sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-5-524-533sibadi-1346Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTКонтроль состояния электромагнитных топливных форсунок бензиновых двигателей с системами распределенного впрыска топливаMonitoring of the state of electromagnetic fuel injectors of gasoline engines with distributed fuel injection systemshttps://orcid.org/0000-0003-4495-6859ВотиновГ. Н.VotinovG. N.

Вотинов Георгий Николаевич – канд. физ.-мат. наук, доц., доц. кафедры «Общая физика»

SPIN-код: 3870-1069; AuthorID: 112901

г. Пермь

Georgij N. Votinov – Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor of the General Physics Department

Perm

SPIN-код: 3870-1069; AuthorID: 112901

vgn@pstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5503-8784МальцевД. В.MaltsevD. V.

Мальцев Дмитрий Викторович – канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Автомобили и технологические машины»

Scopus ID 57212413474, SPIN-код: 5484-9395; AuthorID: 659132

г. Пермь

Dmitry V. Maltsev – Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor of the Cars and Technological Machines Department

Scopus ID 57212413474, SPIN-code: 5484-9395; AuthorID: 659132

Perm

mdv@pstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9433-3209РепецкийД. С.RepetskyD. S.

Репецкий Дмитрий Станиславович – канд. техн. наук, доц.  кафедры «Автомобили и технологические машины»

г. Пермь

Dmitry S. Repetsky – Cand. of Sci., Associate Professor of the Cars and Technological Machines Department

Perm

repetsky@pstu.ruПермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian Federation202125112021185524533Copyright © Вотинов Г.Н., Мальцев Д.В., Репецкий Д.С., 20212021Вотинов Г.Н., Мальцев Д.В., Репецкий Д.С.Votinov G.N., Maltsev D.V., Repetsky D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1346

Введение. Обеспечение безотказной работы автомобильного транспорта является одной из приоритетных задач. Функционирование двигателя внутреннего сгорания, важнейшего агрегата, невозможно без корректной работы топливных форсунок. Современная электромагнитная форсунка является достаточно надежным элементом двигателя, однако может быстро выйти из строя при использовании некачественного топлива. Постоянный контроль технического состояния форсунок при помощи встроенных систем диагностики автомобиля позволит предотвратить такие негативные последствия, как перерасход топлива, образование вредных веществ в отработавших газах, ухудшение тягово-скоростных характеристик транспортного средства.Материалы и методы. Исследования проводились методом физического моделирования, разработан лабораторный стенд, имитирующий работу топливной системы двигателя. В качестве объекта выбрана форсунка Bosch0280 158 996, управление которой осуществлялось при помощи электронного блока на базе Arduino. Проведена серия однофакторных экспериментов, по результатам которых построена зависимость скорости падения давления от загрязненности сопла форсунки.Результаты. Определен допустимый норматив скорости падения давления при работе электромагнитной форсунки, позволяющий однозначно определять её техническое состояние (исправна/неисправна). Предложен алгоритм проверки форсунок, а также способ его реализации на современных легковых автомобилях.Обсуждение и заключение. Полученная зависимость качественно совпадает с результатами исследований других авторов. Существует успешный опыт внедрения подобных алгоритмов на современных автомобилях. Внедрение результатов исследования позволит своевременно выявлять неисправные (загрязненные) электромагнитные форсунки и предотвратить негативное воздействие как на детали двигателя, так и на экологию.

Introduction. Ensuring the trouble-free operation of road transport is one of the priority tasks. The functioning of the internal combustion engine, the most important unit, is impossible without the correct operation of the fuel injectors. A modern electromagnetic nozzle is a fairly reliable element of the engine, however, it can quickly fail when using low-quality fuel. Constant monitoring of the technical condition of the injectors with the help of builtin vehicle diagnostics systems will prevent such negative consequences as fuel overspending, the formation of harmful substances in the exhaust gases, deterioration of the traction and speed characteristics of the vehicle.Materials and methods. The research was carried out by the method of physical modelling, a laboratory stand was developed that simulates the operation of the engine fuel system. As an object, the Bosch 0280 158 996 nozzle was selected, which was controlled using an Arduino-based electronic unit. A series of one-factor experiments was carried out, according to the results of which the dependence of the pressure drop rate on the contamination of the nozzle was constructed.Results. The permissible standard of the pressure drop rate during the operation of the electromagnetic nozzle is determined, which allows unambiguously determining its technical condition (serviceable/not serviceable). An algorithm for checking injectors is proposed, as well as a method for its implementation on modern passenger cars.Discussion and conclusion. The obtained dependence qualitatively coincides with the results of studies by other authors. There is a successful experience of implementing such algorithms on modern cars. The implementation of the research results will allow timely detection of faulty (contaminated) electromagnetic injectors and prevent negative effects on both engine parts and the environment.

