Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса 8
1.1 Классификация автомобильного электрооборудования по поколениям 8
1.2 Классификация электронных систем управления двигателем 9
1.3 Построение функциональной схемы электронной системы управления двигателем 12
1.4 Оценка закономерности влияния состояния элементов системы впрыска топлива на эксплуатационные показатели автомобилей 13
1.5 Методы и средства диагностирования ЭСУД 19
1.6 Методы определения мощности двигателя внутреннего сгорания 23
1.7 Выводы по первой главе 24
1.8 Цель и задачи исследования 25
2 Теоретическое обоснование формирования системы диагностирования электронных систем управления автомобильных двигателей 26
2.1 Методика оценки состояния ЭСУД комплексными показателями 26
2.2 Обоснование построения многоуровневой системы и технологии диагностирования двигателей с ЭСУД 31
2.3 Совершенствование методики получения комплексных показателей (мониторинг) ДВС 31
2.4 Методика определения функционирования подсистем ЭСУД 38
2.4.1 Теоретическое обоснование логического процесса постановки диагноза подсистем ЭСУД 38
2.4.2 Теоретическое обоснование диагностирования по оценке расстояния в пространстве признаков 41
2.5 Методика определение состояния элементов ЭСУД 44
3 Методика экспериментального исследования многоуровневой системы диагностирования ЭСУД 47
3.1 Общая методика проведения экспериментальных исследований 47
3.2 Методика оценки комплексных показателей ДВС 48
3.3 Методика оценки функциональных подсистем ЭСУД 54
3.4 Методика диагностирования элементов ЭСУД 55
3.4.1 Методика оценки состояния датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) 56
3.4.2 Методика оценки состояния регулятора холостого хода (РХХ) 57
3.5 Оценка погрешности измерения при диагностировании прибором «Мотор тестер» 58
4 Экспериментальная проверка теоретических разработок по оценке многоуровневой технологии диагностирования двигателей с ЭСУД 60
4.1 Экспериментальная оценка комплексных показателей ДВС 60
4.2 Определение порогового значения распознавания комплексных показателей ДВС 63
4.3 Экспериментальная проверка методики оценки функциональных подсистем ЭСУД 68
4.4 Экспериментальная оценка методики диагностирования элементов ЭСУД 72
4.5 Оценка экономической эффективности многоуровневой технологии диагностирования двигателей с ЭСУД 74
Основные результаты и выводы 77
Список использованных источников 79
Приложения 86
- Построение функциональной схемы электронной системы управления двигателем
- Обоснование построения многоуровневой системы и технологии диагностирования двигателей с ЭСУД
- Методика оценки функциональных подсистем ЭСУД
- Экспериментальная проверка методики оценки функциональных подсистем ЭСУД
Введение к работе
Актуальность темы. Уровень автомобилизации мирового современного общества предъявляет повышенные требования к надежности автотранспортных средств, к обеспечению технико-экономических свойств и к снижению техногенного воздействия, прежде всего - выбросов вредных веществ в окружающую среду. Требования к экологической безопасности автомобиля в мировой практике сформулированы рядом законодательных актов. Мировое автомобилестроение в настоящее время отказалось от использования несовершенных систем питания двигателей внутреннего сгорания карбюраторного типа и использует электронные системы управления режимами двигателя.
С целью повышения качества, топливной экономичности, экологической чистоты и конкурентоспособности отечественных автомобилей производители (заводы ГАЗ, ВАЗ) оснащают двигатели электронными системами управления (ЭСУД).
Построение функциональной схемы электронной системы управления двигателем
Понимание работы электронных систем управления двигателя возможно на основании функциональной схемы работы данной системы. Авторы / б, 7, 56, 57, 58, 62, 64/ приводят функциональные взаимосвязи между блоками ЭСУД, частично описывают принципы программного обеспечения и математического аппарата ЭБУ. На рисунках 1.3 - 1.5 представлены функциональные схемы работы ЭСУД основанные на анализе научных трудов. На рисунках 1.4 и 1.5 приведены сокращения: 1) ДТОЖ - датчик температуры охлаждающей жидкости; 2) ДПКВ - датчик положения коленчатого вала; 3) ДПДЗ - датчик положения дроссельной заслонки; 4) РХХ - регулятор холостого хода; 5) ДД - датчик детонации; 6) ДК - датчик кислорода; 7) ДМРВ - датчик массового расхода воздуха; 8) XX - режим холостого хода; 9) УОЗ - угол опережения зажигания; 10) X - процент открытия дроссельной заслонки. Представленные таким образом схемы могут быть положены в основу разработки технологии диагностирования функциональных подсистем и элементов ЭСУД. Исследование эффективности работы двигателя ВАЗ 2111 в условиях реальной эксплуатации базируготся на статистических данных.
