40 (фиг. 30) или симметричным пилообразным напряжением 41 (фиг. 31) с периодом модуляции 42 в диапазоне 0…60 с (фиг. 29-31) и дискретностью 100 об/мин.
В полную программу очистки 43 (фиг. 33) последовательно включают четыре блока очистки с порядковыми номерами Б1…Б4 44 (фиг. 34) из числа ранее набранных и сохраненных блоков очистки. Фактические номера 45 блоков очистки индицируются на дисплее правее порядковых номеров. В блок Б1, как правило, включают блок очистки, эмулирующий работу ДВС на холостых оборотах 37 постоянной частоты 38 (фиг. 28) или с девиацией холостых оборотов в небольших пределах. Если для блока очистки не назначен фактический номер, на дисплее индицируется прочерк 46 (фиг. 34), который означает, что управляющие импульсы в период выполнения этого блока подаваться не будут, следовательно, форсунки будут закрыты. Таким блоком, как правило, назначают блок Б2, он предназначен для откисания (размягчения, отслоения) плотных загрязнений. Когда выбирают символ 47 (*), это означает, что во время выполнения блока Б2 будет постоянно активирован ЭЖН, и в форсунках будет постоянно поддерживаться давление ХЖО; когда ЭЖН дезактивируют, это индицируется символом 48 (фиг. 35). В блоки Б3, Б4, как правило, включают блоки очистки, эмулирующие работу ДВС в широком диапазоне оборотов ДВС 37 (фиг. 29-31) с разными законами ЧМ 39-41 частоты следования управляющих импульсов. Время выполнения 49 (фиг. 35) каждого блока Б1…Б4 назначают в пределах 0…60 мин; если для какого-то блока выбрано время выполнения 0 мин, то данный блок исключается из программы очистки. Длительность НПО равна сумме времен выполнения всех блоков очистки; ее регулируют в пределах от 1 мин (на практике от 40, до 60 мин) до 240 мин в зависимости от степени загрязнения ФЭП. Таким образом, НПО не только полностью отвечает технологии очистки, рекомендованной мировыми производителями ХЖО, но и имеет существенную гибкость и возможность адаптации к региональным особенностям бензинов за счет выбора пользователем параметров управляющих импульсов, последовательности и времени выполнения блоков очистки.
По окончании настройки блоков и/или программ очистки выбирают опцию 50 СОХРАНИТЬ (фиг. 36), и все параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (фиг. 37), что обеспечивает их быстрое и точное извлечение из памяти при выполнении непосредственных подготовительных операций очистки. Если сохранение не выполнено, то при повторном включении СДОФ происходит возврат к предыдущим, ранее сохраненным параметрам.
Таким образом, предложен стенд диагностики и очистки форсунок (СДОФ) с электромагнитным приводом (ФЭП) автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного системой впрыска бензина (СВБ), содержащий средства циркуляционной подачи химического жидкого очистителя (ХЖО) с регулируемым контролируемым давлением на гидравлические входы четырех демонтированных из ДВС и установленных в стенд ФЭП, средства подачи на электрические разъемы ФЭП управляющих импульсов изменяемой длительности и частоты, выраженной в частоте оборотов вращения ДВС, средства диагностики электрических обмоток, производительности, динамического баланса, герметичности и визуальной оценки качества распыла ФЭП, отличающийся тем, что содержит систему микропроцессорного управления (СМПУ) и ПО, повышающие степень автоматизации и эффективность ряда функций диагностики и очистки ФЭП, которые включают полуавтоматическую диагностику инерционности ФЭП, извлечение из постоянной памяти СДОФ одной технологически полной программы очистки (ППО) из восьми заблаговременно составленных пользователем ППО в составе четырех из восемнадцати заблаговременно составленных пользователем блоков очистки посредством ХЖО или комбинированно ХЖО и воздуха длительностью 0…60 мин каждый с управляющими импульсами постоянной частоты или частотно-модулированными (ЧМ) по одному из трех законов в диапазоне частот вращения ДВС 100…20000 об/мин и автоматическое выполнение назначенной ППО, высоковольтное расклинивание и высоковольтную очистку ФЭП посредством ХЖО с управляющими импульсами амплитудой до 180 В, программную активацию ФЭП, электрического жидкостного насоса (ЭЖН) и электрического воздушного компрессора (ЭВК).