электромагнитная форсункадиагностикалегковой автомобильбензиновый двигатель внутреннего сгораниязагрязнение форсунокelectromagnetic nozzlediagnosticspassenger cargasoline internal combustion enginenozzle contaminationReferencesМальцев Д.В., Пестриков С.А., Утробин В.Ю. Влияние условий эксплуатации на надежность грузовых автомобилей на базе шасси КамАЗ // Химия. Экология. Урбанистика. 2019. Т2. С. 129–133.Mal’cev D.V., Pestrikov S.A., Utrobin V.YU. Vliyanie uslovij ekspluatacii na nadezhnost’ gruzovyh avtomobilej na baze shassi KamAZ [The influence of operating conditions on the reliability of trucks based on the KAMAZ chassis].Chemistry. Ecology. Urban studies, 2019, 2: 129-133 (In Russian)Шаихов Р.Ф. Анализ показателей надежности коробок отбора мощности грузовых автомобилей // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. № 4. С. 67–73.SHaihov R.F. Analiz pokazatelej nadezhnosti korobok otbora moshchnosti gruzovyh avtomobilej [Analysis of reliability indicators of power take-off boxes of trucks].Transport. Transport facilities. Ecology, 2019, 4: 67-73 (In Russian)Шаихов Р.Ф. Определение остаточного ресурса деталей навесного оборудования специальных автомобилей // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. № 3. С. 83–88.SHaihov R.F. Opredelenie ostatochnogo resursa detalej navesnogo oborudovaniya special’nyh avtomobilej [Determination of the residual life of the parts of the attachments of special vehicles].Transport. Transport facilities. Ecology,2019, 3: 83-88 (In Russian)Шаихов Р.Ф. Контроль производственного персонала на автотранспортном предприятии // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. №3. С. 89–95.SHaihov R.F. Kontrol’ proizvodstvennogo personala na avtotransportnom predpriyatii [Control of production personnel at a motor transport enterprise]. Transport. Transport facilities. Ecology,2019, 3: 89-95 (In Russian)Васильев А.В., Березюков Д.С. Совершенствование диагностирования электромагнитных форсунок бензиновых двигателей на основе оценки их динамической производительности // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10: Инновационная деятельность. 2012. № 6. С. 11–15.Vasil’ev A. V., Berezyukov D. S. Sovershenstvovanie diagnostirovaniya elektromagnitnyh forsunok benzinovyh dvigatelej na osnove ocenki ih dinamicheskoj proizvoditel’nosti [Improving the diagnosis of electromagnetic injectors of gasoline engines based on the assessment of their dynamic performance].Bulletin of the Volgograd State University. Series 10: Innovative activity, 2012, 6: 11-15 (In Russian)Васильев А.В., Березюков Д.С. Совершенствование диагностики топливных форсунок поршневых двигателей с распределенным впрыском топлива // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2011. № 8(81). С. 20–23.Vasil’ev A. V., Berezyukov D. S. Sovershenstvovanie diagnostiki toplivnyh forsunok porshnevyh dvigatelej s raspredelennym vpryskom topliva [Improvement of diagnostics of fuel injectors of piston engines with distributed fuel injection ].Proceedings of the Volgograd State Technical University, 2011, 8(81): 20-23 (In Russian)Jin, Y., Qiao, X., Gu, C., Guo, H., & Ning, C. A method for fault diagnosis of fuel injector of diesel engine based on res-CNN and fuel pressure wave. Qiche Gongcheng/Automotive Engineering. 2021. 43(6). pp. 943-951. doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.019Jin, Y., Qiao, X., Gu, C., Guo, H., & Ning, C. A method for fault diagnosis of fuel injector of diesel engine based on res-CNN and fuel pressure wave //Qiche Gongcheng/Automotive Engineering. 2021, 43(6): 943-951. doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.019Wang, J. -., Wang, Z. -., Ma, X. -., & Yuan, Z. Decoupling and diagnosis of multi-fault of diesel engine fuel system. Kongzhi Yu Juece/Control and Decision. 2019. 34(10). pp. 2249-2255. doi:10.13195/j.kzyjc.2018.0264Wang, J. -., Wang, Z. -., Ma, X. -., & Yuan, Z Decoupling and diagnosis of multi-fault of diesel engine fuel system //Kongzhi Yu Juece/Control and Decision. 2019, 34(10), pp. 2249-2255. doi:10.13195/j.kzyjc.2018.026Gong, W., Chen, H., Zhang, M., & Zhang, Z. Intelligent diagnosis method for incipient fault of motor bearing based on deep learning. Yi Qi Yi Biao Xue Bao/Chinese Journal of Scientific Instrument. 