Способ испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе и устройство для его осуществления
METHOD FOR TESTING DEVICES OF HIGH-PRESSURE OF DIESEL FUEL SYSTEM ON WORKING ENGINE AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Способ испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе и устройство для его осуществления
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к технической диагностике дизельной топливной аппаратуры, c аккумулятором высокого давления, типа «Common Rail». Способ и устройство для его осуществления, предназначены для выявления повышенного расхода топлива на управление электрогидравлической форсункой (ЭГФ), в общем балансе расходов, оценки её технического состояния, через измерение и анализ давления и расхода топлива в общей обратной магистрали дизельного двигателя.
Существуют способы оценки технического состояния ЭГФ без демонтажа с двигателей внутреннего сгорания, основанные на одновременном измерении нескольких параметров их работы, и приборы для реализации этих способов, выполненные в компактном переносном варианте.
Известен способ поэлементного диагностирования ЭГФ, при котором за определенное время измеряется величина расхода топлива на управление от каждой ЭГФ, при работе двигателя, например, на холостом ходу: Г. Гюнтер Диагностика дизельных двигателей. – М.: «За Рулем», 2004. -176 с.  Общими признаками с заявляемым изобретением является измерение количества топлива, расходуемого на управление ЭГФ и определение индивидуального расхода ЭГФ, на управление, как наиболее информативного показателя их технического состояния.
Данный метод является достаточно эффективным и точным, однако, не реализуем в случае, когда форсунки находится под клапанной крышкой и непосредственное измерение объема топлива на управление от каждой ЭГФ очень трудоемко или неосуществимо.
Известен способ (DE19703891), патент, Германия F02D41/38, G01M3/26, F02D41/22, G01M3/00, G01L23/26, опубликован 6.08.1998, определения неисправной ЭГФ, при котором расходы через каждую секцию аккумулятора давления топлива определяются путем мониторинга нарастания и падения давления с помощью датчика давления. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной форсунки. Этому способу присуща низкая чувствительность к отдельным утечкам форсунок, т.к. в результате работы инжекторов и секций топливного насоса высокого давления (ТНВД), возникают волны давления, способные накладываться друг на друга, а также благодаря сглаживанию пульсаций давления топлива с помощью установленных в аккумуляторе давления топлива (АДТ) демпферов.
Известен способ (US 5773716) патент, США G01M15/00, опубликован 30.06.98, определения неисправной ЭГФ, при котором повышенную утечку определяют для ЭГФ в заклинившем состоянии. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной ЭГФ. С его помощью возможно отследить только повышенные утечки через распылитель, но утечку каждой ЭГФ в общую обратную магистраль обнаружить не представляется возможным.
Известен также способ (US 7317983) патент, США G06F19/00, F02D41/14 F02D45/00, опубликован 8.01.2008, определения неисправной ЭГФ, при котором в качестве диагностического параметра выступает величина индивидуальной коррекции топливоподачи при работе двигателя на холостом ходу. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной ЭГФ. Данный способ обладает низкой чувствительностью, так как даже при большой утечке в форсунке, величина компенсации может измениться незначительно, особенно с увеличением числа цилиндров.
Известен также способ диагностики (US 6546912) патент, США F02D41/04     F02M51/00, опубликован 15.04.2003, определения неисправной ЭГФ, при котором о работе ЭГФ судят по частоте вращения коленчатого вала при определенных угловых положениях, соответствующих, например, промежутку такта рабочего хода, когда происходит процесс расширения каждого из цилиндров, без компенсации угловой подачи. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной ЭГФ. Данному способу присущи те же недостатки, что и в предыдущем случае, т.к. диагностируется только равномерность цикловых подач, а повышенные утечки в обратную магистраль однозначно идентифицировать нельзя.
Известен способ (US 7937988) патент, США G01M15/00, опубликован 10.05.2011, определения неисправной ЭГФ, для локализации индивидуальных утечек предложено использовать изменение нагрева корпуса ЭГФ, и, как следствие, электрических характеристик. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной форсунки.  Недостатком является то, что при расположении ЭГФ под клапанной крышкой, на точность будут влиять и температурные факторы двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен способ (US 8459234) патент, США  F02M51/00, опубликован  11.06.2013 диагностики неисправностей ЭГФ, в том числе по индивидуальным утечкам, при котором анализируется изменение давления в подающей полости форсунки путем установки внутрь каждой датчика, причем для каждой ЭГФ определена индивидуальная зависимость изменения давления для разных характерных режимов, отклонение от которой позволяют фиксировать практически любую неисправность. Общими признаками с заявляемым изобретением является поиск и определение неисправной ЭГФ. Данный способ является перспективным, однако технически сложным и не применим для уже существующих топливоподающих систем.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ, при котором за определенное время измеряется величина расхода топлива на управление от каждой ЭГФ при работе двигателя, например, на холостом ходу: Г. Гюнтер, Диагностика дизельных двигателей. – М.: «За Рулем», 2004. -176 с. Способ осуществляется путём подключения сливного штуцера каждой ЭГФ к индивидуальной мерной ёмкости. Таким образом, при работающем на холостом ходу и других режимах двигателе, измеряется расход на управление каждой ЭГФ и определяется баланс расходов. Данный способ эффективен, информативен и широко применяется на практике.
