Для бензиновых двигателей разработаны и широко используются достаточно эффективные системы управления составом топливовоздушной смеси (управление карбюратором или системой впрыска топлива) и моментами зажигания, для дизельных двигателей используются электронные схемы управления топливным насосом и системой предварительного разогрева, хотя системы управления для дизельных двигателей используются в гораздо меньшей степени.
Электронная система управления карбюраторным двигателем обеспечивает требуемый в разных режимах работы двигателя состав топливо-воздушной смеси. Это достигается синхронным управлением элементами открывания и закрывания воздушной и дроссельной заслонок карбюратора. Взаимное положение заслонок должно изменяться таким образом, чтобы на всех режимах работы двигателя обеспечить максимальную экономичность двигателя и минимальный выброс в атмосферу токсичных примесей с выхлопными газами.
В систему управления входят карбюратор, подсистема инжекции воздуха, подсистема управления обратной связью, подсистема управления дроссельными заслонками, подсистема рециркуляции выхлопных газов. В основном система состоит из датчиков и переключателей, электрические сигналы от которых поступают в блок управления двигателем (БУД). На основе этих сигналов БУД вырабатывает команды для электромагнитных клапанов, выполнение которых обеспечивает получение наилучшего состава топливовоздушной смеси для всех режимов работы двигателя. Карбюратор таких моделей всегда настраивается на приготовление обогащенной смеси, а дальнейшее управление составом смеси при конкретном режиме работы двигателя обеспечивается подачей нужного количества воздуха через электромагнитный клапан управления инжекцией воздуха (КУИВ).
Управление составом смеси осуществляется по принципу сравнения: в памяти БУД записан состав топливо-воздушной смеси для каждого конкретного режима работы двигателя; на основе сигналов от различных датчиков и переключателей БУД определяет режим работы двигателя и состав топливовоздушной смеси, сравнивает эти данные с данными, заложенными в память БУД, и вырабатывает команды для исполнительных элементов системы (электромагнитных клапанов), на основе которых состав смеси корректируется. На моделях с электронным управлением карбюратором обычно используется такой же катализатор, как и на моделях с впрыском топлива.
В порядке текущего технического обслуживания требуется периодическая проверка состояния и надежности крепления электрических разъемов и вакуумных шлангов системы. При необходимости проверки системы рекомендуется прежде всего получить наиболее полную информацию о возникшей проблеме: при каких конкретных условиях она проявляется (например, только в режиме холостого хода, только при повышенных нагрузках или при резком ускорении, только при работе в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя, только в сырую погоду и т.д.).
После этого следует проработать все возможные варианты и только тогда приступать к фундаментальным электрическим проверкам системы. Перед проведением фундаментальных электрических проверок следует проверить каждый разъем на наличие следов коррозии, ослабления посадки штырьков, каждый вакуумный шланг на наличие физических повреждений и надежность подсоединения. Это - наиболее часто встречающиеся причины сбоев системы. Иногда достаточно отсоединить и вновь подсоединить разъем, чтобы устранить коррозию его штырьков и таким образом устранить неисправность.
Естественно, система управления карбюратором для каждой конкретной модели имеет свои конструктивные особенности и вполне конкретную комплектацию, определяющие порядок проверки системы, поэтому приведенные ниже методики проверки отдельных элементов и подсистем следует считать методологическими, способствующими пониманию общих принципов организации таких систем.
Подсистема управления обратной связью выполняет 4 функции: контролирует состав топливовоздушной смеси, управляет подачей воздуха, обеспечивает подачу воздуха при снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя, управляет запуском прогретого двигателя. Основные элементы: датчик кислорода, клапан управления инжекцией воздуха (КУИВ) и блок управления двигателем (БУД). БУД получает сигналы от датчика кислорода, датчика скорости автомобиля, датчика температуры воздуха во впускном коллекторе, датчика температуры охлаждающей жидкости, вакуумного переключателя, катушки зажигания, тумблера муфты сцепления или тумблера положения рычага селектора автоматической коробки передач и датчика давления воздуха во впускном коллекторе.
