Генератор для проверки и промывки форсунок


Эта страничка о том, как сделать универсальный генератор для проверки и промывки форсунок используемых для впрыска топлива в инжекторных моторах. Универсальность генератора в том виде "как есть" ограничена форсунками с номинальным напряжением 12В. Моторы с непосредственным впрыском или какие-то "хитрые" инжекторные системы могут использовать форсунки высокого напряжения (а также управляющие сигналы сложной формы). Поэтому никогда не вредно перед испытанием неизвестной форсунки посмотреть осциллографом на двигателе, каким именно напряжением питается конкретный тип форсунки. "Родную" схему питания с низковольтным удерживающим импульсом можно заменить использованием ШИМ с малым коэффициентом заполнения (это можно настроить в программе генератора).

На создание генератора меня "вдохновила" нижненовгородская разработка CarTest-Injector. Генератор, по сути, является функциональным аналогом. В отличие от этой разработки, для генератора не требуется компьютер, достаточно подключить питание 12В (например, от автомобильного аккумулятора). Очень толковые рекомендации по подбору параметров генератора можно найти в описании CarTest-Injector по ссылке приведённой выше. Дальше будет написано, что может генератор, и как им пользоваться. Описание устройства генератора находится разделом ниже.


Возможности и работа с генератором

Всё управление генератором осуществляется с кнопок на лицевой панели. Там же находится ЖК индикатор для настройки режимов и вывода справочной информации. Управление настройками сводится к выбору нужной цифры в значении параметра на индикаторе с помощью кнопок "Влево" и "Вправо" и её изменению с помощью кнопок "Вверх" и "Вниз". Если значение параметра не меняется, значит это предел по возможностям генератора или ограничение, связанное с установленным значением другого параметра. Поскольку все параметры на индикатор одновременно не помещаются, то предусмотрено 5 страниц, которые можно листать поочередно с помощью кнопки "Страница". После пятой страницы на индикатор выводится первая. Если на любой странице нажата кнопка "Запуск", то индикатор сразу переключится на пятую страницу.

Генератор может работать в двух режимах: проверка форсунки в "условиях приближенных к боевым" имитатором контроллера двигателя и промывка форсунки подачей однократного импульса открытия и продолжительного сигнала удержания программируемой формы. Вот как осуществляется настройка генератора.


Страница 1: настройка режима работы генератора

Страница 1; режим проверки

На этой странице можно настроить время работы генератора в секундах. Это простой таймер. Когда будет достигнуто установленное время, генератор автоматически выключится. Выключить генератор можно также повторным нажатием кнопки "Запуск" в любой момент во время работы генератора. Черный прямоугольник на фотографии индикатора - это мигающий курсор. Именно в этом месте будут изменяться цифры при нажатии кнопок "Вверх" и "Вниз".
Страница 1; режим отмывки
Если перевести курсор кнопкой "Вправо" до его совмещения с названием режима и нажать кнопку "Вверх", то режим работы генератора будет изменён на отмывку. Для обратного изменения на проверку, надо нажать кнопку "Вниз".


Страница 2: настройка формы сигнала

Страница 2; настройка формы сигнала

На этой странице можно настроить три параметра выходного сигнала генератора. Перечислим их по очереди слева направо.

Первый параметр - длительность импульса открытия форсунки в миллисекундах. Это прямоугольный импульс указанной длительности, в течение которого ток, проходящий через электромагнит форсунки, должен создать магнитное поле достаточное для подъёма иглы клапана. Импульс открытия может быть значительно короче полной длительности импульса впрыска. Остальная часть импульса впрыска называется импульсом удержания. Форма импульса удержания зависит от системы впрыска и определяется типом форсунки. Высокоомные (12 Ом) форсунки могут удерживаться постоянным напряжением произвольное время, а низкоомные могу сгореть в таком случае от перегрева. Поэтому импульс удержания должен обеспечивать ток достаточный для удержания электромагнитного клапана форсунки в открытом состоянии, но не приводящий к её перегреву. Разные производители используют различные методики, например снижение питающего напряжения. Генератор предоставляет возможность использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Импульс удержания представляет собой широтно модулированную последовательность прямоугольных импульсов с заданной частотой и коэффициентом заполнения.

Второй параметр страницы настроек - это частота модуляции импульса удержания в герцах.

Третий параметр - коэффициент заполнения импульса удержания в процентах. Примеры. 0% обозначает отсутствие какого-либо сигнала в течении всего импульса удержания. Особой смысловой нагрузки не несет. 25% - четверть каждого периода модуляции на форсунку будет подаваться напряжение. 100% - в течение всего импульса удержания на форсунку будет подаваться постоянное напряжение (опасно для низкоомных форсунок!).

