Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Красноярский государственный аграрный университет А.В. Кузнецов ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНЫХ МАШИН Лабораторный практикум Красноярск 2011 Рецензент В.А. Зеер, канд. техн. наук., доц. каф. «Транспортные и технологические машины» СФУ Кузнецов, А.В. Электронные системы мобильных машин: лабораторный практикум / А.В. Кузнецов; Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2011. – 111 с. Рассмотрены устройство и принципы работы элементов основных систем электронного управления. Изложены общие вопросы, методика испытания и оценка технического состояния. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавра 110800 «Агроинженерия» Печатается по решению редакционно-издательского совета Красноярского государственного аграрного университета Кузнецов А.В., 2011 Красноярский государственный аграрный университет, 2011 2 ВВЕДЕНИЕ От работы электронных систем управления в значительной мере зависит активная безопасность, экономичность, экологические качества и надежность автомобилей и тракторов. Самым удобным видом энергии, используемой для автоматизации управления мобильными энергосредствами, является электрическая энергия. Электрооборудование автомобилей постоянно и существенно изменяется. Аккумуляторные батареи стали необслуживаемые или малообслуживаемые, появились импульсные энергоемкие конденсаторы (ионисторы). Генераторы переменного тока стали более мощными, а ведущие фирмы разработали и внедряют системы электроснабжения с жидкостным охлаждением генератора и с интеллектуальной системой управления током заряда. В двигателях с искровым зажиганием появились микропроцессорные системы управления зажиганием и топливоподачей. Топливная аппаратура дизелей получила электронное управление. В системе пуска двигателя внутреннего сгорания стали использоваться электростартера с понижающим планетарным редуктором. Значительно улучшилась информационно-диагностическая система, появились маршрутные компьютеры и автомобильные навигационные системы. Применение электроники и микропроцессорной техники способствовало развитию систем активной безопасности, позволяющих в различных критических ситуациях сохранять контроль над автомобилем, или, другими словами, сохранять курсовую устойчивость и управляемость автомобиля. В последнее время появились и стали востребованными системы активной безопасности: - антиблокировочная система тормозов; - антипробуксовочная система; - система курсовой устойчивости; - система распределения тормозных усилий; - система экстренного торможения; - электронная блокировка дифференциала. Имеются также вспомогательные системы активной безопасности (ассистенты), предназначенные для помощи водите- 3 лю в трудных с точки зрения вождения ситуациях. К таким системам относятся: - парктроник; - круиз-контроль; - адаптивный круиз-контроль; - ассистент движения на спуске; - ассистент трогания на подъѐме; - электромеханический стояночный тормоз; - автоматический стояночный тормоз; - другие. Усложнение электрооборудования имеет и отрицательную сторону: значительное удорожание и увеличение числа отказов, приходящихся на электрооборудование. 4 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Лабораторный практикум составлен по единой схеме в соответствии с примерной программой дисциплин «Электронные системы управления мобильными энергосредствами» и «Электронные системы мобильных машин». Практикум включает: теоретические сведения, оборудование и приборы; общий вид установки с указанием органов управления и контроля; порядок проведения опыта и обработки результатов измерений и контрольные вопросы к каждой лабораторной работе. Цель лабораторных занятий – более прочное и глубокое усвоение студентами теоретических положений курса, а также приобретение ими расчетных и экспериментальных навыков. Выполнять лабораторные работы необходимо в строгом соответствии с указаниями и с соблюдением инструкции по технике безопасности. Студент, работая на указанном ему рабочем месте, может включать стенд и другое оборудование только с разрешения преподавателя или лаборанта. Выполнение лабораторных работ даѐт студентам наглядное представление о работе отдельных электронных элементов, об их свойствах, характеристиках и возможностях, о работе этих элементов в составе электронных и электрических систем современного трактора и автомобиля. Во время занятий студенты должны приобрести полезный для их будущей работы опыт эксплуатации и диагностики электрических и электронных узлов и систем. Общие задачи лабораторного пособия: 1. Углубленное изучение прослушанного на лекциях и приобретенного в результате самостоятельной работы теоретического материала. 2. Ознакомление студентов с основными тенденциями развития электронных и электрических систем. 3. Научить работать на стандартном оборудовании диагностики электрических и электронных узлов. 4. Развитие практических навыков испытания электрооборудования автомобилей и тракторов. 5 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПЫТАНИЙ 1.1. Правила безопасности Источниками опасности в лаборатории являются: розетки в стенах с подведенным однофазным напряжением 220В, стенды КИ-968 с подведенным трехфазным напряжением 380В, лабораторный стенд на базе двигателя 4А-FE (Toyota) для изучения эксплуатационных свойств элементов электронной техники, а также учебные автомобили, электронное оборудование которых изучается и испытывается в процессе проведения лабораторных работ. При проведении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила. 1. До начала выполнения работ и после ознакомления с инструкцией расписаться в журнале по технике безопасности. 2. Включать источники питания, переключать тумблеры и вращать рукоятки можно только с разрешения преподавателя. 3. При работе с аккумуляторными батареями необходимо соблюдать следующие правила: а) аккумуляторные батареи переносить с помощью специальных приспособлений (захватов) или перевозить в специальных тележках с гнездами по размеру батарей; б) для защиты рук от ожогов серной кислотой или электролитом применять резиновые перчатки, глаза защищать предохранительными газозащитными очками; в) при приготовлении электролита серную кислоту лить тонкой струей в дистиллированную воду, непрерывно помешивая стеклянной палочкой. Приготавливать электролит в кислотоупорной посуде; г) попавшую на кожу серную кислоту или электролит немедленно смыть нейтрализующим 10 %-м раствором питьевой или кальцинированной соды. По окончании работы с кислотой руки тщательно вымыть теплой водой с мылом; д) при определении уровня электролита мерную трубку держать только над заливным отверстием аккумулятора; е) не курить и не принимать пищу; 6 ж) присоединять и отсоединять провода при зарядке только при отключенной сети. Соединение проводов должно быть надежным, исключающим искрение; з) в помещении для зарядки аккумуляторных батарей запрещается пользоваться открытым огнем. Разрешается использовать только электроосветительные приборы; и) во время зарядки аккумуляторных батарей нельзя применять нагрузочную вилку, так как искрение может вызвать взрыв гремучего газа. Проверять батарею можно не раньше чем через 1 ч после окончания зарядки; к) в случае пожара необходимо отключить электросеть и приступить к тушению огня. Если сеть отключить невозможно, огонь следует тушить с помощью углекислотного огнетушителя, так как жидкая углекислота неэлектропроводна. 