Датчик кислорода формирует и передает в БУД сигналы, соответствующие концентрации кислорода в выхлопном газе. БУД вырабатывает управляющие сигналы для КУИВ, устанавливая определенное количество воздуха, подаваемого во впускной коллектор для обеспечения стехиометрического состава топливо-воздушной смеси при всех режимах работы двигателя (карбюратор всегда настроен на обогащенную смесь). Это - петля обратной связи: выходящие из камеры сгорания газы контролируются по составу и на основании этого определяется, что происходит в камере сгорания. При определенных условиях (полное открывание дроссельной заслонки при резком ускорении, прогрев холодного двигателя) БУД разрывает петлю обратной связи и управляет подачей воздуха в соответствии с заложенной программой.
Один из режимов, требующих разрыва петли обратной связи, является режим резкого сброса газа. Резкое увеличение вакуума во впускном коллекторе в таком режиме вызывает резкое обогащение топливо-воздушной смеси, которое может привести к обратной вспышке в выхлопной системе и повреждение катализатора. Для исключения этого в БУД заложена программа управления резким увеличением впрыска воздуха и команды на более длительное открытие КУИВ. Эта программа не используется при низкой скорости движения автомобиля и при низкой температуре охлаждающей жидкости. С другой стороны, подача дополнительного воздуха при снижении частоты вращения коленчатого вала выполняется по программе с замкнутой петлей обратной связи. Она работает также, как и программа резкого впрыска воздуха при резком снижении частоты, но обеспечивает несколько обедненную смесь для улучшения условий эмиссии газов.
Управление запуском прогретого двигателя - еще одна программа, которая обедняет топливовоздушную смесь и облегчает запуск прогретого двигателя. Подсистема работает с использованием электрических сигналов и вакуума, поэтому она очень чувствительна к неплотностям в соединениях вакуумных шлангов. Если на элемент системы не воздействует вакуум определенной величины в определенное время, элемент не сработает нужным образом. Поэтому требуется очень тщательный контроль за надежностью соединений вакуумных шлангов. Проверку действия клапана управления инжекцией воздуха проводите на прогретом до нормальной рабочей температуры двигателе в нижеприведенной последовательности.
1. Запустите двигатель, прогрейте его. Отсоедините шланг КУИВ от воздухоочистителя, установите режим 3500 об/мин, резко закройте дроссельную заслонку и проверьте при этом наличие вакуума. Если вакуум есть и лампочка CHECK ENGINE не загорается, КУИВ исправен. Если вакуума нет и лампочка CHECK ENGINE не горит, значит имеется утечка в вакуумной линии между КУИВ и впускным коллектором или неисправен КУИВ.
2. Заглушите двигатель, снимите разъем КУИВ. Проверьте сопротивление между выводами КУИВ. Оно д.б. в пределах 8-15 Ом. Проверьте сопротивление между каждым выводом КУИВ и массой: оно д.б. бесконечным. Если результаты проверки иные, даже при одной проверке, замените КУИВ.
3. Отсоедините главный разъем БУД. Проверьте проводку между КУИВ и выводами разъемов БУД. При подсоединенной проводке КУИВ сопротивление проводов д.б. в пределах 8-15 Ом. Проверьте также надежность соединения массовых проводов.
Подсистема управления дроссельной заслонкой предназначена для исключения чрезмерного обогащения топливо-воздушной смеси при закрывании дроссельной заслонки, когда двигатель работает в режиме высокой частоты вращения коленчатого вала (например, при переключении передач или при сбросе газа). В режиме холостого хода высокий вакуум из коллектора воздействует на контроллер (исполнительный механизм) дроссельной заслонки, удерживая ее в положении холостого хода. При нажатии педали газа вакуум в коллекторе снижается и имеющийся в контроллере дроссельной заслонки вакуум сбрасывается через контрольный клапан.
Когда педаль газа отпускается, увеличивающийся вакуум в коллекторе воздействует на контроллер дроссельной заслонки, который несколько прикрывает заслонку до положения в режиме холостого хода. Для проверки системы запустите двигатель, прогрейте его до нормальной рабочей температуры, установите режим холостого хода. Отсоедините вакуумный шланг от контроллера дроссельной заслонки. Частота вращения коленчатого вала двигателя должна увеличиться до определенного предела (например, до 2200 об/мин). Если частота вращения коленчатого вала двигателя выше этого значения, отрегулируйте подгибанием упора рычага открывания дроссельной заслонки. Если частрта вращения коленчатого вала при отсоединении шланга не меняется, проверьте вакуум в шланге. Если вакуум есть, контроллер дроссельной заслонки неисправен. Если вакуума нет, возможной причиной является утечка в вакуумной линии.
