Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

Школа Федора Рязанова. Диагностика дизельных систем с электронным управлением. Урок 3. Ограничения в работе систем топливоподачи

Школа Федора Рязанова. Диагностика дизельных систем с электронным управлением. Урок 3. Ограничения в работе систем топливоподачи

На прошлом занятии мы разобрали, какая цикловая подача топлива необходима для правильной работы двигателя на разных режимах его работы. Невыполнение этих требований приводит к отсутствию тяги (автомобиль «не едет»), и/или появлению дыма. На сегодняшнем занятии разберем возможные причины ее ограничения со стороны блока управления. Основное внимание будет уделено следующим вопросам.

– По каким причинам ограничивается подача топлива?

– По показаниям каких датчиков идет ограничение?

– К чему приводят неверные показания этих датчиков?

Способы их проверки будут рассмотрены в следующих уроках, а пока повторим пройденный ранее материал и разберем вопросы, заданные в конце прошлого урока.

1. Какая цикловая подача должна быть:

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

– высокие обороты, автомобиль неподвижен, коробка передач в положении «N» (немного выше минимальной);

– движение с ускорением (максимальная);

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

– движение под уклон, педаль газа отпущена, передача включена (торможение двигателем) (нулевая, при падении оборотов ниже установленного порога возвращается к подаче холостого хода);

– движение под уклон, педаль газа отпущена, коробка передач в положении «N» (движение «накатом») (минимальная, соответствующая подаче холостого хода).

2. Опишите поведение автомобиля при отказе:

– датчика числа оборотов (работа двигателя невозможна);

– датчика педали газа (фиксированные обороты, отсутствие реакции на нажатие педали);

– датчика температуры топлива (некритичные отклонения в его показаниях на работе системы не сказываются. Критические – приводят к неправильному определению плотности топлива и, как следствие, к его неправильному количеству, впрыскиваемому в камеру сгорания).

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

– Величина цикловой подачи и коэффициент нагрузки на холостом ходу и при полной нагрузке.

– Показания педали газа.

– Критические отклонения в показаниях датчика температуры топлива.

– Правильность определения оборотов двигателя.

Если данные требования выполняются, расчет цикловой подачи топлива блок управления двигателем ведет правильно. Если в каком-то из режимов работы двигателя данный алгоритм не выдерживается, можно говорить о некорректной работе блока управления. Отклонения могут быть вызваны сбоем блока управления программного обеспечения либо его аппаратным повреждением. Но более вероятным является целенаправленное введение различных ограничений. Рассмотрим возможные причины их появления.

1. Ограничения по расходу воздуха.

2. Ограничения по экологическим параметрам.

3. Ограничения по безопасности движения.

Экологические нормы для дизельных автомобилей устанавливаются в массовых величинах выброса сажи и оксидов азота на 100 км пробега по специальному тестовому циклу. Если на каком-то режиме работы двигателя превышается лимит на выбросы, этот режим программно ограничивается. Единственно возможный способ их снижения – уменьшить подачу топлива. Также внедрение систем курсовой устойчивости, ABS, электронно-управляемых тормозов («Brake-by-wire») и многое другое позволило повысить безопасность движения.

С другой стороны – отказ в этих системах может привести к катастрофическим последствиям на дороге. На современных автомобилях все эти системы контролируются блоком кузовной электроники – BCM (Body Control Module). В случае обнаружения каких-либо критических нарушений, приводящих к потенциальной угрозе безопасности движения, этот блок по шине CAN дает команду блоку управления двигателем перейти в аварийный режим, вплоть до полной блокировки двигателя.

Любое ограничение подачи топлива должно сопровождаться выставкой кодов либо в блоке управления двигателем, либо в блоке BCM. К сожалению, исходя из маркетинговых соображений, некоторые производители предпочитают при переводе автомобиля в аварийный режим код ошибки не выставлять, лампу контроля неисправности не зажигать. Поэтому более подробно рассмотрим причины, приводящие к ограничению подачи топлива, вне зависимости от наличия кодов.

Расчет подачи топлива ведется по алгоритму, изложенному выше: блок управления ведет расчет на основании показаний датчика педали газа и датчика оборотов двигателя. Но топливо (газ, бензин, дизельное топливо, мазут) не горит. Горят только его пары в смеси с кислородом воздуха. Оптимальное сгорание происходит в определенной пропорции, называемой стехиометрией. Для углеводородов это соотношение таково: на 1 кг топлива 14,7 кг воздуха. Если количество топлива начинает превышать количество воздуха, находящегося в цилиндре, оно не сгорает и в виде дыма вылетает в выхлопную трубу.