2020. 41(1).pp. 195-205. doi:10.19650/j.cnki.cjsi.J1905073Gong, W., Chen, H., Zhang, M., & Zhang, Z. Intelligent diagnosis method for incipient fault of motor bearing based on deep learning //Yi Qi Yi Biao Xue Bao/Chinese Journal of Scientific Instrument. 2020, 41(1): 195-205. doi:10.19650/j.cnki.cjsi.J1905073Stoeck, T. Analytical methodology for testing common rail fuel injectors in problematic cases. Diagnostyka. 2021. 22(2). pp. 47-52. doi:10.29354/DIAG/135999Stoeck, T. Analytical methodology for testing common rail fuel injectors in problematic cases //Diagnostyka. 2021, 22(2): 47-52. doi:10.29354/DIAG/135999Kluczyk, M., & Grządziela, A. Vibration diagnostics of common rail injectors. Journal of Marine Engineering and Technology. 2021. 16(4). pp. 177-184. doi:10.1080/20464177.2017.1387088Kluczyk, M., & Grządziela, A. Vibration diagnostics of common rail injectors //Journal of Marine Engineering and Technology. 2021, 16(4): 177-184. doi:10.1080/20464177.2017.1387088 (In Eng.)Stoeck, T., Osipowicz, T., & Abramek, K. F. Methodology for the repair of denso common rail solenoid injectors. [Metodyka naprawy wtryskiwaczy elektromagnetycznych układów zasilania Common Rail Denso] Eksploatacja i Niezawodnosc. 2014. 16(2).pp. 270-275Stoeck, T., Osipowicz, T., & Abramek, K. F. Methodology for the repair of denso common rail solenoid injectors. [Metodyka naprawy wtryskiwaczy elektromagnetycznych układów zasilania Common Rail Denso] Eksploatacja i Niezawodnosc. 2014, 16(2): 270-275Sarwar, A., Sankavaram, C., & Lu, X. Diagnosis and prognosis of fuel injectors based on control adaptation. Paper presented at the Proceedings of the Annual Conference of the Prognostics and Health Management Society, PHM. 2017. pp. 467-476.Sarwar, A., Sankavaram, C., & Lu, X. Diagnosis and prognosis of fuel injectors based on control adaptation //Paper presented at the Proceedings of the Annual Conference of the Prognostics and Health Management Society, PHM. 2017: 467-476Mohapatra, C. K., Schmidt, D. P., Sforozo, B. A., Matusik, K. E., Yue, Z., Powell, C. F., Martínez, M. Collaborative investigation of the internal flow and near-nozzle flow of an eight-hole gasoline injector (engine combustion network spray G). International Journal of Engine Research. 2020 doi:10.1177/1468087420918449Mohapatra, C. K., Schmidt, D. P., Sforozo, B. A., Matusik, K. E., Yue, Z., Powell, C. F., Martínez, M. Collaborative investigation of the internal flow and near-nozzle flow of an eight-hole gasoline injector (engine combustion network spray G) //International Journal of Engine Research. 2020 doi:10.1177/1468087420918449Medina, M., Fatouraie, M., & Wooldridge, M. High-speed imaging studies of gasoline fuel sprays at fuel injection pressures from 300 to 1500 bar. SAE Technical Papers. 2018-April doi:10.4271/2018-01-0294Medina, M., Fatouraie, M., & Wooldridge, M. High-speed imaging studies of gasoline fuel sprays at fuel injection pressures from 300 to 1500 bar //SAE Technical Papers. 2018-April doi:10.4271/2018-01-0294Ishima, T., Sukena, R., Obokata, T., Kawachi, K., & Kobayashi, K. Study on diagnostic methods to evaluate the relationship between fuel injection pattern and spray characteristics at the swirl nozzle injector. Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, B Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. 2003. Part B, 69(678). pp. 504-511. doi:10.1299/kikaib.69.504Ishima, T., Sukena, R., Obokata, T., Kawachi, K., & Kobayashi, K. Study on diagnostic methods to evaluate the relationship between fuel injection pattern and spray characteristics at the swirl nozzle injector //Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. 2003, Part B, 69(678), pp. 504-511. doi:10.1299/kikaib.69.504Dong, X., Yang, J., Hung, D. L. S., Li, X., & Xu, M. Effects of flash boiling injection on in-cylinder spray, mixing and combustion of a spark-ignition direct-injection engine. Proceedings of the Combustion Institute. 2019. 37(4). pp. 4921-4928. doi:10.1016/j.proci.2018.09.014Dong, X., Yang, J., Hung, D. L. S., Li, X., & Xu, M. Effects of flash boiling injection on in-cylinder spray, mixing and combustion of a spark-ignition direct- injection engine //Proceedings of the Combustion Institute. 