Способ диагностики контура низкого давления автомобильного дизельного ДВС
DIAGNOSTIC METHOD OF LOW PRESSURE LOOP OF AUTOMOTIVE DIESEL ICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области технической диагностики аппаратуры топливо-подачи автомобильных дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), что согласно Международной патентной классификации МПК-2019.01 относится к классу F02M 65/00 - испытания аппаратуры систем подачи жидкого топлива для двигателей, работающих от сжигания топлива вообще.
Объект диагностики (ОД) - контур низкого давления (КНД) системы впрыска топлива (СВТ) дизельного ДВС (дизеля). Основной компонент КНД топливоподкачивающий насос (ТПН), создающий напор (приращение механической энергии массы топлива между входом и выходом ТПН), достаточный для создания давления и производительности КНД, необходимых для нормальной работы контура высокого давления (КВД) и его единого или индивидуальных топливных насосов высокого давления (ТНВД) или системы насос-форсунок (СНФ).
Электрический ТПН (ЭТПН) чаще применяется в легковых и легких грузовых автомобилях; он встроен в топливный бак (ТБ), реже в топливную магистраль (ТМ), состоящую из всасывающей магистрали (ВМ; расположена до входа топлива в ТПН), напорной (НМ; между ТПН и редукционным клапаном (РК)) и питающей (ПМ; между КНД и КВД) магистралей. Механический ТПН (МТПН) укреплен на блоке цилиндров ДВС или встроен в головку блока цилиндров или в ТНВД и приводится в действие от них посредством механического привода. Подвод топлива к ТПН может осуществляться дополнительным топливным насосом. Как правило, в состав КНД также входят: стакан топливозаборника, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, охладитель избыточного топлива.
Углеводороды, содержащиеся в дизельном топливе (ДТ), являются источником химической энергии, преобразуемой в цилиндрах дизеля в тепловую энергию, а затем посредством цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма - в механическую энергию, обусловливающую эффективную мощность на коленчатом валу (KB), которая в свою очередь зависит от напора с учетом компенсации неизбежных потерь в ТПН, магистралях, фильтрах и иных компонентах КНД, поэтому техническое состояние КНД является одним из факторов, в решающей степени влияющим на характеристики двигателя. Компоненты КНД при эксплуатации непрерывно подвергаются интенсивному износу, снижению напора, подачи и производительности, увеличению потерь энергии от неплотностей, примесей, загрязнений, парогазообразования и кавитации, что негативно влияет на топливодозирование, токсичность отработавших газов (ОГ), функционирование ТНВД, форсунок и двигателя в целом, поэтому совершенствование средств и способов диагностики КНД дизеля является весьма актуальной необходимостью.
Уровень техники
Технический результат диагностирования заключается в быстром определении достоверного технического диагноза КНД без его демонтажа и разборки, с рассоединением ТМ. Диагностирование включает: определение текущих значений диагностических параметров и признаков путем подключения измерительных средств к штатным разъемам и отводам, местам рассоединения ТМ; распознавание вида технического состояния КНД и его компонентов; определение и локализацию дефекта; постановку диагноза. Распознавание заключается в сопоставлении текущих значений параметров и признаков с нормативными значениями, на основании чего делают вывод о наиболее правдоподобном их соответствии, и отнесении технического состояния КНД и его компонентов к установленному виду (исправен или нет, работоспособен или нет, функционирующий или нет).
Диагностическими параметрами КНД являются давление и производительность топлива, подача ТПН; диагностическим признаком - парогазовые пузыри и пробки в потоке топлива (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 76-78; Г. Гюнтер. Диагностика дизельных двигателей. Серия «Автомеханик». Пер. с нем. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004 г., с. 24, табл. 1.5).
Нормативные значения параметров содержатся в нормативно-технической документации на КНД. При их отсутствии используют эталонные значения параметров работоспособного эталона, образца, аналогичного ОД, а если и они отсутствуют, то расчетные значения, которые определяют посредством физико-математических расчетов.
Давление, подача и производительность КНД, оснащенного ЭТПН (ЭКНД), не зависят от частоты вращения KB, так как ЭТПН получает питание от бортовой сети автомобиля, что обеспечивает постоянные их значения уже при пуске двигателя. Давление, подача и производительность КНД, оснащенного МТПН (МКНД), зависят от частоты вращения KB, так как МТПН получает вращение от двигателя.