Технический результат при использовании данного способа настройки блоков и программ очистки объективно проявляется в таких технических эффектах, как значительное сокращение времени непосредственных подготовительных операций очистки и повышение эффективности очистки за счет таких свойств СДОФ, как возможность учета опыта предыдущих очисток и адаптация программ очистки к региональным особенностям бензинов и условиям эксплуатации ДВС.
Способ очистки ФЭП, установленных в СДОФ, осуществляемый путем промывки ФЭП за счет подачи на их гидравлические входы ХЖО под регулируемым контролируемым давлением и управляющих импульсов на электрические разъемы ФЭП посредством заблаговременно набранной и сохраненной в памяти ППО, наиболее соответствующей конкретному характеру загрязнений, для чего клавишами LEFT, RIGHT, UP, DOWN перемешают курсор на дисплее, клавишами UP, DOWN изменяют значение выбранных параметров, а клавишами SELECT и CANCEL (фиг. 8) утверждают/отменяют выбор ППО. Символы 50 (фиг. 38), отражаемые на дисплее, индицируют об активированных форсунках, на которые будут поступать управляющие импульсы. Для выбора требуемой ППО в главном меню выбирают опцию «Очистка» 51, в меню «Очистка» 52 (фиг. 39) выбирают опцию «Стенд» 53, в меню «Стенд» 54 (фиг. 40) входят в опцию «Программа» 55, чем открывают список восьми хранящихся ППО 56 (фиг. 41), из которых выбирают требуемую ППО 57 (фиг. 42). Запуск выбранной ППО осуществляют в меню «Стенд», выбрав опцию «Начать» 58 (фиг. 43), после чего ППО выполняется полностью автоматически в указанной последовательности порядковых 44 (фиг. 42) и фактических 45 номеров блоков очистки за заданное время 49. При этом на дисплее индицируются следующие параметры выполняемого блока очистки: порядковый 44 (фиг. 44, 45) и фактический 45 номера блока; текущая частота эмулированных оборотов ДВС 59; закон изменения частоты оборотов ДВС 38; текущее время 60, оставшееся до окончания ППО, и убывающая строка состояния 61, соответствующая этому времени. Блок очистки 62 (фиг. 42), не имеющий фактического номера (Б2), при выполнении (фиг. 46) именуется как «стип-пилинг» («steep-peeling» [англ.] - пропитка-отслоение) 63 без подачи на ФЭП управляющих импульсов; символ 64 сигнализирует об активизации ЭЖН. При выполнении блока очистки 3 (фиг. 45) индицируются те же параметры, что и блока очистки 1 (фиг. 44), но со своими значениями. При переходе к выполнению каждого последующего блока очистки и по окончании ППО срабатывает сигнал буззера 17 (фиг. 19). Об окончании ППО сигнализирует буззер, надпись на дисплее «Очистка завершена» 65 (фиг. 47, 48) и мигание строки состояния 66.
Способ очистки ФЭП, установленных в СДОФ, осуществляемый путем комбинированной очистки, включающей очистку промывкой и воздухом ФЭП, реализуют аналогично вышеописанному способу очистки промывкой, за исключением того, что на гидравлические входы ФЭП подаются комбинированно ХЖО и воздух под регулируемым контролируемым давлением и управляющие импульсы на электрические разъемы ФЭП посредством заблаговременно набранной и сохраненной в памяти ППО, наиболее соответствующей конкретному характеру загрязнений и содержащей один блок комбинированной очистки, при выполнении которого на дисплее индицируется наименование блока очистки «комби» 67 (фиг. 49) и выполняемый этап этого блока: жидкостная промывка 68 с программной активацией ЭЖН и автоматически активированных форсунках, сжатие воздуха 69 (фиг. 50) с программной активацией ЭВК при автоматически дезактивированных форсунках, выпуск 70 (фиг. 51) сжатого воздуха и жидкости через автоматически активированные форсунки.