4. При работе на контрольно-испытательном стенде необходимо соблюдать следующие меры безопасности: а) стенд должен быть надежно заземлен в соответствии с требованиями "Правил устройства электроустановок"; б) испытываемое автотракторное электрооборудование должно быть правильно центрировано и надежно закреплено в соответствующих приспособлениях стенда во избежание травм работающих и поломки механизмов; в) при испытании генератора и распределителя зажигания нельзя находиться против вращающихся муфт стенда; г) при подключении испытываемого автотракторного электрооборудования необходимо соединительные провода подключать сначала к клеммам испытываемого оборудования, а затем к клеммам стенда. Отсоединение производить сначала от клемм стенда, а затем от испытываемого оборудования; д) на пол около каждого электрического стенда должен быть положен резиновый коврик; е) запрещается: – работать на неисправном стенде; – производить ремонт и техническое обслуживание стенда, предварительно не обесточив его; – работать на стенде со снятыми стенками; – касаться вращающихся частей стенда и испытываемого оборудования; 7 – проводить проверку состояния изоляции испытываемого оборудования без диэлектрических перчаток; – оставлять без надзора щупы включенной в сеть контрольной лампы; ж) при внезапном прекращении подачи электроэнергии во время работы или перерыва в работе необходимо отсоединить стенд от электросети; з) по окончании работы на стенде надо обязательно выключить его из электросети. 5. Проверяя наличие напряжения в цепи приборов электрооборудования, следует применять вольтметр или контрольную лампу. Нельзя проверять наличие напряжения коротким замыканием, так как это может привести к ожогам и выходу из строя установки и приборов. 6. При применении электроинструмента напряжением более 36 В нужно надевать резиновые перчатки и пользоваться резиновым ковриком (или сапогами). 7. Без разрешения преподавателя студентам запрещается запускать двигатель, делать какие-либо изменения в электросхеме, подключать диагностические приборы. 1.2. Измерение физических величин Измерением называют процесс нахождения значения физической величины путем сопоставления с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения. Все измерения можно разделить на две группы: прямые и косвенные. При прямых измерениях значение искомой величины находится либо сравнением ее с конкретной мерой, либо с помощью приборов, градуированных в соответствующих единицах. При косвенных измерениях значение искомой величины находится на основании прямых измерений физических величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Все измерения основаны на физических закономерностях, определяющих принцип измерения. Для реализации тех или иных принципов измерения используют различные средства измерений. 8 Совокупность принципов и средств измерений, с помощью которых они осуществляются, составляет метод измерения. В экспериментальных исследованиях используют методы непосредственной оценки, компенсационный (метод сравнения с мерой) и нулевой. Метод непосредственной оценки – это метод, в котором значение измеряемой величины непосредственно отсчитывается по шкале измерительного прибора (измерение температуры жидкостным термометром). В компенсационном методе измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры (измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с ЭДС нормального элемента). В нулевом методе действие измеряемой величины полностью уравновешивается действием известной величины, так что их взаимный эффект сводится к нулю. В этом случае измерительный прибор (нулевой) служит лишь для установления факта уравновешивания. Нулевой метод обладает высокой точностью, которая определяется точностью воспроизведения образцовой меры и чувствительностью нулевого прибора. Основными средствами измерений являются меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и измерительные устройства. Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Измерительным прибором называется средство измерения, вырабатывающее измерительный сигнал в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые, которые, в свою очередь, могут быть показывающими или регистрирующими. В регистрирующих приборах предусмотрена либо запись показаний на диаграммной бумаге, либо печать в цифровой форме. В том случае, когда необходимо выработать измерительный сигнал в форме, удобной для передачи, обработки или хранения, используют измерительные преобразователи. Измерительные преобразователи в зависимости от их функций подразделяются на первичные (датчики), передающие, предназначенные для дистанционной передачи сигнала, и масштаб- 9 ные, используемые для изменения значения выходного сигнала в заданное число раз. Измерительные приборы, оснащенные измерительными преобразователями, называют измерительными устройствами. Кроме упомянутых средств измерений в настоящее время широкое распространение получают информационноизмерительные системы, использующие ЭВМ и позволяющие не только производить автоматические многоканальные измерения, но и обрабатывать результаты измерений по заданным алгоритмам. В этой связи важное значение приобретает унификация выходных сигналов различных измерительных устройств, повышающая надежность автоматизированных систем. Все существующие средства измерений в зависимости от назначения делятся на рабочие, образцовые и эталонные. Рабочие измерительные средства предназначены для практических измерений и подразделяются на технические и средства повышенной точности (лабораторные). Образцовые измерительные средства служат для поверки рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Эталонные служат для воспроизведения и хранения единиц физических величин с наивысшей достижимой точностью на данном этапе развития науки и техники. Погрешностью измерений называют отклонение результата измерения величины от ее истинного значения . Погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения (1.1) Отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению величины называется относительной погрешностью измерения. В зависимости от причин, вызвавших появление погрешностей, последние принято разделять на систематические, случайные и грубые. Составляющая погрешностей измерения, представляющая собой постоянную или изменяющуюся по определенному закону ошибку, называется систематической погрешностью измерений. 10 Если систематическая погрешность известна по значению и знаку, то она может быть исключена путем внесения поправки. Обычно различают следующие виды систематических погрешностей: инструментальные, зависящие от погрешностей средств измерения; метода измерений, происходящие от несовершенства метода измерений; методические, определяемые условиями измерения физической величины, и субъективные, вызываемые индивидуальными особенностями наблюдателя. Для устранения систематических инструментальных погрешностей средства измерений в обязательном порядке должны проходить поверку в лаборатории мер и измерительных приборов. Составляющую погрешностей измерений, изменяющуюся случайным образом при последовательных измерениях одной и той же величины, называют случайной погрешностью измерений. Случайная погрешность измерений не может быть определена для каждого отдельного измерения. Однако при большом числе последовательных измерений физической величины случайные погрешности могут быть количественно определены с помощью теории вероятностей и методов статистики. Погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую, называется грубой (промахом). В большинстве случаев случайные погрешности не определяют точность технических измерений, а поэтому отпадает необходимость в многократно повторяющихся измерениях. Поэтому в лабораторных условиях прямые измерения практически постоянных физических величин выполняются, как правило, однократно с помощью рабочих (технических и повышенной точности) средств измерений, а точность результатов оценивается относительной предельной (максимальной) погрешностью измерения ( ), (1.2) где и – допустимые основная и дополнительная погрешности измерительного прибора, % ; – методическая погрешность, %. П Д 11 М 1.3. Построение графических зависимостей по данным опыта Оценка испытания проводится с помощью графического изображения результатов наблюдений. Графическое изображение отличается наглядностью и легкостью обозрения результатов испытаний. Кроме этого, по графикам может определиться также величина функции для любых промежуточных значений аргумента, представляется возможность использования методов графической интерполяции и экстраполяции. Одним из способов исследования экспериментальных данных при построении графиков является способ наименьших квадратов, основанный на том, что в оптимальном случае для более достоверной кривой сумма квадратов отклонений должна быть наименьшей, тогда характеристика расположится наиболее близко к экспериментальным точкам. Построение характеристик выполняется плавными линиями через возможно большее количество точек, не допускается соединение точек прямыми отрезками, образующими ломаную линию. Линия не должна закрывать собой экспериментально полученные точки. Графики производных величин, определяемых соответствующими методами расчета по формулам, строят в виде сплошной линии так, чтобы она полностью закрывала расчетные точки, по которым строят графическую зависимость. Построение зависимостей по результатам испытаний выполняется на миллиметровой бумаге соответствующего формата согласно требованиям государственных стандартов и стандартов предприятия. Масштаб графиков выбирается таким образом, чтобы он способствовал более полному определению действительной взаимосвязи между обследуемыми величинами. 