Как правило, диагносту всегда известны нормативные значения давления топлива (для МТПН - на некоторых частотах вращения KB), и в КНД имеются специальные гидравлические отводы и разъемы для подключения манометра, что обеспечивает определение текущего значения давления при диагностировании (Г. Гюнтер. Диагностика дизельных двигателей. Серия «Автомеханик». Пер. с нем. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004 г., с. 22÷24). Однако давление, при всей его важности, не адекватно цикловому (за один рабочий цикл двигателя) или  количеству поступившей в цилиндры химической энергии, так как его величина зависит не только от массы топлива, но также, например, от скорости его движения и проходного сечения топливной магистрали. Поэтому достоверный диагноз КНД, как и любого источника энергии, возможен не менее, чем по двум параметрам: кроме давления, для оценки ТПН вторым необходимым параметром является подача, а для оценки КНД - производительность, нормативные и эталонные значения которых чаще всего неизвестны, из-за чего прибегают к определению расчетных значений.
Аналоги изобретения изложены в многочисленных источниках информации, посвященных техническому устройству и конструированию дизелей с неразделенными или разделенными камерами сгорания (КС) и их КНД: BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 60, 76÷81, 88÷91; Автомобильные двигатели. Под ред. М.С. Ховаха. М., А22 «»Машиностроение», 1977, с. 301, 302; BOSCH. Автомобильный справочник: Пер. с англ. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 424, 425; И.В. Алексеев и др. Уч. пособие по курсовому проектированию ДВС, Ч.1. Методика выполнения теплового расчета. М.: 2004, Ротапринт МАДИ (ГТУ); https://ra.grundfos.com/content/dam/ GMO/Documentation/books/pump-theory-91830082-0817.pdf, с. 17; В.Д. Мигаль. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Параметры и системы управления. ISBN 978-966-372-573-4.Х.: 2016. - 320 с. и мн. др. Посредством аналогов возможно рассчитать необходимую массу или объем топлива за единицу времени или за рабочий цикл для цилиндра (цикловую подачу топлива) или всего ДВС, а также нагнетаемое давление.
ц
3
Прототипом изобретения является расчет цикловой подачи Q для цилиндра (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 60 и др.), мм/цикл:
где N - мощность двигателя, кВт;
- удельный эффективный расход ДТ двигателем, г/кВт⋅ч;
-1
n - частота вращения KB, мин;
z - число цилиндров двигателя;
д
3
ρ - плотность ДТ, мг/мм.
це
e
Поскольку КНД должен обеспечивать топливом дизель на всех, в том числе самых энергозатратных, режимах работы, то цикловая подача Q при номинальной эффективной мощности N:
где  - удельный эффективный расход ДТ при номинальной мощности, г/кВт⋅ч;
N
-1
n - частота вращения KB при номинальной мощности (номинальная частота), мин.
p
кнд
Очевидно, что для 4-тактного дизеля расчетный расход топлива Q (объем топлива, сгорающего в цилиндрах за единицу времени), расчетная производительность КНД Q и расчетная подача ТПН Q, л/мин:
зап
где k - коэффициент запаса подачи топлива;
в
квд
Q - возврат топлива в топливный бак из КВД, л/мин;
рк
Q - возврат топлива в топливный бак из КНД через РК, л/мин.
Запас топлива любой системы топливоподачи необходим для поддержания давления и сплошности потока, компенсации потерь на конденсацию, продувку цилиндров, износ ТПН (Ерохов В.И. Системы впрыска бензиновых двигателей (конструкция, расчет, диагностика). Учебник для вузов. - М: Горячая линия - Телеком, 2011, с. 132).
При наличии значений, указанных в правых частях (3), прототип обеспечивает определение подачи ЭТПН и производительности ЭКНД в силу их независимости от частоты вращения КВ. Для определения подачи МТПН и производительности МКНД в некоторой точке х внешней скоростной характеристики (ВСХ) используют эмпирические зависимости (Построение ВСХ - https://www.studiplom.ru/soft/Teplovoiy-raschet.html):
ex
где N - эффективная мощность в точке х ВСХ;
- удельный эффективный расход в точке х ВСХ;
x
n - частота вращения KB в точке х ВСХ;
n
k - отношение частоты вращения KB в точке х ВСХ к номинальной частоте.
