Энциклопедия впрысковых двигателей
Цикл статей на эту тему
задумывался давно. Собраны сведения из многих источников литературы, Интернета,
обобщен опыт моей работы на реальном стенде с микропроцессорным управлением
двигателем ЗМЗ-4062.10. Поначалу я предполагал
подробно рассказать об устройстве самого двигателя, датчиках. Но случилось все
по-другому: в нашем городе появилась первая партия бортовых компьютеров нового
поколения для «Волг» и «Жигулей» с впрысковыми
моторами. Трудно было удержаться от соблазна и не испытать такой компьютер
БК-12G в работе.
Поэтому новая тема начинается с самого интересного.
Первый раз в жизни я увидел такую систему в действии в 1994 году. Правда, это был автомобиль BMW-735 1989 года выпуска. Мало того, что мотор работал, как часы и ускорял машину, как ракета-носитель «Энергия». Вдобавок машина была насыщена электроникой, как истребитель МИГ-31. Первый раз сев в салон этой машины, я обратил внимание на панельку оранжевого цвета. По ней бегущей строкой бежал текст, правда на немецком языке. Мой товарищ возил с собой словарик немецкого языка и быстренько переводил на русский, – «Ага! Не работает фонарь заднего хода!» Посмотрели, и вправду, не работает! Воистину прав был философ, говоря: – мужчина отличается от ребенка лишь ценой своих игрушек… Я высказал пожелание, вот бы такое было на русском языке, да на отечественной «Волге»! И был сразу осмеян – это будет лет через 50! Жизнь оказалась мудрее – в конце того же 1994 года появились первые впрысковые моторы отечественного производства, а немного позднее и бортовые компьютеры. Вышеупомянутый БК-12 был разработан в 2001 году. Можно сказать, что отставание нашей автомобильной промышленности от Запада постепенно ликвидируется.
Практически все автозаводы России освоили производство новых двигателей с микропроцессорными системами впрыска бензина. Хотя это приветствуют далеко не все водители. Это новшество является вынужденным, поскольку карбюраторные двигатели попросту исчерпали резервы экономии бензина и мер по снижению токсичности. Мы вступили в 21 век, и мировое автомобильное сообщество сформулировало новые требования ЕВРО-IV по ограничению выхлопа токсичных газов. В России правительство пытается узаконить нормы токсичности по ЕВРО-II. А это возможно обеспечить только при условии использования впрысковых систем питания двигателей. Для начала рассмотрим общие принципы работы обоих видов систем питания.
Как устроен карбюратор – знает, наверное, каждый ребёнок. Этот узел автомобиля имеет камеру для бензина, калиброванные отверстия в донной части камеры – жиклёры и дроссельную заслонку. Проходящий на впуске в двигатель воздух захватывает и распыляет бензин из поплавковой камеры. Образующаяся смесь бензина с воздухом сжигается в двигателе. Так устроен простейший карбюратор. Более совершенные карбюраторы имеют тот же самый принцип работы, только имеют много вспомогательных механизмов и требуют больше регулировок.
Системы впрыска бензиновых двигателей появились в 70-х годах на серийных автомобилях, хотя применялись на гоночных машинах намного раньше. Смысл нововведения заключается в том, что бензин смешивается с воздухом не за счёт разрежения в коллекторе двигателя, а за счёт распыления бензина форсункой при большом давлении в магистрали. При этом процесс впрыска сильно напоминает процесс поливания огорода из шланга. Чем больше напор жидкости, - тем мельче получаются капли. Все системы впрыска можно разделить на системы:
1. Центрального впрыска. Бензин впрыскивается форсункой в одной точке, там, где раньше стоял карбюратор. Системы считается устаревшими и их можно встретить на машинах 80-х годов выпуска.
2. Многоточечного впрыска. Бензин впрыскивается форсунками в местах перед впускным клапаном каждого из цилиндров. 4-х цилиндровый двигатель имеет 4 форсунки, 6-и – имеет 6 форсунок, и т.д. Имеет распространение на большинстве современных автомобилей, в том числе и Российского производства.
3. Непосредственного впрыска. Бензин впрыскивается прямо в цилиндр незадолго до воспламенения свечой зажигания. Многие фирмы начинают серийный выпуск машин с такой системой. Пионер в этой области – Mitsubishi Carisma 1996 года. Изюминкой этой системы считается то, что можно впрыснуть в цилиндр очень мало бензина и зажечь его свечой зажигания не дожидаясь, пока он рассеется по цилиндру. Поскольку в цилиндре в целом большой переизбыток кислорода, то бензин сгорает полностью и без образования окиси углерода. Получается очень экономичный двигатель с малым выбросом газов. Многие европейские и японские автопроизводители осваивают производство таких моторов. За ними будущее.
