Искусство корректности

В апрельском и майском номерах журнала за 2006 год мы рассказали о роли важнейших диагностических параметров впрыскового двигателя. Поговорим об этом подробнее.

Любой наблюдательный человек знает: дрова веселей горят при хорошей тяге в печной трубе, повышающей приток свежего воздуха. С любым тепловым двигателем – то же самое: топливо сгорает не «само по себе» – ему нужен окислитель. В автомобиле это кислород воздуха. При этом не важно, говорим мы о карбюраторе или системе впрыска: соотношение компонентов для двигателя с искровым зажиганием должно укладываться в довольно узкие пределы. При избытке воздуха либо нехватке топлива рабочую смесь в цилиндрах называют бедной. Ее антипод – богатая. Чрезмерное обеднение смеси – переобеднение, как и переобогащение, вообще недопустимо – такие смеси не воспламеняются от искры: мотор останавливается и не заводится. При меньших отклонениях мотор работает, но часто его мощностные и экономические показатели оставляют желать лучшего. К тому же нужно учитывать и экологические показатели, которым придают все большее значение.

С внедрением в выпускной системе датчиков кислорода («лямбда-зондов») и каталитических нейтрализаторов отработавших газов контроль состава рабочей смеси в цилиндрах стал еще важнее. Это связано с тем, что эффективность работы нейтрализатора непосредственно зависит от состава отработавших газов. Неспроста у специалистов в этой области на слуху термин «лямбда-регулирование», известный вам по прежним беседам.

Но чтобы регулирование было возможно, контроллер, как минимум, должен сначала узнать о том, что ему пора что-то регулировать! Откуда? Роль «стукача» возложили на датчик кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд). Анализируя его сигнал, контроллер все время корректирует состав смеси. Обедненную обогащает, увеличив время открытого состояния форсунок, и наоборот. Но не все тут просто.

Сразу после пуска двигатель и система выпуска холодные. Не достигший температуры 300–350°С лямбда-зонд не реагирует на состав отработавших газов. Об этом говорит постоянное опорное напряжение – около 0,45 В – на его выходе. В это время управление впрыском происходит без обратной связи по датчику кислорода (ДК). Для ускорения прогрева современные датчики имеют электрический подогрев. У прогревшегося датчика керамика начинает проводить ионы кислорода, появляется разность потенциалов – он вступает в работу.

Как только напряжение датчика отклонится от значения 0,45 В, контроллер это заметит – и переведет «флаговую» переменную готовности лямбда-зонда в значение ДА. Вот теперь контроллер, если мотор прогрет и проработал около 10 минут, может перейти к основному режиму управления («петля обратной связи» замкнута) и станет корректировать время открытого состояния форсунок.

Об отклонении состава смеси от стехиометрии мы будем судить по коэффициентам коррекции топливоподачи. Начнем с коэффициента коррекции длительности впрыска. Обозначим его буквой К. С отключенным лямбда-регулированием (холодный двигатель) К=1 и не влияет на формирование рабочей смеси. Но когда контроллер перейдет в режим обратной связи по ДК, коэффициент К начнет колебаться в небольших пределах, примерно от 0,98 до 1,02. Значит, состав смеси отклоняется от идеального на 2% и контроллер все время немного корректирует время открытого состояния форсунок. Максимальный диапазон изменения К для исправного двигателя – от 0,85 до 1,15. Но, допустим, К=1,20. Значит, рабочая смесь обеднена на 20%. Приводя ее к стехиометрии, контроллер будет увеличивать подачу топлива на 20%. Такое значительное отклонение состава смеси от нормы указывает на серьезную неисправность, связанную с топливной системой, подсосом воздуха после ДМРВ, нарушением характеристик ДК и ДМРВ, неверной оценкой температуры охлаждающей жидкости и т.п.

Подсказка получена. Остается найти «виновника».

Но одной только коррекции времени впрыска для управления питанием современного двигателя недостаточно. Что еще для этого необходимо, рассмотрим в следующей беседе.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) непрерывно измеряет мгновенный расход воздуха. Последнее важно, так как для полного сгорания рабочей смеси без ее обеднения состав должен быть стехиометрическим – 14,7 кг воздуха на 1 кг бензина. Это описывается коэффициентом избытка воздуха l. Если воздуха хватает для полного сгорания бензина, но в отработавших газах неиспользованного кислорода нет, смесь называют стехиометрической. Для нее l=1. В работе системы впрыска этот режим основной. Увеличение l означает обеднение смеси, уменьшение – ее обогащение.

Блок управления (контроллер), анализируя показания датчиков, вычисляет требуемую продолжительность (время) открытого состояния форсунок и подает на них управляющие сигналы. Распыленное топливо смешивается с воздухом в виде мельчайших капель. Но и они испаряются не мгновенно, так что окончательный состав рабочей смеси устанавливается уже при ее сжатии в цилиндрах. Конечно, реальная картина сгорания сложней – из-за неравномерности состава смеси в камерах сгорания и т.д.

Сигнал датчика кислорода меняется в пределах от 0,1 до 0,9 В. Диагностический сканер с малым экраном и слабым разрешением не позволяет в полной мере оценить амплитуду сигнала. Лучше подключить сканер к компьютеру (у некоторых есть такая функция) и наблюдать за работой датчика на большом мониторе. Вы увидите три характерных участка. Слева от l=1 смесь богатая, напряжение датчика превышает 800 мВ. Справа смесь бедная, напряжение может упасть до 100 мВ. Главный же участок вблизи l=1. Это составы, близкие к стехиометрии. Здесь напряжение почти скачком меняется.

Вот так коррекция времени впрыска влияет на дозирование топлива. Закон изменения количества впрыскиваемого топлива после коррекции по сигналу ДК противоположен закону изменения состава смеси. Оба эти параметра согласуются с сигналом датчика кислорода. При установившейся работе двигателя уровень сигнала датчика кислорода все время колеблется между минимумом и максимумом, а осредненные значения расхода топлива и состава смеси практически постоянны.