RU2772629C1 - Analyzer of an inoperable system of a gasoline internal combustion engine, the air-fuel mixture of which is characterized as rich, and its method of application - Google Patents

Analyzer of an inoperable system of a gasoline internal combustion engine, the air-fuel mixture of which is characterized as rich, and its method of application Download PDF

Info

Publication number
RU2772629C1
RU2772629C1 RU2021132444A RU2021132444A RU2772629C1 RU 2772629 C1 RU2772629 C1 RU 2772629C1 RU 2021132444 A RU2021132444 A RU 2021132444A RU 2021132444 A RU2021132444 A RU 2021132444A RU 2772629 C1 RU2772629 C1 RU 2772629C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
afs
exhaust
defect
Prior art date
Application number
RU2021132444A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Николаевич Звеков
Original Assignee
Алексей Николаевич Звеков
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Николаевич Звеков filed Critical Алексей Николаевич Звеков
Application granted granted Critical
Publication of RU2772629C1 publication Critical patent/RU2772629C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: internal combustion engines.
SUBSTANCE: Analyzer Faulty System (AFS) is proposed - an analyzer of an inoperative system of a gasoline internal combustion engine (ICE), and a method for its application. AFS includes means for forced sampling of exhaust gases (EG), measurement and indication of voltage about the concentration of hydrogen in the EG. The method for analyzing systems and recognizing an inoperative system is that if the air-fuel mixture is characterized as rich, then, depending on the voltage indicated by AFS, the gas distribution mechanism with a defect, non-optimal valve timing or a gasoline injection system with a defect, a rich mixture or exhaust system, is determined to be inoperative with a defect increased resistance.
EFFECT: creation of analyzer of an inoperative system of a gasoline internal combustion engine.
2 cl, 33 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Предлагаемые анализатор неработоспособной системы Analyzer Faulty System (AFS, англ.) бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), топливовоздушная смесь (ТВС) которого характеризуется как богатая (коэффициент избытка воздуха λ<1; BOSCH. Автомобильный справочник. Пер. с англ. ООО «СтарСПб» - 3-е изд., перераб. и доп.- М: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2012, с. 374), и способ его применения согласно классу F02B 1/02 Международной патентной классификации МПК-2021 относятся к области контроля и технической диагностики автомобильных ДВС с принудительным зажиганием, оснащенных системами впрыска бензина (СВБ).The proposed analyzer of the inoperative Analyzer Faulty System (AFS, English) of a gasoline internal combustion engine (ICE), the air-fuel mixture (FA) of which is characterized as rich (excess air ratio λ < 1; BOSCH. Automobile Handbook. Translated from English. Ltd. " StarSPb "- 3rd ed., Revised and supplemented - M: Book Publishing House Za Rulem LLC, 2012, p. 374), and the method of its application according to class F02B 1/02 of the International Patent Classification IPC-2021 refers to the field of control and technical diagnostics of automobile internal combustion engines with forced ignition, equipped with gasoline injection systems (SIB).

Несанкционированно богатая смесь снижает характеристики ДВС, увеличивает расход топлива и содержание в выбросах токсичных продуктов сгорания. Это требует эффективных мер для достижения технического результата диагностики ДВС, заключающегося в быстром и достоверном техническом диагнозе (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения, табл. 1, п. 9), основанном на анализе диагностических характеристик смеси, включающих качественные (признаки) и количественные (параметры) характеристики. К диагностическим признакам богатой смеси относятся черный цвет, запах бензина, твердые частицы (ТЧ) углерода (сажи) и незначительное количество газообразной и жидкой фракций водяных паров в отработавших газах (ОГ), черное бархатистое и глянцевое с запахом бензина покрытие электродов и изоляторов электородов свечей зажигания, значительный расход топлива. Значения контролируемых диагностических параметров (BOSCH. Автомобильный справочник, с. 496) (ГОСТ Ρ 7.0.5-2008. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления. П.п. 8.1, 8.2) богатой смеси отличаются повышенной концентрацией оксида углерода СО, несгоревших углеводородов СxНy, углерода С, заниженной концентрацией двуоксида углерода СО2, оксидов азота ΝΟx и кислорода О2; кроме того, высоким абсолютным значением отрицательного коэффициента топливного баланса Long Fuel Trim (LFT; URL: https://alflash.com.ua/Learn/ft.pdf), также именуемого коэффициентом накопленной коррекции топливоподачи (URL: https://scanmatik. ru/downloads/Scanmatik2.pdf) или корректирующим коэффициентом самообучения (URL: https://docplayer.com/26092801-M-step-mpi-sistema-mnogotochechnogo-vpryskivaniya-step-ii-mpi.html, с. 2-18).An unauthorized rich mixture reduces the performance of the internal combustion engine, increases fuel consumption and the content of toxic combustion products in emissions. This requires effective measures to achieve the technical result of ICE diagnostics, which consists in a quick and reliable technical diagnosis (GOST 20911-89. Technical diagnostics. Terms and definitions, Table 1, clause 9), based on the analysis of the diagnostic characteristics of the mixture, including qualitative ( signs) and quantitative (parameters) characteristics. The diagnostic features of a rich mixture include black color, the smell of gasoline, particulate matter (PM) of carbon (soot) and a small amount of gaseous and liquid fractions of water vapor in the exhaust gases (EG), black velvety and glossy with the smell of gasoline coating of electrodes and insulators of spark plug electrodes ignition, significant fuel consumption. Values of controlled diagnostic parameters (BOSCH. Automobile reference book, p. 496) (GOST Ρ 7.0.5-2008. System of standards for information, librarianship and publishing. Bibliographic reference. General requirements and compilation rules. Clauses 8.1, 8.2) rich mixtures are distinguished by an increased concentration of carbon monoxide CO, unburned hydrocarbons C x H y , carbon C, an underestimated concentration of carbon dioxide CO 2 , nitrogen oxides ΝΟ x and oxygen O 2 ; in addition, the high absolute value of the negative Long Fuel Trim (LFT; URL: https://alflash.com.ua/Learn/ft.pdf), also referred to as the cumulative fuel trim factor (URL: https://scanmatik. ru/downloads/Scanmatik2.pdf) or self-learning correction factor (URL: https://docplayer.com/26092801-M-step-mpi-sistema-mnogotochechnogo-vpryskivaniya-step-ii-mpi.html, pp. 2-18 ).

Особенность ДВС как объекта диагностики (ОД) такова, что различные неработоспособные системы зачастую характеризуется одними и теми же диагностическими признаками, значениями параметров и симптомами (субъективными ощущениями характеристик ОД, описанными его пользователем). По этой причине алгоритмы диагностики ДВС имеют большое число разветвлений, уводящих к разным системам и их компонентам (узлам и деталям), и требуют значительного времени. Поэтому вновь разрабатываемые средства и способы диагностики для достижения технического результата должны с первых шагов алгоритма обеспечивать анализ (разделение) ОД, способный из всего многообразия разветвлений вычленить то, которое выводит на неработоспособную систему.The peculiarity of the internal combustion engine as an object of diagnostics (OD) is such that various inoperable systems are often characterized by the same diagnostic signs, parameter values and symptoms (subjective sensations of the OD characteristics described by its user). For this reason, ICE diagnostic algorithms have a large number of branches leading to different systems and their components (assemblies and parts), and require a significant amount of time. Therefore, the newly developed diagnostic tools and methods to achieve a technical result should, from the first steps of the algorithm, provide an analysis (separation) of the OD, capable of isolating the one that leads to an inoperable system from the whole variety of branches.

Стереотип алгоритма диагностики при наличии диагностических признаков, значений параметров и симптомов богатой смеси таков, что они воспринимаются как указывающие на дефект такой громоздкой системы, как СВБ, в результате чего на диагностику СВБ необоснованно затрачивается значительное время, в то время как на самом деле они практически в равной степени присущи еще двум системам ДВС: газораспределительному механизму (ГРМ) силового агрегата ДВС и выпускной системе.The stereotype of the diagnostic algorithm in the presence of diagnostic signs, parameter values and symptoms of a rich mixture is such that they are perceived as indicating a defect in such a cumbersome system as SRS, as a result of which considerable time is unreasonably spent on the diagnosis of SRS, while in fact they are practically equally inherent in two more ICE systems: the gas distribution mechanism (GRM) of the ICE power unit and the exhaust system.

ГРМ содержит по одному или несколько впускных и выпускных клапанов на цилиндр (далее в тексте для простоты изложения под словами «впускной/выпускной клапан» подразумевается также множественное число клапанов). ОД для изобретения это перекрытие клапанов, т.е. область фаз газораспределения в рабочем цикле (РЦ) ДВС, когда впускной и выпускной клапаны цилиндра одновременно открыты, начиная с фазы 10 открытия впускного клапана в конце такта выпуска и заканчивая фазой ЕС закрытия выпускного клапана в начале такта впуска (BOSCH. Автомобильный справочник, с. 414, рис. 11). Перекрытие клапанов важный фактор газообмена: оно обеспечивает окончательную очистку цилиндра свежим зарядом смеси, который выталкивает в выпускную систему продукты сгорания предыдущего РЦ объемом Vh/(ε-1) из камеры сгорания, недоступной для их выталкивания поршнем (Vh - рабочий объем цилиндра; ε - степень сжатия).The timing belt contains one or more intake and exhaust valves per cylinder (hereinafter, for simplicity, the words "intake / exhaust valve" also mean the plural number of valves). OD for the invention is the valve overlap, i.e. the region of the valve timing in the working cycle (RC) of the internal combustion engine, when the intake and exhaust valves of the cylinder are simultaneously open, starting from the phase 10 of the intake valve opening at the end of the exhaust stroke and ending with the phase EC of the exhaust valve closing at the beginning of the intake stroke (BOSCH. Automobile Handbook, p. 414, Fig. 11). Valve overlap is an important factor in gas exchange: it provides the final cleaning of the cylinder with a fresh charge of the mixture, which pushes the combustion products of the previous RC with a volume of V h / (ε-1) into the exhaust system from the combustion chamber, inaccessible for their expulsion by the piston (V h - working volume of the cylinder; ε - compression ratio).

Нарушение фаз перекрытия уменьшает время и качество очистки цилиндра; часть ТЧ и внутренних остаточных ОГ (BOSCH. Системы управления бензиновыми двигателями. Пер. с нем. С40. 1-е русское изд. - М.: ООО «КЖИ «За рулем», 2005, с. 36) остается в цилиндре и на следующем РЦ занимает в цилиндре некоторый объем (далее в тексте для простоты изложения под «ОГ» подразумеваются «ТЧ и внутренние ОГ»). Остаточные ОГ накапливаются в цилиндре от цикла к циклу, и рост их объема прекращается тогда, когда вновь образовавшийся цикловой объем ОГ становится равным удаленному из цилиндра цикловому объему ОГ. Остаточные ОГ фактически уменьшают рабочий объем цилиндра, изменяют концентрацию ОГ, участвуя в химических реакциях, и постепенно заполняют выпускную систему.Violation of the overlapping phases reduces the time and quality of cleaning the cylinder; part of the PM and internal residual exhaust gases (BOSCH. Gasoline engine control systems. Translated from German C40. 1st Russian ed. - M .: KZHI Za Rulem LLC, 2005, p. 36) remains in the cylinder and on the next RC occupies a certain volume in the cylinder (hereinafter in the text, for simplicity of presentation, “EG” means “PM and internal EGs”). Residual exhaust gases accumulate in the cylinder from cycle to cycle, and the growth of their volume stops when the newly formed cycle volume of exhaust gas becomes equal to the cycle volume of exhaust gas removed from the cylinder. Residual exhaust gases actually reduce the displacement of the cylinder, change the concentration of exhaust gases by participating in chemical reactions, and gradually fill the exhaust system.

