Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

Школа Федора Рязанова. Диагностика дизельных систем с электронным управлением. Урок 2. С чего начать?

Школа Федора Рязанова. Диагностика дизельных систем с электронным управлением.  Урок 2. С чего начать?

На прошлом уроке мы разобрали три направления в поиске дефектов (диагностике) дизельных систем с электронным управлением. Дефект может находиться в трех системах: топливоподающей аппаратуре, воздушном тракте (включая двигатель) и в электронной системе управления. Для сокращения трудозатрат и более быстрого и одновременно достоверного нахождения проблемы на первом этапе следует выяснить, в какой из этих систем она возникла. Не стоит тратить время и силы на детальную проверку элементов системы, которая функционирует исправно. Не следует искать черную кошку в темной комнате, в которой ее нет.

Также, локализовав некорректно работающую систему, нецелесообразно начинать сразу с «глубоких» методов проверки всех ее элементов. Каждый из методов, которые мы будем рассматривать в дальнейшем, имеет свои плюсы и минусы. Как правило, простые и быстрые методы не являются достаточно информативными. А более информативные – сложны и трудоемки. Готовые шаблоны при диагностике неплохо работают в простейших типичных случаях. В случае какого-то более сложного дефекта они очень часто занимают много времени и не всегда приводят к положительному результату.

Бурное развитие компьютерных технологий, разнообразие систем впрыска и их производителей, а также обилие информации в Интернете порой может поставить в тупик даже опытных специалистов. Чтобы не растеряться в этом потоке, необходимо сначала разобраться в логике работы той или иной системы – ибо все они построены по одним и тем же физическим принципам. Изучив эти теоретические основы, на практике нам будет проще анализировать показания диагностических приборов, и как следствие – более точно ставить диагноз. Во время всех наших занятий мы будем последовательно отвечать на вопросы:

– Для чего это нужно?

– Как это работает?

– Как это проверить?

– Какое оборудование для этого нужно?

Сегодня мы начнем с проверки системы, представляющей наибольшую сложность для большинства людей, связанных с ремонтом и обслуживанием дизельных устройств, – системы электронного управления.

Проверка электронной системы управления

Основная задача электронного блока управления: на основании показаний различных датчиков, определяющих режим работы двигателя, произвести правильный расчет количества впрыскиваемого топлива (цикловая подача – ЦП) и момента его впрыска (угол опережения впрыска – УОВ). Основной задачей топливоподающей аппаратуры (ТПА) является правильная отработка команд, полученных от блока управления в части дозирования и угла впрыска топлива, а также обеспечение правильного распыла. Поэтому при неправильной работе дизеля первым делом следует выяснить корректность импульсов управления на ТПА. Условно разделить его на «электронику» и «механику».

При полностью исправной ТПА дефекты в системе управления приводят к потере работоспособности системы в целом. Нередки случаи, когда элементы аппаратуры (форсунки и ТНВД) при тестировании на стендах полностью проходят все тест-планы, а на автомобиле наблюдаются сбои в их работе. Это приводит к конфликтным ситуациям в общении с клиентом. Хотя в этом случае проблема ясна с самого начала – неправильное управление со стороны электронного блока управления.

Расчет и проверка цикловой подачи

Основной закон работы любого поршневого двигателя заключается в том, чтобы развиваемый крутящий момент всегда был равен требуемому в этом режиме. Если реальный момент превышает необходимый, двигатель повышает обороты вплоть до превышения предельно допустимых (так называемый «разнос»). Если наоборот, то обороты падают, и двигатель может заглохнуть. Регулировка крутящего момента на бензиновом двигателе осуществляется путем ограничения количества свежей смеси, подаваемой в цилиндр за счет изменения положения дросселя. На дизельном двигателе потребление воздуха цилиндром всегда максимально (дроссель отсутствует), а крутящий момент регулируется с помощью изменения количества впрыскиваемого топлива.

Но на ряде моделей дизельных автомобилей дроссель присутствует. Сразу оговоримся, что на современном дизеле он является элементом системы EGR (назначение и проверку которой рассмотрим ниже) и не несет функций ограничения крутящего момента. Алгоритм работы электронного блока управления по расчету цикловой подачи топлива (и как следствие, крутящего момента) основан на контроле за скоростью вращения коленчатого вала. Увеличение оборотов при неизменном положении педали газа говорит о том, что цикловую подачу следует уменьшить. Уменьшение оборотов – цикловую подачу следует увеличить.

Таким образом, для правильного расчета количества топлива на каждом режиме работы двигателя электронному блоку управления необходима информация об оборотах двигателя и положении педали газа. При отказе датчика коленчатого вала ЭБУ «не видит» обороты – работа системы невозможна. Двигатель блокируется. При обнаружении дефектов в датчике положения педали газа автомобиль переходит в аварийный режим – обороты поддерживаются на фиксированном значении, обеспечивающие безопасность движения.