-1
Основной проблемой, препятствующей достижению технического результата диагностирования посредством прототипа, является неизвестность значения  в (3) и (4) конкретного диагностируемого двигателя. Его можно определить путем теплового расчета дизеля (И.В. Алексеев и др. Учебное пособие по курсовому проектированию двигателей внутреннего сгорания: Ч.1. Методика выполнения теплового расчета. М.: 2004, Ротапринт МАДИ (ГТУ); В.М. Мелисаров и др. Тепловой расчет и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува и с турбонаддувом. Расчет основных деталей двигателя: учебное пособие - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. - ISBN 978-5-8265-1066-7$ А.А. Гаврилов и др. Расчет поршневых двигателей внутреннего сгорания: Ч.1 Расчет циклов и нагрузок, действующих в кривошипно-шатунном механизме. Учеб. пособие / Владим. Гос. ун-т. - Владимир, с. 64, табл. 2.18; В.Д. Мигаль. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Параметры и системы управления. ISBN 978-966-372-573-4. Харьков: 2016; https://www.studiplom.ru/soft/Teplovoiy-raschet.html и мн. др.), однако он громоздок и неоднозначен, а его трудоемкость превышает нормо-часы, отводимые на диагностику. Те же причины и необходимость ввода большого массива исходных данных, часть из которых неизвестна, препятствуют достижению технического результата посредством программ имитации работы двигателя типа ДИЗЕЛЬ-РК (Кулешов А.С. Программа расчета и оптимизации двигателей внутреннего сгорания ДИЗЕЛЬ-РК. Описание математических моделей, решение оптимизационных задач. М., МГТУ им. Баумана, 2004, http://www.diesel-rk.bmstu.ru/). Усредненные и статистические значения , взятые в прямом виде (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 14, табл. 1; И.В. Алексеев и др. Уч. пособие по курсовому проектированию ДВС, Ч.1. Методика выполнения теплового расчета. М.: 2004, Ротапринт МАДИ (ГТУ), с. 53, табл. 12.1), не решают проблему, так как не распространяются на важные для диагностирования МТПН и МКНД частоты вращения KB ниже 1800 мин, когда ДВС не развивает обороты или не запускается и вращается только от стартера, носят приблизительный характер и вносят неприемлемую погрешность.
2
Для расчета давления Р(n), нагнетаемого МТПН и зависящего от n, прототипом является теоретическая характеристика Р(n) ∝ n (https://ru.grundfos.com/content/dam/GMO/Documentation/books/pump-theory-91830082-0817.pdf, с. 8, 17, рис. 20), однако на практике на давление оказывает влияние с разным характером нелинейности ряд противоречивых факторов: состояние РК (закрыт, открыт частично или полностью), потери давления на трение ДТ в зависимости от его вязкости и плотности, скорости потока, геометрических характеристик магистралей и др. факторов (А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, Госхимиздат. - М., 88, 1961, с. 95÷97, рис. 36; BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 81), поэтому в реальных конструкциях (например, ТНВД марки BOSCH VE 4/9F2250R12 0 460 494 001; ТНВД марки BOSCH0 460 484 064; Таблица. Регулировочные параметры топливного насоса Diesel Kiki ZEXEL VE 4/8 F 2125 RNP 286: Давление подкачивающего насоса - https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dizel-naya-toplivnaya-apparatura/tnvd/proverka-regulirovki-toplivnyh-nasosov-tnvd-bosch-ve/ и мн. др.) характеристика Р(n) существенно отличается от квадратичной. Другим существенным недостатком является неприменимость прототипа расчета максимального давления из-за невозможности его измерения в силу неконтролепригодности (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 14) большинства КНД из-за недоступности напорной магистрали для перекрытия образующего подачу потока топлива. В этом случае следовало бы оценить напор ТПН по величине созданного им разрежения во всасывающей магистрали, от которого зависит преодоление потерь давления топлива, парогазообразование и кавитация, однако, прототип разрежения (https://pkfdetal.ru/info/15-samostoyatelnyj-gidravlicheskij-raschet-truboprovoda) для такого расчета не приспособлен.
