Комплекс бортовой диагностики системы подачи бензина и способ бортовой диагностики системы подачи бензина автомобильного двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2017 года по МПК F02M65/00 G01M15/05 G01M15/09 F02M69/46 

Комплекс бортовой диагностики (КБД) системы подачи бензина (СПБ) автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного системой впрыска бензина (СВБ) при низком давлении, и реализуемый посредством него способ бортовой диагностики согласно Международной патентной классификации МПК (2015.01) относятся к объектам, имеющими классификационные индексы F02M 65/00 «испытания топливо-впрыскивающей аппаратуры систем подачи горючих смесей или их составляющих к ДВС» и F02M 69/46 «вспомогательные устройства систем подачи горючих смесей, не относящиеся к рубрикам 69/02-69/44 или представляющие интерес независимо от них».

Системы впрыска бензина во впускной коллектор автомобильного ДВС при низком давлении в настоящее время наиболее распространены. Неотъемлемой составной частью СВБ является система подачи бензина из топливного бака (ТБ) к гидравлическим входам форсунок. СПБ состоит из ТБ, электрического топливного насоса (ЭТН), топливных фильтров грубой очистки (ТФГО) и тонкой очистки (ТФТО), топливных демпферов (ТД), регулятора давления топлива (РДТ), топливной рампы (TP) и топливных магистралей - нагнетательной (НМ), подающей (ПМ) и возвратной (ВМ). Все компоненты СПБ в процессе эксплуатации подвергаются интенсивному загрязнению примесями, находящимися в бензине, а важнейшие из них также трению и износу. Это ухудшает их технические характеристики, вследствие чего нарушается дозирование топлива и тем самым - функционирование всего ДВС: снижаются крутящий момент и мощность, ухудшается ускорение, нарушается частота оборотов, увеличивается расход топлива и затрудняется пуск, а все вместе это приводит к увеличению токсичности отработавших газов (ОГ) и нарушениям экологии. Невзирая на то что некоторые компоненты СПБ подлежат периодической замене при плановых технических обслуживаниях, часто дефекты СПБ возникают внезапно, что требует их быстрого поиска, достоверного распознавания и локализации. В этой связи вопросы совершенствования бортовой диагностики СПБ являются весьма актуальными.

Уровень техники

Современная международная стандартизированная система бортовой диагностики автомобилей On-Board Diagnostic-II (OBD-II) внедрена в 1994 г. в США, ее европейская версия E-OBD - в 2000 г. и японская версия J-OBD - в 2003 г. (для краткости в дальнейшем все системы именуются OBD-II). Система OBD-II требует контролировать все системы автомобиля и их компоненты, которые, в случае неисправности, могут привести к заметному повышению токсичности ОГ (Bosch. Системы управления бензиновыми двигателями. - М.: ООО Кн. изд-во «За рулем», 2005, с. 317. ISBN 5-9698-0025-2). Стандарты OBD-II постоянно совершенствуются; с 2013 г. действуют стандарты Общества автомобильных инженеров США SAE J2012_201303 (http://standards.sae.org/j2012_201303/), J20112DA (http://standards.sae.org/j2012da_012013/) и ISO 15031-6:2015 (http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=66369).

Они, в частности, предусматривают набор и описание 5-значных диагностических кодов неисправностей (ДКН) в формате БЦЦЦЦ, где Б - буква латинского алфавита, Ц - цифра. ДКН подразделяются на стандартные коды SAE с первой цифрой 0, 2 или 3 (часть кодов с первой цифрой 3 является резервными) и коды завода-автопроизводителя с первой цифрой 1 (https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/005/sae.j2012.2002.pdf). Стандартные ДКН одинаковы для всех автомобилей, оснащенных системой OBD-II; вместе с тем, включение всех стандартных ДКН в каждый автомобиль не является обязательным. ДКН завода-автопроизводителя введены для расширения возможностей диагностики конкретными производителями автомобилей; у каждого производителя они имеют свои описания и также не являются обязательными.

Для бортовой диагностики СПБ система OBD-II предусматривает пять стандартных ДКН, каждый из которых основан на сигнале датчика давления топлива (ДДТ) в топливной рампе: «Р0190 - цепь ДДТ неисправна»; «Р0191 - сигнал ДДТ выходит из допустимого диапазона»; «Р0192 - низкий сигнал ДДТ»; «Р0193 - высокий сигнал ДДТ»; «Р0194 - сигнал ДДТ перемежающийся». Однако на практике для эффективной диагностики СПБ недостаточно оценки сигнала одного, пусть и важного, датчика; по каждому из кодов Р0190-Р0194 невозможно быстро и достоверно распознать и локализовать дефектный компонент СПБ. Кроме того, ДДТ на большинстве автомобилей отсутствует, поэтому, учитывая необязательность ДКН, реальные возможности бортовой диагностики СПБ чаще всего сводятся к нулю. Это вызывает необходимость диагностирования всей СВБ и лишь только после распознавания нарушения функционирования СПБ - диагностирования компонентов СПБ стандартными аналогами КБД СПБ, т.е. обычными, неавтоматизированными, диагностическими средствами - манометрами, ротаметром или мерной емкостью и секундомером, что экологически и пожароопасно, требует значительного дополнительного времени, а в нередких случаях и недостаточно обоснованного демонтажа/монтажа компонентов СПБ (например, ТБ или модуля ЭБН), т.е. немалых трудозатрат, которые к тому же могут закончиться безрезультатно. Кроме того, в СВБ и СПБ часто возникают дефекты, которые нарушают работу ДВС только при движении автомобиля, а при работе ДВС на месте параметры в норме, и дефект себя не проявляет, что очень затрудняет его поиск, распознавание и локализацию стандартными диагностическими средствами. Таким образом, возможности современной бортовой диагностики СПБ неэффективны, а требуемый технический результат - быстрая постановка достоверного технического диагноза и локализация дефекта - труднодостижим. Далее в тексте согласно ГОСТ 20911-89 технический диагноз для краткости именуется «диагноз».