Схожий процесс накопления ОГ в выпускной системе происходит и при оптимальном перекрытии клапанов и стехиометрической (λ=1) смеси, но увеличенном сопротивлении выпускной системы, отличаясь тем, что ОГ вначале накапливаются не в цилиндрах, а в месте нарушения проходимости (засора) выпускной системы, обусловленного частичным или полным разрушением таких ее компонентов, как тело каталитического нейтрализатора (КН) отработавших газов, резонатора или глушителя, и, постепенно наполняя выпускную систему, достигают цилиндров и заполняют их.A similar process of exhaust gas accumulation in the exhaust system occurs with optimal valve overlap and a stoichiometric (λ=1) mixture, but with increased exhaust system resistance, differing in that exhaust gas initially accumulates not in the cylinders, but in the place of the exhaust system obstruction (blockage), caused by partial or complete destruction of its components such as the body of the catalytic converter (KN) of the exhaust gases, the resonator or the muffler, and, gradually filling the exhaust system, reach the cylinders and fill them.

В обоих случаях система самообучения (адаптации) электронного блока управления (ЭБУ) и лямбда-контур обратной связи СВБ коэффициентами LFT и Short Fuel Trim (SFT) корректируют цикловую дозу топлива, однако это не приводит к очистке цилиндра от ОГ, так как дефект находится не в СВБ, а в ГРМ или выпускной системе.In both cases, the self-learning (adaptation) system of the electronic control unit (ECU) and the lambda feedback loop of the SVB correct the cyclic fuel dose by the LFT and Short Fuel Trim (SFT) coefficients, however, this does not lead to cleaning the cylinder from the exhaust gas, since the defect is not found. in the SVB, but in the timing or exhaust system.

Вследствие этого совершенствование средств и способов анализа систем ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, и распознавания неработоспособной системы является весьма актуальной задачей достижения технического результата диагностики.As a result, improving the means and methods for analyzing ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, and recognizing an inoperative system is a very urgent task of achieving a technical diagnostic result.

Уровень техникиState of the art

Прямым параметром фазы газораспределения является угол поворота коленчатого вала (KB) в пределах рабочего цикла. Способ прямого измерения фаз включает демонтаж крышек привода ГРМ и клапанной, свечей зажигания, поворот KB вручную, определение углов открытия и закрытия клапанов и сопоставление их с нормативными фазами. Большая трудоемкость, отсутствие критерия оптимальности фаз и какого-либо отношения к выпускной системе практически исключают этот способ из числа аналогов изобретения.A direct parameter of the valve timing is the angle of rotation of the crankshaft (KB) within the operating cycle. The method of direct measurement of phases includes dismantling the timing and valve covers, spark plugs, manually turning the CV, determining the opening and closing angles of the valves and comparing them with standard phases. Great labor intensity, the absence of a criterion for the optimality of phases and any relation to the exhaust system practically exclude this method from the number of analogues of the invention.

Способ косвенного измерения фаз посредством мотор-тестера (МТ) по давлению перетекающих в цилиндре газов существенно менее трудоемок, и в этом смысле является аналогом изобретения. Способ включает установку вместо одной свечи зажигания датчика давления, подключенного к цифровому осциллографу, пуск ДВС, определение положения контрольных фаз (КФ) осциллограммы текущего давления в контрольных секторах (КС) фаз специального плагина МТ (URL: https://injectorservice.com.ua/phase_plugin.php и др.). Недостатки способа: КС усреднены и не отражают точные нормативные значения фаз диагностируемого ДВС; оптимальные значения фаз не всегда совпадают с нормативными. Наиболее часто отклонены отдельные КФ, что не дает основания для коррекции углового положения распределительного вала/валов; или отклонены все КФ в среднем на величину менее цены одного зуба приводного шкива/звездочки, но при этом недостает информации для принятия решения о коррекции фазы, так как коррекция возможна на целое число зубьев и не менее, чем на один зуб. Практика применения МТ дает основание утверждать, что при отклонении фазы в пределах менее одного зуба данный способ обеспечивает точность технического диагноза ГРМ с вероятностью РМТ ≤0,8.The method of indirect measurement of phases by means of a motor tester (MT) by the pressure of gases flowing in the cylinder is much less laborious, and in this sense is an analogue of the invention. The method includes installing instead of one spark plug a pressure sensor connected to a digital oscilloscope, starting the internal combustion engine, determining the position of the control phases (CF) of the oscillogram of the current pressure in the control sectors (CS) of the phases of the special MT plug-in (URL: https://injectorservice.com.ua /phase_plugin.php etc.). The disadvantages of the method: COP averaged and do not reflect the exact standard values of the phases of the diagnosed internal combustion engine; the optimal values of the phases do not always coincide with the normative ones. Most often, individual CFs are rejected, which does not give grounds for correcting the angular position of the camshaft / shafts; or all CFs are rejected on average by an amount less than the price of one tooth of the drive pulley / sprocket, but there is not enough information to make a decision on phase correction, since correction is possible by an integer number of teeth and not less than one tooth. The practice of using MT gives grounds to assert that if the phase deviates within less than one tooth, this method ensures the accuracy of the technical diagnosis of the timing with a probability P MT ≤0.8.

Аналогами изобретения являются средства и способы определения степени обогащения смеси, косвенного определения оптимальности фазы газораспределения и нормальной проходимости выпускной системы по концентрации ОГ, определяемой прямо с помощью 2-(СО, СН) и 1-компонентных (СО) автомобильных газоанализаторов (ГА), которые хотя и недостаточно информативны, но вследствие доступной цены преимущественно применяются на СТО и в автомастерских, или косвенно по коэффициентам топливного баланса LFT и SFT, определяемых с помощью имеющего такую функцию диагностического сканера. Близкое к нулю значение LFT, соответствие текущих значений SFT и концентрации ОГ нормативным значениям свидетельствуют о стехиометрической смеси, оптимальном значении фаз и низком сопротивлении выпускной системы и имеют место при практическом полном сгорании смеси.The analogues of the invention are means and methods for determining the degree of enrichment of the mixture, indirectly determining the optimality of the gas distribution phase and the normal patency of the exhaust system by the concentration of exhaust gas, determined directly using 2-(CO, CH) and 1-component (CO) automotive gas analyzers (HA), which although they are not informative enough, but due to the affordable price, they are mainly used in service stations and car repair shops, or indirectly by the fuel balance factors LFT and SFT, determined using a diagnostic scanner with such a function. A close to zero LFT value, the compliance of the current SFT values and the exhaust gas concentration with the standard values indicate a stoichiometric mixture, an optimal phase value and a low resistance of the exhaust system and take place with almost complete combustion of the mixture.

Теоретическое полное сгорание заключается в том, что результатом реакции окисления углеводородов СxНy являются диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О; например, молекула метана СН4 и две молекулы кислорода О2 превращаются в молекулу СО2 и две молекулы Н2О (фиг. 1). Учтя содержание в атмосферном воздухе азота N2 и не учитывая другие вещества, составляющие в сумме около 1%, в ОГ образуется соответствующая концентрация СО2 и Н2О (фиг. 2).The theoretical complete combustion is that the result of the oxidation reaction of hydrocarbons C x H y are carbon dioxide CO 2 and water vapor H 2 O; for example, a CH 4 methane molecule and two O 2 oxygen molecules are converted into a CO 2 molecule and two H 2 O molecules (Fig. 1). Taking into account the content of nitrogen N 2 in the atmospheric air and not taking into account other substances, which in total amount to about 1%, the corresponding concentration of CO 2 and H 2 O is formed in the exhaust gas (Fig. 2).

При практическом полном сгорании стехиометрической смеси результатом реакций, кроме СО2, Н2O и N2, являются такие побочные ОГ, как оксид углерода СО, несгоревшие углеводороды СxНy и водород Н2, избыточный кислород О2, оксиды азота NOx, углерод С (фиг. 3), незначительное количество оксида серы SO2. ОГ, удаляемые из цилиндра свежим зарядом смеси, имеют тот же состав и концентрацию.With the almost complete combustion of a stoichiometric mixture, the reactions, in addition to CO 2 , H 2 O and N 2 , are such side exhaust gases as carbon monoxide CO, unburned hydrocarbons C x H y and hydrogen H 2 , excess oxygen O 2 , nitrogen oxides NO x , carbon C (Fig. 3), a small amount of sulfur oxide SO 2 . Exhaust gases removed from the cylinder by a fresh charge of the mixture have the same composition and concentration.

Преимуществами аналогов является то, что концентрация ОГ является важнейшим интегральным индикатором преобразования химической энергии углеводородов топлива в тепловую энергию рабочего тела, и способы не требуют демонтажа деталей и узлов, так как пробоотборный зонд (ПОЗ) ГА легко размещают в задней выхлопной трубе, а диагностический сканер подключают через диагностический разъем, однако, нередко необходимо измерять концентрацию перед КН через отверстие предварительно извлеченного первого лямбда-зонда или технологическое отверстие.The advantages of analogues are that the EG concentration is the most important integral indicator of the conversion of the chemical energy of fuel hydrocarbons into the thermal energy of the working fluid, and the methods do not require the dismantling of parts and assemblies, since the GA sampling probe (POS) is easily placed in the rear exhaust pipe, and the diagnostic scanner connected through the diagnostic connector, however, it is often necessary to measure the concentration before the KH through the hole of the previously removed first lambda probe or the technological hole.

Недостатком аналогов является достоверность диагноза лишь при соответствии концентрации ОГ нормативным значениям, но любое несоответствие не способно указать на конкретную неработоспособную систему: СВБ, ГРМ или выпускную систему.The disadvantage of analogues is the reliability of the diagnosis only if the concentration of OG corresponds to the standard values, but any discrepancy is not able to point to a specific inoperative system: SVB, timing or exhaust system.

Прототипом изобретения являются 4-(СО, СН, СО2, О2) и 5-компонентные (СО, СН, СО2, О2, ΝΟx) ГА (URL: https://www.infracar.ru/products/group41/; http://www.meta-moscow.ru/ru/store/gazoanalizatory-avtomobilnye/mnogokomponentnye-0-ii-klassa-tochnosti/ и др.), которые обеспечивают более высокую информативность благодаря большему числу комбинаций значений компонентов ОГ. Вместе с тем, прототип также не обеспечивает полное достижение технического результата в силу схожести значений богатой смеси (фиг. 4), значениям, обусловленных неоптимальными фазами перекрытия клапанов или увеличенным сопротивлением выпускной системы (фиг. 5), невзирая на различие дефектов. Кроме того, препятствием для массового применения прототипа является его высокая цена.The prototype of the invention are 4-(CO, CH, CO 2 , O 2 ) and 5-component (CO, CH, CO 2 , O 2 , ΝΟ x ) GA (URL: https://www.infracar.ru/products/ group41/; http://www.meta-moscow.ru/ru/store/gazoanalizatory-avtomobilnye/mnogokomponentnye-0-ii-klassa-tochnosti/ etc.), which provide higher information content due to a greater number of combinations of values of the OG components . However, the prototype also does not fully achieve the technical result due to the similarity of the rich mixture values (Fig. 4), the values due to non-optimal valve overlap phases or increased resistance of the exhaust system (Fig. 5), despite the difference in defects. In addition, an obstacle to the mass application of the prototype is its high price.

Общим недостатком аналогов и прототипа является то, что автомобильные ГА предназначены для контроля за соблюдением экологических норм, поэтому измеряют концентрацию только токсичных компонентов ОГ, за исключением концентрации кислорода, необходимой для оценки степени окисления углеводородов. Не имея данных о других компонентах, индицируемые ГА значения компонентов ОГ при нарушении фаз перекрытия клапанов и увеличении сопротивления выпускной системы чаще всего расценивают как обогащение смеси и ошибочно подвергают диагностике СВБ, что приводит к неоправданным трудозатратам и препятствует достижению технического результата. Но дефект СВБ в пределах базового значения цикловой дозы топлива ±20% может быть откорректирован коэффициентом LFT, и тем самым «замаскирован», поэтому, чтобы обнаружить обогащение смеси, необходимо определить значение LFT, а когда это невозможно, обнулить адаптацию (сбросить настройки ЭБУ к исходным значениям), отключить лямбда-зонды, затем запустить ДВС и измерить концентрацию ОГ.A common disadvantage of analogs and the prototype is that automotive HA are designed to monitor compliance with environmental standards, so they measure the concentration of only toxic components of the exhaust gas, with the exception of the oxygen concentration necessary to assess the degree of oxidation of hydrocarbons. Having no data on other components, the values of the exhaust gas components indicated by the GA in case of violation of the phases of valve overlap and an increase in the resistance of the exhaust system are most often regarded as enrichment of the mixture and erroneously subjected to diagnostics of the SRB, which leads to unjustified labor costs and hinders the achievement of a technical result. But the defect of the SRB within the basic value of the fuel cycle dose of ±20% can be corrected by the LFT coefficient, and thus “masked”, therefore, in order to detect the enrichment of the mixture, it is necessary to determine the LFT value, and when this is not possible, reset the adaptation to zero (reset the ECU settings to initial values), turn off the lambda probes, then start the internal combustion engine and measure the exhaust gas concentration.

