Школа Алексея Пахомова. Про «Тойоту»
Краткая история
Школа автодиагностики Алексея Пахомова начала работу в 2011 году. Основным направлением деятельности было выбрано производство обучающих видеокурсов. Самый первый курс «Диагностика бензиновых двигателей» имел такой значительный успех, что было решено продолжить работу в этом направлении. В результате был разработан широкий портфель видеокурсов, посвященных автодиагностике.
Сегодня школа вышла на качественно новый уровень. На платформе дистанционного обучения «Прометей» создана целая система по подготовке специалистов автосервиса в области диагностики двигателей и электронных систем автомобиля. Выпускниками, не теряющими связь со школой, стали более 2300 специалистов из разных городов России, ближнего и дальнего зарубежья. Статьи, которые будут размещаться в журнале «АБС-авто», по существу, являются переформатированными для печати видеоматериалами, подготовленными специалистами школы для известного профессионального российского журнала.
Когда у владельца этого автомобиля загрохотал двигатель, он решил продать автомобиль, как говорят, задешево. А как иначе? Ну кто купит за нормальные деньги машину, двигатель которой работает с явно слышимым стуком?
Да и какой двигатель-то! Была бы это Lada, заехал бы он в первый же гаражный сервис и сделал бы капитальный ремонт мотора. Ну, во всяком случае, если даже и не капитальный ремонт, то хотя бы выявил и устранил причину. А здесь – Toyota Corolla, автомобиль не самый простой, пусть даже 2003 года выпуска. Да и двигатель для тех лет тоже весьма серьезный: 3ZZ-FE, оснащенный системой изменяемых фаз газораспределения на впускном валу. В то время далеко не все моторы могли похвастаться наличием такой системы, ее использовали только ведущие мировые производители.
На автомобилях Toyota эта система традиционно называется VVTi, что означает Variable Valve TimingIntelligent, или «микропроцессорная система изменяемых фаз газораспределения».
Ладно, попытка – не пытка, и владелец все-таки заехал на сервис: чем черт не шутит, может быть, не все так плохо? Посмотрим. Точнее, послушаем. Да, гремит, и хорошо так гремит! И звук явно идет со стороны механизма газораспределения. Того самого VVTi. Но с выводами торопиться не стоит: сначала попытаемся исследовать двигатель с использованием диагностического оборудования, ибо цена ошибки на этом моторе достаточно высока.
Каким образом можно наглядно оценить работу системы переменных фаз газораспределения? Подобные моторы в обязательном порядке оснащаются датчиком положения распределительного вала. А как иначе? Должен ведь электронный блок управления двигателем получать информацию о положении вала, чтобы контролировать работу всей системы! Попробуем поставить себя на место электронного блока и сделать то же самое.
А для этого воспользуемся мотортестером Autoscope. Он содержит замечательный инструмент – анализ поведения сигнала во времени. Именно этим инструментом мы и обработаем сигнал датчика положения распределительного вала и посмотрим, как он соотносится по времени с сигналом основного синхронизирующего датчика – датчика положения коленчатого вала (илл. 1).
Итак, тест выполнен. Красная осциллограмма – это сигнал ДПКВ, синяя – ДПРВ, желтая, традиционно – моменты синхронизации, по сути, это моменты искрообразования. Все бы ничего, но что это за артефакты на осциллограмме датчика распределительного вала, отмеченные красными стрелками?
Что-то здесь не так. Подобные искажения не могут возникать сами по себе, для этого нужна веская причина. Причем форма искажений осциллограммы каждый раз новая, а это значит, что сам ДПРВ здесь явно ни при чем. Следовательно, причиной искажений может быть только… что? Да, ею может быть только «болтанка» распределительного вала. Рассмотрим осциллограмму дальше. Вот еще один участок (илл. 2).
Жесть, просто жесть! Это первая фраза, которая крутится на языке. Что это вообще такое? Сигнал датчика распредвала совершенно не похож на то, что мы привыкли видеть на таких же исправных двигателях. Судя по форме сигнала, распредвал вращается рывками. Уже практически все ясно: причину дефекта нужно искать где-то в механизме газораспределения, и вероятнее всего, в муфте VVTi.
Однако наш мотортестер позволяет не просто снять и оценить осциллограмму, но и автоматически обработать ее, выдав результат в графическом виде. Делает он это следующим образом: записанный сигнал как бы прорисовывается полосами сверху вниз и слева направо, подобно тому, как формировался растр в старых телевизорах. Иначе говоря, берется один рабочий цикл, рисуется линия сверху вниз, при этом яркость линии соответствует уровню сигнала. Далее берется следующий цикл, опять прорисовывается следующая линия сверху вниз и т.д.