2019, 37(4), pp. 4921-4928. doi:10.1016/j.proci.2018.09.014Hwang, J., Weiss, L., Karathanassis, I. K., Koukouvinis, P., Pickett, L. M., & Skeen, S. A. Spatio-temporal identification of plume dynamics by 3D computed tomography using engine combustion network spray G injector and various fuels. Fuel. 2020.280 doi:10.1016/j.fuel.2020.118359Hwang, J., Weiss, L., Karathanassis, I. K., Koukouvinis, P., Pickett, L. M., & Skeen, S. A. Spatio-temporal identification of plume dynamics by 3D computed tomography using engine combustion network spray G injector and various fuels // Fuel. 2020, 280 doi:10.1016/j.fuel.2020.118359Yang, J., Xu, M., Hung, D. L. S., Wu, Q., & Dong, X. Influence of swirl ratio on fuel distribution and cyclic variation under flash boiling conditions in a spark ignition direct injection gasoline engine. Energy Conversion and Management. 2017. 138. pp. 565-576. doi:10.1016/j.enconman.2017.02.024Yang, J., Xu, M., Hung, D. L. S., Wu, Q., & Dong, X. Influence of swirl ratio on fuel distribution and cyclic variation under flash boiling conditions in a spark ignition direct injection gasoline engine //Energy Conversion and Management. 2017, 138, pp. 565-576. doi:10.1016/j.enconman.2017.02.024Costa, M., Sorge, U., Merola, S., Irimescu, A., La Villetta, M., & Rocco, V. Split injection in a homogeneous stratified gasoline direct injection engine for high combustion efficiency and low pollutants emission. Energy. 2016. 117. pp. 405-415. doi:10.1016/j.energy.2016.03.065Costa, M., Sorge, U., Merola, S., Irimescu, A., La Villetta, M., & Rocco, V. Split injection in a homogeneous stratified gasoline direct injection engine for high combustion efficiency and low pollutants emission //Energy. 2016, 117, pp. 405-415. doi:10.1016/j.energy.2016.03.065Mohan, B., Du, J., Sim, J., & Roberts, W. L. Hydraulic characterization of high-pressure gasoline multi-hole injector. Flow Measurement and Instrumentation. 2018. 64. pp. 133-141. doi:10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.017Mohan, B., Du, J., Sim, J., & Roberts, W. L. Hydraulic characterization of high-pressure gasoline multi-hole injector //Flow Measurement and Instrumentation. 2018, 64, pp. 133-141. doi:10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.017Cavicchi, A., Sparacino, S., Berni, F., Postrioti, L., & Fontanesi, S. Evaluation of the single jet flow rate for a multi-hole GDI nozzle. Paper presented at the AIP Conference Proceedings. 2019. 2191 doi:10.1063/1.5138776Cavicchi, A., Sparacino, S., Berni, F., Postrioti, L., & Fontanesi, S. Evaluation of the single jet flow rate for a multi-hole GDI nozzle //Paper presented at the AIP Conference Proceedings. 2019, 2191 doi:10.1063/1.5138776Gritsenko, A., Shepelev, V., Zadorozhnaya, E., & Shubenkova, K. Test diagnostics of engine systems in passenger cars. FMETransactions. 2020. 48(1). pp. 46-52. doi:10.5937/fmet2001046GGritsenko, A., Shepelev, V., Zadorozhnaya, E., & Shubenkova, K. Test diagnostics of engine systems in passenger cars //FME Transactions. 2020, 48(1),pp. 46-52. doi:10.5937/fmet2001046GОвчинников Г.В., Козлов С.А. Влияние загрязнений электромагнитных форсунок на их показатели // Электроника и электрооборудование транспорта. 2007. № 4. С. 45–46.Ovchinnikov G.V., Kozlov S.A. Vliyanie zagryaznenij elektromagnitnyh forsunok na ih pokazateli [Theinfluenceofcontaminationofelectromagneticinjectorsontheirperformance].Electronics and electrical equipment of transport. 2007, 4: 45–46 (In Russian)Макушев Ю.П., Филатов А.В., Михайлова Л.Ю. Методика диагностики топливной аппаратуры дизеля по изменению давления на входе в форсунку и движения иглы // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2012. Т.1. С. 347–354.Makushev, YU. P., Filatov A. V., Mihajlova L. YU. Metodika diagnostiki toplivnoj apparatury dizelya po izmeneniyu davleniya na vhode v forsunku i dvizheniya igly [The method of diagnostics of diesel fuel equipment by changing the pressure at the inlet to the nozzle and the movement of the needle].Modernization and scientific research in the transport complex. 2012, 1: 347-354 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.