Таким образом, прототипы расчета подачи, производительности, давления и разрежения не обеспечивают достижение технического результата диагностирования КНД и ТПН, а прототип определения максимального давления, равного давлению полного открытия РК плюс 3 бар, применим лишь при диагностировании контролепригодных МКНД на номинальной частоте вращения KB и ЭКНД.
В предлагаемом способе исключены недостатки прототипов и учтены действительные потребности диагностики КНД. Способ позволяет достичь технического результата; он не известен из уровня техники, для специалиста не следует из уровня техники явным образом, и может быть применен в отрасли автомобильного сервиса, в силу чего является новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.
Согласно изобретению предложен способ диагностики контура низкого давления (КНД) автомобильного дизельного двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя измерение текущего рабочего и максимального давлений топлива оснащенного механическим топливоподкачивающим насосом КНД (МКНД) и оснащенного электрическим топливоподкачивающим насосом КНД (ЭКНД), определение расчётных значений указанных давлений и сопоставление их с текущими значениями давлений. Способ включает измерение текущих значений таких диагностических параметров, как подача, производительность, разрежение, текущее и максимальное давление топлива МКНД на любой заданной частоте вращения коленчатого вала (КВ), а также подачу, производительность и разрежение топлива ЭКНД, определение расчетных значений указанных параметров КНД при соответствующей, заданной частоте вращения КВ, сопоставление их с измеренными текущими значениями параметров и определение технического диагноза КНД.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения заключается в реализации диагностических моделей (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 20), отражающих нормативные требования к ЭКНД и МКНД по непрерывному обеспечению работающего дизеля таким потоком топлива, текущие значения производительности, подачи, давления и разрежения которых находятся в пределах нормативных значений диагностических параметров.
Диагностическая модель ЭКНД:
Диагностическая модель МКНД:
В этих моделях:
t - текущее время;
n - текущая частота вращения коленчатого вала;
q - текущая подача;
Q - нормативная подача;
кнд
q - текущая производительность КНД;
кнд
Q - нормативная производительность КНД;
р - текущее рабочее давление КНД;
рк
Р - нормативное рабочее давление редукционного клапана;
рк
ΔР - допуск нормативного рабочего давления редукционного клапана;
max
P - текущее максимальное давление ТПН;
max
P - нормативное максимальное давление ТПН;
u - текущее разрежение во впускной магистрали;
п
U - разрежение преодоления падения давления в магистрали;
к
U - разрежение парогазообразования и кавитации;
max
u - текущее максимальное разрежение во впускной магистрали;
max
U - нормативное максимальное разрежение во впускной магистрали.
Соотношения (3) дополнены, л/мин:
где β - коэффициент пропорциональности между расходом и возвратом контура высокого давления, откуда:
Соотношения (4) проанализированы во всем диапазоне частот вращения КB и откорректированы с целью уменьшения погрешности расчетов:
ex
Определены эмпирические зависимости  (N), г/кВт⋅ч:
кс
кс
где k - коэффициент, учитывающий тип камер сгорания: k=1 для неразделенных КС;
кс
k=1,2 для разделенных КС;
над
над
k - коэффициент, учитывающий наличие наддува: k=1 для атмосферных ДВС;
над
k=1,05 для ДВС с наддувом.
рк
Возврат топлива через РК Q(n), л/мин:
о
где n - частота вращения KB начала открытия РК;
п
n - начальная частота вращения KB полного открытия РК;
2
2
n - нормативная частота вращения KB нормативного возврата РК Q;
п
рк
п
п
Q=Q (n) - возврат РК при частоте вращения KB n;
2
рк
2
2
Q=Q (n) - нормативный возврат РК при частоте вращения KB n.
