Система бортовой самодиагностики: назначение
Определение количества ОГ
В двигателях системы FSI реализован самый точный принцип определения количества ОГ, перепущенных в камеру сгорания - в отличии от двигателей систем GDI иD4.
В работе по определению точного количества ОГ принимают участие:
- MAF-sensor
- датчик температуры воздуха, конструктивно расположенный в корпусе MAF-sensor
- датчик давления во впускном коллекторе
- датчик атмосферного давления, расположенный в корпусе блока управления (для определения противодавления в выпускной системе)
рис.1
Рассматриваемая система - BOSCH , которая применяется на двигателях системы FSI объемом от 1.4 до 2.0 литров.
Более упрощенно посмотреть алгоритм определения "точного количества ОГ" можно на следующем рисунке:
рис.2
Vo - общий объем поступающего газа в камеру сгорания
Va - объем поступающего газа во впускной коллектор
Vb - объем перепускаемых отработанных газов
Методом простого математического вычисления: Vb = Vo - Va
можно точно определить точное количество перепущенного отработанного газа за еденицу времени.
Система охлаждения ОГ
| На некоторых двигателях FSI система EGR может быть оборудована водяным охлаждением. Она применяется - для защиты непосредственно самого клапана EGR (что бы не "прогорел"), расположенного вблизи точки отбора отработанных газов от высоких температур - для понижения температуры ОГ и связанным с этим "коэффициентом наполнения цилиндров" |
Один из вариантов системы охлаждения:
рис.3
| 1 - место отбора газов в районе 4 цилиндра 2 - потециометрический датчик для определения положения штока клапана EGR 3 - клапан EGR |
Принцип работы:
рис.4
Кроме водяного охлаждения, могут быть использованы и другие варианты охлаждения отработанных газов:
Специально направленным потоком воздуха (красная стрелка на фото 5):
рис.5
Разделением выпускного коллектора непосредственно перед катализатором:
рис.6
За температурой ОГ постоянно следит датчик температуры, который также принимает участие в системе управления двигателем:
рис.7
Устройство датчика температуры ОГ
рис.8
На некоторых системах управления этот датчик также включен в общую систему определения точного количества перепущенных ОГ в камеру сгорания.
Диагностика системы EGR
Как уже говорилось в предыдыдущих статьях, двигатели системы GDI и D-4 не особенно чувствительны к тому количеству ОГ, которое система EGR перепустит в камеру сгорания для "дожигания" - назовем это так, как привыкли называть все, хотя основное предназначение системы EGR остается прежним: снижение количественного образования оксидов азота (NOx) за счет понижения температуры в камере сгорания путем добавления определенного количества ОГ.
Двигатели системы GDI до 1999 года вообще не имели кодов неисправностей по системе EGR, только в 2001 году в таблице кодов неисправностей появился кодP0403 ( Электромагнитный клапан рециркуляции и его цепи).
В описании данного кода приведена процедура проверки клапана:
- При работе электродвигателя, управляющего клапаном рециркуляции ОГ, не
происходит сброса напряжения, генерируемого обмоткой возбуждения электродвигателя.
- Неисправность электромагнитного клапана рециркуляции ОГ (EGR)
- Обрыв или короткое замыкание в цепи электромагнитного клапана рециркуляции ОГ (EGR) или плохой контакт в разъеме.
- Неисправность электронного блока управления двигателем
- Неисправность электронного блока управления двигателем и АКПП
Двигатели системы D-4 (3S-FSE) также имеют диагностику системы EGR и могут определять неисправность системы по следующим кодам неисправностей:
1996 год
DTC 71 - "Клапан системы EGR" ( обрыв или замыкание в цепи клапана EGR в течении 1 секунды после включения зажигания)
Этот же код неисправности имеет и вторую трактовку: " Неправильная работа системы EGR при включенном зажигании в течении 5 секунд ".
Позже 1996 года неисправность системы EGR стала читаться по-другому:
DTC P0401 - " Аномальная работа клапана EGR"
DTC P0403 - " Сигнальная цепь клапана EGR "
И в первом и во втором случае внутренний смысл кода неисправности системы EGR заключается в том, что диагностика, в основном, определяет "обрыв или короткое замыкание", то есть, конкретный факт неисправности шагового двигателя (например), но никоим образом не определяет "неправильность" работы системы EGR по перепущенному количеству ОГ в камеру сгорания, независимо от того, большое оно или маленькое на данный период времени.