Другой серьезный недостаток заключается в том, что подавляющее большинство ДВС не оснащено отбором для подсоединения ГА до КН, а поскольку эффективность КН составляет 97…98% и более (URL: https://eet-msk.ru/posts/12; BOSCH. Системы управления бензиновыми двигателями, с. 356), то ГА индицирует значительно повышенные значения концентрации ОГ, только если их объем превышает возможности КН. Например, если КН рассчитан на нейтрализацию оксида углерода, имеющего концентрацию 3,5%, то ГА индицирует повышение СО только при превышении этого значения (фиг. 6).Another serious drawback is that the vast majority of internal combustion engines are not equipped with a selection for connecting the GA to the HP, and since the efficiency of the HP is 97 ... 98% or more (URL: https://eet-msk.ru/posts/12; BOSCH. Petrol engine control systems, p. 356), then the HA indicates significantly increased values of the exhaust gas concentration only if their volume exceeds the capabilities of the HF. For example, if the KN is designed to neutralize carbon monoxide having a concentration of 3.5%, then GA indicates an increase in CO only when this value is exceeded (Fig. 6).

Аналогом определения повышенного сопротивления выпускной системы является способ измерения противодавления посредством манометра или датчика давления до КН при частоте оборотов ДВС 2500 мин-1, показания которого должны быть не более 10÷15 кПа (Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. Производственно-практ. издание - М.: Издательство «За рулем», 1998, с. 170). Недостатками практического применения способа являются необходимость извлечения первого лямбда-зонда из выпускной системы, а также низкая достоверность диагноза в «пограничных» случаях, когда противодавление составляет около 10 кПа и даже менее, но тем не менее засор выпускной системы имеет место и сопротивление выпускной системы завышено.An analogue of determining the increased resistance of the exhaust system is the method of measuring backpressure using a pressure gauge or pressure sensor up to KN at an internal combustion engine speed of 2500 min -1 , the readings of which should be no more than 10÷15 kPa (Khrulev A.E. Repair of engines of foreign cars. Production practice . edition - M .: Publishing house "Behind the wheel", 1998, p. 170). The disadvantages of the practical application of the method are the need to remove the first lambda probe from the exhaust system, as well as the low reliability of the diagnosis in "boundary" cases, when the back pressure is about 10 kPa or even less, but nevertheless, the exhaust system is clogged and the resistance of the exhaust system is too high. .

В изобретении исключены недостатки аналогов и прототипа и учтены потребности практической диагностики. Предложенные анализатор AFS и способ распознавания посредством него неработоспособной системы ДВС позволяет достичь технического результата диагностики. Анализатор AFS и способ его применения не известны из уровня техники, для специалиста не следуют из уровня техники явным образом, и могут быть применены в автомобильном сервисе, в силу чего являются новым, промышленно применимым изобретением, имеющим изобретательский уровень.The invention eliminates the disadvantages of analogs and prototype and takes into account the needs of practical diagnostics. The proposed AFS analyzer and the method for recognizing an inoperable internal combustion engine system through it makes it possible to achieve a technical diagnostic result. The AFS analyzer and the method of its use are not known from the prior art, do not explicitly follow from the prior art for a specialist, and can be used in a car service, which is why they are a new, industrially applicable invention with an inventive step.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Сущность анализа систем бензинового ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, и распознавания неработоспособной системы заключается в реализации диагностической модели (ГОСТ 20911-89. Табл. 1, п. 20) AFS - анализатора неработоспособной системы, объединяющей свойства ОГ и математической модели наполнения цилиндра остаточными ОГ вследствие обогащения смеси, отклонения фаз перекрытия клапанов от оптимального значения или повышенного сопротивления выпускной системы.The essence of the analysis of gasoline ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, and the recognition of an inoperative system lies in the implementation of the diagnostic model (GOST 20911-89. Table 1, p. Exhaust gas due to enrichment of the mixture, deviation of the valve overlap phases from the optimal value or increased resistance of the exhaust system.

Поскольку геометрические размеры цилиндра практически неизменны, то при неоптимальной фазе ГРМ увеличивающееся с каждым РЦ количество молекул остаточных ОГ размещается в цилиндре за счет сокращения между ними расстояний, которые многократно превышают размер самих молекул. Остаточные ОГ занимают определенную часть рабочего объема цилиндра, что эквивалентно его уменьшению, приводят к росту давления в цилиндре и уменьшению коэффициента наполнения. Вследствие инерционности, ЭБУ учитывает это с некоторым запаздыванием (1…3 РЦ), после чего корректирует коэффициенты кратковременного SFT и долговременного LFT топливного баланса, в определенных пределах поддерживая λ≈1.Since the geometrical dimensions of the cylinder are practically unchanged, with a non-optimal timing phase, the number of residual GO molecules increasing with each RC is located in the cylinder due to a reduction in the distances between them, which are many times greater than the size of the molecules themselves. Residual exhaust gases occupy a certain part of the working volume of the cylinder, which is equivalent to its reduction, lead to an increase in pressure in the cylinder and a decrease in the filling factor. Due to inertia, the ECU takes this into account with some delay (1…3 RC), after which it corrects the coefficients of the short-term SFT and long-term LFT of the fuel balance, maintaining λ≈1 within certain limits.

Процесс накопления остаточных ОГ в цилиндре начинается со 2-го РЦ и описывается следующей математической моделью:The process of accumulation of residual EG in the cylinder starts from the 2nd RC and is described by the following mathematical model:

Figure 00000001
Figure 00000001

где j=2, 3, …, J - порядковый номер РЦ;where j=2, 3, …, J is the serial number of the RC;

Ij - текущее количество впущенной смеси на j-м РЦ;I j - the current amount of the injected mixture at the j-th RC;

Ij-1=Ij+ΔIj - текущее количество впущенной смеси на (j-1)-м РЦ;I j-1 =I j +ΔI j - the current amount of the injected mixture at the (j-1)-m RC;

ΔIj - текущее приращение количества впущенной смеси на j-м РЦ к Ij-1;ΔI j is the current increment in the amount of the injected mixture at the j-th RC to I j-1 ;

Ej - текущее количество выпущенных ОГ на j-м РЦ;E j - the current number of issued exhaust gases at the j-th RC;

Ej-1=Ej+ΔEj - текущее количество выпущенных ОГ на (j-1)-м РЦ;E j-1 =E j +ΔE j - the current number of issued exhaust gases at the (j-1)-th RC;

ΔEj - текущее приращение количества выпущенных ОГ на j-м РЦ к Ej-1;ΔE j is the current increment in the number of exhaust gas produced at the j-th DC to E j-1 ;

Zj - текущее количество остаточных ОГ на j-м РЦ;Z j is the current amount of residual exhaust gas at the j-th RC;

Zj-1=Zj-ΔZj - текущее количество остаточных ОГ на (j-1)-м РЦ;Z j-1 =Z j -ΔZ j - the current amount of residual EG on the (j-1)-th RC;

ΔZj - текущее приращение количества остаточных ОГ на j-м РЦ к Ζj-1;ΔZ j is the current increment in the amount of residual exhaust gas at the j-th RC to Ζ j-1 ;

k=λ/Φ- коэффициент перекрытия, k=0…1;k=λ/Φ- overlap coefficient, k=0…1;

ϕ - текущее перекрытие клапанов;ϕ - current valve overlap;

Φ - номинальное перекрытие клапанов. Если принять, что перекрытие клапанов начинается за 10÷15° до ВМТ и заканчивается через 5÷20° после ВМТ (BOSCH. Автомобильный справочник, с. 393, рис. 2), то максимальное перекрытие составляет Φ=35°. Распространенный шаг приводных шкивов и звездочек ГРМ 3/8" (9,525 мм), что при различных их диаметрах обусловливает наличие 28÷42 зубьев. Учитывая, что шкив/звездочка совершает один оборот за 720° поворота коленчатого вала, цена одного зуба составляет 17,14÷25,71°.Φ - nominal valve overlap. If we assume that the valve overlap begins 10÷15° before TDC and ends 5÷20° after TDC (BOSCH. Automobile Handbook, p. 393, Fig. 2), then the maximum overlap is Φ=35°. The common pitch of drive pulleys and timing sprockets is 3/8" (9.525 mm), which, with their different diameters, results in the presence of 28÷42 teeth. Given that the pulley / sprocket makes one revolution per 720 ° crankshaft rotation, the price of one tooth is 17, 14÷25.71°.

При максимальном перекрытии и минимальном кратном зубу нарушении фазы:At maximum overlap and minimum multiple of the tooth phase disturbance:

Figure 00000002
Figure 00000002

Очевидно, что первая часть остаточных ОГ остается в цилиндре только по окончании 1-го РЦ (j=1), поэтому в этом случае Ζj-10=0, и из (1):It is obvious that the first part of the residual EG remains in the cylinder only after the end of the 1st RC (j=1), therefore, in this case Z j-1 = Z 0 =0, and from (1):

Figure 00000003
Figure 00000003

Через определенное число рабочих циклов переходные процессы накопления и коррекции практически завершаются, цикловое количество выпущенных ОГ становится равным цикловому количеству вновь образовавшихся ОГ. В этом случае ΔIj=0, ΔEj=0, ΔΖj=0, Ij-1=Ij, Ej-1=Ej, Zj-1=Zj, и из (1):After a certain number of working cycles, the transient processes of accumulation and correction are practically completed, the cyclic amount of released OG becomes equal to the cyclic amount of newly formed OG. In this case ΔI j =0, ΔE j =0, ΔΖ j =0, I j-1 =I j , E j-1 =E j , Z j-1 =Z j , and from (1):

Figure 00000004
Figure 00000004

откуда:where:

Figure 00000005
Figure 00000005

Построенное исходя из (3)…(5) семейство кривых Ej/Ij(j,k) отражает отношение количества выходящих ОГ к количеству впущенной смеси в зависимости от числа рабочих циклов и значения коэффициента перекрытия (фиг.7).Built on the basis of (3)...(5) family of curves E j /I j (j,k) reflects the ratio of the number of outgoing exhaust gases to the amount of inlet mixture depending on the number of operating cycles and the value of the overlap coefficient (Fig.7).