рк
зап
зап
o
п
2
п
2
рк
-1
-1
-1
Если значения Q, k, β диагностируемого КНД не известны, то, основываясь на практических характеристиках КНД (BOSCH. Системы управления дизельными двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2004, с. 11), можно принять k=1,1; β=0,3 для единого ТНВД и β=0,7 для индивидуальных ТНВД и СНФ; n=580 мин; n=915 мин; n=1250 мин; Q=0,22 л/мин; Q=0,43 л/мин; Q=0,5 л/мин для ЭКНД.
e
N
Значение N указано в техническом паспорте диагностируемого автомобиля и базах технических данных (БТД) автомобилей. Значение n, как правило, также указано в БТД, но если для диагностируемого дизеля оно неизвестно, его принимают как частоту вращения, указанную на левой (нижней) границе красного сектора шкалы тахометра.
3
Плотность дизельного топлива, мг/мм:
где Д - марка ДТ: Д=Л - летнее, Д=Е - межсезонное, Д=З - зимнее, Д=А - арктическое (ГОСТ 305-2013. Топливо дизельное. Технические условия, разд. 3);
д
t - текущая температура дизельного топлива, °С;
0д
д
3
ρ - стандартная плотность ДТ марки Д при t=+15°С, мг/мм (там же, разд. 5, табл. 1, п. 16):
д
3
П - температурная поправка на 1°С (https://www.otkspb.ru/plotnost/), мг/мм:
+
-
+
-
Границы расчетного давления топлива (Р; Р) и [Р(n); Р(n)] ЭКНД и МКНД вытекает соответственно из (3), (4) и характеристики РК:
ρ
д
0д
где k=ρ/ρ - коэффициент плотности топлива.
±
Давление, нагнетаемое МТПН, зависит от частоты вращения KB n и характеристик РК. Текущее давление p(t;n), нормативное/эталонное давление Р(n) пропорциональны напору насоса, и с приемлемой точностью можно принять расчетное давление, бар:
1
1
1
где Р=Р(n) - нормативное или эталонное давление МТПН при частоте вращения n;
m, k, с - коэффициенты, зависящие от характеристик МТПН;
2
1
2
1
k=(Р-Р)/(n-n);
1
1
с=Р-k⋅n;
2
2
2
Р=Р(n) - нормативное или эталонное давление МТПН при частоте вращения n;
2
1
2
1
Р>Р; n>n.
1
2
1
2
рк max
-1
-1
Основываясь на практических характеристиках МТПН, РК и ТНВД, приведенных выше, принято: Р=3 бар, Р=5,2 бар, ΔР(n)=0,3 бар, n=500 мин, n=1250 мин, Р=8 бар, m=0,5, тогда, бар:
Для ЭТПН, где давление не зависит от частоты вращения KB, бар:
вп
п
вм
гн
к
s
зап
Если КНД оснащен доступной всасывающей магистралью, то, независимо от доступности напорной магистрали, в качестве одного из диагностических параметров предусматривается использование разрежения топлива во всасывающем патрубке ТПН или вблизи него в ВМ. При этом допуск значений расчетного давления во всасывающем патрубке Р определяется следующими требованиями: максимальное значение Р должно компенсировать потери давления на гидравлическом сопротивлении ВМ ΔР, а также обеспечить давление статического гидравлического напора топлива Р; минимальное давление Р не должно быть ниже давления насыщенных паров топлива P с тем, чтобы надежно, с некоторым запасом давления Р, предотвращать кипение топлива во всасывающем патрубке ТПН и кавитацию на стороне нагнетаемого давления рабочим органом ТПН (Г.Ф. Большаков. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. Изд-во «Недра», - Л. 1974, с. 22; https://pkfdetal.ru/info/15-samostoyatelnyj-gidravlicheskij-raschet-truboprovoda; ГОСТ 305-2013. Топливо дизельное. Технические условия, разд. 5, табл. 1, п. 3):
п
к
п
к
Соответствующие максимальному Р и минимальному давлениям Р границы допуска расчетного разрежения во всасывающем патрубке U и U:
гн
где Р - давление статического гидравлического напора топлива, кПа:
тпн
h - высота ТПН над горизонтом поверхности установки автомобиля, м;
д
h - высота уровня ДТ в ТБ над горизонтом поверхности установки автомобиля, м;
д
3
ρ - плотность ДТ марки Д согласно (12)÷(14), мг/мм;
вм
ΔР - падение давления топлива в ВМ, кПа:
θ - коэффициент трения топлива при гладком течении с учетом числа Рейнольдса:
- длина ВМ, м;
V - скорость движения топлива, м/с:
d - внутренний диаметр ВМ, мм;
0д
д
2
ν - стандартная кинематическая вязкость ДТ марки Д при t=+20°С, мм/с; по умолчанию приняты максимальные значения:
атм
атм
p - атмосферное давление; по умолчанию принято р=101,3 кПа;
s
P,  - давление насыщенных паров топлива, соответственно кПа и мм рт. ст.:
А, В - коэффициенты (табл. 1);
д
Т - текущая температура дизельного топлива, °К:
зап
зап
Р - запас давления; по умолчанию принято Р=20 кПа.