Подсистема обеспечивает управление подачей воздуха в режиме холостого хода при включении кондиционера. При включении кондиционера запитывается специальный электромагнитный клапан, открывающий канал передачи вакуума из коллектора к контроллеру наддува в режиме холостого хода, который открывает дроссельную заслонку ровно настолько, чтобы обеспечить определенную частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода, но не превысить ее. Для проверки системы прогрейте двигатель до нормальной рабочей температуры, выключите все потребители электроэнергии, установите режим холостого хода (например, 750 об/мин). Отсоедините вакуумный шланг от контроллера наддува и подсоедините к нему манометр. Вакуума не должно быть. Включите кондиционер. Вакуум должен появиться. Если подсоединить шланг к контроллеру, частота вращения в режиме холостого хода должна восстановиться. Если вакуум есть при выключенном кондиционере, отсоедините разъем электромагнитного клапана наддува в режиме холостого хода на перегородке между двигателем и кузовом. Если вакуум и при этом сохраняется, неисправен электромагнитный клапан.
Если при включенном кондиционере вакуума нет, проверьте наличие напряжения 12 В на электромагнитном клапане. Если напряжение есть, неисправен электромагнитный клапан. Если нет напряжения на питающем проводе, проверьте наличие напряжения 12 В на штырьке БУД при включенном кондиционере. Если напряжение есть, неисправность в проводке. Если при работающем кондиционере напряжения нет, неисправен БУД. Степень открывания дроссельной заслонки в таком режиме можно отрегулировать специальным винтом. Регулировку проводите только после того, как убедитесь в нормальном действии системы. Установите режим холостого хода, отсоедините вакуумный шланг от электромагнитного клапана и подсоедините ручной вакуумный насос к контроллеру наддува. Создайте вакуум. Частота вращения коленчатого вала должна увеличиться (например, до 1200 об/мин). При необходимости снимите заглушку с регулировочного винта и отрегулируйте частоту вращения.
Подсистема инжекции воздуха предназначена для подачи дополнительного воздуха в поток выхлопных газов в область выпускного коллектора, достаточно нагретую для дожигания несгоревших гидрокарбонов. Основной элемент системы -всасывающий воздушный клапан, чаще всего пластинчатого типа, который открывается под действием пульсаций выхлопных газов. Клапан постоянно закрыт пружиной. Вакуум, создаваемый двигателем, воздействует на диафрагму, что несколько снижает усилие прижатия пружиной и позволяет открыть клапан. БУД контролирует величину вакуума, воздействующего на диафрагму, с помощью электромагнитного клапана. БУД учитывает сигналы вакуумного переключателя, температуру охлаждающей жидкости и воздуха, скорость автомобиля и давление в коллекторе для определения момента открывания клапана всасывания воздуха. Проверку действия подсистемы проводите в нижеприведенной последовательности.
1. Прогрейте двигатель до нормальной рабочей температуры, установите режим холостого хода, снимите воздухоочиститель и прислушайтесь: должен прослушиваться булькающий звук в канале всасывания воздуха. Если звук не прослушивается в режиме холостого хода, всасывающий воздушный клапан забит. Если звук прослушивается, отсоедините вакуумный шланг от клапана всасывания воздуха и подсоедините к шлангу ручной вакуумный насос с датчиком. Вакуума не должно быть. Ерли вакуум имеется и звук прекращается, проблема в системе управления. Если нет вакуума и звук прекращается, значит всасывающий клапан постоянно открыт и его следует заменить.