Предположим, что в канале системы EGR будет находиться отслоившийся кусок нагара, как показано на фото 9:
фото 9
,- и в камеру сгорания будет перепущено меньшее количество ОГ.
Блок управления, отслеживая показания серводвигателя, может считать, что в камеру сгорания поступило такое количество ОГ, которое должно быть перепущено через работоспособную систему EGR при открытии клапана на 15 "шагов" (например).
Но из-за неполной проходимости канала (фото9), в камеру сгорания будет перепущено меньшее количество ОГ, чем "думает" блок управления:
рис. 10
А количество бензина и воздуха, которое должно поступить в камеру сгорания в данный момент, будет расчитано с учетом поступления туда положенного количества ОГ.
Данное рассуждение приведено как вариант и, наверное,не может в полной мере отражать действительный алгоритм работы системы EGR, потому что эти и другие данные доступны только производителю, а нам, как простым пользователям, доступны только "осколки" переводов технических статей, да и то, только в разрешенных пределах.
Повторимся: "... двигатели системы GDI и D-4 "не особенно чувствительны" такому факту, как "работоспособность системы EGR".
Система EGR может быть работоспособной не полностью (как на фото 9, например), но блок управления не зажжет лампочку CHECK на панели приборов (исключая, конечно, случаи возникновения кодов неисправностей, которые приведены выше).
На практическом Опыте технического директора (Indy) мастерской Дмитрия Юрьевича (mek), можно вполне определенно сказать, что система EGR на двигателе системы GDI (автомобиль Mitsubishi RVR, 2.4 Liter, 1998 года выпуска) - она практически нечувствительна к тому, "заглушена" эта система или нет.
Indy проехал около 100.000 км на "заглушенной" системе EGR и может утверждать, что это практически не повлияло на тяговые и скоростные качества его автомобиля. Он даже говорит, что в сильную жару "заглушенность" системы EGR помогает двигателю нормально работать (скорее всего, такой эффект стал возможен из-за того, что при такой ситуации "ушел" такой фактор, как " дополнительный нагрев впускаемого воздуха в камеры сгорания", который перестал оказываеть свое негативное воздействие на коэффициент наполнения цилиндра ).
На что может повлиять плохая работа системы EGR?
Принято считать, что она может повлиять на расход топлива, тем более, что об этом есть упоминание в книге BOSCH (стр. 57, внизу-слева).
"Снижение расхода топлива" - заголовок. И далее:
«За счет рециркуляции ОГ увеличивается общее наполнение цилиндров при остающемся постоянном количестве подаваемого свежего воздуха. Поэтому требуемый крутящий момент можно получить без дополнительного дросселирования, следствием чего является более низкий расход топлива» .
Все-ли здесь правильно?
В оригинале, возможно, все читалось бы по-другому, а здесь, возможно, не совсем качественный перевод, который вводит в заблуждение, потому что в отечественной "двигательной" науке нет такого понятия, как "общее наполнение цилиндра" (а что тогда "частное" наполнение?).
Есть понятие "Коэффициент наполнения цилиндра".
И так как мы не видим оригинал, то придется опираться на выводы отечественной науки, которая говорит:
"Коэффициент наполнения цилиндра - это ОТНОШЕНИЕ действительного количества свежего заряда к его теоретическому количеству".
Как Вы знаете, количество рабочей смеси состоит из количества свежего заряда и количества остаточных газов ( в том числе, газы, которые перепускаются системой EGR).
Т.е. с ростом количества перепущенных газов системой EGR, коэффициент наполнения цилиндра ВСЕГДА падает, мощность ВСЕГДА падает, крутящий момент ВСЕГДА падает.
Зависимость линейная: коффициент остаточных газов равен нулю - мощность максимальная;
с ростом коэффициента остаточных газов мощность всегда падает.
Т.е. применение системы EGR на ДВС - это вынужденная мера, которая однозначноведет к
- уменьшению мощности ДВС
- ухудшению экономичности
- ухудшению всех технико-экономических показателей, КРОМЕ экологических.