1.4. Оборудование и приборы Испытание автотракторного электрооборудования в лабораторных условиях производится на универсальном контрольно-испытательном стенде КИ-968-ГОСНИТИ с номинальным напряжением 12 и 24 В (рис. 1.1). Изучение электронных систем управления проводится на базе двигателя 4А-FE Toyota (рис. 1.2), а также на учебных автомобилях. 12 Рис.1.1. Стенд универсальный контрольно-испытательный: 1 – переключатель "масса-зарядка"; 2 – рукоятка включения привода синхронографа; 3 – кнопки включения и выключения привода; 4 – вакуумный насос; 5 – муфта подсоединения валика прерывателя; 6 – высоковольтный вывод катушки зажигания; 7 – штуцер вакуумной системы; 8 – кнопка для испытания конденсатора; 13 9 – зажимы для испытания конденсатора; 10 – гнездо подключения прерывателя; 11 – гнездо "+" постоянного напряжения; 12 – гнездо прерывателя стенда; 13 – гнезда вольтметра стенда; 14 – гнездо синхронографа; 15 – зажимное устройство прерывателя и магнето; 16 – вакуумметр; 17 – кнопка установки на "0" измерителя угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 18 – рукоятка резистора установки на "0" измерителя угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 19 – переключатель испытания приборов зажигания; 20 – измеритель угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 21 – тахометр; 22 – вольтметр; 23 – лампа сигнальная включения аккумуляторных батарей стенда; 24 – переключатель вольтметра; 25 – амперметр; 26 – переключатель амперметра; 27 – лампа сигнальная включения стенда в сеть; 28 – рукоятка регулировки зазора между электродами разрядника; 29 – реостат регулировочный; 30 – реостат нагрузочный; 31 – гнезда искрового разрядника; 32 – лампа контрольная пробоя изоляции; 33 – гнезда "~22OВ"; 34 – гнездо подключения шунтовой обмотки генератора; 35 – клемма "+ генератора"; 36 – клемма "– генератора"; 37 – клемма подключения стартера; 38 – муфта привода генератора; 39 – переключатель рода нагрузки; 40 – кнопка включения стартеров; 41 – переключатель скорости электродвигателя; 42 – предохранители; 43 – переключатель аккумуляторных батарей; 44 – рукоятка регулировки оборотов привода Контрольно-испытательный стенд состоит из следующих основных составных частей: каркаса, привода генераторов, привода прерывателей-распределителей и магнето, крепежных устройств для установки испытываемого автотракторного электрооборудования, панели приборов, панели подключения испытываемого оборудования, панели управления, блока питания и управления электроприводом. Привод генераторов предназначен для вращения испытываемых автотракторных генераторов постоянного и переменного тока и состоит из двухскоростного асинхронного электродвигателя, двухступенчатого клиноременного вариатора и выходного вала с муфтой. Конструкция привода обеспечивает плавное регулирование частоты вращения в пределах от 600 до 5500 мин-1. Для сочленения валов испытываемых генераторов с валом привода в комплекте стенда имеются муфта 968-III-00 и набор шестигранных втулок (19x19; 19x22; 19x24; 19x27). Прерыватели-распределители и магнето получают вращение от вала привода генераторов через клиноременную и фрик- 14 ционную передачи с передаточным отношением 3:1, что обеспечивает частоту вращения в пределах 200…2000 мин-1. Внимание! При определении частоты вращения привода распределителей и магнето показания тахометра необходимо разделить на три. Тахометр предназначен для измерения частоты вращения валов привода испытываемых генераторов, распределителей и магнето. Тахометр состоит из измерителя и датчика, электрически связанных между собой по принципу электрического вала. Вольтметр обеспечивает измерение напряжения постоянного и переменного тока испытываемого автотракторного электрооборудования и напряжения аккумуляторных батарей стенда. Амперметр предназначен для измерения постоянного тока в электрических цепях испытываемого автотракторного электрооборудования и в цепи зарядки аккумуляторных батарей стенда. Амперметр работает в комплекте с шунтами (предел измерения 0…30 А и 0…З00 А). Добавочный резистор совместно с шунтом обеспечивает измерение тока в пределах 0…1500 А. Рис. 1.2. Лабораторная установка на базе двигателя 4А-FE (Toyota) 15 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ На первом занятии студенты знакомятся с планом лабораторных занятий на текущий семестр, рекомендуемой литературой и принятой методикой проведения работ. При этом преподаватель указывает на специфические условия работы в данной лаборатории, знакомит с правилами электро- и пожаробезопасности при работе с электрическими цепями, аппаратами и двигателем автомобиля. Каждый студент должен воспринять и запомнить сообщенную преподавателем информацию и подтвердить это росписью в специальном журнале кафедры об ознакомлении его с мероприятиями по безопасному выполнению работ в лаборатории и обязательстве не нарушать установленные правила. Выполнение всех лабораторных работ, предусмотренных программой данного курса, является обязательным для студента. Если пропущено занятие, то в следующее посещение студент выполняет не пропущенную работу, а положенную по графику. Пропущенные работы отрабатывают в часы, согласованные с преподавателем, с другой подгруппой. Выполнение работ студентом в одиночку не допустимо. Лабораторная работа состоит из трех этапов. Первый – самостоятельная подготовка: ознакомление с содержанием работы, устройством и принципом работы узлов и систем электрооборудования, параметрами и характеристиками, подготовка журнала наблюдений, выполнение схем. Второй этап выполняется в лаборатории на занятиях: ознакомление со стендами и приборами, сборка электрической схемы, измерение необходимых параметров и снятие характеристик. Данные об измеряемых параметрах и снимаемых характеристиках вносят в журнал наблюдений. Третий этап подразумевает самостоятельную работу студента: оформление отчета, обработку данных, анализ полученных графиков. Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать наименование и цель работы, схему установки или схему из16 мерений с указанием используемых средств измерения, оформленный протокол испытаний, результаты обработки экспериментальных данных и их анализ и заканчиваться выводом. При выполнении лабораторных работ необходимо обращать внимание на единицы измерения величин, с которыми производятся математические операции. Следует помнить, что проверка единиц измерения в процессе математических выкладок помогает выявить ошибки, допущенные в ходе математических операций. Надо учитывать, что размерность всякой величины, как правило, отражает ее физический смысл. Полностью оформленный и осмысленный отчет должен быть представлен студентом на следующее лабораторное занятие. При этом студент должен хорошо понимать содержание своего отчета и быть готовым защитить его, т.