Чтобы гарантированно получить технический результат, требуется расширить возможности бортовой диагностики СПБ. Для этого необходимо в процессе работы ДВС в реальном времени непрерывно определять и визуально отображать в совмещенных графиках в реальном времени текущие значения таких параметров, как давление топлива в нагнетательной магистрали, давление топлива на форсунках и производительность нагнетания топлива, и, кроме того, в СПБ рециркуляционного типа - абсолютное давление воздуха во впускном коллекторе (ВК) ДВС, в СПБ тупикового типа (при наличии в СВБ штатного ДДТ) - давление топлива на ТФТО, а при тестировании СПБ определять максимальное давление топлива, которое способен нагнетать ЭТН; значения всех параметров программно сопоставлять с требованиями нормативно-технической документации (НТД) и выход за пределы установленных допусков отражать в диагностических кодах неисправностей. Только такой подход позволяет быстро и с высокой достоверностью распознать и локализовать дефект и дефектный компонент.

Такой КБД СПБ обеспечивает достижение требуемого 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.

Раскрытие изобретения

Комплекс бортовой диагностики СПБ предназначен для быстрой, точной, экологически и пожаробезопасной бортовой диагностики на месте и в движении СПБ автомобильного ДВС, оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении.

Сущность КБД СПБ как технического решения заключается в совокупности свойств его устройства и реализуемого им способа диагностики СПБ, что обеспечивает достижение технического результата.

Устройство КБД СПБ включает в себя штатные компоненты СВБ ДВС автомобиля, дополнительные компоненты, диагностический сканер и программное обеспечение (ПО), совместимое с системой бортовой диагностики OBD-II.

Штатные компоненты КБД СПБ рециркуляционного типа (фиг. 1) включают электронный блок управления (ЭБУ) 1 двигателем, диагностический разъем (ДР) 2, контрольную лампу диагностики (КЛД) «CHECK ENGINE» («проверь двигатель») 3, НМ 4, магистраль абсолютного давления (разрежения) воздуха 5 во впускном тракте ДВС. Дополнительные компоненты включают ДДТ 6, датчик производительности нагнетания топлива (ДПНТ) 7, электрический топливный клапан (ЭТК) 8, датчик абсолютного давления (ДАД) 9 и их электрические цепи 10. При наличии в СВБ штатных ДДТ и ДАД и возможности использования их сигналов в целях КБД СПБ их включают в состав КБД СПБ рециркуляционного типа в качестве ДДТ 6 и ДАД 9 соответственно. ПО, совместимое с OBD-II, прошивают в систему самодиагностики (ССД) ЭБУ и диагностический сканер. Диагностический сканер 11 - стандартный автомобильный сканер, охватывающий протоколы системы OBD-II, который в результате прошивки ПО, кроме стандартных функций, дополнительно обеспечивает считывание ДКН и визуализацию текущих значений параметров СПБ в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени.

Устройство КБД СПБ тупикового типа аналогично КБД СПБ рециркуляционного типа за исключением того, что сигнал штатного ДАД 9 (фиг. 2) не используется, а для диагностики ТФТО 12, кроме сигнала дополнительного ДДТ 6, используется сигнал штатного ДДТ 13 (при его наличии в составе СВБ).

Независимо от типа СПБ, гидравлические компоненты КБД встраивают в НМ 4 (фиг. 1, 2) до (по направлению потока бензина) РДТ 14 (фиг. 3-6) в такой последовательности: ДДТ 6, ДПНТ 7, ЭТК 8 (фиг. 1-6) или ДДТ 6, ЭТК 8, ДПНТ 7. В отдельных случаях, когда ЭТК 8 невозможно встроить до РДТ 14, его встраивают в ВМ 15. ДАД 9 всегда подключают к магистрали абсолютного давления воздуха ДВС вакуумпроводом (ВП) 16 после (по ходу всасываемого двигателем воздуха) дроссельной заслонки, находящейся в узле дроссельной заслонки 17. Нормальное состояние ЭТК 8 - неактивированное (открытое) для беспрепятственного прохождения потока бензина; ЭТК 8 активируют (закрывают) только в процессе диагностирования.