Семейство кривых Zj/Ij(j,k) отражает отношение количества накопленных остаточных ОГ к количеству впущенной смеси в зависимости от числа РЦ и коэффициента перекрытия (фиг. 8). Например, если перекрытие клапанов уменьшено вдвое (k=0,5), то уже на 3-м рабочем цикле Zj/Ij=1, т.е. фактически рабочий объем цилиндра уменьшается в 2 раза, и во столько же уменьшается мощность двигателя (BOSCH. Автомобильный справочник, с. 436, 437), которой достаточно для холостого хода, но не для качественного движения автомобиля. При k=0,2÷0,3 двигатель может заглохнуть через 5÷6 РЦ после пуска. Очевидно, что кривые, расположенные выше кривой k=0,2, являются теоретическими. Они показывают не работу ДВС в течение 10÷40 РЦ, а уже при соотношении Zj/Ij ≥4 отражают его способность работать только 1÷2 РЦ, что часто встречается на практике, т.е. при прокручивании стартером двигатель не запускается, а лишь имеют место отдельные вспышки в цилиндрах.The family of curves Z j /I j (j,k) reflects the ratio of the amount of accumulated residual exhaust gas to the amount of the injected mixture depending on the number of RCs and the overlap coefficient (Fig. 8). For example, if the valve overlap is halved (k=0.5), then already on the 3rd working cycle Z j /I j =1, i.e. in fact, the working volume of the cylinder decreases by 2 times, and the engine power decreases by the same amount (BOSCH. Automobile Handbook, p. 436, 437), which is enough for idling, but not for high-quality movement of the car. At k=0.2÷0.3, the engine may stall in 5÷6 RC after starting. Obviously, the curves above the k=0.2 curve are theoretical. They do not show the operation of the internal combustion engine for 10÷40 RCs, but already at the ratio Z j /I j ≥4, they reflect its ability to operate only 1÷2 RCs, which is often encountered in practice, i.e. when the starter is cranked, the engine does not start, but only separate flashes in the cylinders take place.

Отличие химических реакций в цилиндре с неоптимальными фазами перекрытия клапанов от цилиндра с оптимальными фазами обусловлено тем, что остаточные ОГ и частицы углерода С предыдущего рабочего цикла в высокотемпературной среде цилиндра активно образуют новые углеводороды СхНУ, в частности, метан СНд:The difference between chemical reactions in a cylinder with non-optimal valve overlap phases and a cylinder with optimal phases is due to the fact that the residual EG and carbon particles C from the previous working cycle in the high-temperature environment of the cylinder actively form new hydrocarbons C x H Y , in particular, methane CHd:

СO2⇒СО+О; 2С+O2⇒2СО; С+O2⇒СO2; Н2O+СО⇒СO22; Н2O+С⇒СО+Н2; 2Н2O+С⇒СO2+2Н2; 2Н2+O2⇒2Н2О; С+2Н2⇒СН4; СО+3Н2⇒СН42O; СН4+2O2⇒СO2+2Н2O; CH4+С+Н2⇒СxНy.CO 2 ⇒CO + O; 2С+O 2 ⇒2СО; C + O 2 ⇒CO 2 ; H 2 O + CO⇒CO 2 + H 2 ; H 2 O + C⇒CO + H 2 ; 2H 2 O + C⇒CO 2 + 2H 2 ; 2H 2 + O 2 ⇒2H 2 O; C + 2H 2 ⇒CH 4 ; CO + 3H 2 ⇒CH 4 + H 2 O; CH 4 + 2O 2 ⇒CO 2 + 2H 2 O; CH 4 + C + H 2 ⇒ C x H y .

Сумме углеводородов стехиометрической смеси и вновь образованных углеводородов при неоптимальном перекрытии сопутствует меньшее наполнение цилиндров, и результатом горения становятся ОГ, регистирируемые газоанализатором, концентрация которых практически аналогична ОГ богатой смеси при оптимальном перекрытии (фиг. 9, где надстрочные индексы «ст» относятся к стехиометрической смеси, «об» к частично обогащенной смеси (λ=0,9), «фп» к стехиометрической смеси при неоптимальных фазах перекрытия). Эта схожесть и частичная компенсация мощности при 0,8<λ<1 за счет вновь образованных углеводородов существенно затрудняют распознавание дефекта.The sum of hydrocarbons of the stoichiometric mixture and newly formed hydrocarbons with non-optimal overlap is accompanied by a lower filling of the cylinders, and the result of combustion is the exhaust gases recorded by the gas analyzer, the concentration of which is almost similar to the exhaust gases of a rich mixture with optimal overlap (Fig. 9, where the superscript indices “st” refer to the stoichiometric mixture , "b" to a partially enriched mixture (λ=0.9), "fp" to a stoichiometric mixture with non-optimal overlap phases). This similarity and partial compensation of power at 0.8<λ<1 due to newly formed hydrocarbons significantly complicate the recognition of the defect.

В химических реакциях остаточных ОГ активное участие принимают не только ОГ с измеряемой концентрацией, но также водород Н2 и водяной пар Н2O, известные значения концентрации которых могли бы способствовать распознаванию дефекта, однако они не входят в число компонентов ОГ, измеряемых автомобильными газоанализаторами.In the chemical reactions of residual exhaust gases, not only exhaust gases with measured concentrations take an active part, but also hydrogen H 2 and water vapor H 2 O, the known concentration values of which could contribute to the recognition of a defect, however, they are not included in the list of exhaust gas components measured by automotive gas analyzers.

Важное свойство химической реакции горения водорода 2Н2+O2⇒2Н2O заключается в том, что она происходит только тогда, когда концентрация O2 ≥6%, либо концентрация Н2 ≥4%. Другое свойство - высокая устойчивость молекул O2 и Н2: при их столкновении химическая реакция образования воды возникает лишь при наличии свободных радикалов, в частности, атомов Н, О и групп ОН в результате следующей последовательности реакций: Η+O2⇒ОН+О; ОН+Н2⇒Н2O+Н; О+Н2⇒ОН+Н. Сами же свободные радикалы возникают и непрерывно образуются в процессе поджига и самоподдержания горения при температуре выше 500…577°С, и только в этом случае группа из двух атомов ОН встречается с молекулой Н2, что и образует воду (URL: https://fb.ru/article/422503/temperatura-goreniya-vodoroda-opisanie-i-usloviya-reaktsii-primenenie-v-tehnike Такие условия имеют место в цилиндрах ДВС, поэтому в результате сгорания стехиометрической смеси при неоптимальном перекрытии клапанов образуется на ΔΗ2O больше водяного пара, чем при горении богатой смеси и оптимальном перекрытии клапанов (фиг. 10), что является диагностическим признаком, но превращать который в диагностический параметр нецелесообразно из-за сложностей учета температуры и влажности окружающего воздуха, температуры выпускного тракта и самого водяного пара, разделяющих Н2O на газообразную и жидкую фракции.An important property of the chemical reaction of hydrogen combustion 2Н 2 +O 2 ⇒2Н 2 O is that it occurs only when the concentration of O 2 ≥6%, or the concentration of H 2 ≥4%. Another property is the high stability of O 2 and H 2 molecules: when they collide, the chemical reaction of water formation occurs only in the presence of free radicals, in particular, H, O atoms and OH groups as a result of the following sequence of reactions: Η + O 2 ⇒OH + O ; OH+H 2 ⇒H 2 O+H; O+H 2 ⇒OH+H. The free radicals themselves arise and are continuously formed in the process of ignition and self-sustaining combustion at temperatures above 500 ... 577 ° C, and only in this case a group of two OH atoms meets the H 2 molecule, which forms water (URL: https: // fb.ru/article/422503/temperatura-goreniya-vodoroda-opisanie-i-usloviya-reaktsii-primenenie-v-tehnike Such conditions occur in the cylinders of internal combustion engines, therefore, as a result of combustion of a stoichiometric mixture with non-optimal valve overlap, it is formed on ΔΗ 2 O more water vapor than when burning a rich mixture and optimal valve overlap (Fig. 10), which is a diagnostic sign, but it is impractical to turn it into a diagnostic parameter due to the difficulties of taking into account the temperature and humidity of the ambient air, the temperature of the exhaust tract and the water vapor itself, separating H 2 O into gaseous and liquid fractions.

В то же время водород при сгорании стехиометрической смеси и неоптимальном перекрытии клапанов не успевает накапливаться в высокотемпературной среде цилиндра, так как вступает в реакцию с достаточным количеством кислорода; вследствие этого его концентрация на ΔΗ2 меньше, чем при горении богатой смеси и оптимальном перекрытием клапанов (фиг.10), и этот диагностический признак может быть превращен в диагностический параметр без принципиальных затруднений, так как допускает применение газоанализаторов водорода.At the same time, during the combustion of a stoichiometric mixture and non-optimal valve overlap, hydrogen does not have time to accumulate in the high-temperature environment of the cylinder, since it reacts with a sufficient amount of oxygen; as a result, its concentration is ΔΗ 2 less than when burning a rich mixture and optimal valve overlap (Fig. 10), and this diagnostic feature can be turned into a diagnostic parameter without fundamental difficulties, since it allows the use of hydrogen gas analyzers.

При неоптимальном перекрытии клапанов остаточные ОГ через некоторое число РЦ заполняют не только цилиндры, но и выпускную систему. На холостом ходу ДВС температура КН достигает 370°С, а в движении автомобиля при оборотах ДВС более 2000 мин-1 635…850°С (URL: https://www.drive2.ru/l/480976689719935202/), вследствие чего на холостом ходу, а в силу инерции нагрева КН и 1÷2 мин (в зависимости от места установки КН) после повышения оборотов ДВС более 2000 мин-1 водород не окисляется в КН, и его концентрация не снижается. Это свойство исключает необходимость трудозатратного пробоотбора водорода до КН и обеспечивает пробоотбор в задней выхлопной трубе, невзирая на высокую эффективность КН.With non-optimal valve overlap, the residual exhaust gas fills not only the cylinders, but also the exhaust system after a certain number of RCs. At idling of the internal combustion engine, the temperature of the KH reaches 370 ° C, and in the movement of the car at engine speeds of more than 2000 min -1 635 ... 850 ° С (URL: https://www.drive2.ru/l/480976689719935202/), idling, and due to the inertia of heating the HP and 1÷2 min (depending on the location of the HP) after increasing the speed of the internal combustion engine more than 2000 min -1 , hydrogen is not oxidized into HP, and its concentration does not decrease. This feature eliminates the need for labor-intensive hydrogen sampling prior to the VF and enables sampling in the rear exhaust pipe despite the high efficiency of the VF.

При увеличенном сопротивлении выпускной системы ОГ вначале накапливаются в месте засора и достигают цилиндров через некоторое время, тем быстрее, чем ближе место засора к силовому агрегату ДВС. В цилиндрах часть водорода сгорает, его концентрация падает, а затем вновь повышается из-за нового заполнения выпускной системы. Колебания концентрации водорода с периодом примерно 5÷60 с, изменяющимся в силу турбулентности потока ОГ и снижающимся с ростом частоты оборотов ДВС из-за более быстрого заполнения выпускной системы, являются диагностическим признаком ее повышенного сопротивления. Период колебаний значительно отличается от периода колебаний лямбда-контура, оснащенного двухточечными лямбда-зондами, но иногда для повышения достоверности такие лямбда-зонды на время измерений следует отключить.With increased resistance of the exhaust system, the exhaust gases first accumulate at the site of blockage and reach the cylinders after a while, the faster, the closer the blockage site is to the ICE power unit. In the cylinders, part of the hydrogen burns out, its concentration drops, and then rises again due to the new filling of the exhaust system. Hydrogen concentration fluctuations with a period of approximately 5–60 s, which change due to the turbulence of the exhaust gas flow and decrease with an increase in the engine speed due to faster filling of the exhaust system, are a diagnostic sign of its increased resistance. The oscillation period is significantly different from that of a lambda circuit equipped with two-point lambda probes, but sometimes such lambda probes should be switched off for the duration of the measurement to increase reliability.

Таким образом, пробоотбор водорода в задней выхлопной трубе на холостом ходу ДВС и в течение 1 мин после повышения частоты оборотов не вносит погрешностей в диагностику оптимальной фазы ГРМ и позволяет распознать повышенное сопротивление выпускной системы, что делает принципиально возможным применение газоанализаторов водорода, имеющих индикацию его концентрации и функцию принудительного пробоот-бора для обеспечения точности измерений аналогично автомобильному ГА. Однако, высокая цена таких промышленных газоанализаторов водорода, например, АВП-01Г, АВП-02Г (URL: https://www.gazoanalizators.ni/AVP-01G-cena-kupit.html; https://www.gazoanalizators,ru/АVP-02G-cena-kupit.html), препятствует их массовому применению.Thus, hydrogen sampling in the rear exhaust pipe at idling of the internal combustion engine and within 1 min after increasing the speed does not introduce errors into the diagnosis of the optimal timing phase and allows you to recognize the increased resistance of the exhaust system, which makes it fundamentally possible to use hydrogen gas analyzers with an indication of its concentration and a forced sampling function to ensure measurement accuracy, similar to an automobile GA. However, the high price of such industrial hydrogen gas analyzers, for example, AVP-01G, AVP-02G (URL: https://www.gazoanalizators.ni/AVP-01G-cena-kupit.html; /AVP-02G-cena-kupit.html), prevents their mass application.