Для получения такой информации был проведен сбор данных по отказам и неисправностям автомобилей, находящихся в эксплуатации в г. Оренбурге. Для предварительного анализа отказов и неисправностей, возникающих в начале эксплуатации двигателя ВАЗ 2111, был проведен сбор статистического материала на СТО г. Оренбурга. Основные причины обращений клиентов на СТО представлены на рисунке 1.6. 1- неустойчивая работа или остановка на холостом ходу, 2- затрудненый запуск, 3- рывки или провалы, А- перебои в работе двигателя, 5- детонация, 6- задержки, провалы, подергивания, 7- недостаточная мощность и приемистость, 8-повышенный расход топлива, 9- повышенная токсичность или резкий запах, 10-непостоянные неисправности. Рисунок 1.6 Гистограмма распределения причин обращения клиентов на СТО Для более детального рассмотрения причин обращения клиентов на СТО был проведен дополнительный анализ причин с учетом влияния на работу двигателя системы впрыска легкого топлива.
В результате анализа были получены данные, представленные на рисунке 1.7. 1- свечи, 2- датчик положения дроссельной заслонки, 3- датчик массового расхода воздуха, 4- регулятор холостого хода, 5- модуль зажигания, 6- датчик кислорода, 7- датчик температуры, 8- регулятор топливного давления, 9- топливный насос, 10- датчик детонации, 11- прочие Рисунок 1.7 Гистограмма распределения неисправностей и отказов, с учетом влияния на работу двигателя системы впрыска легкого топлива Рассмотрим подробнее данную статистику: 1) высокий процент выхода из строя свечей зажигания объясняется тем, что применяемые заводом изготовителем свечи марки А17ДВРМ: во-первых, низкого качества, а во-вторых, не выдерживают условий работы системы зажигания. Но данные неисправности отходят на второй план при установке импортных свечей, которые увеличиваю ресурс данного элемента ДВС с 15 тыс. км до 60 тыс. км; 2) обращения клиентов по поводу неудовлетворительной работы датчика положения дроссельной заслонки сводятся в основном к датчикам, выпущенным до 2002 года. В данный момент завод изготовитель данного элемента улучшил и будет в дальнейшем совершенствовать технологию их производства, а это означает, что процент данных неисправностей будет неизбежно снижаться; 3) 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; 4) регулятор холостого хода один из важных элементов в управлении ДВС оснащенных ЭСУД. Проблемы, связанные с отказами РХХ, сводятся к воздуху, который через него проходит. Дело в том, что через РХХ проходит не только свежий заряд воздуха, но и картерные газы. Состав картерных газов очень влияет на работу РХХ, загрязняя его они приводят к неправильной работе, а иногда и к полному отказу элемента ЭСУД; 5) процент неисправностей, вызванный модулем системы зажигания, объясняется не качественными поставками на рынок партий данного элемента, происходящими время от времени. В целом МСЗ не вызывает нареканий. Остальные неисправности составляют невысокий процент обращения клиентов на СТО и, следовательно, их можно не рассматривать более подробно. Для определения функциональной связи отказов в работе ДМРВ и РХХ с нарушением эксплуатационных параметров, был сделан анализ статистических данных по эксплуатационным отказам, связанным с данными неисправностями. Все они (отказы) нарушают нормальную работу системы впрыска топлива, что отражается на работе двигателя и, естественно на эксплуатационных показателях автомобиля.
Обоснование построения многоуровневой системы и технологии диагностирования двигателей с ЭСУД
Применительно к нашей стране, широкое распространение на российском рынке автомобильной диагностики и стендового оборудования для автомобильных электронных систем получили отечественные сканеры, выпускаемые на протяжении восьми лет НПП «Новые технологические системы» (НПП «НТС»). Профессиональные диагностические сканеры-тестеры ДСТ-2М, ДСТ -10, ДСТ-8, ДСТ-6Т, Программа Мотор-тестер МТ-2 и МТ-4, адаптеры и приставки к ним приняты АО «Авто-ВАЗ» как универсальный диагностический инструмент для обслуживания всех систем управления двигателем автомобилей ВАЗ, ГАЗ, УАЗ.