Конструктивно в СПБ рециркуляционного типа целесообразно ДДТ 6, ДПНТ 7 и ЭТК 8 встраивать в топливную рампу 18 (фиг. 3), используя ее в качестве несущей конструкции, или в разрыв НМ 4 вблизи топливной рампы 18 (фиг. 4) или внутри ТБ 19 (фиг. 5). В СПБ тупикового типа (фиг. 6) НМ 4 и РДТ 14 находятся внутри ТБ 19, а бензин поступает к топливной рампе 18 по ПМ 20, поэтому ДДТ 6, ДПНТ 7 и ЭТК 8 встраивают внутри ТБ 19, при этом ДПНТ 7 и ЭТК 8 встраивают в разрыв НМ 4 между ЭТН 21 и РДТ 14.

КБД СПБ контролирует параметры функционирования СПБ, которое в СПБ рециркуляционного типа заключается в том, что в процессе работы ДВС бензин всасывается ЭТН 21 (фиг. 3-5) через ТФГО 22 из ТБ 19 и нагнетается под давлением по нагнетательной магистрали 4 через ТФТО 12 в TP 18 к РДТ 14. Значение давления топлива в TP 18 определяет РДТ 14, под этим давлением бензин поступает к гидравлическим входам форсунок 23, а избыточное топливо возвращается из РДТ 14 по ВМ 15 в ТБ 19. Абсолютное давление воздуха в ВК 24 по вакуумпроводу 25 передается на РДТ 14, вследствие чего разница давлений между гидравлическими входом и выходом каждой форсунки 23 постоянно остается неизменной.

Функционирование СПБ рециркуляционного типа заключается в том, что в процессе работы ДВС бензин всасывается ЭТН 21 (фиг. 6) через ТФГО 22 из ТБ 19 и нагнетается под давлением по нагнетательной магистрали 4 к РДТ 14. Значение давления топлива в TP 18 определяет РДТ 14 и частично - ТФТО 12, под этим давлением бензин поступает по подающей магистрали 20 в TP 18 и к гидравлическим входам форсунок 23, а избыточное топливо возвращается из РДТ 14 по ВМ 15 в ТБ 19. В СПБ тупикового типа РДТ 14 не имеет вакуумного управления, поэтому разница давлений между гидравлическими входом и выходом каждой форсунки 23 изменяется синхронно с абсолютным давлением воздуха.

Исходя из такого функционирования СПБ, принцип функционирования КБД СПБ рециркуляционного типа (фиг. 3-5) состоит в том, что электрические сигналы датчиков ДДТ 6, ДПНТ 7 и ДАД 9, несущие информацию о параметрах СПБ - давлении топлива и производительности нагнетания топлива в НМ 4, абсолютном давлении воздуха в ВК 24, обрабатывает ПО системы самодиагностики ЭБУ 1, которое непрерывно определяет текущие значения этих параметров в реальном времени, вычисляет давление топлива на форсунках 23 (между гидравлическими входами и выходами форсунок) и в виде цифровых сигналов выводит на ДР 2. При выходе текущих значений параметров за пределы, установленные НТД, ССД формирует и сохраняет в своей памяти ДКН, соответствующие возникшим дефектам, в результате чего на комбинации приборов автомобиля загорается КЛД 3 и одновременно на ДР 2 выводится информация, содержащая описание всех ДКН. В процессе диагностики посредством подключенного к ДР 2 диагностического сканера 11 считывают ДКН, а затем текущие значения параметров при дезактивированном и активированном ЭТК 8. Принцип функционирования КБД СПБ тупикового типа (фиг. 6) аналогичен принципу функционирования КБД СПБ рециркуляционного типа за исключением того, что электрические сигналы штатного ДАД 9 не используются. Сигналы штатного ДДТ 13 (при его наличии) используются совместно с сигналами дополнительного ДДТ 6 для диагностики ТФТО 12.

Таким образом, предложен комплекс бортовой диагностики системы подачи бензина (СПБ) автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении, содержащий датчик давления топлива в топливной рампе и датчик абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе, электронный блок управления (ЭБУ) ДВС с системой бортовой диагностики OBD-II, из памяти которого диагностическим сканером считывают хранящиеся там диагностические коды неисправностей, несущие информацию о сигналах датчика давления топлива в топливной рампе движущегося или неподвижного автомобиля. КБД включает датчик давления топлива в нагнетательной магистрали, датчик производительности нагнетания топлива, электрический топливный клапан и совместимое с OBD-II программное обеспечение ЭБУ и диагностического сканера, предназначенные для формирования, хранения и считывания диагностических кодов неисправностей компонентов СПБ, обработки и визуализации информации в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени о текущих значениях давления топлива в нагнетательной магистрали и на форсунках, производительности нагнетания топлива, а также абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе в СПБ рециркуляционного типа или давления топлива в топливной рампе в СПБ тупикового типа.

