Анализ методов диагностирования датчика массового расхода воздуха

Методика диагностирования ДМРВ заключается в проверке датчика на режиме холостого хода и в режиме резкого набора оборотов на неподвижном автомобиле. Диагностирование осуществляется при помощи сканера. Исправный датчик на холостых оборотах должен показать  и при резком наборе оборотов, максимальные показания, должны быть более . Чем большее значение выдает датчик, тем лучше.

Недостатком этого метода является:

- необходимо довольно резко нажимать педаль газа, что требует некой сноровки от диагноста. При плавном наборе оборотов, датчик выходит на нормальные показания, но при этом остается неисправным.

- невозможно отследить погрешности, вносимые в измерения от других элементов двигателя.

Методика оценки напряжения датчика после переходных процессов связанных с включением зажигания заключается в следующем. Напряжение после переходного процесса указывает на отклонение показаний прошедшего воздуха от нормы. Для исправного датчика этот параметр должны быть . Любое отклонение от  В в большую или меньшую сторону является отклонением от нормы.

Методика оценки времени переходных процессов связанных с включением зажигания имеет следующие особенности. Если ДМРВ будет иметь большое время реакции, то контроллер не сможет отследить начало изменения количества потока воздуха, что приведет к "провалу" в момент разгона двигателя.

Экспериментальным путем было выявлено, что для датчиков фирмы BOSCH, существует прямая зависимость между скоростью реакции и временем переходного процесса при подаче питания на сам датчик.

 

Рисунок 7.9 - Сравнительная характеристика датчиков – исправного и с большим временем реакции: 1 - исправный датчик; 2 - датчик с большим временем реакции.

 

Методика измерения максимального значения напряжения выходного сигнала датчика расхода воздуха при резкой перегазовке применима только в том случае, если педаль акселератора диагностируемого двигателя соединена с дроссельной заслонкой механически (при помощи троса / рычагов) и только для атмосферных двигателей (диагностируемый двигатель не оснащён турбиной / компрессором).

В момент резкой перегазовки происходит следующее. При работе двигателя на оборотах холостого хода без нагрузки, заполняющий впускной коллектор воздух, сильно разрежён, так как приток воздуха во впускной коллектор ограничен дроссельной заслонкой и клапаном холостого хода. Абсолютное давление во впускном коллекторе при этом ниже атмосферного на . Масса заполняющего коллектор разрежённого воздуха незначительна. При резком открытии дроссельной заслонки, воздух резко устремляется через открытую дроссельную заслонку во впускной коллектор и быстро заполняет объём коллектора до тех пор, пока абсолютное давление в нём не достигнет значения близкого к атмосферному. Этот процесс происходит очень быстро, вследствие чего поток воздуха через датчик расхода воздуха достигает значений близких к максимальным. После того как абсолютное давление во впускном коллекторе достигнет близкого к атмосферному, величина потока протекающего через датчик воздуха становится пропорциональной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Напряжения выходного сигнала исправного датчика массового расхода воздуха сразу после резкого открытия дроссельной заслонки должно кратковременно возрасти до значения не менее.

 

 

Рисунок 7.10 - Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного BOSCH HFM5 при резкой перегазовке.

 

В случае значительного загрязнения чувствительного элемента датчика, скорость реакции датчика снижается, и форма осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика становится несколько "сглаженной". Отложившиеся на чувствительном элементе датчика загрязнения образуют теплоизолятор, снижающий интенсивность охлаждения чувствительного элемента датчика, что приводит к уменьшению тока подогрева и выходного сигнала датчика (соответственно, уменьшается и количество подаваемого в цилиндры топлива).

 Вследствие снижения скорости реакции, способность датчика регистрировать быстрые изменения величины и направления потока воздуха ухудшается. Как следствие, после резкого открытия дроссельной заслонки, напряжение выходного сигнала такого датчика уже "не успевает" достичь значения .

 

Рисунок 7.11- Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5 при резкой перегазовке.

 Тестер проверки датчиков массового расхода воздуха ТРВ-2

Тестер ТРВ-2 (рис.7.12) предназначен для диагностики систем питания воздухом инжекторных двигателей автомобилей ГАЗ, ВАЗ, УАЗ, а также импортных автомобилей, в составе которых применяются датчики массового расхода воздуха (ДМРВ). ДМРВ, являясь одним из основных и наиболее дорогих датчиков электронной системы управления двигателем (ЭСУД), оказывает наибольшее влияние на мощностные показатели двигателя и эксплуатационный расход топлива. Вследствие жестких условий воздействия: горячего масла, пыли и абразивных частиц — происходит постепенное разрушение чувствительного элемента ДМРВ, и, как следствие, смещение его выходной характеристики относительно эталонной, определить которое с помощью диагностического сканера-тестера можно только качественно, то есть при отказе ДМРВ.