2. Для проверки клапана создайте вакуум на диафрагме с верхней стороны клапана: должен прослушиваться звук, свидетельствующий об открытом состоянии клапана в режиме холостого хода. Для проверки системы управления поднимите автомобиль настолько, чтобы колеса свободно проворачивались, установите на жесткие опоры, включите вторую передачу и установите режим, обеспечивающий движение со скоростью около 25 км/час. БУД должен при этом открыть управляющий электромагнитный клапан, что обеспечит передачу вакуума к всасывающему воздушному клапану, под воздействием которого клапан откроется. Если при указанной скорости нет вакуума (при прогретом до нормальной рабочей температуры двигателе), проверьте управляющий электромагнитный клапан в блоке управления вакуумом на перегородке между двигателем и кузовом. При скорости автомобиля около 25 км/час на электромагнитный клапан должно подаваться напряжение 12 В и вакуум должен передаваться к всасывающему клапану. Если на электромагнитный клапан подается меньшее напряжение, а проводка нормальна, значит неисправен БУД.
На моделях с электронными блоками управления карбюратором предусмотрена возможность управления количеством воздуха, подаваемого через первичные жиклеры карбюратора для управления составом смеси и улучшения атомизации топлива при нормальных режимах работы двигателя. Эта задача выполняется специальным электромагнитным клапаном, установленным внутри воздухоочистителя. При запуске или при работе двигателя в режиме полной нагрузки этот клапан закрыт, что обеспечивает формирование несколько обогащенной смеси. БУД вырабатывает команды для клапана с учетом сигналов от датчика скорости автомобиля, ключа зажигания, тумблера муфты сцепления или коробки передач, вакуумного переключателя, датчиков температуры охлаждающей жидкости в системе и воздуха во впускном коллекторе, датчика абсолютного давления. Для проверки клапана снимите воздухоочиститель и подсоедините ручной вакуумный насос к клапану. Создайте вакуум при работе не-прогретого двигателя в режиме холостого хода. Вакуум д.б. на уровне 100 мм.рт.ст. Если это так, прогрейте двигатель.
При нормальной рабочей температуре и температуре поступающего воздуха не ниже 70°C, измеренной с помощью датчика температуры воздуха во впускном коллекторе, клапан не должен держать вакуум. Если вакуум есть, но нет напряжения на питающем проводе электромагнитного клапана, неисправен электромагнитный клапан или клапан подачи воздуха в нем. Если в режиме холостого хода на электромагнитном клапане имеется напряжение, неисправен БУД.
В управляемых от электронного блока карбюраторах достаточно часто используется вакуумный поршень, перемещением которого вверх и вниз в диффузоре осуществляется изменение геометрических размеров диффузора. Поршень приводится в действие вакуумом, передаваемым от накопительной камеры, так что вакуум сохраняется при открытой дроссельной заслонке. Поскольку для управления клапаном используется вакуум коллектора, размеры диффузора всегда соответствуют степени открывания дроссельной заслонки. Для отсечки вакуумного канала используется электромагнитный клапан, обеспечивающий падение поршня при сбросе газа. Электромагнитный клапан управляется от БУД, вырабатывающего команды для клапана на основе датчика давления во впускном коллекторе и датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя. Проверку клапана производите следующим образом.
1. Отсоедините вакуумный шланг от карбюратора, подсоедините ручной вакуумный насос к поршню и создайте вакуум. Соединение д.б. надежным: при малейшей утечке поршень упадет. Запустите двигатель, прогрейте до нормальной рабочей температуры, установите режим холостого хода. В указанном режиме поршень не должен держать вакуум. Это обеспечивается внутренним каналом от верхней точки поршня к впускному коллектору, который сбрасывает вакуум быстрее, когда работает двигатель.
2. Отсоедините шланг от воздухоочистителя к электромагнитному клапану управления поршнем и подсоедините манометр. В режиме холостого хода должен быть вакуум. Перейдите на режим 3000 об/мин. Должен прослушаться щелчок закрывания дроссельной заслонки. Вакуум должен резко упасть почти до нуля. Электромагнитный клапан в процессе сброса газа запитывается от БУД.
При нажатии педали газа (в режиме ускорения) осуществляется управление клапаном мощностных режимов, при открывании которого дополнительное количество топлива подается к главному топливному жиклеру. Клапан срабатывает от вакуума. Вакуумный канал к клапану контролируется двухходовым электромагнитным клапаном, включаемым от БУД в режиме ускорения (при нажатии педали газа). БУД вырабатывает сигналы управления электромагнитным клапаном с учетом сигналов от датчика давления во впускном коллекторе и от датчиков температуры. Если в режиме холостого хода электромагнитный клапан открыт (выключен), двигатель будет работать на обогащенной смеси и выделять больше вредных примесей с выхлопными газами.
