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:

  1. Бензобак. Он может быть точно таким, как и на карбюраторной модификации машины. Но на большинстве японских машин бензобак делают со встроенным бензонасосом.
  2. Бензиновый насос. Его роль – бесперебойно подавать бензин от бака к форсункам под давлением около 4 атмосфер (0,4 мПа для любителей СИ). Этот узел – сердце всей системы питания.
  3. Форсунки. Есть форсунки для работы двигателя в штатном режиме. Есть пусковая форсунка (не на всех автомобилях, а в основном, на европейских моделях). Но у всех форсунок одно свойство – при подаче напряжения на клеммы форсунки в них открывается клапан и бензин может распыляться через тонкое отверстие на торце. Форсункой управляет микропроцессор. Он подаёт разные импульсы тока на обмотку форсунки в зависимости от того, какая мощность требуется от двигателя. Короткие импульсы – впрыскиваются малые порции бензина, длинные – бензина будет впрыснуто намного больше.
  4. Микропроцессор с набором датчиков температуры, положения коленвала, холостого хода, давления воздуха, расхода воздуха и т.п. Датчики собирают всю информацию о работе двигателя, о положении педали «газа», а микропроцессор даёт команду на подачу топлива.

 

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

Hosted by uCoz