Отечественные и импортные сканеры позволяют: Отображать в динамике параметры ЭБУ и параметры устройств ЭСУД, просматривать как в цифровом, так и в графическом виде до 16 параметров одновременно. Возможен одновременный просмотр информации с ЭБУ и устройств ЭСУД; Управлять исполнительными механизмами двигателя в процессе отображения параметров; Вести запись информации на диск с дискретизацией от 5 мск; Получать сведения об ошибках ЭБУ, паспортах ЭБУ, двигателя, калибровках, таблицах коэффициентов топливоподачи; Проводить испытания для определения механических потерь, скорости прогрева двигателя, цилиндрового баланса и др; Вести базу данных о клиентах, обнаруженных неисправностях; сохранять в базе графики параметров; Автоматически определять тип ЭБУ для ВАЗ и ГАЗ. Таким образом, о средствах диагностирования, применяемых в данный момент, можно сказать следующее: Способ получения и состав информации. Цифровые данные о параметрах системы управления. Считывание содержимого памяти блока управления по цифровой шине обмена. Область применения. Двигатели, имеющие управляющую электронику с развитой самодиагностикой. Специализированный прибор, широта охвата по моделям зависит от программного обеспечения
Достоинства. Максимально быстрое обнаружение отказов в системе управления двигателем, в том числе спорадического характера. Возможность воздействия на систему управления (сброс кодов, специальные режимы, перепрограммирование)
Недостатки. Невысокая степень универсальности. Объем полученной информации строго ограничен возможностями системы самодиагностики.
Анализируя методы диагностирования автомобиля и учитывая возможности оборудования применяемого для диагностирования ДВС с электронными системами управления двигателем можно предположить, что для получения системных характеристик наиболее подходят бестормозные методы проверки и ходовые испытания двигателей.
Известно несколько способов диагностирования автомобильных двигателей без применения нагрузочных стендов. Они позволяют по комплексным параметрам быстро дать объективную оценку состояния двигателя.
Получение технико-экономических показателей в стационарном режиме: 1) Диагностика способом отключения цилиндров двигателя предложена Н.С. Ждановским и А.Г. Николаенко. В качестве нагрузки используются меха нические потери данного двигателя при последовательном отключении цилиндров. Комплексными симптомами являются мощность и расход топлива каждого из цилиндров в отдельности. Остальные цилиндры в этот момент выключены специальным устройством / 34 /. 2) Диагностика по мгновенному измерению мощности осуществляет измерением эффективной мощности двигателя в целом. Сущность состоит в том, что тогашвоподачу увеличивают мгновенно до максимального значения и производят замер по методике разработанной в СибИМЭ /46/. В ездовом режиме: 1) Диагностика с применением формулы мощностного баланса автомобиля /43, 17 АВ результате анализа состояния вопроса по литературным источникам можно сделать вывод, что разработанные теоретические основы имеют фундаментальную значимость при решении задач поддержания работоспособности автотранспортных средств. Однако, сложившаяся инфраструктура автотранспортного комплекса имеют ряд нерешенных вопросов, к которым относятся: недостаточность теоретического обоснования технологии диагностирования двигателей с ЭСУД; используемые методики и оборудование для диагностирования функциональных подсистем и элементов ЭСУД не в полной мере позволяют оценить их техническое состояние; необходимость разработки, апробации и внедрения положений теории надежности и опыта диагностирования сложных систем, накопленного при эксплуатации ЭСУД. Анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель работы: повышение эффективности процессов диагностирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с электронными системами управления. Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследования: -теоретическое обоснование, постановка и решение задачи диагностирования ДВС на основе использования системного подхода и современных информационных технологий; разработка многоуровневой системы и технологии диагностирования двигателей с ЭСУД; совершенствование метода получения системных выходных показателей ДВС в зависимости от технического состояния ЭСУД; -разработка методики диагностирования функциональных подсистем ЭСУД; -разработка методики диагностирования элементов ЭСУД.