Тесты по проверке отказавших ДМРВ показали, что наиболее типичное отклонение выходной характеристики для пленочных ДМРВ HFM5-7 BOSCH составляет от 20% до 40%. На основании этих исследований можно сделать вывод, что контроллер ЭСУД даже при наличии датчика кислорода не может по вполне объективным причинам, а их может быть достаточно много, идентифицировать код неисправности ЭСУД, причиной которого является «уход» выходной характеристики ДМРВ относительно эталонной менее 20%.

«Сползание» характеристики ДМРВ приводит не только к ухудшению топливной экономичности и приемистости двигателя, но и к более интенсивному износу (перегреву) нейтрализатора (катализатора) отработавших газов, работающего на переобедненных топливовоздушных смесях.

 

Рисунок 7.12 - Тестер проверки датчиков массового расхода воздуха ТРВ-2.

   

Тестер позволяет контролировать параметры и проверять следующие ДМРВ с аналоговым выходным сигналом в диапазоне :

- ДМРВ пленочного типа HFM-4.7 BOSCH:0280218004, 0280218037, 0280218116;

- ДМРВ пленочного типа HFM62C/11 SIEMENS (аналоги 20.3855 ДМРВ-П);

- ДМРВ нитевого типа HLM2-4.7 BOSCH: 0280212014 (аналог ДМРВ-М) и 0280212022 (аналог ДМРВ-УМ).

Основные функции ТРВ-2:

- проверка эксплуатируемого ДМРВ;

- прожиг ДМРВ нитевого типа;

- контроль массового расхода воздуха, потребляемого двигателем, и его пульсацией в бортовых условиях;

- калибровка измерительных каналов.

ТРВ-2 позволяет контролировать и рассчитывать следующие параметры по двум каналам измерения (эталонный и контролируемый):

- средний расход воздуха (кг/ч);

- максимальный и минимальный пиковый расход воздуха (кг/ч);

- максимальный размах пульсаций за период наблюдения (кг/ч);

- абсолютная разница между усредненными показаниями ДМРВ (кг/ч);

- относительная разница между усредненными показаниями ДМРВ (%);

- среднее напряжение выходного сигнала (мВ).

Проверка ДМРВ проводится с целью выявить относительное (в %) отклонение фактической выходной характеристики эксплуатируемого ДМРВ от эталонной, заданной по ТУ. В случае превышения порога отклонений может быть принято решение о браковке эксплуатируемого ДМРВ и замене его на исправный. Характеристику вновь устанавливаемого на автомобиль ДМРВ можно также проверить с помощью ТРВ-2.

Проверка ДМРВ выполняется на продувочном устройстве с применением рабочего эталона ДМРВ, входящего в комплект прибора, по методике, отработанной экспериментально для автосервиса, с точностью   обеспечиваемой за счет усреднения результатов высокоскоростного измерения сигналов ДМРВ (до ) в циклах поверки, проводимых в течение не менее , то есть примерно по  измерений на каждый цикл поверки.

Каждый тип (исполнение) ДМРВ, имеет свою уникальную выходную характеристику. Эталонные выходные характеристики ДМРЗ записаны в постоянную память тестера. Выходная характеристика ДМРВ ) имеет вид, приведенный на рис.10.13. Приведенная зависимость носит нелинейный характер, наибольшая чувствительность ДМРВ имеет в зоне расхода воздуха 0...120 кг/ч.

 

 

Рисунок 7.13- Выходная характеристика ДМРВ пленочного типа (HFM-4.7 BOSCH):

G – массовый расход воздуха, кг/ч; U - выходное напряжение ДМРВ.

Поток воздуха, поступающий в двигатель, носит пульсирующий характер, причем амплитуда пульсаций выходного сигнала ДМРВ зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель, которая, в свою очередь, пропорциональна массовому расходу воздуха, то есть, чем больше измеряемый расход воздуха, тем, как правило, больше нагружен двигатель и выше пульсации потока воздуха.

