ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 2002 года по МПК G01M3/32 

Настоящее изобретение относится к диагностическому модулю для проверки герметичности резервуара, в частности герметичности системы вентиляции топливного бака транспортного средства согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

В самых различных отраслях техники существует необходимость проверки резервуаров на работоспособность, т.е. на их герметичность. Так, например, проверка герметичности резервуаров имеет большое значение в химической промышленности или в различных технологических и производственных процессах. Однако и в автомобильной промышленности также необходимо проверять герметичность различного рода резервуаров, прежде всего топливных баков. Так, например, в некоторых странах существуют определенные требования по контролю работоспособности систем вентиляции топливных баков с использованием собственных, установленных на автомобилях бортовых средств. При этом на автомобилях, начиная с 1996 года выпуска, должна быть предусмотрена возможность обнаружения течей величиной 1 мм, а на автомобилях, начиная с 2000 года выпуска, - даже течей величиной 0,5 мм. Для обнаружения таких течей автомобили оборудуются стационарным так называемым диагностическим модулем, с помощью которого периодически может проводиться проверка герметичности.

В известных из уровня техники решениях уже предлагалось оснащать такой диагностический модуль электрическим компрессором и переключающим клапаном, выполненным, например, в виде электромагнитного 4/2-распределителя, и подключать его со стороны клапана к контролируемому резервуару, соответственно к системе вентиляции топливного бака (см. DE 19636431). В первой позиции переключающий клапан блокирует подачу компрессором сжатого воздуха и обеспечивает продувку соединительной линии между переключающим клапаном и топливным баком, а во второй позиции подключает компрессор к указанной линии, соединяющей его с топливным баком, одновременно блокируя продувку (вентиляцию). Параллельно переключающему клапану предусмотрена образованная дросселирующим отверстием определенного диаметра эталонная течь, через которую компрессор подсоединяется к соединительной линии между переключающим клапаном и топливным баком. К электрическому выводу компрессора подключен измерительный блок, который измеряет потребляемый компрессором ток, служащий мерой объемной производительности компрессора.

Для проверки герметичности определяют объемную производительность компрессора, а именно, во-первых, когда компрессор во второй позиции переключающего клапана нагнетает сжатый воздух в топливный бак, и, во-вторых, когда компрессор в первой позиции переключающего клапана подает сжатый воздух только в эталонную течь. Сравнение обеих величин позволяет сделать вывод о том, находится ли величина утечки еще в допустимых пределах или уже выходит за таковые.

В таком диагностическом модуле влияние допусков на детали и внешних воздействий, таких как температура, на результаты измерений практически полностью исключено, поскольку сравнение обеих измеряемых величин производится относительно эталонного измерения, а изменение внешних воздействий в процессе этого измерения не играет решающей роли. Однако для получения точных результатов измерения наиболее важны параметры самой эталонной течи, поскольку с ее помощью определяется пороговая величина, являющаяся показателем наличия/отсутствия герметичности (так называемое испытание по критерию "годен-негоден"). Поэтому в таком диагностическом модуле необходимо исключить изменение поперечного сечения эталонной течи с течением времени, например его уменьшение в результате загрязнения. Поскольку, как было указано выше, вновь разрабатываемые системы проверки на герметичность ориентируются на обнаружение все более и более мелких утечек, дросселирующее отверстие, образующее в известном диагностическом модуле эталонную течь, также следует выполнять очень малым, в результате чего эта эталонная течь в существенно большей степени подвержена загрязнению и тем самым изменению своего проходного сечения, что существенно снижает надежность измерений герметичности.

Преимущество предлагаемого согласно изобретению диагностического модуля с отличительными признаками п.1 формулы в сравнении с известным состоит в том, что благодаря последовательному расположению нескольких диафрагм, каждая из которых имеет по одному дросселирующему отверстию, необходимый для эталонного измерения объемный расход можно установить с помощью дросселирующих отверстий сравнительно большого поперечного сечения, которые в отличие от дросселирующих отверстий очень малого диаметра относительно нечувствительны к загрязнению, отложениям, примесям и т.д. Поэтому можно также отказаться от применения фильтров, обычно устанавливаемых в известном диагностическом модуле перед и после эталонной течи. Дросселирующие отверстия большого поперечного сечения более просты в изготовлении в сравнении с малыми отверстиями, что позволяет использовать более мощные листовые штампы. При этом влияние допусков при штамповке, равно как и влияние различного качества удаления облоя, принимая во внимание существенно большее поперечное сечение отверстия, имеют не столь решающее значение.