Методика оценки функциональных подсистем ЭСУД
Оценка производится по типовой программе «Мотор тестер» в стационарном режиме с выявлением цепи, в которой возникла неисправность. Во вкладке Ошибки программа позволяет просмотреть ошибки, возникшие за время работы программы. На экране отображаются: Код - код неисправности; Признаки ошибок: однократных, текущих, многократных или текущих, сохраненных - в зависимости от типа ЭБУ; Наименование - наименование неисправности; Сброс ошибок (Enter) - сбросить все накопленные до этого момента ошибки; Закрыть (Esc) - выход в основное меню программы. Однако, в ряде случаев типовая программа не отображает скрытые неисправности. Диагностические карты и описание проверок работоспособности, содержащиеся в руководствах по техническому обслуживанию и ремонту ЭСУД /56, 57, 58 /, служат для обнаружения неисправности цепи или элемента системы с помощью логики, построенной на методе исключения. Все руководства построены по единой схеме, в соответствии с которой проверка диагно стической цепи отсылает механика к определенным картам, а те в свою очередь могут отослать к другим.
Необходимость строго придерживаться последовательности, указанной в диагностических картах, не дает гарантии, что диагност найдет неисправность и не заменит исправный узел. В работе изучался набор признаков неисправностей автомобилей, оснащенных ЭСУД, поступающих на пост диагностики (193 автомобиля). Затем он подвергался анализу и приводился к какой-либо подсистеме ЭСУД. Таким образом, на основании набранной базы данных причинно-следственных связей, наиболее часто повторяющихся типов сочетаний симптомов и отказов, разрабатывается диагностическая матрица. Матрица позволяет выявить возможные скрытые неисправности с указанием подсистемы ЭСУД. Точность и достоверность в постановке диагноза оценивается по критерию расчетных вероятностей постановки диагноза диагностической матрицы и полученных результатов с использованием прибора «Мотор тестер». Условие выглядит следующим образом: При выполнении условия можно считать, что точность и достоверность диагностической матрицы является достаточной. Установлено, что состояние элементов ЭСУД оказывает влияние на пусковые свойства, топливную экономичность, экологическую безопасность ДВС.
Для анализа состояния элементов ЭСУД из-за отсутствия промышленно выпускаемого метрологического оснащения сконструированы и изготовлены необходимая аппаратура и соответствующие методики проведения испытаний. К ним отнесены: дополнительная аппаратура для оценки технического состояния датчика массового расхода воздуха (ДМРВ) и регулятора холостого хода (РХХ). Блок-схемы проверки данных элементов, представлены на рисунках 3.6 и 3.7. Один элемент относится к группе датчиков (датчик массового расхода воздуха), другой исполняющих механизмов (регулятор холостого хода). Выбор элементов в группах обусловлен высоким процентом неисправностей и отказов связанных с ними, а также большим влиянием на работу всей системы ЭСУД. Это означает, что требования к диагностике этих элементов должны быть соответствующие. Для обеспечения точности полученных результатов разработанная аппаратура была подвергнута тарировке /65/. Для оценки состояния ДМРВ при проведении экспериментальных исследований используется специально разработанный аппарат, блок-схема которого представлена на рисунке 3.6. Аппарат работает следующим образом: переменный поток воздуха от вентилятора 1 фиксируется ДМРВ 3, диагностический сигнал которого поступает в контроллер 4, а затем на диагностический прибор 5. Оценка состояния осуществляется в следующей последовательности: 1) демонтировать датчик с автомобиля; 2) установить датчик в аппарат; 3) подключить ПК с типовой программой «Мотор тестер» к аппарату с ДМРВ 4) изменяя режимы вентилятора, в таблицу фиксируются показания «Мотор тестера»; 5) метрологический инструмент должен обеспечивать точность измеряемой величины не менее 3%; 6) методика обработки полученного графика представлена в п. 2.5.
Экспериментальная проверка методики оценки функциональных подсистем ЭСУД
По теории распознавания кривых определяем среднее значение выборки каждого элемента для дальнейшей статистической обработки. Анализ показал, что распределения экспериментальных данных (по 50 элементов на каждое состояние) трех состояний датчика массового расхода воздуха и регулятора холостого хода согласуются с параметрами нормального закона распределения с вероятностью, большей 0,95. Обработка собранной статистической информации производится методом статистических решений для трех состояний, и определяются граничные условия для определения области Di ДМРВ и РХХ. Определение пороговых значений по ДМРВ. Для новых ДМРВ средние значение (оценка математического ожидания) Хх =123,86 кг/ч; среднее квадратическое отклонение oi =14,08 і::/ч. Для находящихся в эксплуатации ДМРВ. Распределение статистических данных ДМРВ, которые.расположены левее относительно новых, средние значение (оценка математического ожидания) =110,94 кг/ч; среднее квадратическое отклонение сх =46,02 г.т/ч. Распределение статистических данных ДМРВ, которые расположены правее относительно новых, средние значение (оценка математического ожидания) =139,9 кг/ч; среднее квадратическое отклонение ах =6,47 кг/1:. Экспертным методом оценивается соотношение стоимостей пропуска неисправности и признание неисправного объекта исправным —t! -, и если не по ощрять правильные решения, то Си =0 и Си =0. Так же следу .-г учесть, что по статистическим данным, неисправное состояние ДМРВ наблюдается: -для датчиков, принадлежащих к распределению слева, до 0 %. -для датчиков, принадлежащих к правому распределению, :о 40 %. В результате проверки методики диагностирования элементов ЭСУД можно сделать вывод об адекватности экспериментальных значений теоретическим положениям. Определение трудоемкости и годовой программы проведения работ па посту диагностирования автомобилей с ЭСУД Для определение трудоемкости проведения работ составлен перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены.