Для правильного расчета цикловой подачи топлива и угла опережения впрыска основными параметрами являются следующие.

1. Нагрузка. Нагрузкой называют количество сил, энергии, которые вы должны затратить для того, чтобы выполнить какую-либо работу. Для двигателя это количество механической энергии, вырабатываемой за один цикл. Как мы с вами помним, это площадь под индикаторной диаграммой (см. урок 1). Другими словами, параметр «нагрузка» определяется усилием на поршень (давлением в камере сгорания) и законом его изменения за один цикл.

2. Обороты – скорость вращения коленчатого вала. То есть частота следования циклов.

По нагрузке в работе автомобиля различаются три режима.

1. Нулевая нагрузка: весь крутящий момент направлен только на прокрутку коленчатого вала. На трансмиссию передаваемый крутящий момент равен нулю. Данный режим характеризуется минимальной цикловой подачей топлива – подача холостого хода.

2. Полной нагрузкой (режим kickdown) называется любой режим работы двигателя, независимо от числа оборотов, при полностью открытой дроссельной заслонке (карбюраторные и газовые двигатели) или полной подаче топлива (дизельные двигатели).

3. Частичными нагрузками называются любые другие режимы работы двигателя при неполном открытии дроссельной заслонки для бензинового двигателя или неполной подаче топлива для дизельного. Частичные нагрузки оцениваются в долях от полной нагрузки с указанием соответствующего им числа оборотов.

Рассмотрим необходимую подачу на основных режимах работы двигателя.

1. Холостой ход. Педаль газа отпущена (APS = 0%). Требуемый крутящий момент минимальный, соответственно подача топлива также должна быть минимальной. В блоке управления прописаны требуемые обороты холостого хода и требуемая подача на этом режиме. На идеальном двигателе при впрыскивании заданного количества топлива он должен поддерживать заданные обороты. Но во время работы неизбежно возникают различные возмущения, приводящие к отклонению реальных оборотов от заданных. Если блок управления обнаруживает их падение – он увеличивает цикловую подачу. При обнаружении их увеличения – он уменьшает подачу. Таким образом, величина фактической подачи на холостом ходу не имеет четко заданного значения, а немного колеблется около какого-то среднего значения.

Рис. 1. Расчет цикловой подачи на холостом ходу
Рис. 1. Расчет цикловой подачи на холостом ходу

2. Максимальная нагрузка. Педаль газа полностью нажата («мощностный режим» или режим kickdown). APS = 100%. От двигателя требуется максимальный крутящий момент, соответственно требуемая цикловая подача топлива также максимальна. Но для защиты двигателя от разноса обороты двигателя ограничиваются на уровне предельно допустимых. При их достижении цикловая подача уменьшается вплоть до нулевой подачи (режим отсечки).

Рис. 2. Максимальная нагрузка
Рис. 2. Максимальная нагрузка

3. Частичная нагрузка. Педаль газа нажата на какую-то среднюю величину и не меняет своего положения. Данный режим обычно реализуется при равномерном движении и называется «установившийся режим». Характерной его особенностью является тот факт, что требуемый крутящий момент не очень велик. К примеру, чтобы двигать автомобиль «Волга» по абсолютно ровному шоссе со скоростью 60 км/ч требуемая мощность двигателя равна всего лишь 5 л.с. Данная энергия уходит в основном на преодоление сил трения в трансмиссии и не очень велика. Цикловая подача превышает подачу холостого хода, но остается значительно ниже полной подачи. Ситуация резко меняется при высокой скорости движения. На больших скоростях начинает сказываться аэродинамическое сопротивление, подача может достигать значительных величин.

Рис. 3. Величина цикловой подачи топлива в зависимости от оборотов и положения педали газа
Рис. 3. Величина цикловой подачи топлива в зависимости от оборотов и положения педали газа

4. Режим ускорения. Данный режим блоком управления двигателем определяется по изменению положения педали газа (показания APS увеличиваются). Чтобы двигаться с ускорением, от двигателя требуется максимальный крутящий момент – как следствие, цикловая подача должна быть максимальная. По ее величине данный режим полностью идентичен режиму полной нагрузки.

5. Режим торможения. Данный режим блоком управления двигателем определяется по изменению положения педали газа (показания APS уменьшаются). Необходимость в крутящем моменте отпадает (водитель хочет уменьшить скорость движения) – цикловая подача уменьшается. Если показания датчика положения педали газа опускаются до показаний холостого хода – цикловая подача падает до нуля. Данный алгоритм носит название «экономайзер принудительного холостого хода».