Как показали опыты, в предлагаемом согласно изобретению решении эталонная течь образована, например, тремя последовательно расположенными диафрагмами, дросселирующие отверстия в каждой из которых имеют диаметр 1 мм и обеспечивают прохождение потока с тем же объемным расходом в единицу времени, что и одно дросселирующее отверстие с диаметром 0,5 мм. Использование четырех и более последовательно расположенных диафрагм с одинаковым диаметром дросселирующих отверстий позволяет дополнительно снизить расход, благодаря чему предлагаемый диагностический модуль можно будет применять и во вновь разрабатываемых системах, которые в будущем, возможно, необходимо будет ориентировать на обнаружение чрезвычайно малых утечек в резервуаре, при этом исключается возможность получения неточных результатов измерения или полного отказа диагностического модуля при его длительной эксплуатации в результате изменений параметров эталонной течи.

Предпочтительные варианты выполнения диагностического модуля, заявленного в п.1 формулы изобретения, представлены в зависимых пунктах формулы.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере различных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схема диагностического модуля для системы вентиляции топливного бака транспортного средства,
на фиг.2 и 3 - продольный разрез эталонной течи в диагностическом модуле по фиг.1 согласно первому и второму вариантам выполнения соответственно и
на фиг.4 - изображение эталонной течи в перспективе и в разрезе согласно третьему варианту выполнения.

Предлагаемый диагностический модуль служит для проверки герметичности в принципе любого резервуара, однако на схеме по фиг.1 он показан в конкретном исполнении, предназначенном для проверки герметичности системы вентиляции топливного бака транспортного средства. Как известно и описано, например, в DE 19502776 C1, в состав системы вентиляции топливного бака наряду с баком входит адсорбционный фильтр, который соединен с баком соединительной линией и имеет сообщающуюся с атмосферой вентиляционную линию, и спускной клапан, соединенный, с одной стороны, соответствующей линией с адсорбционным фильтром, а с другой стороны - еще одной линией с впускным газопроводом двигателя внутреннего сгорания. В результате испарения топлива в топливном баке образуются углеводороды, которые задерживаются адсорбционным фильтром. Для регенерации фильтра открывают спускной клапан бака, при этом под действием преобладающего во впускном газопроводе разрежения происходит всасывание атмосферного воздуха через адсорбционный фильтр, в результате чего скопившиеся в адсорбционном фильтре углеводороды всасываются во впускной газопровод и оттуда поступают в двигатель внутреннего сгорания. Из этой известной системы вентиляции топливного бака на фиг.1 частично показан адсорбционный фильтр, обозначенный позицией 11.

Диагностический модуль подсоединен к вентиляционной линии 12 адсорбционного фильтра. Этот диагностический модуль включает электрический компрессор 13, подключенный к источнику напряжения U₀, переключающий клапан 14, выполненный в виде электромагнитного 4/2-распределителя, эталонную течь 15, а также измерительную схему 16 для измерения потребляемого компрессором 13 тока, служащего мерой объемной производительности компрессора 13 по воздуху. Переключающий клапан 14 соединяет напорную пневмолинию 17, отходящую от компрессора 13, с вентиляционной линией 12, проходящей к адсорбционному фильтру 11. Переключающий клапан 14 имеет две позиции, при этом в показанной на фиг. 1 основной позиции клапан 14 перекрывает напорную пневмолинию 17, обеспечивая удаление воздуха по вентиляционной линии 12, а в рабочей позиции клапан 14 соединяет напорную пневмолинию 17 с вентиляционной линией 12, перекрывая свое вентиляционное отверстие. Эталонная течь 15 расположена в обводной или байпасной линии 18, которая соединяет напорную пневмолинию 17 в обход переключающего клапана 14 с вентиляционной линией 12.

Управление компрессором 13 осуществляется с помощью транзистора 19. Для определения величины тока, потребляемого включенным компрессором 13, в измерительной схеме 16 предусмотрен измерительный резистор 20, который включен в эмитторную цепь транзистора 19. Величина падения напряжения на измерительном резисторе 20, измеряемого вольтметром 21, является мерой потребления тока компрессором 13 и тем самым его объемной производительности.