Это дань борьбе с токсичностью выхлопа.
Фактически, мы умышленно, своими руками гробим рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания...
Нельзя не согласиться. Согласимся, но...обязательно сделаем оговорку как по первому утверждению, так и по второму.
Скорее всего книга BOSCH основывается на том факте, что ОГ системы EGR существуют двух видов - "внешние" и "внутренние".
Внешние ОГ - это такие отработанные газы, которые образуются при работе камеры сгорания, выпускаются в атмосферу и некоторая их часть через систему EGRпоступает на "повторное дожигание".
Внутренние ОГ - это такие ОГ, которые образуются при работе камеры сгорания, но в результате эффекта "перекрытия клапанов" остаются как в камере сгорания, так и поступают во впускной коллектор.
Доля "внутренних" ОГ намного меньше, чем доля "внешних" ОГ, но и ее приходится учитывать из-за того, что при работе двигателя системы GDI в "обедненном" режиме, в камере сгорания достаточно много остается кислорода:
рис.11
А если точнее, то около 6 процентов кислорода присутствует в камере сгорания при работе двигателя в режиме Compression on Lean (обедненный режим, двигатель системы GDI).
И так как именно в таком режиме система EGR работает, то можно предположить, что не весь кислород из этих 6 процентов сгорает полностью (принимает участие в окислительном процессе), какая-то его часть вместе с "внешними" ОГ поступает на "повторное дожигание", а какая-то часть вместе с "внутренними" ОГ остается в камере сгорания.
И все это вместе принимает участие в повторном цикле работы камеры сгорания.
Все правильно и можно согласиться с утверждением, что
За счет рециркуляции ОГ увеличивается общее наполнение цилиндров при остающемся постоянном количестве подаваемого свежего воздуха. Поэтому требуемый крутящий момент можно получить без дополнительного дросселирования, следствием чего является более низкий расход топлива» .
,- если не принимать во внимание тот факт, что при переходе двигателя в режим "обедненки" дроссельная заслонка автоматически приоткрывается на определенный угол. Это происходит как в двигателях системы GDI, так и в двигателях системы D-4.
И для них, скорее всего, понятие "дросселирование" можно "подправить" таким образом:
Quot; Дросселирование в двигателе непосредственного впрыска топлива - это изменение количества воздуха, поступающего в цилиндр, путем изменения проходного сечения впускного тракта при помощи нажатия на педаль газа или по команде Системы Управления Двигателем (СУД)".
Тем более, что для двигателей системы GDI есть прямые доказательства того, что на экономию топлива - в первую очередь - влияет такой фактор, как работа двигателя в "обедненном" режиме, когда за счет только пониженных оборотов (600-650 RPM) достигается определенная экономия топлива.
И есть второе прямое доказательство - Опыт Indy, например, который за 100.000 км не почувствовал никакого резкого расхода топлива из-за "заглушенной" системыEGR. Ему можно поверить, так как он - технически грамотный человек.
И в итоге можно сделать такой вывод: для двигателей системы GDI и D-4 работоспособность системы EGR не оказывает существенного влияния на повышения расхода топлива.
Скорее всего вывод книги BOSCH применителен для двигателей системы FSI, где производится точный расчет ОГ перепущенных в камеру сгорания.
В таких двигателях, при работе камеры сгорания на "бедном" режиме работы, присутствует большой коэффициент избытка воздуха, и засасывать воздух через чуть приоткрытую дроссельную заслонку энергозатратно. Поэтому система рециркуляции устроена таким образом, что бы осуществить перепуск оставшегося с предшествующего цикла избытка воздуха на второй цикл. Даже с учетом того, что кислород уже перемешался с продуктами сгорания. И лишь малую часть воздуха двигатель "засасывает" через чуть приоткрытую дроссельную заслонку, уменьшая таким образом потери на "дросселирование" - особенно по сравнению с "обычным" двигателем ( с внешним смесеобразованием).