Для проверки клапана запустите двигатель, прогрейте до нормальной рабочей температуры. Отсоедините вакуумный шланг от коллектора и подсоедините к нему манометр. Наличие вакуума в этом режиме показывает, что двухходовой клапан включен и вакуумный канал к клапану мощности прерван. Если нет вакуума, проверьте вакуумную систему на наличие утечки. Проверьте напряжение на электромагнитном клапане: в режиме холостого хода д.6. 12 В. Если напряжения нет, проверьте провод, подходящий к электромагнитному клапану от БУД. Если нет обрыва или замыкания провода на массу, значит БУД получает искаженный сигнал от датчика или неисправен.
На моделях, предназначенных для эксплуатации в гористой местности, предусматривается система компенсации высоты над уровнем моря, управляемая контроллером воздушного жиклера. Устройство обеспечивает контролируемую подачу воздуха к главному воздушному жиклеру и воздушному жиклеру холостого хода. Оно компенсирует подачу воздуха при изменении высоты местности над уровнем моря. Когда атмосферное давление с повышением высоты над уровнем моря уменьшается, устройство открывает клапан подачи дополнительного воздуха к жиклерам. При этом происходит не только обеднение топливо-воздушной смеси, но и улучшается процесс смесеобразования. Контроллер воздушного жиклера пассивен в обычных условиях и действует только при изменении высоты местности над уровнем моря.
На моделях с электронным управлением клапан отсечки подачи топлива к жиклеру холостого хода первичной камеры, предназначенный для исключения дизелингового эффекта, также управляется от БУД: включается при включении зажигания и выключается при сбросе газа или при выключении зажигания. БУД вырабатывает команды для клапана на основе сигналов от датчика давления воздуха во впускном коллекторе, от замка зажигания, тумблера муфты сцепления или коробки передач, и от переключателя вакуума. Проверку клапана производите следующим образом.
1. Включите зажигание и отсоедините от клапана питающий провод. При подключении и отсоединении провода должен прослушиваться щелчок срабатывания клапана. Если клапан остается открытым, двигатель не заглохнет после выключения зажигания.
2. Для проверки закрывания клапана при сбросе газа поднимите автомобиль для обеспечения свободного проворачивания колес, установите на жесткие опоры. Отсоедините разъем клапана и подключите вольтметр между выводом клапана и массой. Запустите двигатель, прогрейте его до нормальной рабочей температуры. Заблокируйте задние колеса, включите вторую передачу и установите режим 4000 об/мин. При сбросе газа напряжение на электромагнитном клапане должно сразу же упасть до нуля.
Как правило, на моделях с электронным управлением карбюратором устанавливается термостатический воздухоочиститель - устройство с температурной регулировкой, улучшающее характеристики прогрева двигателя и способствующее снижению отложений в карбюраторе. В конструкции воздухоочитстителя предусмотрена управляемая вакуумом воздушная заслонка на входе и биметаллический клапан подачи воздуха внутри воздухоочистителя. Клапан подачи воздуха закрыт при температуре воздуха ниже +25°C, при этом вакуум от коллектора открывает воздушную заслонку и обеспечивает подачу нагретого воздуха в карбюратор. Если вакуум на входе заслонки имеется при более высокой температуре, значит клапан подачи воздуха неисправен и его следует заменить. При проверке системы удостоверьтесь в том, что трубка подачи нагретого воздуха подсоединена к нижней части впускного трубопровода и к выхлопной трубе. Подаваемый воздух нагревается, проходя над выхлопной трубой, затем поступает в шланг и к карбюратору. Зачастую шланг остается отсоединенным после снятия воздухоочистителя. Это может создать проблемы с запуском холодного двигателя.
