Современные дизельные двигатели автомобили работают в условиях с изменяющимися метеорологическими условиями, на топливах с различными физико-химическими характеристиками, в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. При эксплуатации происходит изменение регулировочных параметров, возникают неисправности, которые сопровождаются уменьшением мощности и увеличением расхода топлива. Как следствие, растут эксплуатационные затраты. В большинстве случаев изменение характеристик дизельного двигателя вызывается неисправностями топливной системы, на которую приходится 45–60 % всех отказов, возникающих в дизельном двигателе. Для предупреждения и прогнозирования отказов элементов системы впрыска топлива дизельного двигателя необходимо проведение своевременной диагностики. Однако, обнаружение большинства отказов в системе впрыска топлива затруднительно, в связи с постепенным их возникновением, а также вследствие того, что их влияние на выходные показатели дизельного двигателя аналогично влиянию отказов в системах впуска воздуха и газораспределения.
Существующие методы технического диагностирования системы впрыска топлива дизельного двигателя можно разделить на три группы (рис. 15.1).
Методы технического диагностирования не требующие разборки элементов системы впрыска зарекомендовали себя как универсальные и оперативные, позволяющие комплексно оценить состояние системы. Для диагностирования применяется сложное электронное оборудование, которое требует высокой квалификации мастера-диагноста.
Диагностирование виброакустическим методом основано на анализе виброакустических сигналов, вызываемых как перемещениями подвижных деталей системы впрыска топлива (иглы форсунки, нагнетательного клапана, деталей привода плунжера), так и волнами давления топлива в линиях низкого и высокого давлений. При этом используются мотор-тестеры с индуктивными импульсными датчиками.
Примерные осциллограммы давления топлива на различных режимах работы дизельного двигателя показаны на рис. 15.2.
В точке 1 начинается повышение давления в результате движения плунжера насоса, в точке 2 срабатывает нагнетательный клапан и при малой скорости движения плунжера давление несколько падает. В точке 3 поднимается игла форсунки. При этом давление падает, поскольку высвободившийся объем не успевает заполниться топливом. Точка 4 характеризует максимальное давление установившегося процесса впрыска. В точке 5 происходит посадка иглы форсунки, и впрыскивание заканчивается, после чего происходит посадка в седло нагнетательного клапана плунжера. Импульсы остаточного давления в точке 6 появляются в результате недостаточной герметичности нагнетательного клапана. Величина сигнала S1 определяет затяжку пружины форсунки и статическое давление начала впрыскивания. Перепад давления Δр характеризует подвижность иглы форсунки. Максимальное давление впрыска S3 определяет эффективное проходное сечение сопел распылителя, а путем интегрирования на периоде впрыскивания tв можно оценить цикловую подачу топлива. Время задержки впрыскивания S2 характеризует зазор в плунжерной паре, вызывающий утечку топлива между гильзой и плунжером.
При появлении отдельных неисправностей характер осциллограмм изменяется (рис. 15.3).
а) износ нагнетательного клапана; б) износ плунжерной пары; в) одновременный износ нагнетательного клапана и плунжерной пары.
Дублирование осциллограмм при диагностировании топливной аппаратуры дизельных двигателей может быть осуществлено в виде цифровой информации по основным параметрам (рис. 15.4).
Рmax — максимальное давление впрыска топлива; Pост — остаточное давление в топливопроводе высокого давления; ДЛИТ — длительность подачи топлива.
Достоинством виброакустического диагностирования является простейший способ закрепления первичных преобразователей на объекте. Вместе с тем обработка и интерпретация информации, распознавание параметров и дефектов весьма сложны, недостаточно стабильны, достоверны и информативны.
Газоаналитический метод диагностирования является универсальным и позволяет регистрировать неисправную работу системы впрыска топлива. Однако параметры отработавших газов являются функцией как системы впрыска топлива, так и технического состояния агрегатов наддува, цилиндропоршневой группы и др. В результате данный метод является недостаточно объективными из-за большого количества факторов, влияющих на параметры отработавших газов, и подходят только для постановки предварительного диагноза.
Наиболее часто в практике используют метод диагностирования по анализу комплексных параметров для определения технического состояния дизельного двигателя и его систем в целом. К таким параметрам относятся: мощность, среднее эффективное давление, крутящий момент, расход топлива и коэффициент полезного действия. Перечисленные параметры находятся в тесной корреляционной связи с неисправностями в работе таких систем и механизмов двигателя как: механизм газораспределения, топливная система, система впуска воздуха, система смазки, система охлаждения, кривошипно-шатунный механизм и т.д.
Общим недостатком подхода к диагностированию системы впрыска топлива по анализу комплексных параметров является влияние других систем двигателя на их изменение, что, в свою очередь, увеличивает время поиска конкретной неисправности, трудоемкость и стоимость диагностирования.