Способ бортовой диагностики СПБ заключается в совокупности простых, экологически и пожаробезопасных ручных действий диагноста и автоматических операций КБД СПБ по обработке больших массивов информации о текущих значениях параметров СПБ - давлении и производительности нагнетания топлива в нагнетательной магистрали 4 (фиг. 3-6), давлении топлива на форсунках 23, и, кроме того, в СПБ рециркуляционного типа (фиг. 3-5) - абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе ДВС 24, в СПБ тупикового типа (фиг. 6) - давления топлива в подающей магистрали 20 (при наличии в СВБ штатного ДДТ). ПО в реальном времени определяет текущие значения параметров СПБ и сопоставляет с требованиями НТД, а при их несоответствии активирует индикацию КЛД 3 (фиг. 3-6), формирует и в памяти ССД сохраняет ДКН компонентов СПБ. В процессе диагностики к ДР 2 подключают диагностический сканер 11, посредством которого считывают ДКН и текущие значения параметров, затем активируют ЭТК 8 и снова считывают текущие значения параметров, на основании чего осуществляют быстрый и точный анализ технического состояния СПБ, постановку обоснованного и достоверного диагноза и локализацию дефекта СПБ, что является важным условием своевременной нормализации работы ДВС и токсичности отработавших газов.

КБД СПБ рециркуляционного типа (фиг. 1, 3-5) в процессе работы ДВС в реальном времени измеряет текущие значения давления топлива в нагнетательной магистрали Р_Т (фиг. 7) или, что равнозначно, в топливной рампе, абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе Р_А, производительности нагнетания топлива П_Т и вычисляет значение давления топлива на форсунках Р_Ф по формуле:

Р_Ф=100+Р_Т-Р_А,

где Р_Ф - давление топлива на форсунках, кПа;

Р_Т - давление топлива в НМ, кПа.

Р_А - абсолютное давление воздуха в ВК, кПа.

КБД СПБ тупикового типа (фиг. 2, 6) в процессе работы ДВС в реальном времени измеряет текущие значения давления топлива в нагнетательной магистрали Р_Т (фиг. 8), давления топлива в топливной рампе Р_ТР, производительности нагнетания топлива П_Т и вычисляет значение давления топлива между входом и выходом топливного фильтра тонкой очистки Р_ТФТО по формуле:

Р_ТФТО=Р_Т-Р_ТР,

где Р_ТФТО - давление топлива на ТФТО;

Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали;

Р_ТР - давление топлива в подающей магистрали.

При нормальном функционировании СПБ текущие значения каждого параметра находятся в пределах соответствующих допусков Δ_Т, Δ_Ф, max, min (фиг. 7, 8). При выходе значений параметров за пределы допусков ПО ССД формирует ДКН, это могут быть вышеуказанные стандартные ДКН Р0190-Р0194 согласно SAE J2012_201303 (при их наличии в конкретной СВБ) или ДКН завода-автопроизводителя в формате Р11ЦЦ, которые могут иметь, например, следующее описание: «Р1101 - цепь ДДТ дефектна»; «Р1102 - низкий сигнал ДДТ, дефект ЭТН, ТД или засор ТФГО и ТФТО»; «Р1103 - высокий сигнал ДДТ, дефект РДТ или засор ВМ»; «Р1104 - цепь ДПНТ дефектна»; «Р1105 - низкий сигнал ДПНТ, дефект ЭТН, ТД или засор ТФГО и ТФТО в СПБ рециркуляционного типа»; «Р1105 - низкий сигнал ДПНТ, дефект ЭТН, ТД или засор ТФГО в СПБ тупикового типа»; «Р1106 - высокий сигнал давления на форсунках»; «Р1107 - низкий сигнал давления на форсунках»; «Р1108 - высокий сигнал давления на ТФТО, засор ТФТО» (точное описание ДКН устанавливает конкретный завод-автопрозводитель).

Если после выключения зажигания автомобиля время Т (фиг. 9) полного падения давления Р_Т в РДТ 14 (фиг. 3-6) меньше, чем время Т₀, указанное в НТД, то формируется ДКН «Р1109 - нарушена герметичность обратного клапана ЭТН, форсунок или иных компонентов СПБ».

Сочетания значений разных текущих параметров СПБ также являются основанием для формирования соответствующих ДКН и несут более точную информацию о локализации дефекта, чем одиночные параметры. Так, при одновременном уменьшении ниже значений допусков давления топлива в нагнетательной магистрали Р_Т и производительности нагнетания топлива П_Т (фиг. 10) может быть сформирован ДКН «Р1110 - дефект ЭТН или засор ТФГО, ТФТО, ТД, НМ, ТР». При одновременном увеличении давления в нагнетательной магистрали Р_Т выше значения допуска (фиг. 11) и уменьшении производительности нагнетания топлива П_Т ниже значения допуска формируется ДКН «Р1111 - дефект РДТ или ВМ». Если в СПБ рециркуляционного типа (фиг. 3-5) давление топлива на форсунках Р_Ф (фиг. 12) колеблется в противофазе и синхронно с абсолютным давлением воздуха в ВК 24 (фиг. 3-5) и при этом выходит за пределы допуска, то формируется ДКН «Р1112 - дефект РДТ в СПБ рециркуляционного типа».