Система впрыска топлива немыслима без электроники, поскольку только микропроцессор может точно отмерить нужное количество бензина перед впрыском. Именно поэтому прогресс в области впрыска бензина совпал по времени с прогрессом в области ЭВМ, калькуляторов и электронных часов.
Как устроена современная система впрыска? Она состоит из следующих компонентов:
Работа системы впрыска очень проста – бензин подаётся насосом к форсункам, микропроцессор точно отмеряет нужной количество бензина, бензин в смеси с воздухом сгорает в цилиндрах двигая автомобиль. Роль водителя сводится к минимуму. Если все датчики и процессор исправны – машина будет работать как часы.
В случае неисправности какого-либо датчика или электропотребителя на двигателе (форсунки, катушки зажигания, электромагнитного клапана управления) микропроцессорный блок управления зажигает лампу диагностики (у иномарок она называется Check Engine). Чтобы узнать, какой именно узел в системе отказал, надо перемкнуть два контакта на колодке диагностики и лампочка начнет мигать определенным образом. Скажем мигнет 6 раз, потом короткая пауза и 2 раза. Это будет означать неисправность (код ошибки) под номером 62.
У отечественных впрысковых систем зачастую устанавливается бортовой микропроцессор отечественного производства Микас-7.1 для «Волг» и Январь-4 для ВАЗовских моделей. Возможно применение и импортных блоков Bosch M-1.5.4 и им подобных. Но все эти блоки позволяют выдавать диагностические коды ошибок только в виде миганий лампочки – «флеш кодов – flash code». Более подробная информация может быть извлечена из памяти блока только с помощью компьютерной диагностики. В условиях автосервисов применяют два прибора для компьютерной диагностики – диагностический тестер ДСТ-2М или персональная ЭВМ не хуже Пентиум-100 с соответствующим адаптером K-line и программой «Мотор-Тестер». Тестер ДСТ-2М стоит около 27 тысяч рублей, весит чуть меньше килограмма и сильно напоминает по виду и размерам первый советский калькулятор (самый большой микрокалькулятор в мире!). Надо ли говорить, что маленькое автохозяйство или частный владелец «Волги» такую диагностику не сможет купить?
Рисунок 1. Внешний вид панели компьютера БК-12 |
Второй вариант с приобретением компьютера Пентиум может оказаться чуть дешевле. Но программное обеспечение тоже стоит денег – свыше 800 долларов. Правда, по просторам родной страны живет много хакеров и, благодаря им, есть и взломанные копии программы «Мотор-Тестер», но обсуждать этот вариант мы не станем. У себя в лаборатории кафедры АТ я пользуюсь компьютером с соответствующей программой, хорошо хоть для ВУЗов программы продаются со скидкой. Пользуясь компьютером, мы можем получить больше возможностей при диагностике.
Рисунок 2 |
Рисунок 3 |
В настоящее время появилась еще одна возможность иметь полную диагностическую сводку. И даже более того, - получать сведения о работе двигателя во время поездки. Это бортовой компьютер БК-12. Разработчиком этой системы является Нижегородское производственное объединение «Микро Лайн». Есть модификации для впрысковых моделей ГАЗ, есть для автомобилей ВАЗ. Причем эти компьютеры кардинально отличаются от тех, что имелись и раньше на прилавках нашего города. Что могли компьютеры старых моделей? Показывать частоту вращения коленвала, температуру двигателя и текущее время. Это как бы и не компьютер, а так, - часы с приставкой.
Бортовой компьютер БК-12 имеет жидкокристаллический дисплей размером, как у современных импортных магнитол и CD-проигрывателей. На дисплей выводится различная информация в виде рисунков, текста и цифр. Внешний вид компьютера показан на рисунке 1. В комплекте имеется проводка для подключения компьютера к бортовому микропроцессору через контакт K-line (11 контакт на диагностической розетке ГАЗ), питанию от аккумулятора - провода “+” и “–“. К датчику температуры наружного воздуха, датчику уровня топлива в бензобаке, скорости и так далее. Сам процесс установки много времени не занимает. Средней квалификации автоэлектрик справится с этим за полчаса.