Характер пульсирующего потока воздуха обусловлен цикловой работой четырехтактного двигателя и проиллюстрирован на рис.10.14. На режимах повышенной мощности возникает обратный пульсирующий поток воздуха (от двигателя), на который ДМРВ реагируют с меньшей чувствительностью, но практически аналогично воздействию прямого потока. Этот недостаток ДМРВ, реализованных на термоанемометрическом принципе, не позволяет с достаточной точностью измерить массовый расход воздуха, потребляемый двигателем, на более чем 30% его режимной области. В контроллерах ЭСУД это ограничение устраняется путем экспериментального подбора калибровок или за счет применения датчика кислорода в цепи обратной связи, управляющей топливоподачей.

Диапазон поверки ДМРВ зависит от типа применяемого устройства для продувки ДМРВ. При напряжении электропитания 7,5...9В точность ДМРВ, указанная в ТУ, обеспечивается только в диапазоне 8...140 кг/ч.

 

 

Рисунок 7.14 - Характеристика пульсирующего потока воздуха:  - текущий расход воздуха, кг/ч;  - текущее время, с;  - интервал усреднения параметров, с;  - интервал наблюдения параметров, с;  - минимальный пиковый расход воздуха в течение  - интервала наблюдения, кг/ч;  - максимальный пиковый расход воздуха в течение -интервала наблюдения, кг/ч;  - среднее значение расхода воздуха за интервал усреднения параметров, кг/ч.

 

Удовлетворительная точность упрощенной поверки эксплуатируемых ДМРВ в условиях СТО может быть обеспечена путем длительного усреднения результатов высокоскоростного измерения сигналов ДМРВ в двух циклах инверсной установки - поверки эталонного и контролируемого ДМРВ.

Эта методика отработана экспериментально и позволяет в значительной мере нивелировать основные негативные факторы при измерении расхода воздуха: колебания напряжения питания устройства продувки ДМРВ, различное аэродинамическое сопротивление ДМРВ и их воздухопроводов, зависимость показаний датчика от положения и порядка его установки (до эталона или после него), а также от длины и сечения соединительных шлангов.

Для проверки эксплуатируемый датчик ДМРВ-К снимается с автомобиля, подключается к прибору и продувается на стендовой приставке ТРВ-2 по определенной методике с использованием рабочего эталона ДМРВ-Э, входящего в комплект прибора.

 

Выводы

Наиболее частая причина неисправностей ЭСУД — отсутствие или недопустимо большое изменение сигнала (напряжения) какого-либо из датчиков системы. Одним из слабых звеньев ЭСУД является датчик массового расхода воздуха, по сигналам которого регулируется цикловая подача топлива и на долю которого приходится 17,6% неисправностей ЭСУД. При этом ухудшаются динамические и экологические качества автомобиля, увеличивается расход топлива.

Датчик массового расхода воздуха является задающим для работы ДВС и обеспечивает его оптимальную работу. Технологических изъянов у неисправных датчиков не наблюдается, а вот конструктивные его особенности легко увязываются с характером выхода из строя данного элемента. Чувствительный элемент, помещенный в поток поступающего в двигатель воздуха, предъявляет высокие требования к чистоте воздуха, которые не всегда можно обеспечить.

При эксплуатации автомобильного двигателя регулировка топливоподачи осуществляется по сигналам ДМРВ согласно программе ЭБУ. С увеличением наработки временем в рабочих полостях ДМРВ образуются отложения, возникают отклонения в работе отдельных элементов датчика, что приводит к неправильному измерению расхода поступающего в двигатель воздуха. Явление это происходит практически незаметно, как и потеря мощностных и экономических показателей работы двигателя.

Отказы ДМРВ приводят к нарушению нормальной работы системы впрыска топлива, что отражается на работе двигателя и, следовательно, на его выходных параметрах. Владельцы автомобилей, используя бортовые системы контроля, как правило, не могут определить неисправность в работе ДМРВ. Для выявления причин снижения показателей качества, требуется проведение диагностических работ.

Задача диагностических приборов едина, они призваны предоставить оператору максимум достоверной информации о состоянии систем двигателя. Этим их единство и ограничивается, поскольку характер, состав и способ получения информации каждого из приборов — различны.

Существующие методы и средства диагностирования элементов ЭСУД можно выделить в следующие группы:

1) диагностирование ЭСУД функцией самодиагностики ЭБУ;

2) диагностирование ЭСУД с использованием диагностических приборов и стендов.