Технический результат при использовании данных способов очистки ФЭП, установленных в СДОФ, объективно проявляется в таких технических эффектах, как быстрый выбор ППО и полная автоматизация процесса очистки, что повышает эффективность очистки и производительность труда пользователя путем его высвобождения от набора ППО и участия в ее выполнении.
Высоковольтную очистку применяют для сильно загрязненных ФЭП, установленных в СДОФ, когда другие способы очистки не дали положительного результата, для чего из главного меню входят в меню «Ультразвук» 71 (фиг. 52), где выбирают опцию «УЗ Форус» 72 (фиг. 53). При этом осуществляется подача ХЖО от активированного 73 (фиг. 54) ЭЖН на гидравлические входы ФЭП под регулируемым контролируемым давлением, а на электрические разъемы ФЭП подаются короткие 74 высоковольтные 75 управляющие импульсы, чем значительно увеличивается скорость движения подвижных штоков ФЭП и интенсивность кавитации ХЖО.
Высоковольтное расклинивание применяют для заклинивших ФЭП, установленных в СДОФ, которые не удалось расклинить импульсами номинальной амплитуды, для чего из главного меню входят в меню «Ультразвук» 71 (фиг. 52), где выбирают опцию «УЗ Форус» 72 (фиг. 53). При этом осуществляется подача ХЖО от активированного 73 (фиг. 55) или дезактивированного ЭЖН на гидравлические входы ФЭП под регулируемым контролируемым давлением, а на электрические разъемы ФЭП подаются короткие 76 управляющие импульсы амплитудой 77 больше номинальной, постепенно повышая амплитуду 75 (фиг. 54) до полного расклинивания подвижных штоков ФЭП, чем значительно увеличивают усилие, прилагаемое к подвижным штокам ФЭП. Качество расклинивания ФЭП проверяют при номинальном давлении жидкости и номинальной амплитуде управляющих импульсов.
Программная активация ФЭП, электрически подключенных к СДОФ, характеризуется тем, что в случаях, когда не все ФЭП должны подвергаться диагностике или очистке, их не извлекают из СДОФ и не отключают электрически, а программно дезактивируют и при необходимости вновь активируют, для чего клавишами LEFT, RIGHT, UP, DOWN перемещают курсор на дисплее, клавишами UP, DOWN изменяют значение выбранных параметров, а клавишами SELECT и CANCEL (фиг. 8) утверждают/отменяют выбор. В главном меню выбирают опцию «Активация форсунок» 78 (фиг. 56) и входят в нее 79 (фиг. 57), где дезактивируют 80 (фиг. 58) и активируют 81 требуемые форсунки. Это же состояние форсунок индицируется 82 в главном меню (фиг. 56) и меню «Очистка» (фиг. 39). Данный способ активации ФЭП значительно сокращает общее время выполнения диагностических и очистительных режимов, повышает электрическую безопасность работ.
Программная активация ЭЖН осуществляется при выполнении ППО, блока очистки «стип-пилинг» 64 (фиг. 46), высоковольтной очистки и высоковольтного расклинивания 73 (фиг. 54, 55).
Программная активация ЭВК осуществляется при выполнении сжатия 69 (фиг. 50) при комбинированной очистке в режиме «комби» 67, а также при продувке магистралей СДОФ от команды «начать» 82 (фиг. 59) до начала выпуска воздуха 83 (фиг. 60). По окончании продувки срабатывает сигнал буззера 17 (фиг. 19) и мигает строка состояния 84 (фиг. 61).