Несгоревшее топливо вклад в получение механической энергии не вносит, но за счет поглощения тепловой энергии при его испарении снижает температуру и давление в цилиндре. Что приводит к падению крутящего момента и повышению расхода топлива. Также увеличиваются вредные выбросы в атмосферу. Поэтому основным ограничивающим фактором в работе любой современной системе топливоподачи является расход воздуха. Поскольку топливная форсунка подает топливо один раз на цикл (цикловая подача топлива), нас интересует расход воздуха также на один цикл (цикловая наполняемость воздухом).

Если цикловая наполняемость воздухом выше или равна соответствующей цикловой подаче топлива на данном режиме, ограничения цикловой подачи не происходит. Если воздуха в двигатель заходит меньше, чем требуется для сгорания расчетного количества топлива, то для выполнения экологических требований блок управления принимает решение отклониться от предписанных в его картах величин цикловой подачи. Начиная с Euro III (а у ряда производителей и раньше) при обнаружении недостатка воздуха цикловая подача ограничивается на уровне, соответствующем фактическому количеству воздуха. При этом наблюдается падение динамики без ярко выраженного дыма.

На автомобилях до Euro III контроль потреб­ления воздуха не производился. Если цикловая наполняемость воздуха уменьшалась, то на минимальных цикловых подачах топлива (холостой ход и режим торможения) нарушений в процессе горения не наблюдалось. Но при увеличении цикловой подачи топлива (режим ускорения, запуск, мощностной режим) из-за недостатка воздуха происходило неполное сгорание – дизель начинает дымить. При этом также наблюдалось падение динамики.

Таким образом, нормальная работа на холостом ходу и ухудшение динамики при наборе газа и режиме полных нагрузок с появлением дыма (до Euro III) или ограничением подачи топлива (после Euro III) практически однозначно говорит о нехватке воздуха. В случае снижения максимального крутящего момента необходимо проверить, не является ли это следствием ограничения цикловой подачи по вине нехватки воздуха. Есть несколько способов проверки его расхода.

Проверка потребления воздуха

Самым распространенным способом этой проверки является контроль по датчику расхода воздуха (MAF sensor или ДМРВ).

Возьмем четырехтактный атмосферный двигатель без системы EGR объемом 1 л и рассчитаем потребление воздуха при оборотах холостого хода, равных 600 об/мин. Дизель всегда работает на максимальной наполняемости цилиндра воздухом (т. е. в литровый двигатель за один цикл заходит 1 л воздуха). Такт всасывания осуществляется один раз за цикл, т. е. один раз на два оборота коленчатого вала.

600 оборотов в минуту = 10 оборотов в секунду = 5 циклов в секунду.

При правильной наполняемости цилиндра это составит 5 л в секунду. Плотность воздуха при нормальных условиях составляет порядка 1 г/л. Таким образом, потребление воздуха литровым двигателем на 600 об/мин составит 5 г/с или 18 кг/ч. Проведем этот расчет для 3000 об/мин.

3000 оборотов в минуту = 50 оборотов в секунду = 25 циклов в секунду.

Как мы видим, количество циклов увеличилось в 5 раз, соответственно расход воздуха за единицу времени увеличился в 5 раз и составил 25 г/с, или 90 кг/ч. Если автомобиль оборудован турбокомпрессором, данный расход воздуха следует умножить на коэффициент наддува (Boost).

Пример из практики. К нам на техцентр Инжектор Кар приехал Ford 2,0 DCI. Клиент жалуется на отсутствие тяги.

Одной из возможных причин данного дефекта может являться ограничение цикловой подачи из-за нехватки воздуха. Для проверки этой версии проводим расчет – сколько воздуха должен потреблять исправный двигатель. Обороты холостого хода составляют 800 об/мин. За 1 с двигатель сделает 800/60 = 13,3 оборота или примерно 6,6 цикла. За каждый цикл исправный двигатель должен потребить 2 л воздуха. Итого расчетное потребление должно составить порядка 13,6 г/с. Подключаем мультимарочный сканер G-Scan. Неплохой прибор на данный момент, имеет достаточно большую зону покрытия и работает с большинством автомобилей как японского, так и европейского рынков. Заходим в раздел «Поток Данных».