Рисунок 4 |
Рисунок 5 |
Рисунок 6 |
После установки и первого включения вам будет необходимо настроить компьютер для работы. Например, настройка шкалы расхода топлива проста, вы заливаете в пустой бензобак 5 литров бензина и нажимаете кнопку на пульте (в меню есть много подсказок), потом еще 5 литров и повторное нажатие. В результате, впоследствии у вас на экране прибора всегда будет информация об уровне бензина с точностью до 1 литра! При очередном включении зажигания у вас на панели появляется начальное меню, где вы можете посмотреть текущие расходы на ремонт и бензин, режим календаря и часов, диагностику систем двигателя и прочие параметры (см. рисунок 2.) В случае каких либо проблем с работой двигателя вам не надо ехать в фирменный центр для компьютерной диагностики и платить за нее. На рисунке 3 показано меню диагностики. Здесь вы можете просмотреть не только коды ошибок, но и после замены неисправных деталей обнулить коды ошибок. Возможно также заглянуть «внутрь» вашего Микаса. Вы сможете узнать дату изготовления, серийный номер процессора, начальные установки и регулировки топливоподачи и зажигания.
Рисунок 7 |
Рисунок 8 |
Но больше всего мне понравился режим индикации параметров «на ходу». Вы можете запросить индикацию расхода топлива в движении. Цифра расхода, в литрах на 100 км., постоянно меняется при движении. Если ваша скорость меньше 20 км/час, то расход показывается в литрах за час работы, при повышении скорости расход показывается в стандартных единицах. Например, едете вы в гору на пятой передаче. Расход по дисплею на панели машины составляет 10,6 литров на сотню. Стоит только переключиться на четвертую передачу, как расход оказывается ниже – всего 9,5 литров! Благодаря такой подсказке бортового компьютера быстро вырабатывается экономичный стиль вождения.
Не лишним будет сказать, что такой прибор полезен и в автосервисе. Ведь прибор ДСТ-2М стоит в десять раз дороже, чем боротовой компьютер БК-12. Грамотному специалисту достаточно посмотреть на параметры установки зажигания и длительности впрыска, как он сразу начнет разбираться в причинах неправильной работы двигателя. Можно из меню принудительно отключить форсунку определенного цилиндра и найти дефектный цилиндр. Например, у меня на стенде хуже всего работает 4-й цилиндр. Оно и понятно – двигатель после капремонта, который делали в одной «фирме». Поршневые кольца оставляли желать лучшего и мотор работает с перебоями. В момент отключения форсунки 4-го цилиндра частота вращения изменялась незначительно. В условиях автосервиса это означало бы необходимость разборки двигателя, а в условиях нашей лаборатории – студенты лишь приобретают полезные навыки работы. Имея микрокомпьютер БК-12, этот эксперимент легко воспроизвести и в гаражных условиях любого частного предпринимателя!
Рисунок 9 |
Рисунок 10 |
Кстати, о предпринимателях и мастерах по ремонту. Владелец автомобиля вспоминает о них так же редко, как и о зубном враче. Пока не заболит, не вспомнишь. А ведь как человеку, так и машине нужна профилактика. 10-й рисунок показывает, как бортовой компьютер учитывая пробег и состояние двигателя рекомендует вовремя пройти техобслуживание.
Рисунок 11 |
Поскольку на двигателе установлен датчик детонации (вибраций блока цилиндров), то иногда автоматически могут быть выданы такие рекомендации, как на рисунке 11. Неплохо?
Рисунок 12 |
Внутри микрокомпьютера есть блок памяти, в котором собираются данные о суммарном пробеге машины, расходе топлива, заправках бензином. Поэтому становится возможным выдавать статистику о движении автомобиля. Это очень удобно и для автовладельца и для его тещи. Ну а если серьезно, то эта функция очень полезна для малых предприятий, где трудно уследить за расходом бензина, пробегом и т.д. Попытка отсоединить датчик скорости оставит об этом след в памяти прибора и водитель не сможет обмануть хозяина предприятия.
Трезво оценив все плюсы бортового компьютера БК-12, я заказал такой для лаборатории.
Надо напомнить, что бортовой компьютер для автомобилей ГАЗ и УАЗ называется БК-12G, а для автомобилей ВАЗ – БК-12V. Цена их одинакова – три с лишним тысячи рублей. Впоследствии эта цена наверняка будет снижаться, что будет определять объём продаж.
Евсеев П.П.
к.т.н., доцент
каф. "АТ", КГТУ