п
к
Разрежение u(t)≤U не обеспечивает статический гидравлический напор и компенсацию потерь давления. Разрежение u(t)≥U приводит к кипению топлива на всасывающей стороне ТПН и кавитации на стороне нагнетания давления.
max
max
Расчетное максимальное разрежение топлива во всасывающем патрубке ЭТПН U и МТПН U(n) соответственно, кПа:
Таким образом, если прототипы расчета подачи, производительности, давления и разрежения не обеспечивают достижение технического результата диагностирования КНД, а прототип расчета максимального давления применим лишь при диагностировании контролепригодных МКНД (на номинальной частоте вращения KB) и ЭКНД, то в отличие от них изобретение включает определение расчетных значений подачи, производительности, разрежения, рабочего и максимального давления топлива МКНД на любой частоте вращения KB, а также подачи, производительности и разрежения топлива ЭКНД, что обеспечивает технический результат диагностирования любого КНД.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Алгоритм №1 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в баке ЭТПН, дизеля с неразделенными КС.
Фиг. 2. Алгоритм №2 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в топливной магистрали ЭТПН, дизеля с неразделенными КС.
Фиг. 3. Алгоритм №3 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в топливной магистрали МТПН, дизеля с неразделенными КС.
Фиг. 4. Алгоритм №4 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в баке ЭТПН, дизеля с разделенными КС.
Фиг. 5. Алгоритм №5 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в топливной магистрали ЭТПН, дизеля с разделенными КС.
Фиг. 6. Алгоритм №6 расчета значений диагностических параметров КНД, оснащенного расположенным в топливной магистрали МТПН, дизеля с разделенными КС.
Осуществление изобретения
Изобретение охватывает 24 конструктивных конфигурации ДВС, КНД и КВД, отличающихся типом КС, типом ТПН и местом его расположения, типом ТНВД и наличием наддува (табл. 2), для которых разработано 6 несложных практических алгоритмов расчета (фиг. 1÷6), с помощью которых определяют расчетные значения диагностических параметров КНД. Алгоритмы охватывают следующие конфигурации:
- алгоритм расчета №1 (фиг. 1) охватывает конфигурации №№1÷4 (табл. 2);
- алгоритм расчета №2 (фиг. 2) охватывает конфигурации №№5÷8 (табл. 2);
- алгоритм расчета №3 (фиг. 3) охватывает конфигурации №№9÷12 (табл. 2);
- алгоритм расчета №4 (фиг. 4) охватывает конфигурации №№13÷16 (табл. 2);
- алгоритм расчета №5 (фиг. 5) охватывает конфигурации №№17÷20 (табл. 2);
- алгоритм расчета №6 (фиг. 6) охватывает конфигурации №№21÷24 (табл. 2).
Достигнутый технический результат подтвержден экспериментальными данными, полученными при многократном диагностировании различных КНД.
-1
Пример 1. Диагностирование КНД автомобиля Audi А6 allroad, 3,0 D, TDI, 2007, engine code BNG. Из баз данных и в результате осмотра КНД известны технические характеристики и нормативные значения диагностических параметров: номинальная мощность 155 кВт на номинальной частоте вращения (с сажевым фильтром) 4000 мин; камеры сгорания неразделенные; аккумуляторная система впрыска Common Rail с единым ТНВД; топливоподкачивающий насос электрический, расположен в топливном баке; рабочее давление редукционного клапана 4,5 бар, возврат 0,5 л/мин; дизельное топливо межсезонное марки Е, его температура +43°С. Другие характеристики и нормативные значения неизвестны, их значения принимают по умолчанию, и расчет осуществляют согласно алгоритму №1 (фиг. 1):
зап
кс
А1.2. k=1,1; k=1.