е. уметь ответить на теоретические вопросы по работе. Для самоконтроля по каждой лабораторной работе приведен перечень контрольных вопросов. Работа считается выполненной, если изучен необходимый теоретический материал, проведены исследования, составлен и защищен отчет с правильно выполненными схемами, таблицами, графиками, выводами, соответствующими реально полученным результатам. Все записи и схемы должны быть сделаны четко и разборчиво в соответствии с требованиями стандартов. Необходимые графики полученных зависимостей рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге. Качество усвоения материала студентами проверяется путем устного ответа на контрольные вопросы. Защита студентом всех лабораторных работ является основанием для допуска его к последующим формам контроля знаний: зачет или экзамен. 17 2.1. Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Цель работы: изучение систем впрыска бензиновых двигателей, назначения, принципов действия, устройства и основных электрических характеристик компонентов. Обзор систем впрыска бензиновых двигателей Системы впрыска бензиновых двигателей отличаются по месту образования топливо-воздушной смеси. Существуют системы впрыска с внешним и с внутренним смесеобразованием. Системы впрыска с внешним смесеобразованием В этих системах рабочая смесь образуется за пределами камеры сгорания, во впускном коллекторе. Внутри этой группы систем впрыска имеются две подгруппы: • системы многоточечного впрыска топлива (Multi Point Injection); • система одноточечного впрыска топлива (Single Point Injection). Система многоточечного впрыска топлива (Multi Point Injection) В такой системе каждый цилиндр имеет свою форсунку, топливо впрыскивается непосредственно на впускной клапан каждого цилиндра (рис. 2.1, а). Эволюция этой системы впрыска прошла следующие этапы: • механическая система впрыска топлива K-Jetronic. В ней масса впрыскиваемого топлива определяется дозирующим распределительным устройством, от которого топливо поступает в форсунку, открывающуюся при определенном давлении. Затем происходит постоянный впрыск топлива; • электронно-механическая система впрыска топлива KE-Jetronic, это та же система K-Jetronic, дополненная электроникой, управляющей работой бензонасоса и дозаторараспределителя. Электроника обеспечивает более точное управление впрыском в разных режимах работы двигателя; 18 Рис. 2.1. Системы впрыскивания топлива: а – система многоточечного впрыска; б – система одноточечного впрыска; в – система непосредственного впрыска; 1 – подвод топлива; 2 – подвод воздуха; 3 – дроссельная заслонка; 4 – впускной трубопровод; 5 – коллектор подвода топлива к форсункам; 6 – форсунка; 7 – головка цилиндров • электронные системы впрыска топлива L-Jetronic, LHJetronic (и более поздние разработки – интегрированные системы управления двигателем M-Motronic, ME-Motronic). В этих системах обеспечивается прерывистый впрыск топлива через форсунки с электромагнитным управлением. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью открытия форсунки при заданном давлении топлива. Система одноточечного впрыска топлива (Single Point Injection) В этой системе (у Bosch имеется две конструкции такого впрыска – Mono-Jetronic и Mono-Motronic) впрыск осуществляется одной форсункой с электромагнитным управлением. Основной элемент системы – блок центрального впрыска с электромагнитной форсункой, которая импульсно впрыскивает топливо в пространство над дросселем (рис. 2.1, б). Системы впрыска с внутренним смесеобразованием Это системы с так называемым непосредственным впрыском топлива. В них топливо впрыскивается электромагнитными форсунками непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра (рис. 2.1, в). Такой способ впрыска топлива позволяет двигателю работать на сверхобедненных смесях, обеспечивая высокую экономичность. Ранние реализации этой системы 19 впрыска были чисто механическими, самая известная из них «Kugelfischer» для автомобилей BMW. Современные системы непосредственного впрыска реализуются производителями в различных конструкциях. Например, у японского производителя Mitsubishi она называется GDI и устанавливается на автомобили с 1997 года. Конструктивно эта система похожа на систему распределенного впрыска с электронным управлением (имеется топливная рампа и электромагнитные форсунки). Диагностика компонентов ЭСУД с двигателем 4A-FE Состав и особенности конструкции ЭСУД «Toyota» ЭСУД – это объединенная система управления типа Motronic с обратной связью на циркониевом датчике кислорода. К особенностям конструкции следует отнести использование в качестве измерителя расхода воздуха MAP (Manifold absolute pressure) датчика, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, пропорциональный разряжению во впускном коллекторе. Значение массы воздуха, необходимое для определений параметров впрыска, вычисляется ЕСМ по дополнительным данным IAT (Intake air temperature) датчика. Кроме того, система впуска двигателя имеет изменяемую конфигурацию, обеспечивающую ступенчатое повышение оборотов двигателя при резком увеличении нагрузки (например, при включении кондиционера). ЭСУД осуществляет автоматическое регулирование по трем параметрам; • по качеству топливной смеси, обеспечивая диапазон регулирования коэффициента избытка воздуха в пределах 0,98 < λ < 1,02; • по количеству оборотов х.х, обеспечивая количество оборотов х.х 700+50 мин-1 во всех режимах работы двигателя; • по детонации, обеспечивая с помощью датчика детонации KS и соответствующей программы ЕСМ изменение угла опережения зажигания до прекращения детонации. Это позволяет адаптировать систему к качеству залитого бензина и состоянию электромеханических параметров двигателя. 20 ЭСУД имеет средства самодиагностики, которые обеспечивают формирование, сохранение и чтение-стирание диагностических кодов ошибок. Экологические системы обеспечивают состав выхлопа, соответствующий нормам токсичности «Евро 2». Принципиальная схема ЭСУД в комплектациях с автоматической (AT) трансмиссией приведена на рис. 2.2; где 15 – Ignition switch – ignition ON (шина «15» замка зажигания); 30 – Battery + (шина «30» бортовой сети); Рис. 2.2. Принципиальная схема ЭСУД 21 31 – Battery – (шина «31» бортовой сети); 50 – Ignition switch-start signal (шина «50» замка зажигания); А166 – Distributor (распределитель зажигания); А35 – Engine control module (ЕСМ) (блок управления впрыском); А52 – Ignition amplifier (усилитель зажигания); В132 – Camshaft position (CMP) sensor (датчик положения распредвала); В147 – Throttle position (TP) sensor (датчик положения дроссельной заслонки); В24 – Engine coolant temperature (ЕСТ) sensor (датчик температуры охлаждающей жидкости); В25 – Intake air temperature (IAT) sensor (датчик температуры входного воздуха); ВЗЗ – Vehicle speed sensor (VSS) (датчик скорости); В54 – Crankshaft position (CKP) sensor (датчик положения коленвала); В69 – Knock sensor (KS) (датчик детонации); В72 – Heated oxygen sensor (HO2S) (λ-зонд с подогревом или датчик кислорода); В83 – Manifold absolute pressure (MAP) sensor (датчик абсолютного давления во впускном коллекторе); F Fuse – (предохранитель); Н63 – Engine malfunction indicator lamp (MIL) (контрольная лампочка «неисправность двигателя»); К20 – Fuel pump relay (реле топливного насоса); К46 – Engine control relay (главное реле питания ЭСУД); М12 – Fuel pump (топливный насос); Р9 — Vehicle speedometer (спидометр); S259 – Park/neutral position (PNP) switch (концевик «P-N» автоматической трансмиссии); T1 – Ignition coil (катушка зажигания); V14 – Idle speed control (ISC) diode (диод системы холостого хода); XI – Data link connector (DLC) (диагностический разъем); 22 Рис. 2.3. Размещение компонентов ЭСУД на кузове Toyota Carina: 1 – датчик СМР; 2 – датчик СКР; 3 – разъем DLC; 4 – распределитель зажигания; 5 – блок ЕСМ (за бардачком)*; 6 – главное реле питания ЭСУД; 7 – датчик ЕСТ; 8 – топливный фильтр; 9 – регулятор давления топлива; 10 – топливный насос (в топливном баке); 11 – реле топливного насоса (за бардачком); 12 – HO2S датчик (размещен перед