Если производительность нагнетания топлива ниже нормы и диагностическим сканером считан ДКН Р1105, осуществляют тест электрического топливного насоса 21 (фиг. 3-6), который заключается в измерении максимального давления ЭТН и сопоставлении его значения с требованиями НТД. Для этого активируют ЭТН (путем пуска ДВС, посредством диагностического сканера или другим способом) и ЭТК 8 (посредством диагностического сканера или другим способом) на время Т_ТК (фиг. 13-15). При нормальном техническом состоянии ЭТН давление топлива Р_Т в нагнетательной магистрали поднимается до значений допуска test (фиг. 13) и формируется ДКН «Р1113 - засор ТФГО, ТФТО, ТД или НМ» (в СПБ рециркуляционного типа); «Р1113 - засор ТФГО или НМ» (в СПБ тупикового типа). При закрытом ЭТК 8 и значении максимального давления ЭТН ниже пределов допуска test (фиг. 14) формируется ДКН «Р1114 - дефект ЭТН». При закрытом ЭТК 8 и значении максимального давления ЭТН выше пределов допуска test (фиг. 15) формируется ДКН «Р1115 - дефект предохранительного клапана ЭТН».

В СПБ тупикового типа отсутствует возможность оценки технического состояния топливного фильтра тонкой очистки 12 (фиг. 2, 6) по значению производительности нагнетания топлива, поэтому при наличии штатного ДДТ 13 используется его сигнал для измерения давления топлива Р_ТФТО (фиг. 16). При превышении границы допуска max формируется ДКН «Р1116 - засор ТФТО».

Если анализ ДКН не обеспечивает постановку точного диагноза СПБ, анализируют другие диагностические признаки по текущим значениям параметров СПБ.

Таким образом, предложен способ бортовой диагностики СПБ автомобильного ДВС, оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении, реализуемый посредством комплекса бортовой диагностики СПБ по п. 1, включающий измерение давления топлива в топливной рампе, абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе и считывание в системе бортовой диагностики OBD-II из памяти ЭБУ ДВС диагностическим сканером хранящихся там диагностических кодов неисправностей, несущих информацию о сигналах датчика давления топлива в топливной рампе движущегося или неподвижного автомобиля. С помощью датчика давления топлива в нагнетательной магистрали, датчика производительности нагнетания топлива, электрического топливного клапана и совместимого с OBD-II программного обеспечения ЭБУ и диагностического сканера считывают и анализируют диагностические коды неисправностей компонентов СПБ и информацию в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени о текущих значениях давления топлива в нагнетательной магистрали, производительности нагнетания топлива, а также абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе в СПБ рециркуляционного типа или давления топлива в топливной рампе в СПБ тупикового типа, что обеспечивает постановку достоверного диагноза и локализацию дефекта СПБ.

Технический результат при использовании КБД СПБ объективно проявляется в следующих технических эффектах, явлениях и свойствах: за счет применения штатных датчиков давления топлива и абсолютного давления воздуха СВБ (а при их отсутствии или невозможности использования - соответствующих дополнительных датчиков), а также датчика производительности нагнетания топлива и электрического топливного клапана создается возможность получения 16-ти новых диагностических кодов неисправностей и текущих значений четырех диагностических параметров СПБ в системе OBD-II, чем значительно повышается автоматизация и расширяются возможности бортовой диагностики СПБ как движущегося, так и неподвижного автомобиля, что в совокупности обеспечивает экологически и пожаробезопасную диагностику, точный и полный анализ состояния СПБ, быструю постановку достоверного диагноза, локализацию дефекта и создание условий для своевременной нормализации работы ДВС и токсичности ОГ.

Достигнутый технический результат находится в прямой причинно-следственной связи с такими существенными признаками КБД СПБ, как его устройство, размещение в автомобиле, принцип функционирования, способ диагностики, принципы анализа и постановки диагноза.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Структурная схема КБД СПБ рециркуляционного типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 5 - магистраль абсолютного давления воздуха во впускном тракте ДВС; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер.

Фиг. 2. Структурная схема КБД СПБ тупикового типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 5 - магистраль абсолютного давления воздуха во впускном тракте ДВС; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер; 12 - топливный фильтр тонкой очистки; 13 - штатный датчик давления топлива.

Фиг. 3. Функциональная схема КБД СПБ рециркуляционного типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер; 12 - топливный фильтр тонкой очистки; 14 - регулятор давления топлива; 15 - возвратная магистраль; 16 - вакуумпровод; 17 - узел дроссельной заслонки; 18 - топливная рампа; 19 - топливный бак; 21 - электрический топливный насос; 22 - топливный фильтр грубой очистки; 23 - форсунки; 24 - впускной коллектор; 25 - вакуумпровод.

Фиг. 4. Функциональная схема КБД СПБ рециркуляционного типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер; 12 - топливный фильтр тонкой очистки; 14 - регулятор давления топлива; 15 - возвратная магистраль; 16 - вакуумпровод; 17 - узел дроссельной заслонки; 18 - топливная рампа; 19 - топливный бак; 21 - электрический топливный насос; 22 - топливный фильтр грубой очистки; 23 - форсунки; 24 - впускной коллектор; 25 - вакуумпровод.

Фиг. 5. Функциональная схема КБД СПБ рециркуляционного типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер; 12 - топливный фильтр тонкой очистки; 14 - регулятор давления топлива; 15 - возвратная магистраль; 16 - вакуумпровод; 17 - узел дроссельной заслонки; 18 - топливная рампа; 19 - топливный бак; 21 - электрический топливный насос; 22 - топливный фильтр грубой очистки; 23 - форсунки; 24 - впускной коллектор; 25 - вакуумпровод.