Общими признаками с прототипом является определение баланса расходов путём измерения индивидуального расхода топлива на управление ЭГФ.
Недостатками прототипа являются:
- Невозможность применения, в случае, если ЭГФ расположены внутри двигателя (внутри головки блока цилиндров или под клапанной крышкой);
- Невозможность контроля регулировочных параметров ЭГФ;
- Невозможность мониторинга и записи диагностических данных, в том числе в режиме движения транспортного средства.
Задача изобретения направлена на повышение оперативности, информативности и универсализацию способа диагностики электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливоподающих систем, по расходу топлива на управление, без демонтажа с двигателя.
Технический результат изобретения заключается в возможности оперативного получения диагностических данных о балансе расходов и индивидуальном расходе топлива на управление, независимо от конструктивного расположения ЭГФ дизельного двигателя.
Технический результат изобретения достигается тем, что в патентуемом способе испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, а именно электрогидравлических форсунок, включающий измерение расхода топлива на управление каждой форсункой, отличающийся тем, что производят подключение к общей обратной магистрали, позволяющее определить составляющие баланса расходов топлива в общей обратной магистрали на основе измерения и анализа данных об изменении давления и общем расходе в общей обратной магистрали, причем измерение давления и расхода в общей обратной магистрали производится с помощью датчика давления и датчика расхода топлива, находящихся последовательно в общей обратной топливной магистрали.
Устройство для осуществления способа испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, подключаемое к общей обратной магистрали электрогидравлических форсунок, согласно изобретению, содержит микроконтроллер, датчики измерения расхода и давления топлива в общей обратной магистрали, объединенные в один измерительный канал, выполненный с возможностью подключения к обратной магистрали, с помощью соединительного болта-штуцера, датчик управляющих импульсов, для синхронизации с работой электрогидравлических форсунок, шина USB, для передачи данных на персональный компьютер.
Устройство для осуществления заявляемого способа содержит датчики измерения давления и расхода топлива в обратной магистрали, связанные с микроконтроллером, дополнительно содержит датчик измерения фаз работы двигателя, в виде датчика тока на эффекте холла, установленного на цепь управления электрогидравлической форсункой (ЭГФ). Датчик давления и датчик расхода топлива в обратной магистрали, объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поддержания в нем давления, с помощью клапана управляемого широтно-импульсной модуляцией, задаваемой устройством обработки информации (микроконтроллером), для повышения информативности сигнала давления.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к области технической диагностики приборов высокого давления дизельной топливной аппаратуры.
Мощностные, экономические и экологические показатели работы дизелей в значительной степени зависят от технического состояния приборов высокого давления топливной системы. В аккумуляторной топливоподающей системе, наиболее ответственным и, в то же время уязвимым компонентом является электрогидравлическая форсунка. В процессе эксплуатации параметры работы ЭГФ часто выходят за пределы регламентированных значений, нарушается баланс расходов топлива на управление и, соответственно расход в общей обратной магистрали. Это обусловливает необходимость периодической технической диагностики ЭГФ в процессе эксплуатации, без их демонтажа с двигателей. Отличием от прототипа являются:
- универсальность, отсутствие зависимости от расположения ЭГФ
- отсутствие измерительных емкостей;
- возможность мониторинга и записи данных;
- мобильность конструкции;
- меньшее количество точек подключения;
Наличие новой совокупности существенных отличительных от прототипа признаков в заявляемом устройстве, для диагностики индивидуальных утечек, по расходу общей обратной магистрали, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения известности совокупности отличительных признаков заявляемого способа испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано функционирование предложенного устройства, в составе аккумуляторной топливоподающей системы дизельного двигателя. Устройство 1 соединено при помощи специального приспособления 2 с выходом общей обратной магистрали 3 двумя жесткими шлангами: шлангом подачи 4 и шлангом возврата 5 топлива. Устройство 1 соединено, с помощью специальных средств передачи электрических сигналов 6 с датчиком импульсов первого цилиндра 7 и регулятором высокого давления 8 (для повышения информативности метода, при необходимости). Дополнительно устройство 1 подключено к персональному компьютеру (ПК) 9 с помощью шины USB 10.