Трудоемкость выполнения работ по базовой и новой технологии определяется по сумме трудоемкостей и видов работ, оцениваемых экспериментальным путем в человеко-часах и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудноучитываемых факторов. По статистическим данным количество автомобилей поступающих на пост диагностики делятся на следующие подгруппы: 1) требующих мониторинга ЭСУД - 30%; 2) требующих диагностирования подсистем ЭСУД - 50%; 3) требующих диагностирования элементов ЭСУД - 20%. Так как производительность новой технологии в два раза выше базовой, то для их сравнения нужно привести их к общей годовой программе. По новой технологии годовая программа составляет N=2-100 авт. в год. Для выполнения этой программы понадобится 1 участок с новой технологией или 2 участка с базовой. Оценка трудоемкостей отдельных видов работ представлена в таблице 4.6. Эксплуатационные издержки по базовой и повой технологии. Эксплуатационные издержки составляют: общий фонд заработной платы (ФЗП), социальные отчисления (Qctm) Амортизационные отчисления на здания (АЇД) и оборудование (АобоД расходы на электроэнергию (Сэл), накладные расходы (HP). Результаты расчетов сведены в таблицу 4.9. где Иб,ц - эксплуатационные издержки по базовой и новой технологии; Кб,и- капитальные вложения по базовой и новой технологии; Е,, - нормативный коэффициент экономической эффективности. В результате расчетов определен ожидаемый экономический эффект, ко торый составил Экономический эффект от разработанной многоуровневой технологии диагностирования на одно обслуживание автомобиля составляет: 1 Разработанное теоретическое обоснование методики диагностирования ЭСУД базируется на принципах системного подхода и использования современных информационных технологий, что позволяет усовершенствовать общепринятые методические предпосылки совершенствования разработанных и действующих систем поддержания работоспособности ДВС, 2 Реализацию системного подхода рекомендуется осуществлять на основе многоуровневой системы и технологии диагностирования, включающей в себя: -диагностирование комплексных показателей ДВС; -диагностирование функциональных подсистем ЭСУД; -диагностирование элементов ЭСУД. 3
Усовершенствованный метод оценки комплексных выходных показателей ДВС в зависимости от технического состояния ЭСУД основан на использовании разработанных методик, решение которых позволяет полнее использовать потенциальные возможности типовой программы «Мотор-тестер» и обеспечить объективную оценку системных характеристик: эффективной мощности (Nc), удельного эффективного расхода топлива (ge), экологического показателя (Пэхол). 4 Диагностическая матрица, являющаяся детерминированной моделью объекта диагностирования, позволяет принять объективно обоснованное решение о состоянии функциональных подсистем ЭСУД. 5 Разработанные аппаратные средства и частные методики их использования позволяют дополнить стандартные методы диагностирования элементов ЭСУД, проводить углубленную диагностику датчика массового расхода воздуха и регулятора холостого хода, как элементов наиболее ответственных за качество протекания рабочих процессов ДВС. 6 Разработанная в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований многоуровневая система диагностирования позволила построить общую технологию диагностирования двигателей с ЭСУД, обеспечивающую сокращение трудоемкости работ и увеличение точности и достоверности диагностирования. 7 Исследования, проведенные по разработанным методикам, показали, что на практике общесистемные характеристики новых и находящихся в эксплуатации автомобилей различаются в среднем: Nc - до 25%, gc - до 29%, а ПЭКОлсо - до 63%. 8 Экономический эффект от разработанной многоуровневой технологии диагностирования составляет 57,75 руб на одно обслуживание автомобиля.