Фиг. 6. Функциональная схема КБД СПБ тупикового типа: 1 - электронный блок управления ДВС; 2 - диагностический разъем; 3 - контрольная лампа диагностики; 4 - нагнетательная магистраль; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 8 - электрический топливный клапан; 9 - датчик абсолютного давления; 10 - электрические цепи; 11 - диагностический сканер; 12 - топливный фильтр тонкой очистки; 13 - штатный датчик давления топлива; 14 - регулятор давления топлива; 15 - возвратная магистраль; 16 - вакуумпровод; 17 - узел дроссельной заслонки; 18 - топливная рампа; 19 - топливный бак; 20 - подающая магистраль; 21 - электрический топливный насос; 22 - топливный фильтр грубой очистки; 23 - форсунки; 24 - впускной коллектор.

Фиг. 7. Графики значений текущих параметров СПБ рециркуляционного типа: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; Р_А - абсолютное давление воздуха во впускном коллекторе; Р_Ф - давление топлива на форсунках; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, Δ_Ф, max, min, test - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 8. Графики значений текущих параметров СПБ тупикового типа: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; Р_Ф - давление топлива на форсунках; Р_ТФТО - давление топлива на топливном фильтре тонкой очистки; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, max, min, test - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 9. Условие формирования ДКН Р1109: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; Т - фактическое время падения давления до нуля после выключения зажигания; Т₀ - время падения давления до нуля после выключения зажигания, предусмотренное НТД; t - текущее время; Δ_Т - допуск Р_Т, предусмотренный НТД.

Фиг. 10. Условия формирования ДКН Р1110: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, min - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 11. Условия формирования ДКН Р1111: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, min - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 12. Условия формирования ДКН Р1112 в СПД рециркуляционного типа: Р_А - абсолютное давление воздуха во впускном коллекторе; Р_Ф - давление топлива на форсунках; t - текущее время; Δ_Ф - допуск Р_Ф, предусмотренный НТД.

Фиг. 13. Условия формирования ДКН Р1113: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, min, test - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 14. Условия формирования ДКН Р1114: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δт, min, test - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 15. Условия формирования ДКН Р1115: Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; П_Т - производительность нагнетания топлива; t - текущее время; Δ_Т, min, test - допуски, предусмотренные НТД для соответствующих параметров.

Фиг. 16. Условие формирования ДКН Р1116: Р_ТФТО - давление топлива на топливном фильтре тонкой очистки; t - текущее время; max - допуск Р_ТФТО, предусмотренный НТД.

Фиг. 17. Размещение монитора системы подачи бензина для практического диагностирования СПБ: 26 - блок измерения параметров; 27 - ДВС; 28 - ноутбук.

Фиг. 18. Блок измерения параметров монитора системы подачи бензина, внешний вид: 30 - ручка механического топливного крана.

Фиг. 19. Функциональная схема монитора системы подачи бензина: 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик производительности нагнетания топлива; 9 - датчик абсолютного давления; 26 - блок измерения параметров; 28 - ноутбук; 29 - механический топливный кран; 30 - ручка механического топливного крана; 31 - микроконтроллер.

Фиг. 20. Пример практического диагностирования СПБ посредством монитора системы подачи бензина (скриншот): П_Т - производительность нагнетания топлива; Р_Ф - давление топлива на форсунках; Р_р - разрежение во впускном коллекторе; Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали.

Фиг. 21. Пример практического диагностирования СПБ посредством монитора системы подачи бензина (скриншот): П_Т - производительность нагнетания топлива; Р_Ф - давление топлива на форсунках; Р_р - разрежение во впускном коллекторе; Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали.

Фиг. 22. Пример практического диагностирования СПБ посредством монитора системы подачи бензина (скриншот): П_Т - производительность нагнетания топлива; Р_Ф - давление топлива на форсунках; Р_р - разрежение во впускном коллекторе; Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали.

Фиг. 23. Пример практического диагностирования СПБ посредством монитора системы подачи бензина (скриншот): Р_Т - давление топлива в нагнетательной магистрали; Р_р - разрежение во впускном коллекторе; Р_Ф - давление топлива на форсунках; П_Т - производительность нагнетания топлива.

Фиг. 24. Пример практического диагностирования СПБ посредством монитора системы подачи бензина (скриншот): П_Т - производительность нагнетания топлива; Р_Ф - давление топлива на форсунках; Р_р - разрежение во впускном коллекторе; Р_Т - давление топлива в регуляторе давления топлива.

Осуществление изобретения

В связи с тем что внедрение диагностических кодов неисправностей в систему бортовой диагностики OBD-II является прерогативой SAE и заводов-автопроизводителей, а создание совмещенного с OBD-II ПО для комплекса бортовой диагностики СПБ в системе бортовой диагностики ЭБУ ДВС является прерогативой производителей систем управления ДВС и другим лицам недоступно, достигнутый технический результат был объективно подтвержден большим количеством экспериментальных данных, полученных при практическом диагностировании систем подачи бензина различных автомобилей с использованием специально созданного для этой цели монитора системы подачи бензина (МСПБ), идентичного комплексу бортовой диагностики СПБ по техническим характеристикам измерения текущих параметров СПБ.