Для проверки герметичности включают компрессор 13 и переключением клапана 14 начинают подачу сжатого воздуха, во-первых, в систему вентиляции топливного бака и, во-вторых, только в эталонную течь 15. Сравнив объемный расход нагнетаемого компрессором 13 воздуха в обеих позициях переключающего клапана 14, который (расход) пропорционален измеряемым вольтметром 21 величинам, можно установить наличие утечки в системе вентиляции топливного бака. Если измеренное в рабочей позиции переключающего клапана 14 вольтметром 21 значение превышает значение, измеренное в основной позиции переключающего клапана 14, то это свидетельствует о наличии такой утечки в системе вентиляции, которая превышает допустимую величину, определяемую эталонной течью 15. Тем самым по результатам диагностики делается вывод о нарушении или отсутствии герметичности. В противном случае делается вывод о наличии необходимой герметичности в системе вентиляции топливного бака.

Пороговое значение, являющееся показателем наличия/отсутствия герметичности (при испытании по критерию "годен-негоден"), определяется эталонной течью 15, размеры которой должны выбираться в соответствии с величиной допустимой утечки в системе вентиляции. Если в системе вентиляции топливного бака требуется обнаруживать течь диаметром уже 0,5 мм, то и эталонную течь 15 необходимо соответствующим образом отрегулировать на такой размер течи. Во избежание необходимости предусматривать в эталонной течи 15 также очень малое дросселирующее отверстие, соответствующее по размеру допустимой течи, эту эталонную течь 15, как показано на фиг.2 и 3 в увеличенном масштабе, выполняют составной из нескольких расположенных последовательно в направлении потока диафрагм 22-24, каждая из которых имеет по одному дросселирующему отверстию 25-27. Эти диафрагмы 22-24 в варианте, показанном на фиг.3, выполнены в виде плоских шайб и расположены во втулке 28 с определенным шагом друг от друга. С целью упростить сборку эталонной течи 15 диафрагмы 22-24 могут быть выполнены также чашечной формы, как это показано на фиг.2, и прилегать одна к другой в осевом направлении, при этом высотой чашечной диафрагмы определяется величина осевого отступа диафрагм 22-24 друг от друга. Тот торцевой участок втулки 28, который расположен перед первой диафрагмой 22, образует впускной канал 38, а тот ее торцевой участок, который расположен за третьей диафрагмой 24, образует выпускной канал 39 для воздушного потока.

Эти впускной и выпускной каналы 38, 39 условно обозначены на фиг.2 и 3 стрелками, указывающими направление прохождения воздушного потока. На фиг.2 оси дросселирующих отверстий 25-27 в диафрагмах 22-24 ориентированы по потоку и лежат на одной линии. В примере по фиг.3 оси дросселирующих отверстий 25-27, также ориентированные по потоку, проходят параллельно друг другу, но радиально смещены друг относительно друга. Если все дросселирующие отверстия 25-27 в диафрагмах 22-24 имеют диаметр, например, 1 мм, то через эти отверстия устанавливается такой же расход воздуха в единицу времени, что и в случае эталонной течи с единственным дросселирующим отверстием, имеющим диаметр 0,5 мм. Это означает, что благодаря последовательному расположению трех диафрагм 22-24 дросселирующие отверстия 25-27 в них можно выполнить с достаточно большим диаметром, получив относительно малую эталонную течь. Достигаемое при этом преимущество состоит в том, что, как указывалось выше, дросселирующие отверстия с большим поперечным сечением в гораздо меньшей степени чувствительны к загрязнению и отложениям (т.е. к изменению размера этого сечения), чем дросселирующие отверстия с малым поперечным сечением. К ним также предъявляются не столь жесткие требования в отношении производственных допусков, например, при изготовлении листовой штамповкой или при удалении облоя.

Показанная на фиг.4 в перспективе и в поперечном разрезе эталонная течь 15 работает по тому же основному принципу с тремя последовательно расположенными диафрагмами 22-24, каждая из которых в свою очередь имеет по одному дросселирующему отверстию 25-27 с поперечным сечением, превышающим максимально допустимую течь в системе вентиляции топливного бака. Диафрагмы 22-24 выполнены из отрезка 30 пруткового прессованного профиля, который в осевом направлении вставлен в цилиндрический кожух 31. Очевидно, что кожух 31 может быть выполнен и коробчатой формы. С обоих торцов кожух 31 закрыт крышками, из которых на фиг. 4 показана только торцовая крышка 32. Диафрагмы 22-24, проходящие от оси кожуха вплоть до его стенок, расположены под прямым углом друг к другу. Четвертая стенка 33, также ориентированная под прямым углом к диафрагмам 22-24 и выполненная на отрезке 30 пруткового прессованного профиля, аналогичным образом проходит от оси кожуха вплоть до его стенки и служит для отделения впускной камеры 34 от выпускной камеры 35, которые выполнены соответственно перед первой диафрагмой 22 и после последней диафрагмы 24.