Наиболее эффективно оценить состояние системы впрыска топлива возможно по параметрам рабочих процессов. Метод основан на измерении параметров частотно-временной группы, которыми характеризуется большинство процессов дизельного двигателя. Качество протекания процесса вспрыскивания и состояние деталей топливной аппаратуры могут быть оценены по таким показателям, как угол опережения подачи топлива, продолжительность впрыскивания, максимальное и среднее давление впрыскивания, фактор динамичности цикла (отношение количества топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за период задержки воспламенения, к цикловой подаче топлива) и др.
Методы технического диагностирования системы впрыска топлива, требующие частичной или полной ее разборки, достаточно просты и в основном требуют от мастера-диагноста знания конструкции дизельного двигателя и устройства составляющих элементов системы впрыска топлива, которые описаны в различных нормативно-технических и эксплуатационных документах, а также в специализированной сервисной литературе.
Наиболее часто в практике используют гидравлический метод диагностирования для измерения давления в нагнетательном трубопроводе (у насоса или у форсунки). Его главное и несомненное достоинство – измерение параметра, непосредственно связанного с интенсивностью и особенностями впрыскивания.
Контрольно-регулировочный метод включает в себя непосредственное измерение размеров, износов деталей, зазоров их сопряжений, а также регулировочные операции, выполняемые на стендах для проверки элементов системы впрыска топлива.
К недостаткам данных методов можно отнести необходимость в частичной или полной разборке элементов системы впрыска топлива дизельного двигателя, что увеличивает время постановки диагноза и снижает надежность системы впрыска в целом, так как при разборочно-сборочных работах элементы системы подвергаются загрязнению.
Развитие диагностики автомобилей было бы невозможно без создания достаточно совершенных технических средств диагностирования. В настоящее время разработаны различные стенды, приспособления, устройства и методы для оценки отдельных параметров технического состояния дизельных двигателей, различия которых заключаются в выборе групп диагностических параметров и выявлении формы их функциональных связей со структурными параметрами.
В 1990-х годах в конструкции автомобилей все более широкое применение находят электронные системы управления. По мере усложнения автомобильной техники расширяются и функциональные возможности диагностических систем. Стало возможным внедрение в электронный блок управления автомобиля систему непрерывного диагностирования множества датчиков, исполнительных механизмов и самого блока.
Современные средства диагностирования являются носителями алгоритмов диагностирования, хранят возможные реакции объекта на воздействия, вырабатывают и подают на объект тестовые воздействия, считывают фактические реакции объекта и ставят диагноз, сравнивая фактические реакции с возможными.
Технические средства диагностирования могут включать в себя в различных комбинациях следующие основные элементы:
– датчики, воспринимающие диагностические параметры и преобразующие их в сигнал, удобный для обработки или непосредственного использования;
– измерительные устройства и модули;
– устройства, позволяющие считывать данные с блоков управления машиной, двигателем, рабочими органами и агрегатами;
– устройства, задающие контрольные тесты или тестовый режим;
– кабели-адаптеры и переходники;
– компьютеры с соответствующим программным обеспечением;
– устройства отображения результатов (стрелочные и цифровые индикаторы, дисплей, монитор или экран осциллографа, принтер).
По взаимодействию с объектом диагностирования средства технического диагностирования можно разделить на два вида: внешние и встроенные (бортовые) (рис. 15.5).
Внешние средства технического диагностирования, т.е. не входящие в конструкцию автомобиля, в зависимости от их устройства и технологического назначения могут быть стационарными или переносными.
Стационарные стенды применяются, как правило, для выявления неисправностей и выполнения комплекса регулировочных работ дизельной топливной аппаратуры методами, требующими полной разборки и снятия элементов системы впрыска с двигателя. К ним относятся стенды для проверки и регулировки ТНВД и стенды для проверки и регулировки форсунок. Описание стендов приведено ниже.
Переносные приборы (передвижные) используют как отдельно для поиска и локализации неисправностей, так и в комплексе со стационарными стендами. К таким приборам относятся сканеры и мотор-тестеры.
Функции сканера можно при диагностировании дизельной топливной аппаратуры можно представить следующим образом:
– считывание памяти неисправностей и сброс ошибок;
– считывание фактических значений: можно считывать, как физические величины действительные значения, которые рассчитывает блок управления работой дизеля (угол опережения впрыска, цикловая подача, частота вращения коленчатого вала двигателя в мин-1 и др.);
– диагностирование исполнительного механизма: можно управлять электрическим актюатором для проверки функционирования (запуск сигналов-имитаторов с памяти БУ на исполнительный механизм);
– тест двигателя: можно запускать запрограммированные в БУ двигателя проверочные тесты для испытания системы управления работой дизеля или самого дизеля (пуск-прогрев двигателя, разгонной динамики, прокрутки двигателя, режим отключения цилиндров и др.).