И самый сложный режим работы дизельного двигателя – запуск. Разделяется на два типа – холодный и горячий. В обоих случаях обороты меняются от нулевых (зажигание «включено») до оборотов стартера. При обнаружении этих изменений блок управления выставляет признак стартера и увеличивает цикловую подачу на максимальную величину для более быстрого выхода двигателя на обороты холостого хода.

Для контроля правильности расчета цикловой подачи нарисуем график цикловой подачи в зависимости от оборотов и нажатия педали газа.

Автор статьи проводит тест-драйв
Автор статьи проводит тест-драйв

План проверок величины цикловой подачи на неподвижном автомобиле

Данную проверку проводим на неподвижном автомобиле (нулевая нагрузка).

1. Пуск двигателя. При переводе ключа в положение «стартер» подача должна быть максимальной.

2. Холостой ход. Дожидаемся выхода двигателя на стабильные обороты. Подача должна быть минимальной.

3. Режим ускорения. Резко нажимаем на педаль газа. На время раскрутки маховика подача кратковременно становится максимальной.

4. Высокие обороты, установившийся режим. Плавно нажимая на педаль газа, выводим обороты на 2000–3000 об/мин для легкового, либо около 1000–1500 об/мин для коммерческого транспорта. Подача должна быть чуть выше подачи холостого хода.

5. Сброс газа. Поддерживая обороты на высоком уровне, резко бросаем педаль газа. Цикловая подача должна упасть до нуля, но при падении оборотов ниже определенного предела должна снова вернуться к подаче холостого хода.

План проверок величины цикловой подачи при движении

При нахождении автомобиля в ремонтной зоне вывести двигатель в режим максимальной нагрузки (максимальной цикловой подачи) возможно только кратковременно – на момент раскрутки маховика. За это время турбокомпрессор не успеет выйти на максимальное давление наддува; сканер, связывающийся с электронным блоком управления по низкоскоростной линии цифрового обмена (K-line), не всегда может вовремя отобразить поступающую на него информацию, а также ряд других факторов не позволяет полностью произвести все необходимые замеры.

Чтобы увеличить время нахождения и получить достоверную информацию о поведении автомобиля в этом режиме, следует сделать тестовую поездку (тест-драйв). Также следует отметить, что проверка тяжелых грузовиков на тест-драйве возможна только в нагруженном состоянии. Для получения достоверного результата его следует загрузить как минимум грузом 20 т.

Важное предупреждение: При проведении тест-драйва за рулем автомобиля должен находиться владелец автомобиля. Его задача – контролировать дорожную ситуацию и выполнять указанный ему темп движения. Диагност с измерительными приборами должен находиться на месте пассажира и считывать их показания. Человеческий глаз не в состоянии одновременно следить за дорожной обстановкой и фокусировать взгляд на дисплее приборов. Если наличие второго человека невозможно, подключенный сканер должен быть включен в режим «запись» и проведен тестовый заезд. Анализ записанных показаний должен быть проведен только по окончании испытаний.

Также во время движения запрещается проводить любые диагностические процедуры: стирание кодов, активацию различных узлов и агрегатов и другие действия, приводящие к вмешательству в программное обеспечение автомобиля. Это может привести к сбоям в работе электронных блоков, и как следствие – к аварийной ситуации на дороге.

Режим проверки.

1. Холостой ход, нулевая скорость («красный» светофор).

2. Режим ускорения. На свободной дороге плавно набираем скорость, при затрудненном движении разгоняемся в общем потоке.

3. Равномерное движение в течение нескольких минут.

4. Режим ускорения: педаль газа нажата полностью, максимальные обороты в течение не менее 5–10 с. Данный пункт реализуется резким ускорением на свободной дороге либо увеличением дистанции до впереди идущего автомобиля и последующей команды «Догоняй!» при плотном движении.

5. Резкий сброс газа – возврат к установившемуся режиму на несколько минут.

6. Останавливаем транспортное средство и даем ему поработать на холостом ходу не менее трех минут.

Контроль величины цикловой подачи

Рассмотрим параметры, которые необходимо вывести на экран сканера для проверки величины цикловой подачи. Сразу оговоримся – у разных производителей автомобилей обозначение одних и тех же параметров может отличаться друг от друга. Это один из элементов маркетинговой политики – правильная их расшифровка дается только в дилерских базах данных, которые не всегда доступны независимым сервисам. Но особенно много разночтений возникает при русификации – переводе с языка оригинала на русский.

Не секрет, что любой разговорный язык очень сильно отличается от технического языка. Некорректным переводом грешат не только дешевые китайские клоны. Недочеты порой встречаются и у приборов ведущих брендов. Поэтому мы постараемся использовать международные обозначения, даваемые на английском языке, и приводить их стандартный технический перевод.