МСПБ обеспечивает высокоточный одновременный мониторинг и измерение на совмещенных графиках (осциллограммах) в реальном времени текущих параметров СПБ автомобильного ДВС, оснащенного СВБ при низком давлении, в следующих диапазонах: давление топлива в нагнетательной магистрали 0÷700 кПа, давление топлива на форсунках 0÷800 кПа, разрежение во впускном коллекторе ДВС 0÷100 кПа, производительность нагнетания топлива 0,4÷4 л/мин. Для определения значения абсолютного давления во впускном коллекторе используют формулу:

Р_А=100-Р_Р,

где P_A - абсолютное давление во впускном коллекторе, кПа;

Р_Р - разрежение во впускном коллекторе, кПа.

МСПБ включает в себя блок измерения параметров (БИП) и ноутбук с операционной системой Windows ХР, а также ПО, которое состоит из ПО БИП и ПО ноутбука. БИП 26 (фиг. 17, 18) подключают к нагнетательной магистрали 4 (фиг. 3-6) и впускному коллектору 24, и в процессе работы ДВС 27 (фиг. 17) в БИП (фиг. 18, 19) подается бензин под давлением и абсолютное давление воздуха. Ноутбук 28 (фиг. 17, 19) размещают в любом удобном месте, а при движении автомобиля - в его салоне (фиг. 17); связь между БИП и ноутбуком осуществляется по цифровому радиоканалу Bluetooth. В БИП 26 (фиг. 18, 19) размещены механический топливный кран 29 с ручкой 30, выполняющий функцию электрического топливного клапана 8 (фиг. 1-6), и датчики ДДТ 6, ДПНТ 7, ДАД 9 (фиг. 19), электрические сигналы которых обрабатывает ПО БИП, заранее прошитое в микроконтроллер 31, после чего информация о текущих параметрах СПБ передается в виде цифровых сигналов на ноутбук 28, обрабатывается программным обеспечением ноутбука и визуализируется на его экране в виде совмещенных графиков (осциллограмм) и цифровых значений (фиг. 20-25) в реальном времени.

МСПБ осуществляет цифровую запись и последующий просмотр всей полученной информации в режиме стоп-кадра, что обеспечивает тщательный, точный и полный анализ технического состояния СПБ. ПО МСПБ не формирует и не описывает ДКН СПБ, но на практике обеспечивает постановку достоверного диагноза и локализацию дефекта СПБ, а это, по сути, и является содержанием ДКН, что подтверждается экспериментальными данными, часть из которых описана ниже.

Так, практическое диагностирование СПБ двигателя, имеющего спонтанные сбои в работе, показало, что в моменты сбоев одновременно снижаются давление бензина в нагнетательной магистрали Р_Т (фиг. 20) и производительность нагнетания топлива П_Т ниже допустимых значений, предусмотренных НТД. Это соответствует условиям формирования ДКН «Р1110 - дефект ЭТН или засор ТФГО, ТФТО, ТД, НМ, ТР» (фиг. 10). Анализ результатов диагностики: такие сбои характерны только для ЭТН. Диагноз: дефект находится в ЭТН или его электрической цепи. Диагноз подтвержден: причина сбоев заключалась в подгоревших электрических коннекторах разъема ЭТН.

Практическое диагностирование СПБ двигателя, имеющего схожие симптомы с предыдущим ДВС (спонтанные сбои в работе), показало другие диагностические признаки, а именно: в моменты сбоев одновременно недопустимо повышается давление бензина в нагнетательной магистрали Р_Т (фиг. 21) и снижается производительность нагнетания топлива П_Т. Это соответствует условиям формирования ДКН «Р1111 - дефект РДТ или ВМ» (фиг. 11). Анализ результатов диагностики: такие сбои для ВМ не характерны. Диагноз: дефект РДТ. Диагноз подтвержден: замена РДТ сразу нормализовала работу двигателя.

Практическое диагностирование СПБ двигателя, имеющего повышенный расход топлива, сниженные характеристики ускорения и увеличенный коэффициент долговременной коррекции топливоподачи, показало, что в моменты разгона автомобиля, когда разрежение во впускном коллекторе Р_Р (фиг. 22) снижается, синхронно недопустимо снижается и давление топлива на форсунках Р_Ф, а это снижает мощность ДВС, удлиняет разгон и вынуждает водителя выбирать неоптимальный режим работы ДВС и коробки переключения передач. Это соответствует условиям формирования ДКН «Р1112 - дефект РДТ в СПБ рециркуляционного типа» (фиг. 12). Диагноз: дефект РДТ. Диагноз подтвержден: замена РДТ нормализовала расход топлива и разгон автомобиля.