Катализатор
Система бортовой самодиагностики: назначение
Диагностика всех агрегатов и систем автомобиля, от которых зависит состав выхлопных газов, известна под названием "On Board Diagnose" (OBD). Впервые она была внедрена в США еще в 1988 году. Европейская версия этой системы "Euro On Board Diagnose" (EOBD), является обязательной к применению на автомобилях с 2000 года.
Принцип работы EOBD
При обнаружении неисправности, связанной с системой выброса отработавших газов, водитель получает соответствующую информацию посредством сигнальной лампы “Check engine” на панели приборов. При обнаружении неисправности, которая приводит к ухудшению состава отработавших газов, в памяти неисправностей регистрируется соответствующий код, а сигнальная лампа токсичности отработавших газов загорается и не гаснет. В случае опасности повреждения каталитического нейтрализатора в результате пропуска воспламенения запись об этом также сохраняется в памяти неисправностей, а сигнальная лампа начинает мигать.
Система EOBD также должна иметь: стандартный разъем для подключения диагностических приборов (с доступом с водительского сидения), ввозможность использования имеющихся в продаже диагностических приборов для считывания кодов неисправностей, сстандартизированные коды неисправностей для всех производителей автомобилей.
Что проверяет EOBD
Система EOBD проверяет следующие элементы.
Каталитический нейтрализатор. Блок управления двигателя сравнивает значения напряжения на датчиках кислорода, установленных на входе и выходе нейтрализатора, и вычисляет соотношение, по которому оценивается его эффективность работы. Если это соотношение выходит за пределы заданного диапазона, система управления двигателя определяет наличие неисправности каталитического нейтрализатора, а в памяти неисправностей регистрируется соответствующий код. Кроме того, о неисправности сообщается водителю посредством сигнальной лампы токсичности отработавших газов.
Лямбда-зонды. Системой EOBD проводится: диагностика нагревателя лямбда-зонда, проверка времени реакции датчика на входе в каталитический нейтрализатор, проверка предела регулирования датчика на выходе из каталитического нейтрализатора, проверка датчика на выходе из каталитического нейтрализатора в режимах ускорения и замедления.
Система вентиляции топливного бака. Если большое количество топлива связывается в фильтре с активированным углём, топливовоздушная смесь обогащается путем подмешивания этого связанного фильтром топлива к впускаемому воздуху. В обратном случае смесь обедняется. Это изменение регистрируется датчиком на входе в каталитический нейтрализатор и служит подтверждением правильной работы системы вентиляции топливного бака.
Обнаружение пропуска воспламенения для каждого цилиндра может проводиться двумя методами:
Метод обнаружения неравномерности в работе двигателя. Датчики частоты вращения коленчатого вала отслеживают неравномерности вращения, вызванные пропуском воспламенения. По этим данным, используемым совместно с сигналом от датчика положения распределительного вала, блок управления двигателя определяет, какой цилиндр является источником проблемы, регистрирует неисправность в памяти и включает сигнальную лампу токсичности отработавших газов.
Метод мгновенного анализа. Этот метод предполагает сравнение неравномерной частоты вращения коленчатого вала, возникающей из-за пропуска воспламенения, с заданными расчётными входными величинами в блоке управления двигателя на основе данных от датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика положения распределительного вала.
Если существует опасность повреждения каталитического нейтрализатора в случае пропуска воспламенения, а кривая скорости находится в диапазоне опасной нагрузки на двигатель, сигнальная лампа токсичности отработавших газов начинает мигать. Подача топлива в соответствующий цилиндр отключается.
Рециркуляция отработавших газов. В момент подачи отработавших газов во впускной коллектор датчик давления во впускном коллекторе определяет увеличение давления (т.е. уменьшение разрежения). Блок управления двигателя сравнивает значение изменения давления с объемом поданных отработавших газов и выводит из этого значения величину, обеспечиваемую системой рециркуляции отработавших газов.
Система подачи вторичного воздуха. Датчик на входе в каталитический нейтрализатор (широкополосный датчик) используется для проверки работы системы впуска вторичного воздуха.
Диагностика предельного давления наддува. Датчик давления наддува передает данные в блок управления двигателя, который определяет неисправность. Но регистрации информации в памяти в этом случае может оказаться недостаточно. Необходимо также отключить турбонагнетатель для предотвращения повреждения двигателя. Для этой цели выпускной клапан турбонагнетателя открывается, и отработавшие газы направляются в обход турбонагнетателя.