Что делать, если вам встретилось непонятное обозначение, а дилерских мануалов под рукой нет? Можно попробовать найти эту информацию в Интернете. Но помним – Интернет создается живыми людьми со свойственными им заблуждениями и ошибками. Поэтому не следует всю информацию воспринимать как окончательную истину – подвергайте ее перепроверке из других источников. В сомнительных случаях смотрите на размерность непонятной вам (либо некорректно переведенной) величины и на ее изменение на разных режимах работы двигателя. Возможно, это облегчит вам понимание того, что означает тот или иной термин.

1. Engine speed – обороты двигателя. Обозначаются RPM (revolution per minite) – обороты в минуту. При неправильном определении данного параметра корректная работа двигателя невозможна.

2. Engine torque – крутящий момент. Обозначается в ньютонометрах (Nm). На автомобилях, не оснащенных тензодатчиком на коленчатом валу, является расчетной величиной. Рассчитывается по величине цикловой подачи.

3. Pilot fuel quantity – количество пилотного впрыска. Измеряется в миллиграммах на цикл (mg/st). Другой способ выведения этого параметра – в кубических миллиметрах на цикл (mm3/st). Вопреки общему мнению, для диагностики данный параметр является не очень информативным.

4. Main fuel quantity – количество основного впрыска. Самый главный диагностический параметр для оценки работы системы электронного управления. При нулевой нагрузке (холостой ход) показывает, сколько топлива требуется для создания крутящего момента, способного только провернуть коленчатый вал без передачи мощности на трансмиссию. Другими словами, сколько топлива двигатель потребляет «сам на себя». Чем больше эта величина – тем хуже двигатель. Либо топливо неэффективно преобразуется в крутящий момент, либо требуемый крутящий момент слишком высок. Величина цикловой подачи на холостом ходу задается в соответствующих мануалах. К сожалению, указываемые производителем допускаемые отклонения очень велики. Поэтому правильную величину цикловой подачи лучше определять набором статистики по каждой конкретной марке автомобиля. Просмотр этого параметра на режиме полной нагрузки позволяет понять, не идет ли ограничение максимальной цикловой подачи со стороны блока управления по тем или иным причинам.

5. Pedal position – положение педали газа в процентах. При ее полном нажатии данный параметр должен меняться от 0 до 100%. Если данное требование не выполняется, двигатель не выдаст полной мощности (автомобиль на холостом ходу работает стабильно, при движении под нагрузкой «не едет»).

6. Fuel temperature – температура топлива. Ни одна система топливоподачи не способна дозировать топливо в массовых единицах (количестве молекул топлива). Расчет ведется в кубических миллиметрах на цикл (мм3/цикл). Поэтому ГОСТ на топливо требует очень точного поддержания его плотности. Плотность топлива меняется в зависимости от его температуры. Для введения корректировки на большинстве дизельных систем устанавливается датчик температуры топлива. При его отказе, даже при правильном расчете цикловой подачи со стороны блока управления в мм3/цикл, реальная подача в мг/цикл будет отличаться от необходимой.

7. Engine load – коэффициент нагрузки. Показывает, какую мощность (крутящий момент) развивает двигатель в текущий момент по отношению к максимально возможному. Существует несколько методик его расчета. Первый способ – по текущему потреблению воздуха по отношению к максимальному, заложенному заводом-изготовителем (применяется в основном на бензиновых двигателях), либо по текущему потреблению топлива по отношению к максимальному, заложенному заводом-изготовителем (как правило, на дизельных двигателях). Второй способ его расчета – отношение текущей цикловой подачи топлива к максимальной. В зависимости от методик расчета величина коэффициента нагрузки на холостом ходу в норме должна лежать в пределах 15… 20%. Но более информативным замер этого параметра является при полной нагрузке. Если в режиме тест-драйва этот коэффициент достигает 100% – двигатель полностью соответствует заводским параметрам по мощностным характеристикам.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая цикловая подача должна быть:

– холостой ход, автомобиль неподвижен, коробка передач в положении «N»;

– высокие обороты, автомобиль неподвижен, коробка передач в положении «N»;

– движение с ускорением;

– движение в гору, автомобиль загружен, педаль нажата на 100%;

– движение под уклон, педаль газа отпущена, передача включена (торможение двигателем);

– движение под уклон, педаль газа отпущена, коробка передач в положении «N» (движение «накатом»).

2. Опишите поведение автомобиля при отказе:

– датчика числа оборотов;

– датчика педали газа;

– датчика температуры топлива.

3. На какие параметры следует обращать внимание при жалобах клиента на отсутствие тяги?

Правильные ответы и условия ограничения цикловой подачи будут рассмотрены в следующем уроке.

  • Федор Рязанов, преподаватель, технический тренер

Адрес редакции

111033 Москва, ул. Самокатная, 2а, стр.1, офис 313

На карте

Контакты

Тел.: (495) 361-1260

E-mail: отправить письмо

Социальные сети

Журнал «АБС-авто» © 2018, все права защищены