катализатором в приемной трубе); 13 –- регулятор холостого хода; 14 – усилитель зажигания; 15 – катушка зажигания; 16 – форсунки; 17 – датчик IAT; 18 – клапан IMACS; 19 – датчик KS; 20 – датчик MAP; 21 – концевик «P-N» автоматической трансмиссии; 22 – датчик ТР; 23 – датчик VSS (на коробке передач); * в скобках описано размещение компонентов впрыска вне моторного отсека автомобиля Х88 – AC connector (разъем кондиционера); Y102 – Intake manifold air control solenoid (IMACS) (клапан управления воздушным потоком впускного коллектора); Y3 – Injector (форсунки); Y99 – Idle air control (IAC) valve (регулятор холостого хода). В схемах электрооборудования автомобилей Toyota принята следующая цветовая маркировка: bl-blue – синий, gn-green 23 – зеленый, re-pink – розовый, ws-white – белый, x-braided cable – экранированный кабель, br-brown – коричневый, gr-grey – серый, rt-red – красный, hbl-liht blue – голубой, y-high tension – высоковольтный (свечной) провод, el, cream – сливочный (кремовый), nf-neutral – нейтральный (бесцветный), sw-black – черный, hgn-light green – светло-зеленый, ge-yellow – желтый, og-orange – апельсин (оранжевый), vi-violet – фиолетовый, rbr-maroon – бордовый. На рис. 2.3 показано расположение компонентов ЭСУД на кузове Toyota Carina. Проверка параметров блока управления впрыском ЭСУД В табл. 2.1 приведен порядок проверки блока управления впрыском. Данные в таблице объединены в группы, для обеспечения правильной последовательности проверки блока управления. Последовательность проверки функций ЕСМ следующая: • функции обеспечения ЕСМ (электропитание, иммобилайзер, синхронизация, датчики); • исполнительные функции (управление реле, зажиганием, форсунками, холостым ходом, лямбда-регулированием и дополнительными устройствами). Таблица 2.1 Распиновка и проверка ЕСМ «Toyota TCCS» Название компонента/связи Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы Проверка функций обеспечения Шина «30» бортовой сети Шина «50" бортовой сети С2 В1 А2 В22 А2 В22 ← ← ← Зажигание выключено 11...14В Зажигание вы0В ключено Двигатель враНе менее щается старте9В ром 24 Продолжение табл. 2.1 Название компонента/связи Шина «земля» бортовой сети Главное реле питания ЕСМ Репе топливного насоса Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ А13 А14 А24 А15 А26 С10 С7 С7 В12 С4 В14 С4 В14 А4 Датчик СКР А17 А5 Датчик СМР А18 В2 С2 В2 С2 В2 С2 В11 С1 В9 С9 0В 0В Зажигание включено ┴ ← В12 С4 В14 Датчик MAP ┴ ┴ ┴ Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы 0В 0В Зажигание выключено ОВ ← Зажигание 11...14В включено ┴→ Зажигание 11... 14 В включено ┴ → Двигатель вращается старте0...1 В ром Двигатель рабо┴→ 0...1 В тает на х.х Двигатель рабо0,5 В/2 ← тает на х.х мс Зажигание ┴ 0В включено ← 2 В/20 мс Двигатель работает на х.х ← 2 В/20 мс ← Зажигание 3,6 В включено ← Двигатель работает на х.х 1,5 В ← Двигатель работает на х.х, кратковременно открыт дроссель 3,6 В → ┴ Зажигание включено 25 5В 0В 2 1 1 Продолжение табл. 2.1 Название компонента/связи Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ В3 Датчик IAT Управляющий соленоид впускного коллектора Датчик KS С3 В9 С9 А7 А2 В14 С13 В9 С9 В10 С11 Датчик ТР В10 С11 В11 С1 В4 С4 Датчик ЕСТ В4 С4 В9 С9 VSS датчик С11 В9 Зажигание включено, тем← пература воздуха 10 0С Зажигание ┴ включено Зажигание включено, тем┴→ пература воздуха 40 0С Двигатель работает на х.х, ← кратковременно открыт дроссель Зажигание ┴ включено Зажигание ← включено, дроссель закрыт Зажигание включено, дрос← сель полностью открыт Зажигание → включено Зажигание включено, тем← пература двигателя 80 °С Зажигание включено, тем← пература двигателя 10 °С Зажигание ┴ включено ← Зажигание включено, автомобиль движется 26 Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы 2,5 В 0В 0...1 В 50 mВ/1 мс 0В 0,5 В 4,2 В 5В 0,5 В 2,5 В 0В 0 В или 11...14В (переключается) 7 Продолжение табл. 2.1 Название компонента/связи Датчик ВРР (AT) Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ В4 ← В4 ← В7 ← В7 ← Б3 ← БЗ ← В6 ← В6 ← В17 ← В17 ← В11 ← Датчик «Overdrive» (AT) Датчик «kick...down» (AT) Датчик режима «спорт» трансмиссии (AT) Датчик режима «зима» трансмиссии (AT) В11 ← Педаль тормоза «свободна» Педаль тормоза «нажата» Зажигание включено, «Overdrive» выключен Зажигание включено, «Overdrive» включен Зажигание включено, дроссель закрыт Зажигание включено, дроссель открыт Зажигание включено, выбран режим «normal» Зажигание включено, выбран режим «sport» Зажигание включено, выбран режим «normal» Зажигание включено, выбран режим «sport» Зажигание включено Двигатель работает, не выбран режим «Р или N» 27 Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы 0В 11...14В 0...1 В 11...14В 11...14В 0...3В ОВ 11...14В 0В 11...14В 0В 0В Продолжение табл. 2.1 Название компонента/связи Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ В11 В18 В18 Датчик позиции (TR) трансмиссии (AT) В19 В19 В20 В20 А3 Усилитель зажигания А3 А22 А20 А22 А20 Форсунка 1 А12 А12 Двигатель работает, выбран ← режим «Р или N» Зажигание включено, не ← выбран режим «2» ' Зажигание ← включено, выбран режим «2» Зажигание включено, не ← выбран режим «L» Зажигание ← включено, выбран режим «L» Зажигание включено, не ← выбран режим «R» Зажигание ← включено, выбран режим «R» Зажигание ← включено Двигатель рабо→ тает на х.х Зажигание → включено Двигатель рабо→ тает на х.х Двигатель рабо→ тает на х.х Зажигание ┴→ включено ┴ → Двигатель рабо28 Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы 11...14В 0В 11...14В 0В 11... 14В 0В 11...14В 0…1,5В 23Гц 2В/10м с 5 0В 244Гц 2 В/1 мс 2 10 В/2 6 11...14В 3,5 мс Окончание табл. 2.1 Название компонента/связи Номер Тип Условия контак- сигна- проверки та для ла* ЕСМ тает на х.х Форсунка 2 Форсунка 3 Форсунка 4 А25 А11 А25 А11 А11 А25 А11 А25 А23 А24 А23 А24 ┴→ ┴→ ┴→ ┴→ ┴→ ┴→ А9 → А9 → А10 → А10 → А1 ┴→ А1 ┴→ IАС клапан H02S датчик В6 С6 В7 С7 DLC разъем В7 С8 ← Типичное Режим Номер значение осцил- осцилсигнала логра- лофа граммы мс Зажигание 11...14В включено Двигатель рабо10В/2м 3,5 мс тает на х.х с Зажигание 11 ...14 В включено Двигатель рабо10 В/2 3,5 мс тает на х.х мс Зажигание 11...14В включено Двигатель рабо10 В/2 3,5 мс тает на х.х мс Зажигание 0,6 В включено Двигатель рабо- Клапан от- 10 В/5 крыт на 64% тает на х.х мс Зажигание 11...14В включено Двигатель рабо- Клапан от- 10В/5м крыт на 37% тает на х.х с Зажигание 11...14В включено Двигатель рабо0...1 В тает на х,х «Горячий» дви- 0...1 В из- 0,2 В/1 с гатель работает меняется на х.х ОВ Зажигание выЦифровой ключено сигнал 11...14В Зажигание Цифровой включено сигнал 6 6 6 4 4 3 * ← – шина приемник сигнала; → – шина источник сигнала; ┴ – постоянная «земля» на выходе; ┴ → – периодическая «земля» на выходе; 29 AT – автоматическая трансмиссия; АС – кондиционер; х.х – режим холостого хода двигателя. На рис. 2.4 приведены контрольные осциллограммы ЕСМ «Toyota». Рис. 2.4. Контрольные осциллограммы ЕСМ 30 В табл. 2.2 приведены диагностические коды ошибок (DTC – diagnostic trouble code), которые формируются, сохраняются и читаются с помощью средств самодиагностики «Toyota». Таблица 2.2 Диагностические коды ошибок Код Возможная причина Проверяемое оборудование ошибки неисправности 11111 Ошибки отсутствуют 11 ЕСМ Монтажные соединения, ЕСМ Монтажные соединения, датчик 12 Датчики СКР и СМР СКР, датчик СМР, механизм ГРМ 13 Датчик СКР Монтажные соединения, датчик СКР Катушка/усилитель зажига- Монтажные соединения, катушка 14 ния (и) зажигания, ЕСМ Ошибка управления транс16 Монтажные соединения, ЕСМ миссией Низкий (высокий) уровень Монтажные соединения, АКБ, ге18 напряжения АКБ нератор, ЕСМ Впускная/топливная системы, 21 Датчик HO2S форсунки, HO2S/ MAP/ЕСТ датчики, монтажные соединения, ЕСМ Датчик ЕСТ, обрыв (короткое Монтажные соединения, датчик 22 замыкание) ЕСТ Датчик IAT, обрыв (короткое Монтажные соединения, датчик 24 замыкание) IAT Бедная топливовоздушная Негерметичность впускного кол25 смесь лектора, неисправности ЭСУД 31 Датчик MAP Монтажные