Электронная система регулирования мощности. Проверяются датчик положения педали акселератора и датчик угла открытия дроссельной заслонки. О наличии неисправностей сообщает сигнальная лампа электронной системы регулирования мощности (EPC). Если неисправность остаётся и в последующих циклах работы двигателя, система EOBD также включает сигнальную лампу токсичности отработавших газов.
Шина данных CAN. Каждый блок управления двигателя получает информацию о других блоках управления, которые обмениваются информацией по шине данных CAN. Если минимально допустимое количество сообщений не было получено, регистрируется неисправность.
Самодиагностика. Для обеспечения нормальной работы электрических устройств, влияющих на состав отработавших газов, система EOBD непрерывно проверяет их состояние. Кроме того, во время движения производится регулярная диагностика всех систем, влияющих на состав отработавших газов. Результаты диагностики отражаются в коде готовности. Код готовности используется в качестве подтверждения того, что диагностика была выполнена до конца и без ошибок. Этот код не предоставляет информации о том, какие неисправности были обнаружены в системе. Для генерирования и считывания кода готовности можно воспользоваться тестером автомобильных систем, прибором для считывания кодов несправностей, информационно-измерительной системой диагностики.
Подробно о катализаторах - виды, причины поломок, варианты ремонта
Каталитический нейтрализатор выхлопных газов или каталитический конвертер, а сокращённо просто катализатор, стал сейчас уже обязательной опцией для всех выпускаемых автомобилей в развитых странах. Предназначение катализатора - окислять вредные соединения, содержащиеся в выхлопных газах. Конструкция его достаточно проста, но содержание солей платины, родия или палладия сказывается на стоимости катализатора не лучшим образом. Поэтому многие владельцы подержанных иномарок хоть один раз, но стояли перед выбором - покупать ли новую, достаточно дорогую деталь или же искать способы решения проблемы "умершего" каталитического нейтрализатора более приемлемые для своего кошелька. Что же необходимо знать для того, что бы принять самое оптимальное решение в выборе того или иного варианта? Сейчас мы и попробуем в этом разобраться.
Какие бывают каталитические нейтрализаторы и чего они боятся.
Во-первых нейтрализаторы различаются по типу носителя, на который непосредственнонаносится каталитический слой. Это может быть керамический блок, в виде сот, или блок, выполненый из металлической ленты. Керамические катализаторы более распространены, чем металлические, и менее дорогие. Основной недостаток керамического катализатора - его хрупкость. Достаточно даже несильного удара об камень на дороге, что бы рассыпавшиеся соты своим дребезгом подсказали автовладельцу, что его ждут очередные финансовые затраты на ремонт своего автомобиля. То же самое может произойти, если на полностью прогретом автомобиле заехать в лужу и вода попадёт на раскалённый катализатор. Ещё одной причиной разрушения керамики могут быть неполадки в системе зажигания. Когда при попытке пуска двигателя сразу не происходит воспламенение топлива в камере сгорания, то несгоревший бензин скапливается в ближайшей ёмкости выпускного тракта, а это почти всегда и есть катализатор, и когда, наконец, мотор заводится, то этот скопившийся бензин взрывается, а соты, естественно, рассыпаются. Металлический блок более надёжен и может длительное время выдерживать различные механические нагрузки. Но и керамический и металлический каталитические нейтрализаторы одинаково боятся следующих вещей: некачественный или этилированый бензин, попадающие в камеру сгорания масло или антифриз, "левые" технические жидкости, используемые в целях промывки топливной системы, переобогащённая топливная смесь, долгая работа двигателя на холостом ходу. В результате воздействия вышеназваных факторов , помимо потери способности катализатора дожигать вредные примеси, происходит засорение каналов, что приводит к уменьшению их общего проходного сечения, потере мощности и к перегреву самого нейтрализатора, корпус которого может раскаляться даже до красного цвета. Известны случаи, когда от раскалённого катализатора расплавлялась аллюминевая теплозащита и загоралось антикоррозийное покрытие днища. Внутреняя температура неисправного каталитического конвертора настолько велика, что керамика может сплавляться и полностью забивать собой проход для выхлопных газов. Ремонт двигателя после этого почти неизбежен. Ещё один неприятный момент - это керамическая пыль. Керамический блок стареющего катализатора, невзирая на его внешнюю целостность и сохранность своих основных свойств, понемногу разрушается, и появляющаяся при этом керамическая пыль попадает в камеру сгорания, а иногда, при разборе двигателя для ремонта, в цилиндрах находят и небольшие кусочки керамики. Нахождение в камере сгорания керамической пыли приводит к преждевременному износу стенок цилиндров и, соответственно, к более раннему ремонту двигателя. Такие вот неприятности могут быть от детали, которая на первый взгляд вроде бы отрицательно себя никак не проявляет. Не зря в Европе катализаторы меняют через 100000 км. пробега, невзирая на то, рабочий он или нет.