д
3
А1.3. ρ=0,84 мг/мм.
ρ
А1.4. k=0,977.
макс
А1.5. Р=7,33 бар.
+
-
А1.6. Р=4,44 бар; Р=4,11 бар.
А1.7.
p
А1.8 Q=0,768 л/мин
кнд
А1.9. W=1,096 л/мин.
1.10
A. Q=1,648 л/мин.
кнд
кнд
+
-
По причине недоступности напорной магистрали для измерения подачи, данный КНД неконтролепригоден, в связи с чем измерены текущие значения p(t)=4,2 бар и q(t)=1,15 л/мин, сопоставлены с соответствующими расчетными значениями Р, Р и Q установлено, что они удовлетворяет требованию (5), что является свидетельством работоспособности КНД. Диагноз: КНД работоспособен, причина неудовлетворительной работы ДВС следует искать в другой системе двигателя.
-1
Пример 2. Диагностирование КНД автомобиля BMW 3series (Е46), 3,0 D, 330d, 1999, engine code 30 6D1, без наддува. Из баз данных и в результате осмотра КНД известны технические характеристики и нормативные значения диагностических параметров: номинальная мощность 135 кВт на номинальной частоте вращения 4000 мин; камеры сгорания неразделенные; аккумуляторная система впрыска Common Rail с единым ТНВД; топливоподкачивающий насос электрический, расположен выше уровня топлива в баке на 0,6 м в топливной магистрали длиной 3,5 м и внутренним диаметром 4 мм; дизельное топливо летнее марки Л, его температура +34°С. Другие характеристики и нормативные значения неизвестны, их значения принимают по умолчанию, и расчет осуществляют согласно алгоритму №2 (фиг. 2), соответствующему объекту диагностирования:
зап
кс
А2.2. k=1,1; k=1.
д
ρ
3
А2.3. ρ=0,8467 мг/мм; k=0,9845.
макс
А2.4. Р=6,89 бар.
+
-
А2.5. Р=4,13 бар; Р=3,75 бар.
А2.6.
р
А2.7. Q=0,642 л/мин.
кнд
А2.8. Q=0,919 л/мин.
А29. Q=1,469 л/мин.
макс
А2.10. U=90 кПа.
п
к
A2.11. U=41,5 кПа; U=78,3 кПа.
к
п
п
к
п
Обращает на себя внимание очень узкий диапазон допустимого разрежения топлива U-U, который требует качественного топлива, соответствующего стандартам по вязкости, плотности и чистоте, а также идеальной чистоты топливной магистрали и подключенных к ней компонентов. При их осмотре в ходе диагностики выявлены загрязнения топливного фильтра грубой очистки, а также затвердевшие отложения (смолы) на внутренних стенках магистрали, которые фактически уменьшили ее внутренний диаметр на 0,6 мм, что в совокупности привело к повышению U, сужению диапазона U - U и как следствие - к нарушению сплошности потока топлива, т.е. к разрывам потока. Диагноз: КНД неработоспособен; дефект заключается в загрязнении топливной магистрали и фильтра, что является причиной неудовлетворительной работы ДВС.
-1
-1
-1
Пример 3. Диагностирование КНД автомобиля Ford Transit 2,5D Turbo, 1995, engine code 4GF. Из баз данных и в результате осмотра КНД известны технические характеристики и нормативные значения диагностических параметров:, номинальная мощность 63 кВт на номинальной частоте вращения 4000 мин; камеры сгорания неразделенные; единый ротационный распределительный ТНВД; топливоподкачивающий насос механический, расположен выше уровня топлива в баке на 0,8 м в топливной магистрали длиной 3,8 м и внутренним диаметром 4 мм; максимальное давление редукционного клапана 8 бар, возврат 0,55 л/мин; дизельное топливо межсезонное марки Е, его температура +32°С. Дизель развивает обороты не выше 2200 мин, поэтому для диагностирования КНД назначена тестовая частота вращения 2000 мин. Другие характеристики и нормативные значения неизвестны, их значения принимают по умолчанию, и расчет осуществляют согласно алгоритму №3 (фиг. 3), соответствующему объекту диагностирования:
зап
кс
A3.2. k=1,1; k=1.