Практическое диагностирование СПБ двигателя, имеющего схожие симптомы с предыдущим ДВС (повышенный расход топлива, сниженные характеристики и перебои при ускорении, увеличенный коэффициент долговременной коррекции топливоподачи), показало другие диагностические признаки, а именно: в моменты разгона автомобиля, когда разрежение во впускном коллекторе Р_Р (фиг. 23) снижается, давление топлива в нагнетательной магистрали Р_Т возрастает на такую же величину, в результате чего давление на форсунках Р_Ф остается практически неизменным, а производительность нагнетания топлива П_Т постоянно находится на высоком уровне. Анализ: условий для формирования ДКН системы подачи бензина не существует. Диагноз: СПБ функционирует нормально, следовательно, дефект находится в другом компоненте ДВС или СВБ. Действительно, при дальнейшем диагностировании ДВС и СВБ диагноз подтвердился: был обнаружен дефект механической части ДВС, а именно высокие утечки в цилиндрах вследствие прогара выпускных клапанов.

Практическое диагностирование СПБ двигателя, работающего на всех режимах с рывками и провалами, особенно на мощностных, разгонных режимах, показало, что имеет место недопустимая неравномерность производительности нагнетания топлива П_Т (фиг. 24). Это соответствует условиям формирования ДКН «Р1105 - низкий сигнал ДПНТ, дефект ЭТН, ТД или засор ТФГО и ТФТО в СПБ рециркуляционного типа». Анализ результатов диагностики: такая неравномерность П_Т характерна только для ЭТН. Диагноз: дефект находится в ЭТН или его электрической цепи. Диагноз подтвержден: причина плохой работы ДВС заключалась в износе коллектора электродвигателя ЭТН, и замена ЭТН это подтвердила - работа ДВС сразу нормализовалась. Характерно, что этот автомобиль ранее подвергался диагностике стандартными способами на различных СТО, но дефект обнаружен не был, что неудивительно: измерялось только давление в топливной рампе, а в данной СПБ давления топлива в нагнетательной магистрали (оно же - давление в топливной рампе) Р_Т и на форсунках Р_Ф были, как показал МСПБ, идеальны.

Таким образом, полученные экспериментальные данные подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению изобретения: при наличии КБД СПБ в составе автомобиля возможны значительное повышение экологической и пожарной безопасности диагностического процесса, быстрая постановка достоверного диагноза СПБ и локализация дефекта, что является важным условием своевременной нормализации работы ДВС и токсичности отработавших газов.

Изобретение относится к устройствам для диагностики систем топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Комплекс и реализуемый посредством него способ диагностики предназначены для быстрой, точной, экологически и пожаробезопасной бортовой диагностики на месте и в движении системы подачи бензина (СПБ) автомобильного ДВС, оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении. Он включает штатные средства системы бортовой диагностики OBD-II автомобиля, дополнительные средства, диагностический сканер и ПО, совместимое с OBD-II, которое формирует и хранит в памяти электронного блока управления ДВС диагностические коды неисправностей (ДКН) компонентов СПБ, а также осуществляет обработку и визуализацию информации в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени текущих значений параметров СПБ. Способ диагностики заключается в том, что на основании результатов анализа полученной информации о ДКН и параметрах СПБ определяют достоверный диагноз СПБ и локализуют дефект, что является необходимым условием своевременной нормализации функционирования ДВС и токсичности отработавших газов. 2 н.п. ф-лы, 24 ил.

1. Комплекс бортовой диагностики системы подачи бензина (СПБ) автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении, содержащий датчик давления топлива в топливной рампе и датчик абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе, электронный блок управления (ЭБУ) ДВС с системой бортовой диагностики OBD-II, из памяти которого диагностическим сканером считывают хранящиеся там диагностические коды неисправностей, несущие информацию о сигналах датчика давления топлива в топливной рампе движущегося или неподвижного автомобиля, отличающийся тем, что включает датчик давления топлива в нагнетательной магистрали, датчик производительности нагнетания топлива, электрический топливный клапан и совместимое с OBD-II программное обеспечение ЭБУ и диагностического сканера, предназначенные для формирования, хранения и считывания диагностических кодов неисправностей компонентов СПБ, обработки и визуализации информации в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени о текущих значениях давления топлива в нагнетательной магистрали и на форсунках, производительности нагнетания топлива, а также абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе в СПБ рециркуляционного типа или давления топлива в топливной рампе в СПБ тупикового типа.

2. Способ бортовой диагностики СПБ автомобильного ДВС, оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении, реализуемый посредством комплекса бортовой диагностики СПБ по п. 1, включающий измерение давления топлива в топливной рампе, абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе и считывание в системе бортовой диагностики OBD-II из памяти ЭБУ ДВС диагностическим сканером хранящихся там диагностических кодов неисправностей, несущих информацию о сигналах датчика давления топлива в топливной рампе движущегося или неподвижного автомобиля, отличающийся тем, что с помощью датчика давления топлива в нагнетательной магистрали, датчика производительности нагнетания топлива, электрического топливного клапана и совместимого с OBD-II программного обеспечения ЭБУ и диагностического сканера считывают и анализируют диагностические коды неисправностей компонентов СПБ и информацию в виде цифр и совмещенных графиков в реальном времени о текущих значениях давления топлива в нагнетательной магистрали, производительности нагнетания топлива, а также абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе в СПБ рециркуляционного типа или давления топлива в топливной рампе в СПБ тупикового типа, что обеспечивает постановку достоверного диагноза и локализацию дефекта СПБ.