Достигнутый совокупный технический результат находится в прямой причинно-следственной связи с такими существенными признаками СДОФ, как его устройство, принцип функционирования, способы диагностики и очистки ФЭП, способы настройки СДОФ, и при использовании в СДОФ объективно проявляется в улучшении экологии и безопасности работ, повышении эффективности очистки и производительности труда.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Конструкция ФЭП: 1 - фильтр; 2 - запорный клапан; 3 - подвижный шток; 4 - впрыскивающее сопло; 5 - распылитель.
Фиг. 2. Система микропроцессорного управления. Блок-схема: 6 - главная плата; 7 - плата силового управления; 8 - дисплей; 9 - клавиатура; 10 - интерфейс USB; 11 - блок питания; 12 - индикатор работы ЭЖН; 13 - индикатор питающего напряжения + 5 В; 14 - ФЭП.
Фиг. 3. Главная плата. Функциональная схема: 6 - ГП; 15 - МК; 16 - буферы; 17 - буззер; 18 - схема пилы и измерения сопротивлений; 19 - бустер; 20 - схема реле; 21 - схема АЦП; 22 - выходные каскады; 23 - схема управления подсветкой дисплея; 24 - фильтр питания; 25 - индикаторы питания главной платы; 26 - порт клавиатуры; 27 - порт дисплея; 28 - порт программатора; 29 - порт интерфейса US; 30 - порт ФЭП; 31 - порт стробоскопа; 32 - порт ПСУ; 33 - порт питающих напряжений.
Фиг. 4. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 15 - МК.
Фиг. 5. Меню СДОФ.
Фиг. 6. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 27 - порт дисплея.
Фиг. 7. Система микропроцессорного управления. Схема электрическая принципиальная: 8 - дисплей.
Фиг. 8. Система микропроцессорного управления. Схема электрическая принципиальная: 9 - клавиатура.
Фиг. 9. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 26 - порт клавиатуры.
Фиг. 10. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 21 - АЦП.
Фиг. 11. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 23 - схема управления подсветкой дисплея.
Фиг. 12. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 16 - буферы 74HC244N.
Фиг. 13. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 20 - схема реле.
Фиг. 14. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 18 - схема пилы и измерения сопротивлений.
Фиг. 15. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 19 - бустер.
Фиг. 16. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 22 - выходные каскады.
Фиг. 17. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 31 - порт стробоскопа.
Фиг. 18. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 32 - порт ПСУ.
Фиг. 19. Главная плата. Схема электрическая принципиальная. 17 - буззер КРХ1205А.
Фиг. 20. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 25 - индикаторы питания + 12 В и 3,3 В.
Фиг. 21. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 24 - фильтр питания.
Фиг. 22. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 28 - порт программатора.
Фиг. 23. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 29 - порт интерфейса USB.
Фиг. 24. Главная плата. Схема электрическая принципиальная: 30 - порт ФЭП.
Фиг. 25. Плата силового управления. Схема электрическая принципиальная: 7 - ПСУ.
Фиг. 26. Индикация дисплея: сводная итоговая таблица значений напряжений ФЭП: 34 - напряжения открытия ФЭП; 35 - напряжения закрытия ФЭП.
Фиг. 27. Индикация дисплея в меню «Настройки»: 36 - опция «Блоки».
Фиг. 28. Индикация дисплея в опции «Блоки»: 36 - фактические номера блоков очистки; 37 - значение эмулированной частоты оборотов ДВС; 38 - постоянная частота оборотов ДВС.
Фиг. 29. Индикация дисплея в опции «Блоки»: 37 - значения нижней и верхней границы эмулированной частоты оборотов ДВС; 39 - вид ЧМ частоты оборотов ДВС прямая пила; 42 - период ЧМ частоты оборотов ДВС.