Видим параметр Mass Air Flow 13,44 g/sec.

Перевод: Mass – масса, Air – воздух, Flow – поток. Данный параметр следует перевести как «массовый расход воздуха».

Вывод: реальное потребление воздуха практически совпадает с расчетным. Тракт подачи воздуха исправен, ограничение цикловой подачи топлива по его вине не происходит.

Другой способ проверки правильности потреб­ления воздуха – контроль по цикловой наполняемости цилиндра. Объем двигателя делим на количество цилиндров. Для рассмотренного выше Ford этот параметр составит: 2 л / 4 цилиндра = 0,5 л на цилиндр. При плотности воздуха 1 г/л это составит 0,5 g. В «Потоке Данных» находим параметр Mass Air Flow Per Cylinder 0,5 g.

Перевод: Mass – масса, Air – воздух, Flow – поток, Per Cylinder – на цилиндр. Данный параметр следует перевести как «массовый расход воздуха на один цилиндр» или «цикловая наполняемость цилиндра».

Просмотр этого параметра также подтверждает ранее сделанный вывод: реальное потреб­ление воздуха совпадает с расчетным. Тракт подачи воздуха исправен, ограничение цикловой подачи топлива не происходит.

Еще одним способом контроля потребления воздуха двигателем служит контроль по датчику давления во впускном коллекторе (MAP sensor). Давление во впускном коллекторе может отличаться от атмосферного давления. В этом случае в двигатель объемом 1 л заходит не 1 л воздуха, а какое-то другое его количество. Умножив объем цилиндра на давление во впускном коллекторе и на количество циклов за единицу времени, получаем искомый расход воздуха в г/с. Данный метод более целесообразен на бензиновых двигателях и на дизелях, оборудованных турбокомпрессором. На атмо­сферных дизельных двигателях этот метод может не учитывать ряд факторов и чаще всего используется только для контроля за другими датчиками и системами.

Плотность воздуха также может уменьшаться в условиях высокогорья. К сожалению, датчики расхода воздуха «не умеют» учитывать эту поправку. Они способны вносить корректировку на плотность воздуха только по его температуре. Поэтому если автомобиль эксплуатируется в условиях высокогорья, для контроля расхода воздуха требуется наличие датчика барометрического давления – BARO.

Также очень сильное влияние на потребление воздуха двигателем оказывает загрязненный воздушный фильтр. При уменьшении его пропускной способности за ним возникает зона разряжения (плотность воздуха уменьшается) – датчики расхода воздуха, как правило, этот параметр не учитывают. На ряде автомобилей сразу за воздушным фильтром ставится MAP sensor. В этом случае его иногда так и называют – датчик загрязнения воздушного фильтра.

Еще раз вспомним, какие датчики необходимы для контроля расхода воздуха на атмосферном дизельном двигателе без EGR, и рассмотрим влияние их неверных показаний на работу автомобиля в целом.

Датчик расхода воздуха (MAF sensor)

Основным датчиком для определения расхода воздуха является MAF sensor. Служит для контроля количества потребляемого двигателем воздуха. По его показаниям блок управления принимает решение: разрешить прописанную в его картах цикловую подачу топлива, либо ее следует ограничить на уровне, обеспечивающем необходимые экологические требования к автомобилю. Они делятся на два типа:

– датчик массового расхода воздуха. Измеряют расход воздуха в граммах в секунду (g/sec) или в килограммах в час (kg/h). К ним относятся самые распространенные на данный момент тепловые датчики ниточного и пленочного типа. По классификации фирмы BOSCH носят название HFM – heater flow meter (HFM‑1, HFM‑2 и т. д.). В отечественной литературе применяется обозначение ДМРВ – датчик массового расхода воздуха. Их отличительной чертой является возможность учитывать изменение плотности воздуха в зависимости от его температуры;

– датчик объемного расхода воздуха. К ним относятся не используемые сейчас датчики «флюгерного» типа, а также датчики расхода воздуха на вихрях Кармана VORTEX. Последние устанавливаются на автомобилях концерна Mitsubishi, ряде моделей Ford и др. Измеряют расход воздуха в литрах в секунду, изменение плотности воздуха в зависимости от его температуры не учитывают. Поэтому необходимым для их работы датчиком является также датчик температуры входящего воздуха – IAT (intake air temperature), в отечественной литературе обозначаемый ДТВ – датчик температуры воздуха.