Наша задача в этом случае – увидеть, каким образом смещается интересующий нас импульс, и смещается ли он вообще. А может быть, периодически пропадает? Процесс отображается во времени сверху вниз, поэтому смещение сигнала в более раннюю сторону – это смещение вверх. И наоборот, если сигнал сместился по времени в позднюю сторону, он опустится вниз.
Итак, обрабатываем сигналы ДПКВ и ДПРВ. И видим очень непонятную картину.
Во-первых, при росте частоты вращения момент открытия впускных клапанов должен наступать раньше. Это делается для того, чтобы увеличить перекрытие клапанов, необходимое для более качественного наполнения цилиндров на высоких оборотах. Но судя по полученным графикам, вал смещается не в сторону более раннего, а наоборот, в сторону более позднего открытия клапанов (илл. 3).
Это однозначно доказывает, что муфта VVTi неисправна.
А во‑вторых, если еще растянуть изображение по горизонтали и присмотреться внимательнее, то становится заметно, что при росте оборотов возникает сильная угловая вибрация распредвала (илл. 4).
Ну, в общем-то, все понятно: требуется серьезное вмешательство. Муфту сняли и разобрали. Картина совершенно безрадостная – один лепесток ротора сломан, еще в двух – трещины (илл. 5).
Конечно, муфту VVTi только менять. Но прежде подумаем, что именно могло привести к подобному дефекту, каковы были причинно-следственные связи. В исходном состоянии, когда двигатель не работает и давление масла отсутствует, ротор муфты относительно корпуса неподвижен. Он зафиксирован от проворачивания специальным стопорным штифтом. После запуска двигателя штифт под действием давления масла смещается, а ротор муфты обретает подвижность.
На фото видно, что излом муфты произошел именно по стопорному штифту. Видимо, штифт уже давно не смещался, а удерживал муфту в заблокированном состоянии. Попробуем подтвердить или опровергнуть нашу догадку.
Установив привезенную владельцем новую муфту, вновь запускаем двигатель и выполняем то же самое измерение (илл. 6).
Ну наконец-то видим на этом двигателе хоть что-то похожее на правду. Импульсы ДПКВ и ДПРВ имеют прямо-таки эталонный вид. Кстати, сравните импульсы ДПРВ с теми, которые были получены нами в самом начале. Вновь запускаем автоматический анализ осциллограммы и видим, что при изменении частоты вращения распределительный вал попросту стоит на месте (илл. 7).
Это тоже повод немного задуматься. Известно, что муфта VVTi изменяет положение распределительного вала под влиянием создаваемого двигателем давления масла. Поток масла в полости муфты направляет так называемый Oil Control Valve, он же OCV. Перевести это можно как «клапан управления потоком масла». В свою очередь, положение клапана зависит от управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), поступающего с блока управления двигателем.
Демонтировать клапан с двигателя и убедиться в его исправности и подвижности штока просто. Для этого достаточно подать на его обмотку постоянное напряжение от лабораторного источника питания и, изменяя значение напряжения, визуально проконтролировать движение штока (илл. 8).
Однако убедиться в подвижности штока недостаточно. Чтобы окончательно расставить точки над i и не попасть впросак, снимем осциллограмму управляющих импульсов и заодно тока, протекающего через OCV, при помощи токовых клещей. Вот что получилось (илл. 9).
Анализ несложен. В момент, когда начала расти частота вращения коленчатого вала, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала явно увеличился. При каждом импульсе напряжения ток через клапан плавно нарастает. Все верно, ведь обмотка клапана обладает заметной индуктивностью. А это означает лишь одно: блок управления двигателем исправно подает управляющие импульсы на OCV, ток через клапан также есть, в подвижности штока убедились ранее. Каков будет вывод?
А вывод неутешительный: муфта VVTi все-таки не выходит из заблокированного состояния. Причина чаще всего в сниженном из-за износа двигателя давлении масла. Его попросту недостаточно для смещения стопорного штифта и приведения муфты в рабочее состояние. Также причиной могут быть забитые масляные каналы к муфте.
В любом случае требуется серьезный ремонт двигателя с его разборкой, иначе и новая муфта недолго проживет. Сообщили об этом владельцу. Ответ был предсказуемым: черт с ней, лишь бы не гремела.
Как говорится, хозяин – барин…