Фиг. 30. Индикация дисплея в опции «Блоки»: 37 - значения нижней и верхней границы эмулированной частоты оборотов ДВС; 40 - вид ЧМ частоты оборотов ДВС обратная пила; 42 - период ЧМ частоты оборотов ДВС.
Фиг. 31. Индикация дисплея в опции «Блоки»: 37 - значения нижней и верхней границы эмулированной частоты оборотов ДВС; 41 - вид ЧМ частоты оборотов ДВС симметричная пила; 42 - период ЧМ частоты оборотов ДВС.
Фиг. 32. Индикация дисплея в опции «Блоки»: вид блока очистки «комби».
Фиг. 33. Индикация дисплея в меню «Настройки»: 43 - опция «Программы».
Фиг. 34. Индикация дисплея в опции «Программы»: 44 - порядковые номера блоков очистки в программе очистки; 45 - фактические номера блоков очистки в программе очистки; 46 - блок очистки без управляющих импульсов; 47 - символ активированного ЭЖН.
Фиг. 35. Индикация дисплея в опции «Программы»: 48 - символ дезактивированного ЭЖН; 49 - времена выполнения блоков очистки.
Фиг. 36. Индикация дисплея в меню «Настройки»: 50 - опция «Сохранить».
Фиг. 37. Индикация дисплея в меню «Настройки» при успешном сохранении данных.
Фиг. 38. Индикация дисплея в главном меню: 50 - символы активации ФЭП: все ФЭП активированы; 51 - опция «Очистка».
Фиг. 39. Индикация дисплея в меню «Очистка»: 52 - символ меню «Очистка»; 53 опция «Стенд» для очистки ФЭП, установленных в СДОФ.
Фиг. 40. Индикация дисплея в меню «Стенд»: 54 - символ меню «Стенд»; 55 -опция «Программа» для выбора ППО.
Фиг. 41. Индикация дисплея при выборе ППО: 56 - список всех ППО.
Фиг. 42. Индикация дисплея при выборе ППО: 44 - порядковые номера блоков очистки; 45 - фактические номера блоков очистки в программе очистки; 49 - времена выполнения блоков очистки; 57 - номер выбранной ППО; 62 - блок очистки без подачи на ФЭП управляющих импульсов.
Фиг. 43. Индикация дисплея в меню «Стенд»: 58 - запуск выбранной ППО для очистки ФЭП, установленных в СДОФ.
Фиг. 44. Индикация дисплея при выполнении блока очистки: 38 - постоянная частота оборотов ДВС; 44 - порядковый номер блока очистки; 45 - фактический номер блока очистки; 59 - значение эмулированной частоты оборотов ДВС; 60 - текущее время, оставшееся до окончания ППО; 61 - убывающая строка состояния, соответствующая текущему времени, оставшемуся до окончания ППО.
Фиг. 45. Индикация дисплея при выполнении блока очистки: 38 - вид ЧМ частоты оборотов ДВС симметричная пила; 44 - порядковый номер блока очистки; 45 - фактический номер блока очистки; 59 - значение эмулированной частоты оборотов ДВС; 60 - текущее время, оставшееся до окончания ППО; 61 - убывающая строка состояния, соответствующая текущему времени, оставшемуся до окончания ППО.
Фиг. 46. Индикация дисплея при выполнении блока очистки «стип-пилинг. 63 - название блока очистки; 64 - ЭЖН активирован.
Фиг. 47. Индикация дисплея при завершении выполнения ППО: 65 - информирующая надпись; 66 - мигающая строка состояния.
Фиг. 48. Индикация дисплея при завершении выполнения ППО: 65 -информирующая надпись; 66 - мигающая строка состояния.
Фиг. 49. Индикация дисплея при выполнении блока очистки «комби»: 67 - название блока очистки; 68 - ЭЖН нагнетает ХЖО.
Фиг. 50. Индикация дисплея при выполнении блока очистки «комби»: 67 - название блока очистки; 69 - ЭВК нагнетает давление воздуха при закрытых ФЭП.