В работе датчиков расхода воздуха есть несколько вариантов неверных показаний.

– Полный отказ. Выходной сигнал находится за пределами допустимых значений и не меняется при разном потреблении воздуха. В этом случае блок управления выставляет код ошибки и подставляет вместо недостоверных показаний какое-то аварийное значение. До внедрения стандарта OBD‑2 это было просто какое-то фиксированное значение, после внедрения указанного стандарта алгоритм расчета аварийного значения усложнился. Электронный блок управления рассчитывает реальное потребления воздуха исходя из объема двигателя, умноженного на количество циклов в секунду.

Далее вводится поправка на изменение плотности воздуха по температуре и давлению во впускном коллекторе. В зависимости от «продвинутости» программного обеспечения блока также возможна более точная корректировка и по ряду других параметров. Следует отметить, что наиболее точно аварийные значения рассчитывают автомобили концерна Daimler AG, подразделение Mercedes-Benz Cars Group. В автомобильных кругах даже бытует фраза: «Все автомобили мира делятся на два класса – на Мерседес и все остальные».

Обсуждение правильности этого высказывания оставим специализированным форумам, но признание очень мощных алгоритмов самоконтроля у автомобилей этой фирмы сомнению не подлежит.

– Показания датчика лежат в допустимых пределах, но имеют заниженные показания.

До Euro III коды ошибок в этом случае не выставлялись, автомобиль в аварийный режим не переходил. На автомобилях Euro III и выше при отклонениях расчетных и фактических величин расхода воздуха больше определенного предела выставлялся код ошибки «Неправильный расход воздуха». Автомобиль переводился в аварийный режим (цикловая подача ограничивалась на уровне 30% от максимальной подачи).

Возможные причины возникновения этого дефекта.

1. Датчик исправен, реальное потребление воздуха двигателем имеет пониженное значение. В этом случае блок управления правильно определял режим работы двигателя и обоснованно ограничивал цикловую подачу топлива. При этом наблюдалось падение крутящего момента (автомобиль «не едет») без ярко выраженного дыма. Замена датчика методом «научного тыка» в этом случае к положительному результату не приведет.

2. Датчик расхода воздуха дает заниженные значения, фактический расход воздуха соответствует норме. В этом случае блок управления неправильно определяет режим работы двигателя и ограничивает цикловую подачу топлива необоснованно. При этом также наблюдается падение крутящего момента (автомобиль «не едет») без ярко выраженного дыма. После замены неисправного датчика работа автомобиля должна вернуться в норму.

– Показания датчика лежат в допустимых пределах, но имеют завышенные показания. Так же, как и в предыдущем случае, до Euro III коды ошибок не выставлялись, после Euro III код ошибки звучал как «Неправильный поток воздуха». Возможны следующие причины возникновения этого дефекта.

1. Датчик исправен, реальное потребление воздуха двигателем имеет повышенное значение. На атмосферном двигателе без EGR данный случай практически невозможен. На автомобилях с EGR и/или с турбокомпрессором данный дефект может возникнуть по вине этих систем. Поскольку любое отклонение в потреблении воздуха двигателем потенциально несет угрозу экологическим показателям, на автомобилях, соответствующих нормам Euro III и выше перевод в аварийный режим осуществляется в обязательном порядке. Устройство и возможные отказы указанных систем, в силу их важности для работы автомобиля, будут подробно рассмотрены в отдельных главах.

2. Датчик расхода воздуха дает завышенные значения, фактический расход воздуха соответствует норме. В этом случае блок управления ограничения цикловой подачи не производит. До внедрения норм Euro III это могло привести к появлению черного дыма на режимах ускорения и полной нагрузки. На автомобилях Euro III и выше, данный отказ приводит к некорректной работе системы EGR и будет рассмотрен в соответствующей главе.

Датчик температуры входящего воздуха

Плотность воздуха в большой степени зависит от его температуры. Холодный воздух в одном литре содержит большее количество молекул газов, входящих в его состав, горячий – меньшее количество молекул. Соответственно цикловая наполняемость воздухом в массовых единицах меняется. Расчет расхода воздуха следует производить с учетом этого параметра. Если автомобиль оборудован датчиками расхода воздуха массового типа, которые способны определять количество воздуха в массовых величинах, наличие указанного датчика для системы управления двигателем не требуется.