Исходя из этого, предлагается конструкция недорогого анализатора неработоспособной системы ДВС на основе датчика водорода типа MQ-8 (URL: http://www.elechouse.com/elechouse/images/product/Hydrogen%20Sensor%02MQ-8/MQ-8.pdf и др.) (фиг. 11).Based on this, the design of an inexpensive analyzer of an inoperative ICE system based on an MQ-8 type hydrogen sensor is proposed (URL: http://www.elechouse.com/elechouse/images/product/Hydrogen%20Sensor%02MQ-8/MQ-8. pdf, etc.) (Fig. 11).

Анализатор AFS 1 (фиг. 12) функционирует следующим образом.Analyzer AFS 1 (Fig. 12) operates as follows.

Пробоотборный зонд 2 находится в выхлопной трубе выпускной системы 3 автомобиля с работающим на холостом ходу ДВС и выходом ОГ 4, содержащих водород. Вакуум-насос 5 при включении создает разрежение и осуществляет забор ОГ 4 по тракту ПОЗ 2, фильтр 6, фильтр-влагоотделитель (ФВО) 7, впускной штуцер 8, вакуум-насос 5, и создает стабильную струю ОГ 4, которые накапливаются под некоторым давлением в ресивере 9 и проникают к чувствительному элементу датчика водорода 10, частично выходя из ресивера через выпускные отверстия и стравливая избыточное давление. Датчик водорода 10 под воздействием имеющегося в ОГ водорода формирует электрический сигнал постоянного напряжения, который измеряется цифровым вольтметром 11.The sampling probe 2 is located in the exhaust pipe of the exhaust system 3 of the vehicle with the internal combustion engine idling and the exhaust gas 4 containing hydrogen. The vacuum pump 5, when turned on, creates a vacuum and takes the exhaust gas 4 along the path POS 2, the filter 6, the filter-drier (FVO) 7, the inlet fitting 8, the vacuum pump 5, and creates a stable stream of exhaust gas 4, which accumulate under a certain pressure in the receiver 9 and penetrate to the sensitive element of the hydrogen sensor 10, partially exiting the receiver through the outlet holes and releasing excess pressure. The hydrogen sensor 10, under the influence of the hydrogen present in the exhaust gas, generates an electrical signal of a constant voltage, which is measured by a digital voltmeter 11.

Питание вакуум-насоса осуществляется от стабилизатора +5 В 12, питание датчика водорода осуществляется от стабилизатора +5 В 13, питание вольтметра и стабилизаторов осуществляется от бортовой сети автомобиля или иного источника постоянного напряжения +12÷15 В. Применение двух стабилизаторов +5 В исключает влияние электродвигателя вакуум-насоса на датчик водорода через цепи электропитания. Схема защищена от перепутывания полярности предохранительным диодом 14. Вакуум-насос 5 включается выключателем 15, оснащенным световой сигнализацией включения. Корпус AFS 1 имеет вентиляционные щели 16 для удаления избыточных ОГ и вентиляции полости AFS после окончания работы. Фильтры 6 и 7 предназначены для задержания сажевых и других частиц во избежание засора вакуум-насоса и датчика водорода. ФВО 7, кроме того, защищает компоненты тракта от залива конденсатом паров Н2О. В качестве пробоотборного зонда 2, фильтров 6 и 7 могут быть применены соответствующие штатные компоненты промышленного ГА. При применении штатных пробоотборного зонда 2, фильтров 6 и 7 в качестве единого тракта ГА и AFS, он включает разветвитель (тройник) 17 для направления ОГ одновременно на ГА 18 и на AFS 1, и обратные клапаны 19 (фиг. 13), которые обеспечивают пробоотбор только из системы выпуска ОГ 3 и одновременно воспрещают ГА и AFS про-боотбор друг у друга. В качестве обратного клапана 17 может быть использован двухходовой клапан системы вентиляции топливного бака.The vacuum pump is powered from a +5 V 12 stabilizer, the hydrogen sensor is powered from a +5 V 13 stabilizer, the voltmeter and stabilizers are powered from the car’s on-board network or another +12 ÷ 15 V DC voltage source. The use of two +5 V stabilizers eliminates influence of the electric motor of the vacuum pump on the hydrogen sensor through the power supply circuits. The circuit is protected from polarity reversal by a safety diode 14. The vacuum pump 5 is turned on by a switch 15 equipped with a turn-on light signaling. The AFS 1 housing has ventilation slots 16 to remove excess exhaust gas and ventilate the AFS cavity after work is completed. Filters 6 and 7 are designed to retain soot and other particles in order to avoid clogging of the vacuum pump and hydrogen sensor. FVO 7, in addition, protects the components of the tract from flooding with H 2 O vapor condensate. As a sampling probe 2, filters 6 and 7, the corresponding regular components of industrial GA can be used. When standard sampling probe 2, filters 6 and 7 are used as a single path of the GA and AFS, it includes a splitter (tee) 17 for directing the exhaust gas simultaneously to the GA 18 and AFS 1, and check valves 19 (Fig. 13), which provide sampling only from exhaust system 3 and at the same time prevent GA and AFS from sampling each other. As a check valve 17, a two-way valve of the fuel tank ventilation system can be used.

AFS 1 подключают к источнику питания +12…15 В посредством кабеля 20 и зажимов типа «крокодил» 21 (фиг. 14). Вакуум-насос 5 (фиг. 15) установлен на подушке 22 и скобой 23 закреплен к печатной плате 24, на которой установлены также стабилизатор 12 с радиатором 25, стабилизатор 13 и датчик водорода 10, на который плотно надет ресивер 9. Впускной штуцер 8 соединен с вакуум-насосом 5 вакуумным шлангом 26.AFS 1 is connected to a +12...15 V power supply via cable 20 and crocodile clips 21 (Fig. 14). The vacuum pump 5 (Fig. 15) is mounted on the cushion 22 and the bracket 23 is fixed to the printed circuit board 24, which also has a stabilizer 12 with a radiator 25, a stabilizer 13 and a hydrogen sensor 10, on which the receiver 9 is tightly fitted. The inlet fitting 8 is connected with vacuum pump 5 vacuum hose 26.

Принцип диагностики посредством AFS отличается от прототипа тем, что когда смесь характеризуется как богатая, осуществлен принудительный пробоотбор ОГ из выхлопной трубы на холостом ходу ДВС и 1÷2 мин на частоте оборотов 2000÷3000 мин-1, и при этом AFS индицирует постоянное напряжение более порогового значения, то неработоспособной является СВБ, а ее дефектом богатая смесь. Если AFS индицирует напряжение не более порогового значения, то неработоспособным является ГРМ, его дефектом неоптимальные фазы перекрытия клапанов, а следовательно, и нарушения фазы газораспределения. Если же AFS индицирует колебания амплитуды напряжения более порогового значения с изменяющимся периодом от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, уменьшающимся с ростом частоты оборотов ДВС, то неработоспособной является выпускная система, а ее дефектом увеличенное сопротивление. Такой анализ систем ДВС посредством AFS и распознавание неработоспособной системы обеспечивает постановку соответствующего технического диагноза.The principle of diagnosis using AFS differs from the prototype in that when the mixture is characterized as rich, forced exhaust gas sampling is carried out from the exhaust pipe at idle speed of the internal combustion engine and 1÷2 min at a speed of 2000÷3000 min -1 , and at the same time AFS indicates a constant voltage of more than threshold value, then SRB is inoperable, and its defect is a rich mixture. If AFS indicates a voltage not exceeding the threshold value, then the timing is inoperative, its defect is non-optimal valve overlap phases, and, consequently, valve timing disturbances. If the AFS indicates fluctuations in the voltage amplitude above the threshold value with a varying period from several seconds to several tens of seconds, decreasing with an increase in the engine speed, then the exhaust system is inoperative, and its defect is increased resistance. This analysis of ICE systems by means of AFS and the recognition of an inoperative system provides an appropriate technical diagnosis.

Исходя из этого, способ анализа посредством AFS систем ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, и распознавания неработоспособной системы заключается в следующем. Определяют техническое состояние ДВС «неработоспособен», холодный ДВС прогревают до рабочей температуры на частоте оборотов холостого хода и с помощью AFS измеряют напряжение, обусловленное концентрацией водорода в ОГ. Для этого посредством AFS осуществляют принудительный пробоотбор ОГ в выхлопной трубе работающего ДВС на холостом ходу и 1÷2 мин на частоте оборотов 2000÷3000 мин-1, так как в этом случае КН не уменьшает концентрацию водорода, и если AFS индицирует напряжение не более порогового значения, то неработоспособным определяют ГРМ с дефектом нарушение оптимальной фазы газораспределения. Если AFS индицирует постоянное напряжение более порогового значения, то неработоспособной определяют СВБ с дефектом богатая смесь. Если AFS индицирует колебания амплитуды напряжения более порогового значения с изменяющимся периодом от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, уменьшающимся с ростом частоты оборотов ДВС, то неработоспособной определяют выпускную систему с дефектом увеличенное сопротивление. Заключение о неработоспособной системе и ее дефекте отражают в техническом диагнозе.Based on this, the method of analyzing by AFS ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, and recognizing an inoperative system is as follows. The technical condition of the internal combustion engine is determined as “inoperable”, the cold internal combustion engine is heated to operating temperature at idle speed, and the voltage due to the concentration of hydrogen in the exhaust gas is measured using AFS. To do this, by means of AFS, forced exhaust gas sampling is carried out in the exhaust pipe of a running internal combustion engine at idle and for 1÷2 min at a speed of 2000÷3000 min -1 , since in this case, KH does not reduce the hydrogen concentration, and if AFS indicates a voltage not exceeding the threshold values, then a timing belt with a defect is determined to be inoperative, a violation of the optimal valve timing. If the AFS indicates a DC voltage greater than the threshold value, then the SBC with a rich mixture defect is determined to be inoperable. If the AFS indicates fluctuations in the voltage amplitude above the threshold value with a varying period from several seconds to several tens of seconds, decreasing with an increase in the engine speed, then the exhaust system with a defect of increased resistance is determined to be inoperable. The conclusion about the inoperable system and its defect is reflected in the technical diagnosis.

При относительной влажности 33÷5%, температуре ОГ +20÷+50°С и применении газоанализатора II класса точности, например, «Автотест» 01.03М, погрешности измерений δН2=8% (URL: https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Sensors/BiometricMQ-8.pdf, fig. 4), δCO=6% (URL: http://www.meta-moscow.ru/upload/iblock/777/7775871deccd345259d4d3f9df4bad94.pdf, c. 9), вероятность достоверного диагноза посредством AFS

Figure 00000006
поэтому применение изобретения совместно с мотор-тестером обеспечивает достоверность диагноза: Ρ=1-(1-РMT)(1-PSFD)=0,98.At a relative humidity of 33÷5%, an exhaust gas temperature of +20÷+50°C and the use of a gas analyzer of accuracy class II, for example, "Autotest" 01.03M, measurement errors δН 2 = 8% (URL: https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront. net/datasheets/Sensors/BiometricMQ-8.pdf, fig. 4), δCO=6% (URL: http://www.meta-moscow.ru/upload/iblock/777/7775871deccd345259d4d3f9df4bad94.pdf, p. 9) , the probability of a reliable diagnosis by AFS
Figure 00000006
therefore, the use of the invention together with the motor tester ensures the reliability of the diagnosis: Ρ=1-(1-P MT )(1-P SFD )=0.98.