Фиг. 51. Индикация дисплея при выполнении блока очистки «комби»: 70 - выпуск сжатого воздуха и ХЖО через открытые ФЭП.
Фиг. 52. Индикация дисплея в главном меню: 71 - опция «Ультразвук».
Фиг. 53. Индикация дисплея в меню «Ультразвук»: 72 - опция «УЗ Форус» для высоковольтной очистки промывкой установленных в СДОФ сильно загрязненных ФЭП.
Фиг. 54. Индикация дисплея при установке параметров управляющих импульсов для высоковольтной очистки промывкой установленных в СДОФ сильно загрязненных ФЭП: 73 - ЭЖН активирован; 74 - длительность управляющих импульсов; 75 - амплитуда управляющих импульсов.
Фиг. 55. Индикация дисплея при установке параметров управляющих импульсов для высоковольтного расклинивания ФЭП: 73 - ЭЖН активирован; 76 - длительность управляющих импульсов; 77 - амплитуда управляющих импульсов.
Фиг. 56. Индикация дисплея в главном меню: 78 - опция «Активация форсунок»; 82 - символы активированных и деактивированных ФЭП.
Фиг. 57. Индикация дисплея в меню «Активация форсунок»: 79 - название меню «Активация форсунок».
Фиг. 58. Индикация дисплея в меню «Активация форсунок»: 80 - форсунки дезактивированы; 81 - форсунки активированы.
Фиг. 59. Индикация дисплея в меню «Продувка»: 82 - опция «Начать» для запуска продувки.
Фиг. 60. Индикация дисплея при выполнении продувки: 83 - выполнение окончательного выпуска жидкости и воздуха.
Фиг. 61. Индикация дисплея после окончания продувки: 84 - мигающая строка состояния.
Фиг. 62. СДОФ. Практическая конструкция. Вид спереди: 8 - дисплей; 9 - клавиатура; 12 - индикатор работы ЭЖН; 13 - индикатор питающего напряжения + 5 В; 14 - ФЭП.
Фиг. 63. СДОФ. Практическая конструкция. Внутренняя компоновка: 6 - главная плата; 7 - плата силового управления; 8 - дисплей; 9 - клавиатура; 10 - плата интерфейса USB; 11 - блок питания; 12 - индикатор работы ЭЖН; 13 - индикатор питающего напряжения + 5 В; 14 - ФЭП; 85 - электрический воздушный компрессор.
Фиг. 64. Главная плата. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов сквозного монтажа: 6 - ГП; 16 - буферы; 17 - буззер; 18 - схема пилы и измерения сопротивлений; 19 - бустер; 20 - компоненты схемы реле; 21 - компоненты схемы АЦП; 22 - выходные каскады; 23 - схема управления подсветкой дисплея; 25 - индикаторы
питания главной платы; 26 - порт клавиатуры; 27 - порт дисплея; 28 - порт программатора; 29 - порт интерфейса USB; 30 - порт ФЭП; 31 - порт стробоскопа; 32 - порт ПСУ; 33 - порт питающих напряжений.
Фиг. 65. Главная плата. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов поверхностного монтажа: 6 - ГП; 15 - микроконтроллер; 21 - компоненты схемы АЦП.
Фиг. 66. Плата силового управления. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов сквозного монтажа: 7 - ПСУ; 86 - разъем подключения к блоку питания; 87 - разъем подключения к порту ПСУ 32 (фиг. 64) главной платы.
Фиг. 67. Плата силового управления. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов поверхностного монтажа: 7 - ПСУ.
Фиг. 68. Плата интерфейса USB. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов сквозного монтажа: 10 - плата интерфейса USB; 88 - порт подключения к порту интерфейса USB 29 (фиг. 64) главной платы; 89 - разъем USB для подключения к ПК.