На автомобилях, соответствующих нормам Euro III и выше, может присутствовать для контроля над датчиком температуры охлаждающей жидкости. Также может устанавливаться, если автомобиль укомплектован климат-контролем, указателем температуры забортного воздуха на информационном табло и рядом других систем, которым требуется информация о температуре входящего воздуха.

Неверные показания этого датчика крайне редки. Основные отказы сводятся, как правило, либо к его обрыву, либо к короткому замыканию. При его отказе блок управления получает неверную информацию о температуре воздуха. На автомобилях, оборудованных датчиком расхода воздуха массового типа (ДМРВ), данный дефект на работу системы впрыска не влияет. На автомобилях, оборудованных датчиком расхода воздуха объемного типа, блок управления неправильно рассчитывает плотность воздуха и, как следствие, некорректно определяет его массовый расход.

Плотность воздуха при изменениях его температуры в незначительных пределах (10–15 °С) меняется незначительно, поэтому отклонения в показаниях датчика в указанных пределах на работе автомобиля практически не сказываются. Допуск на погрешность в показаниях датчика температуры входящего воздуха не устанавливается. Реализуется принцип: «Чем больше отклонение – тем хуже работа системы». Если отклонения превышают разумные величины, то возможны следующие нарушения.

Заниженные показания. Блок управления считает, что плотность воздуха выше и масса воздуха, заходящего в цилиндр, больше, чем есть на самом деле. На максимальных цикловых подачах топлива может наблюдаться повышенная дымность выхлопа.

Завышенные показания. Блок управления считает, что плотность воздуха ниже и масса воздуха, заходящего в цилиндр, меньше, чем есть на самом деле. На максимальных цикловых подачах топлива может наблюдаться ее необоснованное ограничение и, как следствие, снижение крутящего момента.

Датчик барометрического давления

Плотность воздуха также может меняться из-за изменения атмосферного давления. При низком давлении плотность воздуха уменьшается, массовая наполняемость цилиндра воздухом падает. При увеличении атмосферного давления плотность воздуха увеличивается, как следствие, массовая наполняемость цилиндра воздухом растет. Современные датчики расхода воздуха не всегда могут корректно учесть этот параметр в своих показаниях, поэтому для получения более точных данных о расходе воздуха необходимо наличие датчика барометрического давления BARO. При рассмотрении жалоб клиента на «низкую тягу» немногие диагносты обращают внимание на этот фактор.

Атмосферное давление может меняться по двум причинам:

– изменение погодных условий. Автомобиль, как ни парадоксально это звучит, является «метеозависимым» так же, как и некоторые люди. При низком атмосферном давлении на автомобилях без турбокомпрессора наполняемость цилиндра уменьшается. Как следствие, наблюдается падение крутящего момента (автомобиль «не едет»). При высоком атмосферном давлении крутящий момент немного увеличивается;

– условия высокогорья. Более разреженный воздух имеет меньшую плотность, массовая наполняемость цилиндра воздухом уменьшается, крутящий момент падает.

Датчик барометрического давления не измеряет параметры двигателя, поэтому располагать его в моторном отсеке нецелесообразно. Обычно располагается в самом электронном блоке управления. Отказы этих датчиков крайне редки, и их легко проверить, сравнивая показания сканера с показаниями обычного барометра либо сверившись с прогнозом погоды. Автомобили, поставляемые в равнинную местность, как правило, данным датчиком не комплектуются. В этом случае в памяти блока записывается какое-то фиксированное его значение, не меняющееся в процессе эксплуатации. Автомобиль становится «метеозависимым» с описанными выше симптомами.

К примеру, коррекция на бензиновых двигателях при прохождении атмосферных фронтов может меняться до 12%, на дизельных автомобилях падение крутящего момента может достигать примерно таких же величин. Но наибольшее влияние отсутствия этого датчика сказывается при преодолении автомобилем горных перевалов. Жалобы на отсутствие тяги и повышенную дымность при отсутствии нареканий при езде по равнине практически однозначно указывают на эту проблему. Решить вопрос можно только установкой блока управления с этим датчиком.

Продолжение следует

  • 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