Таким образом, свойства анализатора AFS и способа его применения непосредственно обусловливают способность изобретения достичь требуемого технического результата анализа систем бензинового ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, и распознавание неработоспособной системы.Thus, the properties of the AFS analyzer and the method of its use directly determine the ability of the invention to achieve the required technical result of the analysis of gasoline ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, and the recognition of an inoperative system.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1. Результат реакции окисления при теоретическом полном сгорании ТВС.Fig. 1. The result of the oxidation reaction during the theoretical complete combustion of fuel assemblies.

Фиг. 2. Концентрация СO2 и Н2O при теоретическом полном сгорании ТВС.Fig. 2. The concentration of CO 2 and H 2 O during the theoretical complete combustion of fuel assemblies.

Фиг. 3. Состав ОГ при практическом сгорании стехиометрической ТВС.Fig. 3. Composition of GO during practical combustion of stoichiometric fuel assemblies.

Фиг. 4. Состав ОГ при практическом сгорании богатой ТВС.Fig. 4. Composition of EG during practical combustion of rich fuel assemblies.

Фиг. 5. Состав ОГ при практическом сгорании стехиометрической ТВС и нарушении фаз перекрытия клапанов ГРМ или увеличении сопротивления выпускной системы.Fig. 5. Composition of EG during practical combustion of stoichiometric fuel assemblies and violation of phases of overlapping of timing valves or increase in exhaust system resistance.

Фиг. 6. СО на входе и выходе КН, нейтрализующего концентрацию 3,5% СО.Fig. 6. CO at the inlet and outlet of the KN, neutralizing the concentration of 3.5% CO.

Фиг. 7. Отношение количества выпущенных ОГ к количеству впущенной смеси в зависимости от числа рабочих циклов и значения коэффициента перекрытия.Fig. 7. The ratio of the amount of exhaust gases to the amount of the injected mixture, depending on the number of work cycles and the value of the overlap coefficient.

Фиг. 8. Отношение количества остаточных ОГ к количеству впущенной смеси в зависимости от числа рабочих циклов и значения коэффициента перекрытия.Fig. 8. The ratio of the amount of residual exhaust gas to the amount of the injected mixture, depending on the number of working cycles and the value of the overlap coefficient.

Фиг.9. Концентрация ОГ богатой смеси при оптимальных фазах перекрытия и стехиометрической смеси при неоптимальных фазах перекрытия клапанов.Fig.9. Exhaust gas concentration of a rich mixture at optimal valve closing phases and a stoichiometric mixture at non-optimal valve closing phases.

Фиг. 10. Концентрация воды и водорода богатой смеси при оптимальных фазах перекрытия клапанов и стехиометрической смеси при неоптимальных фазах перекрытия.Fig. 10. The concentration of water and hydrogen of a rich mixture at optimal valve overlap phases and a stoichiometric mixture at non-optimal valve overlap phases.

Фиг. 11. Датчик MQ-8: 10 - датчик водорода; 27 - регулятор чувствительности.Fig. 11. Sensor MQ-8: 10 - hydrogen sensor; 27 - sensitivity regulator.

Фиг. 12. APS. Функциональная схема: 1 - AFS; 2 - пробоотборный зонд; 3 - выпускная система; 4 - ОГ; 5 - вакуум-насос; 6 - фильтр; 7 - ФВО; 8 - впускной штуцер; 9 - ресивер; 10 - датчик водорода; 11 - вольтметр; 12 и 13 - стабилизаторы +5 В; 14 - предохранительный диод; 15 - выключатель; 16 - вентиляционные щели.Fig. 12.APS. Functional diagram: 1 - AFS; 2 - sampling probe; 3 - exhaust system; 4 - exhaust gas; 5 - vacuum pump; 6 - filter; 7 - FVO; 8 - inlet fitting; 9 - receiver; 10 - hydrogen sensor; 11 - voltmeter; 12 and 13 - stabilizers +5 V; 14 - safety diode; 15 - switch; 16 - ventilation slots.

Фиг. 13. Схема одновременного пробоотбора посредством ГА и AFS: 1 - AFS; 2 - пробоотборный зонд; 3 - выпускная система; 4 - ОГ; 6 - фильтр; 7 - ФВО; 17 - разветвитель; 18 - ГА; 19 - обратный клапан.Fig. 13. Scheme of simultaneous sampling by means of GA and AFS: 1 - AFS; 2 - sampling probe; 3 - exhaust system; 4 - exhaust gas; 6 - filter; 7 - FVO; 17 - splitter; 18 - GA; 19 - check valve.

Фиг. 14. AFS. Конструкция, внешний вид (проект): 1 - AFS; 11 - вольтметр; 15 - выключатель; 16 - вентиляционные щели; 20 - кабель питания; 21 - зажимы.Fig. 14.AFS. Design, appearance (project): 1 - AFS; 11 - voltmeter; 15 - switch; 16 - ventilation slots; 20 - power cable; 21 - clamps.

Фиг. 15. AFS. Конструкция (проект): 1 - AFS; 5 - вакуум-насос; 8 - впускной штуцер; 9 - ресивер; 10 - датчик водорода; 11 - вольтметр; 12 и 13 - стабилизаторы +5 В; 15 - выключатель; 20 - кабель питания; 21 - зажимы; 22 - подушка; 23 - скоба; 24 - печатная плата; 25 - радиатор; 26 - вакуумный шланг.Fig. 15.AFS. Design (project): 1 - AFS; 5 - vacuum pump; 8 - inlet fitting; 9 - receiver; 10 - hydrogen sensor; 11 - voltmeter; 12 and 13 - stabilizers +5 V; 15 - switch; 20 - power cable; 21 - clamps; 22 - pillow; 23 - bracket; 24 - printed circuit board; 25 - radiator; 26 - vacuum hose.

Фиг. 16. AFS. Схема электрическая принципиальная: VB - напряжение бортовой сети; VCC1, 2 - стабилизованные напряжения +5 В; D1 - предохранительный диод; S1 - выключатель; IC1, 2 - стабилизаторы напряжения +5 В; UP1 - вакуум-насос; IC3 - датчик водорода; IC4 - вольтметр.Fig. 16.AFS. Schematic electrical circuit: VB - on-board network voltage; VCC1, 2 - stabilized voltage +5 V; D1 - safety diode; S1 - switch; IC1, 2 - voltage stabilizers +5 V; UP1 - vacuum pump; IC3 - hydrogen sensor; IC4 - voltmeter.

Фиг. 17. AFS. Практическая конструкция, внешний вид: 1 - AFS; 8 - впускной штуцер; 11 - вольтметр; 15 - выключатель; 16 - вентиляционные щели; 20 - кабель питания; 21 - зажимы.Fig. 17.AFS. Practical design, appearance: 1 - AFS; 8 - inlet fitting; 11 - voltmeter; 15 - switch; 16 - ventilation slots; 20 - power cable; 21 - clamps.

Фиг. 18. AFS. Практическая конструкция: 1 - AFS; 5 - вакуум-насос; 8 - впускной штуцер; 9 - ресивер; 10 - датчик водорода; 11 - вольтметр; 12 и 13 - стабилизаторы +5 В; 15 - выключатель; 20 - кабель питания; 23 - скоба; 24 - печатная плата; 25 - радиатор; 26 - вакуумный шланг; 28 - радиатор; 29 - отверстие.Fig. 18.AFS. Practical design: 1 - AFS; 5 - vacuum pump; 8 - inlet fitting; 9 - receiver; 10 - hydrogen sensor; 11 - voltmeter; 12 and 13 - stabilizers +5 V; 15 - switch; 20 - power cable; 23 - bracket; 24 - printed circuit board; 25 - radiator; 26 - vacuum hose; 28 - radiator; 29 - hole.

Фиг. 19. AFS. Практическая конструкция, подано питание +12 В, вакуум-насос выключен: 1 - AFS; 8 - впускной штуцер; 11 - вольтметр; 15 - выключатель; 16 - вентиляционные щели; 20 - кабель питания.Fig. 19.AFS. Practical design, +12 V power supply, vacuum pump off: 1 - AFS; 8 - inlet fitting; 11 - voltmeter; 15 - switch; 16 - ventilation slots; 20 - power cable.

Фиг. 20. AFS. Практическая конструкция, подано питание +12 В, вакуум-насос включен: 1 - AFS; 8 - впускной штуцер; 11 - вольтметр; 15 - выключатель; 16 - вентиляционные щели; 20 - кабель питания.Fig. 20.AFS. Practical design, +12 V power supply, vacuum pump on: 1 - AFS; 8 - inlet fitting; 11 - voltmeter; 15 - switch; 16 - ventilation slots; 20 - power cable.

Фиг.21. Концентрация ОГ заведомо работоспособного ДВС на холостом ходу.Fig.21. Exhaust gas concentration of a known operable internal combustion engine at idle.

Фиг. 22. Коэффициенты LFT и SFT работоспособного ДВС на холостом ходу.Fig. 22. LFT and SFT coefficients of an efficient internal combustion engine at idle.

Фиг. 23. Контрольные фазы газораспределения работоспособного ДВС на холостом ходу: 30 - КФ начала открытия выпускного клапана; 31 - КФ момента открытия выпускного клапана; 32 - КФ открытия впускного клапана; 33 - КФ закрытия впускного клапана.Fig. 23. Control phases of gas distribution of a healthy internal combustion engine at idle: 30 - KF of the beginning of the opening of the exhaust valve; 31 - KF of the moment of opening the exhaust valve; 32 - KF opening of the intake valve; 33 - KF closing the intake valve.

Фиг. 24. Размещение проботборного зонда в задней выхлопной трубе: 2 - ПОЗ; 34 - задняя выхлопная труба; 35 - глушитель выпускной системы.Fig. 24. Placement of the sampling probe in the rear exhaust pipe: 2 - POS; 34 - rear exhaust pipe; 35 - exhaust silencer.

Фиг. 25. Пороговое значение AFS: 1 - AFS: 7 - ФВО; 11 - вольтметр, показание порогового значения 0,36 В; 15 - выключатель.Fig. 25. Threshold AFS: 1 - AFS: 7 - FVO; 11 - voltmeter, indication of the threshold value of 0.36 V; 15 - switch.

Фиг. 26. Показания газоанализатора и AFS при резком ускорении ДВС: 1 - AFS: 7 -ФВО; 11 - вольтметр, показание 4,28 В; 15 - выключатель.Fig. 26. Indications of the gas analyzer and AFS with a sharp acceleration of the internal combustion engine: 1 - AFS: 7 - FVO; 11 - voltmeter, reading 4.28 V; 15 - switch.

Фиг. 27. Практическая диагностика. Свечи зажигания диагностируемого ДВС: 36 - изолятор центрального электорда.Fig. 27. Practical diagnostics. Spark plugs of the diagnosed internal combustion engine: 36 - central electrode insulator.

Фиг. 28. Практическая диагностика. Коэффициенты LFT и SFT диагностируемого ДВС на холостом ходу.Fig. 28. Practical diagnostics. LFT and SFT coefficients of the diagnosed internal combustion engine at idle.

Фиг. 29. Практическая диагностика. Измерение фазы газораспределения диагностируемого ДВС на холостом ходу мотор-тестером USB Autoscope III: 37 - датчик давления.Fig. 29. Practical diagnostics. Measuring the valve timing of the diagnosed internal combustion engine at idle with a USB Autoscope III motor-tester: 37 - pressure sensor.

Фиг. 30. Практическая диагностика. Измерение фазы газораспределения диагностируемого ДВС на холостом ходу мотор-тестером USB Autoscope III: 30 - фаза начала открытия выпускного клапана; 32 - фаза момента открытия выпускного клапана; 32 - фаза открытия впускного клапана; 33 - фаза закрытия впускного клапана.Fig. 30. Practical diagnostics. Measurement of the gas distribution phase of the diagnosed internal combustion engine at idle with the USB Autoscope III motor-tester: 30 - phase of the start of the exhaust valve opening; 32 - phase of the moment of opening the exhaust valve; 32 - intake valve opening phase; 33 - the closing phase of the intake valve.