Если генератор находится в режиме отмывки, то длительность импульса удержания, это полная длительность работы генератора (см. стр. 1) минус длительность импульса открытия. Т.е. нажали кнопку "Запуск" - пошёл отсчёт секунд таймера, мгновенно подаётся импульс открытия (форсунка открылась), непрерывный импульс удержания (форсунка всё еще открыта), останов по таймеру (форсунка закрывается). Таким образом форсунка пропускает промывочную жидкость через себя всё время работы генератора. Если подобрать частоту ШИМ, то можно получить эффект резонанса клапана форсунки или эффект "самопрокачки", что повышает эффективность отмывки. В этом же режиме можно определить и статическую производительность форсунки. Для этого клапан форсунки должен оставаться полностью открытым, а подающееся под рабочим давлением топливо собирается в мерную ёмкость.

Если генератор находится в режиме проверки, то длительность импульса удержания определяется автоматически, из настроек эмулятора контроллера двигателя (см. стр. 3). В режиме же отмывки страница 3 настроек генератора пропускается.

Пример импульса генератора снятый осциллографом приведён на следующем рисунке.
Осциллограмма импульса впрыска

Страница 3: Настройка эмулятора контроллера двигателя (только в режиме проверки)

Страница 3; настройка эмулятора контроллера двигателя

На этой странице задаются параметры определяющие последовательность управляющих импульсов форсунки такой, как если бы она управлялась контроллером двигателя. Подразумевается работа в составе четырёхцилиндрового мотора с последовательным впрыском. Первый параметр - обороты двигателя в минуту. Второй параметр - полная длительность импульса впрыска. Эта длительность делится на импульс открытия и импульс удержания в соответствии с настройками на странице 2. Полная длительность импульса не может быть короче длительности импульса открытия. Интервал между импульсами определяют обороты двигателя. В этом режиме на форсунку подаётся рассчитанная из указанных параметров последовательность управляющих импульсов в течение работы таймера генератора. Режим годится для оценки факела распыла форсунки на разных режимах работы двигателя, а также позволяет снять динамическую характеристику форсунки.

Пример зависимости динамической производительности форсунки от длительности импульса впрыска приведён на графике. За 100% взята статическая производительность той же форсунки.
Динамическая производительность форсунки


Страница 4: Параметры расчета производительности форсунки

Страница 4; производительность форсунки

В генератор встроен специализированный калькулятор, который позволяет оценить реальную производительность форсунки по сравнению с паспортной. Также можно сравнить комплект форсунок с одного двигателя на предмет разброса характеристик. Для расчёта требуется задать на странице 4 опорное значение производительности форсунки в мл/мин. Это может быть паспортное значение статической производительности или какое-то ожидаемое значение, например измеренная ранее производительность эталонной форсунки. В работе генератора эта настройка не участвует, а только служит для наглядного пересчёта данных о производительности испытуемой форсунки.


Страница 5: Калькулятор расхода

Страница 4; калькулятор расхода

Как только нажата кнопка "Запуск", генератор сразу переключится на страницу 5. Эту страницу можно вызвать и без запуска генератора, последовательно нажимая кнопку "Страница". На этой странице можно задать поправочный коэффициент (в %) к заданной ранее, на странице 4, опорной производительности форсунки. Также, тут в реальном времени показывается расчетный суммарный расход топлива через форсунку и сколько всего секунд был включен генератор. Оба счётчика сбрасываются на ноль при перезапуске генератора. Предположим, что после цикла работы генератора, счётчик показал объём топлива отличный от объёма реально замеренного. Тогда стрелками "Вверх" и "Вниз" можно подобрать поправочный коэффициент таким, что показанный объём сравняется с реальным. Как только это произойдёт, можно считать отклонение производительности испытанной форсунки от опорного значения известным - это и есть поправочный коэффициент.

В режиме отмывки, объём топлива считается исходя из предположения, что игла клапана форсунки была постоянно открыта (никаких режимов резонанса и "самопрокачки") и топливо подавалось под нормированным давлением. В режиме проверки, считается также, что клапан форсунки идеальный и открывается и закрывается мгновенно. Это не так. Таким образом можно исследовать реальную форсунку и по предложенной методике выяснить динамическую характеристику форсунки.


Общий вид генератора

Генератор во время работы показан на следующей фотогафии.
Общий вид генератора
Светодиод красного цвета зажигается во время работы генератора. В режиме ожидания и при автоматическом выключении генератора по таймеру светодиод переключается на зеленый цвет.