Кроме того, на схеме изображена цепь топливной системы, включающая топливный бак 11 с подающей топливной магистралью низкого давления 12, входящей в топливный фильтр грубой очистки 13, затем в насос высокого давления 14, подающий топливо через магистраль высокого давления 23 в топливный аккумулятор высокого давления 15, подающий топливо к ЭГФ 17, имеющий аварийный клапан 16, переходящий в соединитель обратных магистралей 20, электрическая цепь управления ЭГФ 19, соединитель сливных магистралей 20, переходящий в общую сливной трубопровод 24, возвращающий топливо в топливный бак 11, а так же электронный блок управления двигателем (ЭБУ) 18, связанный посредством электрических цепей 19 с ЭГФ 17, двигатель 21 с коленчатым валом 22.
Способ испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля, на работающем двигателе, заключается в следующем. На неработающем двигателе, с помощью специального приспособления 2, посредством шланга подачи 4 и шланга возврата 5, подключают устройство 1, в цепь обратной топливной магистрали 3 и устанавливают датчик импульсов 7 на электрическую цепь ЭГФ 19 первого или любого другого цилиндра. Посредством соединительных устройств 6 ДО, соединяют устройство диагностики с датчиком импульсов 7, регулятором высокого давления топлива 8 и ПК 9.
Запускают двигатель 21 транспортного средства, устанавливают частоту вращения коленчатого вала 22, равную частоте вращения на холостом ходу или любую другую частоту вращения, соответствующую заранее внесенному в память компьютера тест-плану. При этом измеряют общий расход на управление и изменение давления в общей обратной магистрали 3, после синхронизации общего расхода по циклам работы двигателя, определяют баланс расходов и индивидуальный расход на управление каждой ЭГФ 17. При необходимости, для повышения информативности способа, давление в топливном аккумуляторе устанавливают регулятором высокого давления 8, с помощью микроконтроллера, посредством сигнала ШИМ. Заданные значения индивидуального расхода топлива на управление каждой ЭГФ 17, заранее вводятся в память компьютера 9. Сигналы, поступающие с датчиков устройства 1, входят в микроконтроллер, находящийся внутри устройства 1, который служит, для обработки сигналов датчиков, управления давлением в измерительном канале устройства 1 и связи с ПК 9. Полученные результаты заносят в электронный протокол испытаний, в память ПК 9.
По завершении испытаний на основе обработки полученных результатов измерений на ПК, отображается диаграмма баланса расходов и индивидуального расхода на управление ЭГФ. Это позволяет сделать заключение о техническом состоянии электрогидравлических форсунок и необходимости выполнения ремонтных или регулировочных работ.
Заявляемый способ был опробован в условиях автотранспортного предприятия, для этого был изготовлен опытный образец устройства для измерения параметров движения топлива в общей обратной магистрали и проведена серия экспериментов, направленная на выявление наиболее информативных режимов работы топливоподающей системы и устройства.
Опытный образец устройства для измерения параметров движения топлива в общей обратной магистрали содержал корпус с расположенными внутри датчиком давления, регулятором давления и датчиком расхода топлива, объединенными в один измерительный канал, находящимися последовательно в цепи обратной топливной магистрали. Так же внутри корпуса находился блок питания и микроконтроллер. Внешнее подключение устройства обеспечивали жесткие шланги, для соединения с обратной магистралью, датчик импульсов управления ЭГФ, шина USB, для соединения с ПК.
Пример 1. На 4-цилиндровом двигателе были установлены исправные ЭГФ, с расходом топлива на управление в режиме «холостого хода» 10 мл/мин.
Были произведены измерения в режиме «холостого хода», при давлении в АДТ - 30 МПа и давлении в обратной магистрали - 0.1 МПа и получены показатели давления и расхода топлива в общей обратной магистрали. Согласно полученным показателям, значения импульсов давления, при расходе на управление от ЭГФ каждого цилиндра одинаковые - на уровне 0.5 МПа, расход топлива в общей обратной магистрали - 40 мл/мин, что свидетельствует об исправности установленных ЭГФ.
Пример 2. На 4-х цилиндровом двигателе, на третьем цилиндре установлена неисправная ЭГФ, с повышенным расходом топлива на управление, в режиме «холостого хода» - 30 мл/мин, предварительно проверенная на специализированном стенде. Проведены измерения в режиме «холостого хода», при давлении в АДТ - 30 МПа и давлении в обратной магистрали - 0.1 МПа, получены показатели давления и расхода топлива в общей обратной магистрали. Согласно полученным показателям пиковые значения импульсов давления, при расходе на управление от ЭГФ 1, 2, 4-го цилиндров одинаковые - на уровне 0.55 МПа, а третьего цилиндра - 0.3 МПа, расход топлива в общей обратной магистрали - 70 мл/мин, что свидетельствует о неисправности ЭГФ третьего цилиндра.
Реализация данного способа испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе и устройства для его осуществления позволяет снизить затраты времени и повысить точность, при диагностировании ЭГФ дизельных двигателей.