Место расположения катализаторов в выпускной системе - второй отличительный признак, важный для автовладельца. У большинства автомобилей каталитический нейтрализатор расположен или же сразу за приёмной трубой глушителя или совместно с ней, составляя одну деталь. Другой вариант расположения нейтрализатора - это когда он находится непосредственно в выпускном коллекторе, реже после него, перед приёмной трубой. Это самый неудачный вариант с точки зрения ремонтопригодности. На автомобилях конца 1990х годов и начала 21 века, катализатор, как правило, находится в коллекторе - такая конструкция облегчает выполнение экологических норм ЕВРО 4. Близкое расположение каталитического нейтрализатора выхлопных газов к камере сгорания обеспечивает более быстрый его прогрев до рабочей температуры и лучше сохраняет его от внешних воздействий и резких перепадов температуры, но сам коллектор при этом очень часто страдает. Треснутый выпускной коллектор - одно из последствий перегрева катализатора, а стоимость коллектора с катализатором обычно намного выше, чем стоимость коллектора простого. Поэтому владельцы автомобилей с таким расположением катализатора вынуждены, в случае его выхода из строя, платить больше и за саму деталь и за работу по её установке.
Варианты замены катализатора.
Катализатор вышел из строя - что же делать? Далеко не для всех ответ на этот вопрос ясен как белый день - например купить и поставить новую оригинальную деталь. Для некоторых стоимость такой детали выглядит просто нереальной, а другие не видят смысла выкладывать некоторую сумму на то, что не является такой уж необходимостью. Тем более, что отношения автовладельцев с экологическим контролем в России достаточно лояльные. Поэтому даже те, кто обслуживается только у оф. дилеров, с "катализаторной" проблемой часто обращаются в фирмы, специализирущиеся на системе выпуска. Другой вариант - установить не штатную, оригинальную деталь, а универсальный катализатор, который существенно дешевле. Для автомобилей с дополнительными кислородными датчиками - лямбда-зондами, расположенными после катализатора, такой вариант является чаще всего единственной альтернативой оригинальной детали, т.к. если нет возможности перепрограмировать "мозги" на безкатализаторный режим, то третий вариант - замена катализатора на пламегаситель - здесь не подойдёт. Универсальный каталитический нейтрализатор, так же как и универсальный пламегаситель, нельзя установить только на те машины, где коллектор с катализатором составляют одно целое или когда корпус нейтрализатора чугунный, что обычно бывает у нейтрализаторов, расположенных сразу после выпускного коллектора. Бывают и исключения - если есть достаточно места, и коллектор не чугунный, а из нержавеющей стали. Универсальный катализатор рекомендуется ставить не керамический, а металлический, только тогда есть гарантия, что катализатор снова не рассыпется, а прослужит долгое время. Самый же распространённый вариант - это всё-таки замена на пламегаситель. Основные его плюсы - более низкая стоимость и исключение возможности повтора возникновения проблемы с вновь установленным катализатором. Особенно это актуально для моторов с большим пробегом, где даже новый оригинальный нейтрализатор прослужит совсем недолго. Весомость этих плюсов достаточно велика для того, что бы подавляющее большинство автовладельцев выбрали именно этот вариант, а мягкость отечественных норм по содержанию в выхлопе вредных примесей является дополнительным стимулом для принятия решения в пользу пламегасителя. Дополнительно про пламегасители можно прочитать в