Фиг. 69. Плата интерфейса USB. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов поверхностного монтажа: 10 - плата интерфейса USB; 89 - разъем USB для подключения к ПК.
Фиг. 70. Плата клавиатуры. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов сквозного монтажа: 9 - клавиатура; 12 - индикатор работы ЭЖН; 13 -индикатор питающего напряжения + 5 В; 90 - кнопка SELECT; 91 - шлейф для подключения к порту клавиатуры 26 (фиг. 64) главной платы.
Фиг. 71. Плата клавиатуры. Практическая конструкция. Вид со стороны компонентов поверхностного монтажа: 9 - клавиатура; 91 - шлейф для подключения к порту клавиатуры 26 (фиг. 64) главной платы.
Фиг. 72. Дисплей. Внешний вид со шлейфом: 8 - дисплей; 92 - шлейф для подключения к порту дисплея 27 (фиг. 64) главной платы.
Фиг. 73. Электрический воздушный компрессор. Вид во вмонтированном состоянии в СДОФ: 85 - ЭВК.
Осуществление изобретения
Достигнутый технический результат подтвержден экспериментальными данными, полученными при многократных испытаниях разработанной и созданной практической конструкции опытного образца СДОФ (фиг. 62, 63). В аппаратном отсеке СДОФ размещены главная плата 6, дисплей 8, клавиатура 9, плата интерфейса USB 10, индикатор работы ЭЖН 12; индикатор питающего напряжения + 5 В 13. В агрегатном отсеке размещены ПСУ 7, блок питания 11, ЭВК 138. В тестовый отсек устанавливают диагностируемые и очищаемые ФЭП 14.
Главная плата 6 выполнена печатным монтажом с применением компонентов сквозного (фиг. 64) и поверхностного (фиг. 65) монтажа. На ней размещены микроконтроллер 15, буферы 16 (фиг. 64), буззер 17, схема пилы и измерения сопротивлений 18, бустер 19, схема реле 20, схема АЦП 21 (фиг. 64, 65), выходные каскады 22 (фиг. 64), схема управления подсветкой дисплея 23, индикаторы питания 25 главной платы, порт клавиатуры 26, порт дисплея 27, порт программатора 28, порт интерфейса USB 29, порт ФЭП 30, порт стробоскопа 31, порт ПСУ 32, порт питающих напряжений 33. Фильтр питания 24 (фиг. 21) распределен по всей поверхности главной платы.
Плата силового управления 7 выполнена печатным монтажом с применением компонентов сквозного (фиг. 66) и поверхностного (фиг. 67) монтажа. Разъем 86 (фиг. 66) подключается к блоку питания, порт 87 подключается к порту ПСУ 32 (фиг. 64) главной платы.
Плата интерфейса USB 10 выполнена печатным монтажом с применением компонентов сквозного (фиг. 68) и поверхностного (фиг. 69) монтажа Порт 88 (фиг. 68) подключается к порту интерфейса USB 29 (фиг. 64) главной платы, разъем USB 89 (фиг. 68, 69) подключается к ПК при установке и обновлении ПО СДОФ.
Клавиатура 9 выполнена печатным монтажом с применением компонентов сквозного (фиг. 70) и поверхностного (фиг. 71) монтажа. На ней размещены индикатор работы ЭЖН 12 (фиг. 70) и индикатор питающего напряжения + 5 В 13. Шлейфом 91 клавиатура подключается к порту клавиатуры 26 (фиг. 64) главной платы.
Дисплей 8 (рис. 72) стандартный типа LCD WH2004-YGH-CT; к нему монтируется шлейф 92 для подключения к порту дисплея 27 (фиг. 64) главной платы.
Пневматический выход малогабаритного ЭВК 85 (фиг. 73) подключен к жидкостной магистрали СДОФ. Благодаря встроенному в ЭВК клапану жидкость не проникает в рабочий цилиндр ЭВК.
Полученные экспериментальные данные подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению изобретения СДОФ.