Во время работы генератора можно нажимать любые кнопки и изменять любые параметры, кроме параметров на странице 1: режима работы генератора и таймера времени работы генератора. Изменения в параметрах импульса произойдут мгновенно. Это удобно для настройки специальных режимов отмывки или варьирования режимов проверки форсунки "на лету". Однако, пользоваться этой возможностью следует очень осторожно, особенно при работе с низкоомными форсунками. Переключение параметра в старшем разряде может резко и существенно изменить параметры импульса с вытекающими из этого последствиями.


Устройство генератора

На предыдущей фотографии показан мой универсальный корпус "для опытов" с макетной платой внутри. Конечно, генератор может быть собран и на специально изготовленной печатной плате. При этом размеры корпуса могут быть существенно меньшими.

Принципиальная схема генератора в формате PDF доступна по этой ссылке.

Генератор собран на микроконтроллере ATMega128 фирмы Atmel. Кроме собственно чипа микроконтроллера IC1, в схеме генератора применяются: стабилизатор питания U1 типа 7805 на напряжение 5 В,  символьный ЖКИ 16х2 знаков с контроллером совместимым с типом HD44780 производства компании МЭЛТ, шесть кнопок без фиксации SW1-SW6, двухцветный светодиод D2 (или два светодиода) для индикации работы, силовой транзистор Q2, например типа BU941 и несколько дискретных элементов обвязки.

Как видно по схеме, в контроллере IC1 используется только половина имеющихся портов. То же касается и памяти контроллера, которой для этого проекта в избытке. Единственное заметное ограничение, накладываемое реализацией алгоритма на выбор конкретного типа контроллера - это наличие двух 16-разрядных счётчиков. Таким образом, из всей линейки AVR остаются всего несколько типов. Ещё немаловажное замечание для самостоятельного изготовления генератора: под ATMega128 есть большой выбор готовых макетных плат и модулей уже обеспечивающих минимально необходимую обвязку контроллера. Т.е. избыточность этого кристалла при штучном изготовлении устройства "для себя" в какой-то мере оправдана.

Микроконтроллер полностью отвечает за формирование выходных импульсов. То есть, возможности генератора ограничиваются только конкретной реализацией алгоритма. Сформированные импульсы поступают на эмиттерный повторитель выполненный на транзисторе Q1. Ток с выхода повторителя управляет силовым ключом Q2.

Элементы PZ1 и D3 являются необязательными. Пьезокерамический излучатель используется для звукового подтверждения нажатия кнопок (эмулятор клавиатуры с "кликом"), а светодиод мигает с частотой 1 Гц при подаче питания на генератор и служит для контроля нормального функционирования микроконтроллера.

Прошивка микроконтроллера в HEX-формате доступна по этой ссылке.

При программировании микроконтроллера были установлены следующие фьюзы:
BODLEVEL 0
BODEN 0
SUT 1
CKSEL F
JTAGEN 1
CKOPT 0
M103C 1

Настраивать что-либо в этой схеме не требуется. Выходной транзистор типа BU941 обеспечивает коллекторный ток до 15 А (импульсный ток вдвое выше), т.е. вполне достаточен для параллельного подключения всего комплекта форсунок двигателя. Поскольку этот транзистор не из дешёвых, то его можно заменить на другой, достаточный по предельному току для испытываемого набора форсунок. В зависимости от типа применённого транзистора, возможно, потребуется обеспечить его дополнительную защиту от импульсов индуктивной нагрузки, т.к. в транзисторе BU941 уже встроен обратный диод и ограничительный стабилитрон.

FAQ по сборке

В: У меня вместо русских букв "кракозябры" на ЖКИ! Почему?

О: Проблема с несовпадением кодировки кириллицы в Вашем ЖКИ и ЖКИ произведства фирмы МЭЛТ, под который написана прошивка. В ЖКИ МЭЛТ присутствует стандартная кодировка Windows-1251, под неё и расчитана прошивка.

В: Я хотел бы получить прошивку для другого типа контроллера AVR, ЖКИ с другой кодировкой символов, под кварц другой частоты и т.п.

О: Мне придётся Вас разочаровать. Это мой очень старый проект и я его не поддерживаю. Когда дойдут руки, я либо открою исходники (для этого их надо как минимум привести в удобоваримый вид), либо переделаю проект под наиболее распространённые сейчас платы клонов Arduino и без проблемной кириллицы на экране (для чего тоже нужно время). Но пока только так. Извините за неудобства, как говорится.


Дмитрий
Uptime. Мониторинг сайтов и серверов. Powered by FreeBSD