соединения, датчик MAP 33 Клапан IAC Монтажные соединения, клапан IAC 41 Датчик ТР Монтажные соединения, датчик ТР Монтажные соединения, датчик 42 Датчик VSS VSS Ошибка управления старте- Монтажные соединения, замок за43 ром жигания, ЕСМ Во время диагностики вклю- Монтажные соединения, управле51 чен кондиционер ние кондиционером, ЕСМ Во время диагностики автоМонтажные соединения, датчик 51 матическая трансмиссия не PNP, ЕСМ включена в «Р или N» Во время диагностики не за- Монтажные соединения, датчик 51 крыта дроссельная заслонка ТР, ЕСМ 52 Датчик KS Монтажные соединения, датчик 31 KS, топливо, система зажигания 53 Не отрабатывается управлеЕСМ ние детонацией Считывание кодов ошибок может быть проведено как с помощью специального диагностического оборудования, так и вручную следующим образом: • при отключенном зажигании соединяют контакты EI и ТЕ1 разъема DLC (рис. 2.5, а); Рис. 2.5. Самодиагностика ЭСУД • включают зажигание и по вспышкам индикатора MIL считывают код DTC; • если в памяти нет ошибок, лампа MIL вспыхивает с частотой 2 раза в секунду (рис. 2.5, б); • индикация каждого DTC включает две группы вспышек, в каждой из которых от 1 до 9 вспышек MIL (рис. 2.6, пример отображения кода DTC «21»); Рис. 2.6. Индикация кодов 32 длительность вспышки составляет 0,5 секунды (рис. 2.6, В), 0,5 – секундная пауза разделяет каждую вспышку (рис. 2.6, С); • 1,5 – секундная пауза между вспышками MIL разделяют цифры одного кода DTC (рис. 2.6, D); • 2,5 – секундная пауза между вспышками разделяет разные коды DTC (рис. 2.6-Е); • индикация кодов DTC повторяется через 4,5 секунды после отображения последнего кода, находящегося в памяти ошибок. Полученный (один или несколько) таким образом DTC следует записать, а операцию чтения повторить во избежание ошибок. Перемычку Е1-ТЕ1 на разъеме DLC по окончании процедуры убирают (при отключенном зажигании). Проверка компонентов ЭСУД Начинать диагностику следует после следующих подготовительных операций и измерений: • прогревают двигатель до рабочей температуры (около 80°С); • система зажигания должна быть исправна и установлен новый воздушный фильтр; • рукоятку AT переводят в позицию «Р» или «N»; • все дополнительное оборудование должно быть отключено; • во время диагностики вентилятор радиатора системы охлаждения работать не должен; • обороты х.х должны быть в пределах 700+50 мин-1, частота оборотов х.х поддерживается ЭСУД автоматически и не регулируется. Для проверки частоты оборотов х.х необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры (температура масла около 80 °С) и запустить его на х.х. При этом состав выхлопных газов должен соответствовать следующим значениям: • содержание СО на х.х не более 0,5 % (на 2500...2800 мин-1 – не более 0,3%); • содержание СО2 на х.х не более 14,5... 16 %; 33 • содержание СН не более 100 ррm; • содержание О2 порядка 0,1...0,5 %. Если параметры х.х и состав выхлопных газов не соответствуют штатным значениям, проверяют герметичность впускной и выпускной систем и проводят тесты электронных компонентов системы впрыска. Примечание. При выполнении диагностических процедур все коммутации разъемов и измерительных приборов необходимо проводить при отключенном зажигании. Для защиты катализатора и λ-зонда, перед «прокруткой» двигателя стартером, отключают разъемы форсунок на время проверки. Проверка компонентов топливной системы Давление топлива Давление топлива проверяют в следующей последовательности: • подключают во входной топливопровод манометр; • включают сервисный выключатель между контактами +В и FP разъема DLC (рис. 2.7, а); • включают зажигание и инициируют работу топливного насоса с помощью сервисного выключателя; Давление топлива в системе должно быть в пределах 2,7..3,1 бар; • отключают зажигание и убирают сервисный выключатель Рис. 2.7. Топливная система 34 с разъема DLC; • запускают двигатель и на холостых оборотах проверяют давление топлива. С отключенной вакуумной трубкой регулятора давления топлива (регулятор не работает) его величина около 2,7...3,1 бар, а с подключенной – 2,1...2,6 бар; • величина остаточного давления в топливной системе (через 5 минут после остановки двигателя) должна быть не менее 1,5 бар. Возможной причиной неправильного давления топлива могут быть негерметичность топливной системы, неисправность топливного насоса или регулятора давления. Топливный насос Топливный насос проверяют в следующей последовательности: • включают сервисный выключатель между контактами +В и FP разъема DLC (рис. 2.7, а); • включают зажигание и инициируют работу топливного насоса с помощью сервисного выключателя; • если насос не работает, отключают разъем насоса от жгута и проверяют наличие напряжения 12 В на контактах 4 и 5 разъема (см. схему на рис. 2.2 и рис. 2.7, г); • если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения; • если питание есть, заменяют насос. Форсунки впрыска Форсунки впрыска проверяют в следующей последовательности: • отключают форсунки от жгута и измеряют сопротивление обмоток, его величина должна быть около 13,4... 14,2 Ом, если есть отклонения, соответствующую форсунку заменяют; • включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контактах 2 разъемов жгута форсунок (рис. 2.2, б), если питания нет, проверяют замок зажигания и соответствующие соединения; • подключив между контактами 1 и 2 разъема жгута форсунки LED-индикатор (рис. 2.7, в), коротко прокручивают двига35 тель стартером – индикатор должен вспыхивать, если этого не происходит, проверяют замок зажигания, предохранители EFT, IGN, ST, Gauge, реле К46, соответствующие соединения и при необходимости возвращаются к проверке ЕСМ. Проверка компонентов впускной системы Датчик положения дроссельной заслонки ТР Датчик положения дроссельной заслонки проверяют в следующей последовательности: • отключают разъем датчика ТР и проверяют сопротивление между соответствующими контактами датчика в различных положениях дроссельной заслонки (см. табл. 2.3 и рис. 2.8, а, 1); • включают зажигание и, плавно поворачивая корпус датчика ТР, добиваются показаний вольтметра 0,3...0,8 В, в этом положении фиксируют корпус датчика. Таблица 2.3 Проверка датчика ТР Контакты датчика ТР 1 и4 Зи4 Условия проверки − Дроссель закрыт Дроссель полностью открыт Результат измерения, Ом 3500 3000 950 Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе MAP • не отсоединяя разъема датчика MAP, подключают вольтметр к контактам Е2 и PIM (рис. 2.8, б); • включают зажигание, на контактах Е2 и PIM должно быть около 3,6 В; • запускают двигатель на х.х, на контактах «Е2 — РШ» должно быть около 1,5 В; • если напряжения не соответствуют указанным, проверяют соединения датчика MAP, заменяют датчик, а при необходимости возвращаются к проверке ЕСМ; 36 Рис. 2.8. Впускная система • отключают разъем датчика MAP и проверяют наличие напряжения 5 В на контактах разъема жгута Е2 и VC при включенном зажигании (рис. 2.8, б), если питания нет, проверяют соответствующие соединения и ЕСМ. Датчик температуры входного воздуха IAT Отключают разъем датчика IAT и проверяют изменение внутреннего сопротивления (табл. 2.4 и рис. 2.8, д) в зависимости от температуры. Таблица 2.4 Проверка датчика IAT Температура датчика, 0С 10 20 40 60 Результат измерения, Ом 3000...4000 2000...3000 750...1200 350...750 37 Регулятор холостого хода (клапан IAC) Клапан IAC проверяют в следующей последовательности: • отключают разъем клапана IAC и измеряют сопротивление между контактами разъема клапана «B+-RSO» и «B+RSC», его величина должна быть в пределах 20 Ом (рис. 2.8, в); • включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте В+ разъема жгута клапана IAC (рис. 2.8, е); • если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения. Клапан управления воздушным потоком впускного коллектора IMACS • отключают разъем клапана IMACS и проверяют сопротивление между контактами разъема клапана 1 и 2, его величина должна быть около 35 Ом (см. схему на рис. 2.2); • включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте 1 разъема жгута клапана IMACS; • если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения. Проверка компонентов системы зажигания Система зажигания ЭСУД «Toyota TCCS» построена по классической схеме с распределителем зажигания, встроенными в его корпус датчиками СМР и СКР и двумя отдельными модулями катушки и усилителя (см. рис. 2.3 и схему на рис. 2.2). Кроме того, имеется схема контроля пропусков зажигания, формирующая сигнал ошибки для диагностического оборудования. Свечи зажигания В табл. 2.5 приведены типы свечей зажигания, рекомендованные для двигателя. Таблица 2.5 Свечи зажигания, рекомендованные для двигателей 4A-FE (1,6) и 7A-FE (1,8) Производитель Denso Bosch NGK Тип двигателя 4A-FE (1,6) K2OR-LJ зазор 0,8 мм FR7KC зазор 0,8 мм 7A-FE (1,8) PK20R13 зазор 1,3 мм BKR6EP-13 зазор 1,3 мм 38 Свечи зажигания можно проверить следующим способом: • для защиты катализатора и λ-зонда на время проверки отключают разъемы форсунок; • извлекают свечу из двигателя и подключают ее к одному из высоковольтных проводов распределителя зажигания, обеспечив зазор 5…6 мм корпуса свечи с бортовой «землей» (для защиты усилителя зажигания); • коротко прокручивают двигатель стартером и визуально убеждаются в высоком качестве сформированной искры (голубая и «толстая»); • повторяют операцию со всеми свечами зажигания. Практика эксплуатации показывает, что ресурс свечей составляет 15…30 тысяч километров пробега. Признаком отказа свечей являются пропуски зажигания и, как следствие – провалы, потеря мощности в режиме полной нагрузки. Момент и порядок зажигания ЕСМ рассчитывает угол оптимального опережения зажигания в зависимости от показаний датчиков двигателя и автоматически регулирует его при возникновении детонации. В аварийном режиме система устанавливает постоянный угол опережения около 10 градусов до ВМТ, обеспечивая необходимую живучесть автомобиля. Порядок зажигания – стандартный для 4-цилиндрового двигателя 1-3-4-2, маркировка цилиндров и распределителя зажигания показана на рис. 2.9, а. В табл. 2.6 приведены параметры системы зажигания «Toyota TCCS». Таблица 2.6 Параметры системы зажигания Контролируемое значение УОЗ Тип двигателя 4A-FE(1,6) 7A-FE(1,8) Базовое значение УОЗ (на разъеме 100/700±50 10±2/800 DLC соединены контакты ТЕ1и Е1) Нормальное значение УОЗ (на 5…150/700 5…15/800 разъеме DLC не соединены контак±50 ты ТЕ1 и Е1) 39 Рис. 2.9. Система зажигания 40 Базовый момент УОЗ регулируют в следующем порядке: • прогревают двигатель до рабочей температуры; • подключают стробоскоп и соединяют контакты ТЕ1 и EI разъема DLC (рис. 2.9, б); • запускают двигатель и на х.х проверяют базовое значение УОЗ (рис. 2.9, в) с помощью стробоскопа; • при несоответствии УОЗ спецификации, поворотом корпуса распределителя устанавливают необходимую величину УОЗ; • останавливают двигатель и убирают перемычку с сервисного разъема; запускают двигатель и на х.х проверяют нормальное значение УОЗ. Катушка зажигания Катушку зажигания проверяют в следующей последовательности: • отключают 2-контактный разъем жгута от катушки зажигания (рис. 2.9, г); • включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте 1 разъема жгута, если питания нет, проверяют замок зажигания и монтаж; • выключают зажигание и измеряют сопротивление первичной обмотки катушки между контактами 1 и 2 разъема катушки (рис. 2.9, д), должно быть около 0,5 Ом; • измеряют сопротивление вторичной обмотки катушки между контактами I и НТ* разъема катушки (рис. 2.9, е), должно быть около 12 кОм. *НТ — (high tension) — высоковольтный вывод катушки зажигания. Усилитель зажигания Усилитель зажигания проверяют в следующей последовательности: • отключают 5-контактный разъем жгута от усилителя зажигания (рис. 2.9, ж); • включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте 3 разъема жгута, если питания нет, проверяют замок зажигания и монтаж; 41 • подключают разъемы катушки зажигания и усилителя зажигания на место и, прокрутив двигатель стартером, проверяют входные (контакты 1 и 2) и выходной (контакт 5) сигналы усилителя зажигания с помощью LED-индикатора (рис. 2.9, з); • запускают двигатель и на х.х с помощью осциллографа проверяют форму и амплитуду входных сигналов усилителя зажигания (осц. 5 на рис. 2.4). Проверка датчиков двигателя Датчик температуры охлаждающей жидкости ЕСТ Отключают разъем датчика ЕСТ, извлекают его из системы охлаждения двигателя, моделируют изменение температуры датчика (например, нагревая его в горячей воде) и проверяют изменение сопротивления (рис. 2.10, а и табл. 2.7). Таблица 2.7 Проверка датчика ЕСТ Температура датчика, °С 0 20 60 80 100 Сопротивление датчика ЕСТ 0м 4000...7000 _i 200C...3000 450..750 200...400 110...250 Датчик положения коленвала СКР Датчик СКР электромагнитного типа. Конструктивно он встроен в распределитель зажигания и проверяется в следующем порядке: • отключают 4-контактный разъем от распределителя зажигания и проверяют сопротивление датчика СКР (контакты 1 и 2), его величина должна быть около 257 Ом (рис. 2.10, б); • подключают разъем распределителя на место и на х.х двигателя, с помощью осциллографа, проверяют выходной сигнал датчика СКР на контакте 1 разъема, сравнивают с контрольной осциллограммой (см. осц. 2 на рис. 2.4). 42 Рис. 2.10. Проверка датчиков Датчик положения распредвала СКР Датчик СМР также электромагнитного типа. Конструктивно он встроен в распределитель зажигания и проверяется в следующем порядке: • отключают 4-контактный разъем от распределителя зажигания и проверяют сопротивление датчика СКР (контакты 3-4), его величина должна быть около 156 Ом (рис. 2.10, б); • подключают разъем распределителя на место и на х.х двигателя, с помощью осциллографа проверяют выходной сигнал датчика СКР на контакте 3 разъема, сравнивают с контрольной осциллограммой (см. осц. 1 на рис. 2.4). Датчик детонации KS Датчик KS пьезоэлектрического типа, он генерирует во время вибрации переменное напряжение. Амплитуда и частота сигнала зависят от уровня детонации в двигателе, что позволяет ЕСМ соответствующим образом корректировать угол опережения зажигания для гашения возникшей детонации. Работоспособность датчика KS проверяют следующим образом: • проверяют момент затяжки датчика KS на блоке цилиндров, его величина должна быть около 37 Нм; • отсоединяют разъем датчика KS и проверяют наличие «земли» на контакте 2 разъема жгута; 43 • восстанавливают соединение датчика KS и на работающем двигателе вызывают детонацию резким открытием дросселя; • правильно работающий датчик KS формирует сигнал синусоидальной формы длительностью 4...6 мс и амплитудой 2,5...3 В (осц. 7 на рис. 2.4). Датчик PNP (только для AT) Конструктивно это механический выключатель, он проверяется следующим образом: • обеспечивают доступ к контактам разъема механизма переключения AT (находится в районе кулисы AT, см. рис. 2.10, в); • включают ручной тормоз и, манипулируя ручкой AT, измеряют сопротивление между контактами 5 и 6 разъема, в позициях N и Р его величина должна быть равна нулю, а во всех остальных позициях – бесконечно большой. Датчик скорости VSS Конструктивно это датчик Холла, он проверяется следующим образом: • снимают датчик VSS с трансмиссии и собирают диагностическую схему (рис. 2.10, г); • вращая ротор датчика рукой, убеждаются в том, что напряжение на контактах 2 и 3 скачком изменяется от 0 до 11 В; • проверяют наличие 12 В на контакте 1 разъема жгута датчика VSS при включенном зажигании и «земли» на контакте 2. Если питания нет, проверяют замок зажигания, предохранитель Gauge и соответствующие соединения. Проверка компонентов системы контроля выпуска λ-зонд с подогревом Это циркониевый датчик кислорода с подогревом. Напряжение на выходе датчика изменяется скачком, при λ > 1 его величина менее 0,1 В, а при λ < 1 – около 0,95 В. Выбранный в системе диапазон регулировки 0,97 < λ < 1,03 позволяет оптимально регулировать качество топливной смеси во всех режимах работы двигателя. 