Исследование и диагностика электронных систем управления двигателем (ЭСУД) с распределенным впрыском топлива на стенде ЭСУД

1. Введение Широкое внедрение электронных систем управления двигателем ЭСУД в автомобилестроении поставило задачу подготовки специалистов по обслуживанию, диагностике и ремонту ЭСУД. Требования государственных образовательных стандартов высшего, среднего и начального образования ряда специальностей автомобильной отрасли предусматривает изучение процессов построения и исследование ЭСУД по ряду учебных дисциплин. Поскольку изучение и начальное обучение диагностике ЭСУД на реальном автомобиле, оснащенном ЭСУД нецелесообразно по ряду причин, широкое распространение как в России, так и за рубежом находят применение стенды, имитирующие работу ЭСУД. Задачи, стоящие как в случае подготовки специалистов по диагностике ЭСУД, так и в случае лабораторного практикума по ряду дисциплин, изучающих ЭСУД для учебных заведений среднего и высшего образования значительно схожие. При изучении предполагается знакомство с основными узлами и блоками ЭСУД, исследование основных режимов работы ЭСУД, исследование работы системы самодиагностики неисправностей работы ЭСУД, диагностирование ЭСУД. Постановка задач исследования режимов работы ЭСУД на стенде должна:

• отражать основные алгоритмы функционирования подсистем подачи топлива, подсистемы зажигания и т.д.;
• позволить изучить основные принципы дискретно-циклового управления ДВС, которые связаны с такими базовыми понятиями как массовый расход воздуха, цикловое наполнение, цикловая подача топлива, длительность импульсов впрыска, состав смеси и т.д.
• исследования по диагностике ЭСУД должны предусматривать возможность проведения диагностики узлов и блоков ЭСУД с помощью современного диагностического оборудования: тестеров-сканеров ДСТ-2М, ДСТ-6C, мотор- тестера МТ-2Е и другого оборудования.

2. Описание стенда

Рис. 1 Разработанный стенд ЭСУД (рис.1) включает следующие основные блоки:

• систему топливоподачи, включающую электробензонасос с датчиками уровня топлива, топливный фильтр, топливопроводы, рампу четырех форсунок в сборе с форсунками, регулятор давления топлива;
• систему зажигания, включающую модуль зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода;
• электронный блок управления (контроллер);
• разъем (колодка) диагностики;
• дроссельный патрубок подсистемы впуска воздуха, имеющим в своем составе датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), регулятор холостого хода (РХХ);
• датчиковая аппаратура, включающая датчик положения коленчатого вала (ДПКВ);
• датчик массового расхода воздуха (ДМРВ);
• датчик скорости (ДС);
• датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТ);
• датчик детонации (ДД);
• датчик концентрации кислорода (L-зонд) или СО-потенциометр;
• блок реле и предохранителей;
• контрольная лампа <>
• электронный блок питания.

Стенд конструктивно представляет собой шкаф, на лицевой панели которого расположены перечисленные блоки ЭСУД. Для имитации вращения коленчатого вала используется электродвигатель постоянного тока, на оси которого расположен диск синхронизации. Работа ДМРВ моделируется устройством, которое вырабатывает сигналы, имитирующие работу ДМРВ при реальном расходе воздуха. Стенд ЭСУД питается переменным током сетевой частоты 50Гц, 220В. Потребляемая мощность, не более-250Вт. Стенд имеет габаритные размеры, мм- 800х800х300. 3. Изучение основных принципов управления ДВС с ЭСУД на стенде Энергетические, экономические показатели современных ДВС достигли величин, близких к предельным. На мощностные и экономические показатели двигателей существенное влияние оказывает состав горючей смеси, оцениваемый коэффициентом избытка воздуха а. Из теории ДВС[1] известно, что при соотношении воздуха и топлива в смеси 14,7:1 (а=1) теоретически должно произойти полное сгорание топлива. Существенное снижение содержания вредных выбросов в выхлопных газах достигается с помощью каталитического нейтрализатора, который для своей эффективной работы требует поддерживать значение коэффициента избытка воздуха на уровне 1. Практически все современные ЭСУД как с каталитическим нейтрализатором, так и без каталитического нейтрализатора достаточно эффективно поддерживают коэффициент избытка воздуха близким к 1 в большинстве режимов работы двигателя. Проводимые на стенде исследования с использованием тестера-сканера ДСТ-2М позволяют определять состав смеси ? для различных режимов работы двигателя, рассчитываемый по формуле[2]: где G_ВЦ - цикловое наполнение (JGBC); G_тц - цикловая подача топлива (JGTC). (Здесь и далее обозначения в скобках- параметры отображаемые тестером ДСТ-2М с картриджем <<Январь 2.X>>). Исследования на стенде позволяют также отразить взаимосвязь между массовым расходом воздуха и цикловым наполнением при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Оставляя массовый расход воздуха через ДМРВ неизменным по показаниям тестера-сканера ДСТ-2М измеряют цикловое наполнение при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя, задаваемой с помощью имитатора. Цикловое наполнение и массовый расход воздуха связаны следующей зависимостью[2]: где M_gb (JAIR) – массовый расход воздуха, кг/час; n (FREQ) – частота вращения коленчатого вала двигателя об/мин. Известно[1], что большую роль в управлении ДВС играет качество процесса впуска, определяемое величиной коэффициента наполнения, под которым понимают отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя к тому его количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при давлении и температуре свежего заряда на входе во впускную систему двигателя. Из теории ДВС [1] известно, что на наполнение цилиндра двигателя оказывают влияние много факторов: нагрузка двигателя, число оборотов, фазы газораспределения, длина впускного трубопровода и т.д. Из них определяющими являются нагрузка и число оборотов. Исследования, проводимые на стенде при помощи тестера-сканера ДСТ-2М позволяют определить изменение наполнения G_вц как в зависимости от нагрузки двигателя при неизменной частоте вращения коленчатого вала, так и в зависимости от частоты вращения при неизменной нагрузке двигателя. С целью наглядности исследования проводятся при имитации аварийного режима работы ЭСУД при отключении датчика массового расхода воздуха. При исследовании изменения наполнения от частоты вращения коленчатого вала двигателя снимается зависимость G_вц (JGBC) от частоты вращения коленчатого вала n (FREQ) при постоянной степени открытия дроссельной заслонки (Тhr=const). При исследовании изменения наполнения от нагрузки двигателя снимается зависимость G_вц (JGBC) от степени открытия дроссельной заслонки (Тhr) при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя (FREQ=const).

• осуществлять проверку работоспособности отдельных датчиков исполнительных устройств в системах управления двигателем с распределенным впрыском топлива;
• проводить диагностику при имитации неисправностей одного из датчиков или исполнительного устройства: ДМРВ, ДТОЖ, ДПКВ, ДПДЗ, модуля зажигания.