Система расчета поступающего воздуха двигателя является невосстанавливаемой системой. Для диагностирования невосстанавливаемых объектов необходимо и достаточно знать критерий, по которому можно определить одно из двух состояний объекта: исправное или неисправное. Для восстановления ДМРВ необходимо первоначально определить отказавший в объекте элемент, который, в свою очередь, является невосстанавливаемым объектом. В литературе обычно ДМРВ принято считать невосстанавливаемым объектом. Однако, как показала практика эксплуатации, практически в 90% случаев при неисправности ДМРВ достаточно проведение работ по очистке термоанемометрического элемента. Поэтому будем считать ДМРВ восстанавливаемым объектом.

Важным условием обеспечения безотказной работы автомобиля является проведение профилактических работ по определению остаточного ресурса.

Проведение полного комплекса работ по диагностике технического состояния ДМРВ связано с определенными трудностями:

- необходим демонтаж ДМРВ с автомобиля;

- наличие сложного и дорогостоящего диагностического стенда;

- работы по диагностике ДМРВ требуют значительных затрат времени.

Вышеперечисленные факторы делают затруднительным диагностирование работоспособности ДМРВ при эксплуатации автомобиля. Для небольших СТО необходим стенд получения данных о состоянии ДМРВ не требующий значительных затрат времени и средств.

Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1) Существующие методы определения работоспособности ДМРВ либо являются дорогостоящими, либо не дают достоверной информации, что не позволяет сделать качественную диагностику работоспособности ДМРВ доступной.

2) В условиях небольших СТО необходим стенд диагностирования ДМРВ недорогой, не требующих значительных затрат времени, обеспечивающий достаточную достоверность при наличии уже имеющегося оборудования.

3) В условиях трудности определения структурных параметров ДМРВ нужен метод диагностирования работоспособности ДМРВ по косвенным признакам.

Задача: создать диагностический стенд, позволяющий произвести полный цикл приемосдаточных испытаний ДМРВ в соответствии с рекомендациями ТУ. В ходе испытаний на стенде производится сравнение характеристик эталонного и проверяемого ДМРВ и делается вывод о возможности или невозможности дальнейшей эксплуатации данного проверяемого датчика.

 

Экономический раздел

 

Экономический раздел ВКР состоит в расчете затрат на осуществляемые мероприятия на заданном участке АТП или СТОА согласно утвержденной темы. Необходимо рассчитать, например, себестоимость ремонта, стоимость одного нормо-часа и определить срок окупаемости инвестиций. Экономический эффект от мероприятий конструкторской и исследовательской частей выпускной работы выполняется согласно рекомендациям консультанта по экономическому разделу в каждом случае индивидуально.

Повышение эффективности инвестиций – одна из основных целей экономического развития страны. Одним из путей достижения этой цели является развитие научно-технического прогресса, вскрытие и использование на предприятиях резервов и разработка мероприятий, направленных на снижение транспортных издержек в народном хозяйстве.

Механизмом решения этой проблемы является реконструкция и техническое перевооружение производственно-технической базы (ПТБ) и отдельных участков автотранспортных предприятий или применение современных проектно-технологических решений на СТОА.

В ВКР определяется целесообразность проведения нововведений в подразделениях АТП (или СТОА), изучается возможность использования их производственных площадей для ремонта и обслуживания подвижного состава сторонних организаций и индивидуальных владельцев на коммерческой основе. Конечным результатом работы является определение стоимости одного нормо-часа ремонтных работ или услуг по ТО и расчет срока окупаемости инвестиций в проект реконструкции.

Задание (пример): на основании исходных данных, выданных руководителей раздела ВКР, рассчитать себестоимость ремонтных работ на участке и определить стоимость одного нормо-часа при оказании услуг сторонним предприятиям и частным лицам.

Исходные данные

№ п/п	Наименование показателей	Условное обозначение	Значение
1	Марка автомобилей	-
2	Списочное количество автомобилей	Ас
3	Среднесуточный пробег, км	lсс
4	Коэффициент выпуска	aв
5	Годовая трудоемкость выполняемых работ, чел-ч.	Т
6	Площадь участка, м2	F
7	Высота, м	h
8	Фонд рабочего времени, ч	Фр
10	Число рабочих дней в году	Др
11	Продолжительность смены, ч	Тсм
12	Количество смен	nсм	1