Фиг. 31. Практическая диагностика. Показания газоанализатора до КН.Fig. 31. Practical diagnostics. Gas analyzer readings up to KN.

Фиг. 32. Практическая диагностика. Максимальные показания AFS: 1 - AFS: 7 - ФВО; 11 - вольтметр, показание 1,32 В; 15 - выключатель.Fig. 32. Practical diagnostics. Maximum readings AFS: 1 - AFS: 7 - FVO; 11 - voltmeter, reading 1.32 V; 15 - switch.

Фиг. 33. Практическая диагностика. Минимальные показания AFS: 1 - AFS: 7 - ФВО; 11 - вольтметр, показание 0,60 В; 15 - выключатель.Fig. 33. Practical diagnostics. Minimum readings AFS: 1 - AFS: 7 - FVO; 11 - voltmeter, reading 0.60 V; 15 - switch.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Согласно проекту (фиг. 12-16) создана и испытана практическая конструкция анализатора AFS неработоспособной системы ДВС (фиг. 17-20). Анализатор AFS 1 (фиг. 17) выполнен в маслобензостойком пластиковом корпусе с внешними компонентами: впускным штуцером 8, цифровым вольметром 11, выключателем питания 15, кабелем питания 20 с зажимами типа «крокодил» 21.According to the project (Fig. 12-16), a practical design of the AFS analyzer of an inoperative ICE system (Fig. 17-20) was created and tested. The AFS 1 analyzer (Fig. 17) is made in an oil and petrol resistant plastic case with external components: inlet fitting 8, digital voltmeter 11, power switch 15, power cable 20 with crocodile clips 21.

Все компоненты сквозного монтажа электрической принципиальной схемы (фиг. 16) расположены на верхней стороне односторонней печатной платы 24 (фиг. 18). Испытания показали необходимость установки радиатора 28 площадью 50 см2 для охлаждения стабилизатора 13. Ресивер 9 изготовлен из корпуса одноразового медицинского шприца объемом 20 мл с четырьмя равномерно размещенными по окружности стравливающими избыточное давление отверстиями 29 диаметром 1 мм. Технические характеристики анализатора AFS:All components of the through-wiring electrical circuitry (FIG. 16) are located on the top side of the single-sided printed circuit board 24 (FIG. 18). Tests showed the need to install a radiator 28 with an area of 50 cm 2 to cool the stabilizer 13. The receiver 9 is made from the body of a disposable medical syringe with a volume of 20 ml with four holes 29 1 mm in diameter evenly spaced around the circumference to release excess pressure. AFS Analyzer Specifications:

Контролируемое вещество водород Н2 Controlled substance hydrogen H 2

Диапазон концентрации, % об. 0,1÷4Concentration range, % vol. 0.1÷4

Диапазон показаний, В 0÷4,5Indication range, V 0÷4.5

Пороговое напряжение, В 0,2÷0,5Threshold voltage, V 0.2÷0.5

Диапазон относительной влажности ОГ, % 33÷85EG relative humidity range, % 33÷85

Погрешность измерения при температуре ОГ +5÷-+50°С, % ±18Measurement error at exhaust gas temperature +5÷-+50°С, % ±18

Погрешность измерения при температуре ОГ +20÷+50°С, % ±8Measurement error at exhaust gas temperature +20÷+50°С, % ±8

Время готовности, мин 5Ready time, min 5

Напряжение питания, В +12÷15Supply voltage, V +12÷15

Потребляемая мощность, не более, Вт 9Power consumption, not more than, W 9

Габариты корпуса (длина × ширина × высота), мм 134×90×46Case dimensions (length × width × height), mm 134×90×46

Масса, не более, кг 0,4Weight, no more than, kg 0.4

Настройка AFS перед первым включением: ротор потенциометра регулятора чувствительности 27 датчика водорода 10 (фиг. 11) поворачивают по часовой стрелке в крайнее положение (до упора).Setting AFS before the first start: the rotor of the sensitivity regulator potentiometer 27 of the hydrogen sensor 10 (Fig. 11) is turned clockwise to the extreme position (as far as it will go).

Включение и прогрев AFS. Зажимы 20 (фиг. 17) подключают к источнику постоянного напряжения +12÷15 В, зажим черного цвета к клемме «минус» источника, зажим красного цвета к клемме «плюс». При этом включается вольтметр 11 (фиг. 19) со значением 0,00, которое через несколько секунд вырастает до 0,70÷1,10, а затем в течение не более 4÷5 минут снижается до устойчивого значения 0,08÷0,24 в зависимости от концентрации водорода в помещении, ресивере, датчике водорода. Это означает, что датчик водорода прогрет, и AFS готов к работе.Turning on and warming up AFS. Terminals 20 (Fig. 17) are connected to a DC voltage source +12÷15 V, the black terminal is connected to the "minus" terminal of the source, the red terminal is connected to the "plus" terminal. This turns on the voltmeter 11 (Fig. 19) with a value of 0.00, which after a few seconds rises to 0.70 ÷ 1.10, and then within no more than 4 ÷ 5 minutes decreases to a stable value of 0.08 ÷ 0, 24 depending on the hydrogen concentration in the room, receiver, hydrogen sensor. This means that the hydrogen sensor has warmed up and the AFS is ready to go.

О включении выключателя 15 и вакуум-насоса сигнализирует подсветка выключателя (фиг. 20). При этом вакуум-насос издает характерный звук своей работы, который усиливается, если кратковременно закрыть впускной штуцер 8. При размещении AFS в среде с нулевой концентрацией водорода воздух, закачиваемый вакуум-насосом в ресивер и обдувающий датчик водорода, несколько снижает показания вольтметра, что свидетельствует о работоспособности AFS.The switching on of the switch 15 and the vacuum pump is indicated by the illumination of the switch (Fig. 20). At the same time, the vacuum pump emits a characteristic sound of its operation, which is amplified if the inlet fitting 8 is briefly closed. When the AFS is placed in an environment with zero hydrogen concentration, the air pumped by the vacuum pump into the receiver and blowing around the hydrogen sensor slightly reduces the voltmeter readings, which indicates about the performance of AFS.

Пороговое напряжение AFS определяют при работе заведомо работоспособного прогретого ДВС на стехиометрической смеси на холостом ходу, имеющего концентрацию ОГ (фиг. 21) и коэффициенты LFT и SFT (фиг. 22) или контрольные фазы газораспределения (фиг. 23), соответствующие нормативным значениям, для чего пробоотборный зонд 2 размещают в выхлопной трубе (фиг. 24), включают вакуум-насос AFS выключателем 15 (фиг. 25) и фиксируют устойчивые показания вольтметра 11 в течение 1÷2 мин. Показания должны составлять 0,2÷0,5 В, которое принимают как пороговое значение и записывают его на шильдике, расположенном снизу на корпусе AFS. Пороговое значение демонстрируемого AFS составляет 0,36 В.The threshold voltage AFS is determined during the operation of a known working warm ICE on a stoichiometric mixture at idle, having an exhaust gas concentration (Fig. 21) and LFT and SFT coefficients (Fig. 22) or control valve timing (Fig. 23), corresponding to the standard values, for whereupon the sampling probe 2 is placed in the exhaust pipe (Fig. 24), the AFS vacuum pump is turned on by the switch 15 (Fig. 25) and stable readings of the voltmeter 11 are recorded for 1÷2 min. Readings should be 0.2 ÷ 0.5 V, which is taken as a threshold value and recorded on the nameplate located on the bottom of the AFS case. The threshold value of the displayed AFS is 0.36 V.

При резком нажатии на педаль акселератора смесь кратковременно обогащается, концентрация водорода значительно увеличивается, показания вольтметра 11 должны на несколько секунд достичь значения 4,0÷4,5 В, что соответствует концентрации СО=5÷9% и 2÷6%, измеренной до и после КН соответственно, повышенным значениям СН и O2, заниженному значению СO2 (фиг. 26).When the accelerator pedal is pressed sharply, the mixture is enriched for a short time, the hydrogen concentration increases significantly, the readings of the voltmeter 11 should reach the value of 4.0÷4.5 V for several seconds, which corresponds to the CO concentration = 5÷9% and 2÷6%, measured up to and after KN, respectively, increased values of CH and O 2 , underestimated value of CO 2 (Fig. 26).

При необходимости AFS тестируют на заведомо работоспособном ДВС путем изменения фазы ГРМ и уменьшения проходимости выпускной системы. Фазу ГРМ изменяют перестановкой ремня (цепи) на 1 зуб. Запускают ДВС, на холостом ходу должны увеличиться концентрации СО и СН, но показания вольтметра AFS не должны увеличиться более порогового значения. Выключают ДВС, возвращают фазу ГРМ в первоначальное положение, осуществляют сброс кодов неисправностей DTC, адаптацию ЭБУ и одновременную очистку выпускной системы работой ДВС на месте на различных оборотах и тестовой контрольной поездкой. Проходимость выпускной системы уменьшают при оптимальной фазе ГРМ, закрыв выхлопную тубу заглушкой с регулируемым отверстием. Постепенно уменьшая отверстие до достижения концентрации СО=4,1÷4,3%, измеренной до КН, убеждаются, что показания цифрового вольтметра AFS превышают пороговое значение и осуществляют колебания с изменяющимся периодом от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. При необходимости, чтобы отличить эти колебания от колебаний, обусловленных работой лямбда-контура, оснащенного двухточечными лямбда-зондами, на период измерений отключают лямбда-зонды.If necessary, AFS is tested on a known working internal combustion engine by changing the timing phase and reducing the patency of the exhaust system. The timing phase is changed by shifting the belt (chain) by 1 tooth. The internal combustion engine is started, at idle the concentrations of CO and CH should increase, but the readings of the AFS voltmeter should not increase more than the threshold value. The internal combustion engine is turned off, the timing phase is returned to its original position, the DTCs are reset, the ECU is adapted and the exhaust system is simultaneously cleaned by the operation of the internal combustion engine at various speeds and a test control trip. The patency of the exhaust system is reduced at the optimum timing phase by closing the exhaust tube with a plug with an adjustable hole. Gradually reducing the hole until the concentration of CO = 4.1÷4.3%, measured to KH, is made sure that the readings of the AFS digital voltmeter exceed the threshold value and oscillate with a varying period from several seconds to several tens of seconds. If necessary, in order to distinguish these fluctuations from the fluctuations due to the operation of the lambda circuit equipped with two-point lambda probes, the lambda probes are turned off for the measurement period.