– корректировка параметров и программирование: можно заново перепрограммировать блок управления регулятором частоты вращения коленчатого вала (внесение коррекций в параметры опережения впрыска и топливоподачи для их соответствия с реальными условиями эксплуатации, модернизация версии программного обеспечения и др.).
Мотор-тестер – универсальный прибор, относящийся к «фундаментальным» средствам диагностирования, используется для комплексной диагностики системы питания. Класс сложности и уровень комплектации определяют его возможности по — быстрому и эффективному обнаружению неисправности. В мотор-тестере возможности сканера существенно дополнены:
– наличие возможности одновременного измерения большого количества электрических сигналов в любых электрических цепях, включая высоковольтные и отображения формы и характера изменения этих сигналов во времени в режиме осциллографа;
– проведение тестовых испытаний и расчетные функции. Мотор-тестер может производить тестовые испытания двигателя или системы по собственной программе (сканер и системный тестер запускают встроенные в ЭБУ тесты). Т.е. мотор-тестер способен оказывать на систему испытательные воздействия и на основании анализа ее реакции делать вывод о состоянии исполнительной механики. Примером такого расчета может быть баланс мощности, эффективность по цилиндрам;
– измерение неэлектрических сигналов, к которым следует отнести в первую очередь давление топлива, масла, воздуха и др. с преобразованием их из аналогового в цифровой вид;
– анализ состава отработавших газов.
В практике широко применяются переносные приборы для диагностирования электронных систем впрыска топлива методами, требующими частичной разборки элементов системы впрыска. Тестирование топливных систем на автомобиле осуществляется с помощью различных диагностических модулей (рис. 15.6) Как правило, они состоят из упаковочного чемодана, измерительных сосудов обратного потока, топливопроводов высокого давления, переходников для различных систем впрыска, тестера давления подачи ТНВД.
а б
Функциональные возможности компактного набора: проведение тестов линии низкого давления систем с электрическим погружным первичным топливным насосом; проведение тестов линии низкого давления систем с вакуумным первичным топливным насосом на ТНВД; проведение тестов линии высокого давления; проведение статического теста обратного потока форсунок; проведение динамического теста обратного потока; проведение тестирования клапана контроля давления; тест-промывка топливных трубок рампы.
Основным недостатком диагностических комплексов является их дороговизна и недостаточно широкие возможности для работы с топливными системами производства различных фирм разработки.
Встроенные (бортовые) средства технического диагностирования включают (описаны выше) в себя входящие в конструкцию автомобиля датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации.
Различают активные и пассивные бортовые средства технического диагностирования.
К активным бортовым средствам технического диагностирования можно отнести устанавливаемую на некоторые грузовые автомобили МАЗ бортовую систему контроля и диагностики БСКД Т-60 (рис. 15.7).
БСКД предназначена для регистрации и отображения эксплуатационных параметров работы автомобиля, а также для проведения диагностики электронных блоков управления транспортного средства.
Основные функции БСКД:
– сбор, анализ и регистрация параметров и событий;
– накопление информации о рейсе;
– диагностика ЭБУ;
– предотвращение несанкционированного запуска двигателя;
– передача данных в персональный компьютер.
В большинстве грузовых автомобилей МАЗ реализована пассивная бортовая система диагностирования, предполагающая сбор информации о состоянии блоков управления, датчиков и исполнительных механизмов систем, фиксацию распознанных ошибок и вывод их через систему предупредительной сигнализации.
Широкое использование системы предупредительной сигнализации с достаточно развитыми информационными возможностями позволяет водителю постоянно контролировать состояние элементов двигателя, трансмиссии, механизмов управления автомобиля. Информация о состоянии наиболее важных систем выводится на сигнальное табло, установленное на панели приборов кабины.
Помимо системы предупредительной сигнализации, грузовые автомобили МАЗ оснащаются встроенной бортовой системой диагностирования. Такая система позволяет определять неисправности в различных узлах и агрегатах автомобиля для принятия решения о их последующем ремонте. Использование таких систем в литературных источниках и руководствах по эксплуатации автомобилей называется «упрощенное диагностирование» и «самодиагностирование».
Самодиагностирование производится нажатием кнопки вызова режима диагностики, находящейся на панели приборов при этом, коды неисправностей считываются по вспышкам контрольной лампы, а тип неисправности или неисправный компонент определяется по диагностической таблице световых мигающих кодов.
На рис. 15.8 приведена часть сигнального табло с указателями предупредительной сигнализации панели приборов автомобиля МАЗ.
|
 |
 |
К недостаткам данных систем можно отнести то, что не все неисправности могут быть записаны в память блока управления, и соответственно определены при помощи световых мигающих кодов бортовой системы диагностирования.