Контроль состояния электромагнитных топливных форсунок бензиновых двигателей с системами распределенного впрыска топлива

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.

1. Мальцев 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.

2. Шаихов Р.Ф. Анализ показателей надежности коробок отбора мощности грузовых автомобилей // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. № 4. С. 67–73.

3. Шаихов Р.Ф. Определение остаточного ресурса деталей навесного оборудования специальных автомобилей // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. № 3. С. 83–88.

4. Шаихов Р.Ф. Контроль производственного персонала на автотранспортном предприятии // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2019. №3. С. 89–95.

5. 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.

6. 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.

7. 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.2021.06.019

8. Wang, 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.2018.0264

9. Gong, 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.J1905073

10. Stoeck, T. Analytical methodology for testing common rail fuel injectors in problematic cases. Diagnostyka. 2021. 22(2). pp. 47-52. doi:10.29354/DIAG/135999

11. Kluczyk, M., & Grządziela, A. Vibration diagnostics of common rail injectors. Journal of Marine Engineering and Technology. 2021. 16(4). pp. 177-184. doi:10.1080/20464177.2017.1387088

12. 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. 270-275

13. 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. pp. 467-476.

14. Mohapatra, 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:10.1177/1468087420918449

15. Medina, 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:10.4271/2018-01-0294

16. Ishima, 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.69.504

17. Dong, 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.2018.09.014

18. Hwang, 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.2020.118359

19. Yang, 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.2017.02.024

20. Costa, 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.2016.03.065

21. Mohan, 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.2018.10.017

22. Cavicchi, 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:10.1063/1.5138776

23. Gritsenko, 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/fmet2001046G

24. Овчинников Г.В., Козлов С.А. Влияние загрязнений электромагнитных форсунок на их показатели // Электроника и электрооборудование транспорта. 2007. № 4. С. 45–46.

25. 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.