На практике достигнут технический результат анализа систем ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, и распознавания неработоспосбной системы, что демонстрируется на следующем примере. Диагностируемый 4-цилиндровый ДВС имеет такие признаки богатой смеси, как черный налет на изоляторах центральных электродов 35 свечей зажигания (фиг. 27) и повышенный расход топлива; значение диагностического параметра - отрицательный коэффициент LFT (фиг. 28), что вполне достаточно для перехода к диагностике анализатором AFS. Однако, с исследовательской целью мотор-тестером USB Autoscope III определены контрольные фазы ГРМ, для чего в свечное гнездо 1-го цилиндра вкручен датчик давления 37 (фиг. 29). На холостом ходу прогретого ДВС контрольные фазы находятся в контрольных секторах (фиг. 30), однако три из четырех КФ (31, 32 и 33) находятся на границах контрольных секторов, что также может быть причиной придания характеристик богатой смеси и указывает на дефект ГРМ. Вместе с тем такое смещение КФ соответствует примерно половине зуба приводного шкива распредвала и не дает оснований для регулировки ГРМ, так как при смещении на один зуб КФ 31 и 32 сместятся к противоположным границам контрольных секторов, а КФ 30 выйдет за пределы контрольного сектора. Измеренная до каталитического нейтрализатора концентрация ОГ также характеризует смесь как богатую (фиг. 31), что дает основания для диагностики такой громоздкой системы, как система впрыска. Таким образом, диагностические признаки и параметры не указывают на неработоспособность одной конкретной системы и вносят значительную неопределенность, разрешить которую предназначен анализатор AFS. Концентрация ОГ, измеренная в выхлопной трубе, имеет идеальные значения (фиг. 32, 33), но, невзирая на это, концентрация водорода за 80 с выросла значительно выше порогового значения 0,36 В, что соответствует 1,32 В (фиг. 32), а затем в течение 50 с показание вольтметра снизилось до 0,60 В (фиг. 33) и вновь начало постепенно нарастать. Эти колебания напряжения свидетельствуют о повышенном сопротивлении выпускной системы, а большой период колебаний о длительном нарастании концентрации водорода, что обусловлено значительным удалением места засора от силового агрегата. Определен технический диагноз: неработоспособна выпускная система, наиболее вероятен дефект глушителя. Действительно, после демонтажа глушителя обнаружено, что его тело (перегородки и наполнитель) начало разрушаться. Идеальная концентрация ОГ объясняется снижением расхода ОГ в выпускной системе и соответственно скорости ОГ, что стало причиной более полного дожигания ОГ в каталитическом нейтрализаторе.In practice, the technical result of the analysis of ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, and the recognition of an inoperative system, has been achieved, which is demonstrated in the following example. The diagnosed 4-cylinder internal combustion engine has such signs of a rich mixture as black deposits on the insulators of the central electrodes 35 of the spark plugs (Fig. 27) and increased fuel consumption; the value of the diagnostic parameter is a negative LFT coefficient (Fig. 28), which is quite enough to switch to diagnostics with the AFS analyzer. However, for research purposes, the control phases of the timing were determined by the USB Autoscope III motor tester, for which a pressure sensor 37 is screwed into the spark plug socket of the 1st cylinder (Fig. 29). At idling of a warmed-up internal combustion engine, the control phases are in the control sectors (Fig. 30), however, three of the four CFs (31, 32 and 33) are at the boundaries of the control sectors, which can also be the reason for giving rich mixture characteristics and indicates a timing defect. At the same time, such a shift of the CF corresponds to approximately half of the tooth of the camshaft drive pulley and does not give grounds for adjusting the timing, since with a shift of one tooth, the CFs 31 and 32 will shift to the opposite boundaries of the control sectors, and the CF 30 will go beyond the control sector. The EG concentration measured before the catalytic converter also characterizes the mixture as rich (Fig. 31), which gives grounds for diagnosing such a cumbersome system as the injection system. Thus, diagnostic signs and parameters do not indicate the inoperability of one particular system and introduce significant uncertainty, which the AFS analyzer is designed to resolve. The exhaust gas concentration measured in the exhaust pipe has ideal values (Fig. 32, 33), but despite this, the hydrogen concentration in 80 s increased significantly above the threshold value of 0.36 V, which corresponds to 1.32 V (Fig. 32 ), and then within 50 seconds the voltmeter reading dropped to 0.60 V (Fig. 33) and again began to gradually increase. These voltage fluctuations indicate an increased resistance of the exhaust system, and a long period of fluctuations indicates a long-term increase in the hydrogen concentration, which is due to a significant removal of the blockage from the power unit. A technical diagnosis has been determined: the exhaust system is inoperable, the muffler defect is most likely. Indeed, after dismantling the muffler, it was found that its body (partitions and filler) began to collapse. The ideal exhaust gas concentration is due to a reduction in the exhaust gas flow rate and, accordingly, the exhaust gas velocity, which led to a more complete afterburning of the exhaust gas in the catalytic converter.

Полученные практические данные диагностики подтвердили соответствие технического результата заявленному назначению изобретения: анализатор неработоспособной системы AFS обеспечивает анализ систем бензинового ДВС, смесь которого характеризуется как богатая, распознавание неработоспособной системы и технический результат определения достоверного диагноза. Представляется целесообразным раширение функций и диагностических возможностей промышленных газоанализаторов путем усовершенствования конструкции за счет встраивания внутреннего блока измерения концентрации водорода, аналогичного AFS.The obtained practical diagnostic data confirmed the compliance of the technical result with the claimed purpose of the invention: the AFS inoperative system analyzer provides analysis of gasoline ICE systems, the mixture of which is characterized as rich, recognition of an inoperative system and the technical result of determining a reliable diagnosis. It seems expedient to expand the functions and diagnostic capabilities of industrial gas analyzers by improving the design by embedding an internal unit for measuring hydrogen concentration, similar to AFS.

Claims (2)

1. Анализатор неработоспособной системы (AFS) бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), топливовоздушная смесь которого характеризуется как богатая, включащий средства принудительного пробоотбора отработавших газов (ОГ), отличающийся тем, что включает средства измерения и индикации напряжения о концентрации водорода в ОГ, и при пробоотборе ОГ из выхлопной трубы прогретого ДВС на холостом ходу и 1÷2 мин на частоте оборотов ДВС 2000÷3000 мин-1 индицируемое AFS постоянное напряжение не превышает пороговое значение или превышает пороговое значение или амплитуда превышающего пороговое значение напряжения совершает колебания с периодом от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, уменьшающимся с ростом частоты оборотов ДВС, что обеспечивает распознавание неработоспособной системы ДВС соответственно газораспределительный механизм (ГРМ) с дефектом неоптимальная фаза газораспределения или система впрыска бензина (СВБ) с дефектом богатая смесь или выпускная система с дефектом увеличенное сопротивление.1. An analyzer of an inoperative system (AFS) of a gasoline internal combustion engine (ICE), the air-fuel mixture of which is characterized as rich, including means for forced sampling of exhaust gases (EG), characterized in that it includes means for measuring and indicating voltage about the concentration of hydrogen in the EG, and when sampling exhaust gas from the exhaust pipe of a heated internal combustion engine at idle and for 1÷2 min at an internal combustion engine speed of 2000÷3000 min -1 , the constant voltage indicated by AFS does not exceed the threshold value or exceeds the threshold value, or the amplitude of the voltage exceeding the threshold value oscillates with a period of several seconds to several tens of seconds, decreasing with an increase in the internal combustion engine speed, which ensures the recognition of an inoperative internal combustion engine system, respectively, gas distribution mechanism (timing) with a defect non-optimal gas distribution phase or gasoline injection system (SFI) with a defect rich mixture or exhaust system with a defect personal resistance. 2. Способ анализа систем бензинового ДВС, топливовоздушная смесь которого характеризуется как богатая, и распознавания посредством AFS по п. 1 неработоспособной системы, заключающийся в определении технического состояния ДВС «неработоспособен», прогреве холодного ДВС на холостом ходу, принудительном пробоотборе ОГ из выхлопной трубы на холостом ходу и 1÷2 мин на частоте оборотов ДВС 2000÷3000 мин-1, отличающийся тем, что если AFS индицирует постоянное напряжение не более порогового значения напряжения или более порогового значения или колебания амплитуды напряжения более порогового значения с периодом от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, уменьшающимся с ростом частоты оборотов ДВС, то определяют неработоспособной системой соответственно ГРМ с дефектом неоптимальная фаза газораспределения или СВБ с дефектом богатая смесь или выпускную систему с дефектом увеличенное сопротивление, и отражают это заключение в техническом диагнозе.2. A method for analyzing systems of a gasoline internal combustion engine, the air-fuel mixture of which is characterized as rich, and recognizing an inoperative system by means of AFS according to claim 1, which consists in determining the technical state of the internal combustion engine "inoperative", warming up a cold internal combustion engine at idle, forced sampling of exhaust gases from the exhaust pipe at idling and 1÷2 min at an internal combustion engine speed of 2000÷3000 min -1 , characterized in that if AFS indicates a constant voltage not exceeding the voltage threshold value or more than the threshold value or voltage amplitude fluctuations above the threshold value with a period from several seconds to several tens of seconds, decreasing with an increase in the frequency of revolutions of the internal combustion engine, then it is determined as an inoperable system, respectively, a timing belt with a defect, a non-optimal gas distribution phase or an SRB with a defect, a rich mixture, or an exhaust system with a defect, increased resistance, and reflect this conclusion in the technical diagnosis.
RU2021132444A 2021-11-08 Analyzer of an inoperable system of a gasoline internal combustion engine, the air-fuel mixture of which is characterized as rich, and its method of application RU2772629C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772629C1 true RU2772629C1 (en) 2022-05-23

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823947B1 (en) * 2007-07-18 2008-04-22 구성테크닉스 주식회사 Wet dust analyzer system capable of air flow control
RU2473818C2 (en) * 2010-11-15 2013-01-27 Александр Андреевич Грабовский Method of ice output discrete variation
RU2519405C1 (en) * 2013-02-25 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Device for automotive engine off-gas sampling
RU2573071C1 (en) * 2014-05-27 2016-01-20 Михаил Григорьевич Рыбаков Determination of unburnt fuel from ice cylinder
US20170101955A1 (en) * 2015-09-22 2017-04-13 Bg Soflex Llc Fuel injector calibration method and apparatus
RU2716935C1 (en) * 2019-08-12 2020-03-17 Алексей Николаевич Звеков Method of localization of non-tight valves of gdm

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823947B1 (en) * 2007-07-18 2008-04-22 구성테크닉스 주식회사 Wet dust analyzer system capable of air flow control
RU2473818C2 (en) * 2010-11-15 2013-01-27 Александр Андреевич Грабовский Method of ice output discrete variation
RU2519405C1 (en) * 2013-02-25 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Device for automotive engine off-gas sampling
RU2573071C1 (en) * 2014-05-27 2016-01-20 Михаил Григорьевич Рыбаков Determination of unburnt fuel from ice cylinder
US20170101955A1 (en) * 2015-09-22 2017-04-13 Bg Soflex Llc Fuel injector calibration method and apparatus
RU2716935C1 (en) * 2019-08-12 2020-03-17 Алексей Николаевич Звеков Method of localization of non-tight valves of gdm

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9988963B2 (en) Method for monitoring an oxidation catalysis device
RU2662846C2 (en) Methods and system for monitoring scr performance in engine
Randazzo et al. Exhaust emissions from a diesel powered vehicle fuelled by soybean biodiesel blends (B3–B20) with ethanol as an additive (B20E2–B20E5)
US8091404B2 (en) Abnormality diagnosis apparatus for NOx sensor
US9784721B2 (en) Determination of a degree of aging of an oxidizing catalytic converter
CN101289967B (en) Oxygen sensor output correction apparatus for internal combustion engine
US8401727B2 (en) Method and device for the diagnosis of an NOx sensor for an internal combustion engine
KR101176685B1 (en) Method and device for determining an oxygen storage capacity of the exhaust catalyst of an internal combustion engine and method and device for determining a duration for exhaust probes of an internal combustion engine
US8190352B2 (en) Method and device for diagnosing an exhaust gas catalytic converter
JP2004239229A (en) Device for fuel-property judgement of internal combustion engine
US20100180838A1 (en) Alternative fuel injection system and method for an internal combustion engine
BRPI0900653A2 (en) biodiesel logic sensor
JP6317219B2 (en) Fuel property estimation device
KR20140094604A (en) System and method for estimating the richness of the gaseous mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle power plant
ITMI20011303A1 (en) VERIFICATION OF MEASURES FOR HEATING THE CATALYST IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES
CN110621865A (en) Method for diagnosing an internal combustion engine and a device connected to the internal combustion engine of a motor vehicle, and system for carrying out the method
RU2717188C2 (en) Method (embodiments) and system for estimating pressure of exhaust gases using oxygen sensor with alternating voltage
CN208845254U (en) A kind of system deteriorating preprocessor
RU2772629C1 (en) Analyzer of an inoperable system of a gasoline internal combustion engine, the air-fuel mixture of which is characterized as rich, and its method of application
JP5397454B2 (en) Cylinder air-fuel ratio variation abnormality detection device
KR101503667B1 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
CN102803691A (en) Method and device for diagnosing the operational state of a fuel supply system of an automobile internal combustion engine
BRPI0821885B1 (en) process for determining the composition of a fuel mixture and its application
US8171780B2 (en) Method and device for estimating an emission of at least one exhaust gas component
CN116337328A (en) Reliability detection method and device for upstream pressure sensor of EGR (exhaust gas Recirculation) system and vehicle