В зоне обеих камер 34, 35 в кожухе 31 предусмотрено по присоединительному отверстию 36, соответственно 37 для подсоединения такой дросселирующей шайбы к байпасной линии 18. Как и в примерах выполнения по фиг.2 и 3, присоединительное отверстие 36 с впускной камерой 34 образует впускной канал 38, а выпускная камера 35 с присоединительным отверстием 37 образует выпускной канал 39 эталонной течи 15. Присоединительные отверстия 36, 37 расположены таким образом, что оси впускного и выпускного каналов 38, 39 ориентированы примерно под прямым углом или наклонены под небольшим острым углом к оси дросселирующих отверстий 25-27. Расположение дросселирующих отверстий 25-27 примерно соответствует расположению дросселирующих отверстий 25-27 по фиг.3, иными словами, их оси не лежат на одной линии, т.е. не лежат на концентричной оси кожуха дуге окружности, а смещены параллельно этой оси в радиальном направлении. В остальном принцип действия эталонной течи 15, показанной на фиг. 4, идентичен принципу действия вышеописанной эталонной течи по фиг.2 и 3.

Изобретение относится к средствам для испытания устройств на герметичность. Диагностический модуль для проверки герметичности резервуара, в частности системы вентиляции топливного бака транспортного средства, содержит эталонную течь 15, которая рассчитана на прохождение через нее потока с заданным объемным расходом и согласована с допустимой величиной утечки из резервуара. В предлагаемом диагностическом модуле эталонная течь 15 образована несколькими последовательно расположенными в направлении потока диафрагмами 22-24, каждая из которых имеет по одному дросселирующему отверстию 25-27. Преимущество такого диагностического модуля состоит в возможности выполнения дросселирующих отверстий 25-27 с большим диаметром в сравнении с существенно меньшим диаметром отверстия допустимой течи, что делает их менее чувствительными к влиянию различного рода воздействий. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Диагностический модуль для проверки герметичности резервуара, в частности системы вентиляции топливного бака транспортного средства, содержащий эталонную течь (15), которая рассчитана на прохождение через нее потока с заданным объемным расходом и согласована с допустимой величиной утечки из резервуара, отличающийся тем, что эталонная течь (15) образована несколькими последовательно расположенными в направлении потока диафрагмами (22-24), каждая из которых имеет по одному дросселирующему отверстию (25-27). 2. Диагностический модуль по п.1, отличающийся тем, что дросселирующие отверстия (25-27) в диафрагмах (22-24) расположены таким образом, что их оси ориентированы по потоку и лежат на одной линии. 3. Диагностический модуль по п.1, отличающийся тем, что дросселирующие отверстия (25-27) в диафрагмах (22-24) расположены таким образом, что их оси ориентированы по потоку и смещены относительно друг друга в направлении, поперечном направлению потока. 4. Диагностический модуль по п.2 или 3, отличающийся тем, что диафрагмы (22-24) выполнены в виде шайб или чашечной формы и расположены с определенным осевым шагом во втулке (28), оба торцевых участка которой образуют соответственно впускной канал (38) и выпускной канал (39) для потока. 5. Диагностический модуль по п. 3 или 4, отличающийся тем, что линия прохождения потока и линия, на которой лежат оси дросселирующих отверстий (25-27), имеют форму дугообразной, предпочтительно полукруглой, или ломаной линии. 6. Диагностический модуль по п.5, отличающийся тем, что дросселирующие диафрагмы (22-24) выполнены из отрезка (30) пруткового прессованного профиля, который вставлен в кожух (31), причем этот кожух (31) имеет впускной и выпускной каналы (38, 39), оси которых ориентированы приблизительно под прямым углом к оси отрезка (30) пруткового профиля. 7. Диагностический модуль по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что впускной канал (38) присоединен к выходу компрессора (13), рабочие параметры которого, например, потребляемый ток, используются в качестве меры допустимой утечки.