Воздушная заслонка контролируется специальным устройством ее открывания, приводимым в действие вакуумом и управляемым специальным термоклапаном. Термоклапан контролирует поток охлаждающей жидкости через канал подогрева карбюратора. При нагревании охлаждающей жидкости поток через канал подогрева карбюратора уменьшается, открывается вакуумный канал к устройству открывания воздушной заслонки и происходит опережение зажигания. Устройство оттягивает диафрагму, соединенную с рычагами воздушной заслонки, кроме того, другой термоклапан с твердым наполнителем при нагреве охлаждающей жидкости прижимает вниз рычаг ускоренного холостого хода. При холодном двигателе вакуум передается к диафрагме устройства открывания и остается неизменным. При запуске вакуум полностью падает, что обеспечивается электромагнитным клапаном, включаемым при запуске. Клапан включается только при установке ключа зажигания в положение "START". Неисправность системы может привести к затрудненному запуску холодного двигателя. Проверку производите следующим образом.
1. При холодном двигателе отсоедините вакуумный шланг от устройства открывания воздушной заслонки и подсоедините ручной вакуумный насос с датчиком. Любым способом исключите возможность запуска двигателя. Установите ключ зажигания в положение "START". При этом не должно быть вакуума, что свидетельствует о включении электромагнитного клапана.
2. Отсоедините вакуумный шланг от коллектора и через него создайте вакуум на устройстве открывания воздушной заслонки. Вакуум должен установиться на уровне 100 мм.рт.ст., и устройство должно втянуть рычаг управления воздушной заслонкой.
На более ранних моделях с электронным управлением карбюратором используется маломощный компьютер для управления электромагнитными клапанами, регулирующими подачу воздуха в зависимости от сигналов датчика кислорода и других датчиков. Система самодиагностики на этих моделях не предусмотрена, и при наличии неисправности следует использовать методики проверки и тщательный анализ. Для этого требуется хорошее понимание принципа действия системы. На более поздних моделях (в основном выпуска после 1986 г) устанавливается блок управления двигателем, способный производить самодиагностику. Блок управления двигателем такой же, как на моделях с впрыском топлива.
БУД запрограммирован на вывод входного или выходного сигнала. При наличии сигнала, выходящего за установленные пределы (выше или ниже нормы), блок включает контрольную лампочку "CHECK ENGINE" на панели управления. Кроме того, БУД заносит код неисправности в память. Этот код можно затем считать в любое время для диагностики. Методика считывания кодов неисправности для каждой модели индивидуальна. Например, используется светодиод, установленный на блоке управления. Для считывания кода неисправности включите зажигание, но не запускайте двигатель. Светодиод начнет мигать. Сосчитайте число миганий - это и есть код неисправности. Расшифровка кодов неисправности проводится с помощью специальных таблиц. В память м.б. записаны одновременно несколько кодов. В этом случае между двумя кодами устанавливается пауза определенной длительности. Например,
14 миганий - пауза - 5 миганий = код 14 + код 5
Если при считывании получается код, которого нет в таблице, считайте код снова, поскольку это - явная ошибка. Процедура диагностики по кодам обычно также оговаривается для каждого конкретного двигателя. Многие проверки требуют использования фирменных диагностических жгутов, позволящих осуществить проверку схемы без обследования разъемов. Жгуты устанавливаются между БУД и штатным жгутом разводки. В программе блока управления предусмотрен режим отключения системы управления двигателем: при наличии сигнала неисправности БУД игнорирует все поступающие сигналы и вырабатывает вместо них фиксированные по величине сигналы.
Фиксированные значения величин устанавливаются для большинства рабочих условий, например, для режима прогрева, резкого открывания дроссельной заслонки и т.д. Если фиксированные величины не предусмотрены для данного режима, двигатель не откликается на изменение данного параметра. Наиболее частой ошибкой при диагностике по кодам является принятие решения о неисправности элемента, обозначенного конкретным кодом, без полного анализа схемы. Например, код 1 - неисправность датчика кислорода. Однако нельзя автоматически считать, что неисправен именно датчик: следует в первую очередь проверить надежность соединения разъемов к датчику. БУД работает с электрическими сигналами, поэтому неисправность любого элемента электрической схемы может вызвать установку кода неисправности.
Ослабление разъема, плохое соединение с массой, выход из строя элемента, в том числе и предохранителя, может привести к тому, что контроллер получит искаженный сигнал. При диагностике по кодам необходимо всегда помнить о необходимости полной проверки схемы, включая ее элементы. Наиболее частая причина установки кода неисправности - ослабление разъемов или коррозия. В нормальных условиях эксплуатации основные элементы очень редко выходят из строя.