д
ρ
3
А3.3. ρ=0,8481 мг/мм; k=0,9862.
макс
А3.4. Р=9,6 бар.
+
-
А3.5. Р=7,5 бар; Р=7,0 бар.
ex
А3.6. N=37,47 кВт.
А3.7.
рк
A3.8. Q=0,576 л/мин.
p
А3.9. Q=0,208 л/мин.
кнд
A3.10. Q=0,297 л/мин.
A3.11. Q=0,931 л/мин.
max
A3.12. U=90 кПа.
п
к
А3.13. U=24,7 кПа; U=78,5 кПа.
max
п
к
max
max
+
-
По причине недоступности напорной магистралидля измерения подачи, данный КНД неконтролепригоден, в связи с чем измерены текущие значения р(t;n)=7.1 бар, q(t; n)=0,852 л/мин, u(t; n)=21,3 кПа, u(t; n)=70,6 кПа и путем сопоставления с соответствующими расчетными значениями Р, Р, Q, U, U, U установлено, что требования (6) не удовлетворяются. Несоответствие текущей подачи q(t;n) и текущего разрежения u(t;n) расчетным значениям может быть вызвано рядом причин, но несоответствие максимального разрежения u(t; n) обусловлено, как правило, прежде всего внутренней негерметичностью КНД и/или дефектом МПТН. Диагноз: КНД неработоспособен; дефект заключается в его негерметичности или повышенном износе МТПН; требуется разборка и дефектовка компонентов КНД, демонтаж и дефектовка МТПН.
-1
-1
Пример 4. Диагностирование КНД автомобиля Volkswagen Passat 1,9D TDI PD, 1999, engine code AJM. Из баз данных и в результате осмотра КНД известны технические характеристики и нормативные значения диагностических параметров: номинальная мощность 85 кВт на номинальной частоте вращения 4000 мин; камеры сгорания неразделенные; система насос-форсунок EP/UIS-T-Ic; топливоподкачивающий насос механический, расположен выше уровня топлива в баке на 0,6 м в топливной магистрали длиной 3,5 м и внутренним диаметром 4 мм; максимальное давление редукционного клапана 8 бар, возврат 0,6 л/мин; дизельное топливо зимнее марки З, его температура +26°С. Дизель не запускается, получает вращение только от стартера, поэтому для диагностирования КНД назначена тестовая частота вращения 200 мин, которую можно достичь при извлеченных насос-форсунках из цилиндров. Другие характеристики и нормативные значения неизвестны, их значения принимают по умолчанию, и расчет осуществляют согласно алгоритму №3 (фиг. 3), соответствующему объекту диагностирования:
зап
кс
A3.2. k=1,1; k=1.
д
ρ
3
А3.3. ρ=0,832 мг/мм; k=0,9905.
макс
А3.4. Р=2,3 бар.
+
-
А3.5. Р=2,1 бар; Р=1,6 бар.
ex
А3.6. N=3,84 кВт.
А3.7.
рк
A3.8. Q=0 л/мин.
р
А3.9. Q=0,030 л/мин.
кнд
A3.10. Q=0,056 л/мин.
A3.11. Q=0,089 л/мин.
max
A3.12. U=42,1 кПа.
п
к
A3.13. U=5,0 кПа; U=78,8 кПа.
макс
макс
п
к
max
+
-
По причине недоступности напорной магистрали для измерения подачи q(t;n) и максимального давления р(t;n) данный КНД неконтролепригоден, в связи с чем измерены текущие значения p(t; n)=1,9бар, q(t;n)=0,032 л/мин, u(t;n)=7,2 кПа, u(t;n)=50,0 кПа и путем сопоставления их с соответствующими расчетными значениями Р, Р, Q, U U, U установлено, что требования (6) в части, касающихся данных параметров, удовлетворяются. Диагноз: КНД работоспособен; дефект, обусловливающий неработоспособность двигателя, находится в другой системе ДВС.
Полученные экспериментальные данные подтверждают соответствие технического результата заявленному назначению изобретения.