44 Проверка датчика проводится в следующем порядке: • двигатель нагревают до рабочей температуры (температура масла около 80 °С); • отключают разъем λ зонда и при включенном зажигании проверяют наличие «+12 В» на контакте «2» разъема жгута (рис. 2.11б), если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения; Рис. 2.11. Система контроля выпуска • проверяют сопротивление обмотки нагревателя, контакты «1−2» разъема λ-зонда (рис. 2.11, а), его величина должна быть в пределах 1,5...2,1 Ом; • запускают двигатель и поддерживают его на повышенных (около 2500 мин-1) оборотах 2 минуты, делают 2−3 «перегазовки» и оставляют работать на х.х; • напряжение на контакте 3 разъема λ-зонда должно меняться в пределах 0,1…0,9 В (осц. 3 на рис. 2.4), критическим считается длительность переключения уровня сигнала более 300 мс, если время переключения больше, датчик заменяют. Проверка функции обеспечения ЭСУД Предварительно необходимо осмотреть разъемы и соединения ЕСМ, реле и монтажного блока на предмет обрывов, отслоений токоведущих дорожек, вспученных или треснувших электронных компонентов, окислов белого, сине-зеленого или коричневого цвета. При необходимости устранить перечисленные проблемы. Проверку функций обеспечения проводят в следующей последовательности: 45 • извлекают главное реле питания ЭСУД из разъема, собирают диагностическую схему (рис. 2.12, а) и проверяют его срабатывание, контакты 3 и 5 должны замкнуться; • проверяют напряжение на контактах 1 (12 В при включенном зажигании) и 5 (всегда 12 В), колодки главного реле питания ЭСУД (рис. 2.12, б), если питания нет проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN и соответствующие соединения; Рис. 2.12. Проверка функции обеспечения ЭСУД • извлекают реле топливного насоса из разъема, собирают диагностическую схему (рис. 2.12, в) и проверяют его сраба- 46 тывание, контакты 1 и 2 должны замкнуться при подаче питания на контакты 2-4 или 3-5; • проверяют напряжение на контактах 2 (12 В при включенном зажигании) и 3 (12 В при прокрутке стартером) колодки реле насоса (см. рис. 2.12. г), если питания нет, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, 1GN, ST и соответствующие соединения. Извлекают ЕСМ из разъема и проверяют следующие моменты: • наличие постоянной «земли» на контактах разъема А13, А14, А15, А26, С9, С10 для AT (рис. 2.12, е); • для AT проверяют питание на контактах В1 (всегда 12 В), В12 (12 В при включенном зажигании), В11, В22 (12 В при прокрутке стартером) (рис. 2.12, С), если питания нет, проверяют замок зажигания, реле К46, предохранители EF1, IGN, ST и соответствующие соединения. Содержание работы 1. Изучить принципы подготовки рабочей смеси и ее воспламенения в цилиндрах двигателя с распределенным впрыском топлива. 2. Освоить проверку параметров блока управления впрыском ЭСУД. 3. Изучить состав, назначение и принцип действия компонентов топливной системы, впускной системы, системы зажигания и системы контроля выпуска. 4. Изучить состав, назначение и принцип действия датчиков, входящих в электронную систему управления двигателем. Порядок проведения работы Работа выполняется на лабораторном стенде на базе двигателя 4А-FE (Toyota). 1. Изучить теоретические сведения, приведенные к данной работе. 2. Найти на лабораторном стенде места расположений ЭБУ, компонентов топливной системы, впускной системы, системы зажигания, системы контроля выпуска и датчиков. 47 3. Проверить ЭБУ в режиме самодиагностики, определить код неисправности, выявить дефектный узел. 4. Выявить неисправности (введенные преподавателем искусственно) в системе управления двигателем. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Результаты проверок и их анализ. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Назовите системы впрыска бензиновых двигателей и особенности их работы. 2. Какие из датчиков двигателя имеют на своем выходе аналоговые сигналы, а какие – дискретные? 3. С помощью какого датчика определяют угол открытия дроссельной заслонки? 4. Для чего предназначен датчик кислорода, на каком принципе он работает и где расположен? 5. На каком принципе работает датчик положения коленчатого вала, какой сигнал выдает? 6. Назовите функции ЭСУД. 7. При помощи каких приемов и устройств можно диагностировать ЭБУ? 8. Как можно проверить работоспособность системы самодиагностики? 9. Могут ли системы самодиагностики определить неисправность неэлектрического характера? 10. Какие неисправности можно выявить при помощи системы самодиагностики? Приведите примеры. 48 2.2. Лабораторная работа № 2 ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЕНЗИНОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ Цель работы: изучение технических средства и методов диагностирования. Комплексные системы управления двигателем На автомобилях, кроме микропроцессорных систем управления зажиганием и ЭПХХ, применяются и комплексные системы управления зажиганием и впрыскиванием топлива. Принципиально эти системы работают следующим образом. С датчиков, встроенных в двигатель, снимается информация о режиме работы двигателя: частота вращения коленчатого вала, положение коленчатого вала по углу поворота, абсолютное давление во впускном трубопроводе, положение дроссельной заслонки, температура охлаждающей жидкости, температура воздуха. Эти сигналы интерфейсом блока управления преобразуются из аналоговой формы в цифровую. Затем эти сигналы в цифровой форме поступают в процессор, где они после соответствующей обработки сравниваются со значениями, заложенными в памяти блока управления. Процессор выдает регулирующий сигнал на исполнительные устройства. Для системы зажигания – это транзисторный коммутатор, для системы впрыскивания топлива – форсунки (основные и пусковые) и электробензонасос. Блок управления 90.3761 (рис. 2.13) двигателя ЗМЗ-4024.10 содержит: аналого-цифровые преобразователи давления во впускном трубопроводе (АЦПРк); температуры воздуха (АЦПТВ); температуры охлаждающей жидкости (АЦПТЖ); преобразователь аналогового сигнала датчика положения дроссельной заслонки и изменения скорости открытия и закрытия дроссельной заслонки (ДД); компаратор включения стартера; преобразователь сигналов датчиков начала отсчета (ДНО) и угловых импульсов (ДУИ); вторичный источник питания (ВИП); устройство управления впрыском; устройство управления пусковой форсункой; устройство управления реле бензонасоса (УРБН); устройство управления углом опережения зажигания 49 (УУОЗ); интерфейс вывода; устройство разделения каналов впрыскивания; коммутатор пусковой форсунки; коммутатор реле электробензонасоса (ЭБН); выходной каскад угла опережения зажигания (УОЗ) и разделения каналов зажигания (РК). Блок управления 90.3761 обеспечивает: включение экономайзера при углах открытия дроссельной заслонки более 70±5° за счет увеличения длительности впрыскивания топлива на 23%; управление пусковой форсункой при включении стартера и Рис. 2.13. Проверка функции обеспечения ЭСУД температуре охлаждающей жидкости менее 20 °С; управление реле электробензонасоса (включение реле на 2 с) при включенном зажигании и неработающем двигателе; постоянное включение реле при частоте вращения коленчатого вала двигателя более 300 мин-1; отключение реле при частоте вращения вала менее 300 мин-1. Одновременное управление впрыскиванием топлива и опережением зажигания обеспечивает система «Motronic», в кото50 рую могут быть включены различные системы впрыскивания, например, «KE-Jetronic», «L-Jetronic» и др. Диагностические средства Диагностические средства применяются при решении конкретных задач по определению технического состояния как самого двигателя, так и элементов системы управления. К ним относятся: приборы для измерения фактических значений физических величин (давление топлива, расход топлива, температура охлаждающей жидкости, воздуха и др.); универсальное и специальное: диагностическое оборудование: цифровой мультиметр, электронный осциллограф, диагностический тестер. Однако никакое оборудование не сможет правильно и точно выявить неисправность в системе без специалиста, знающего последовательность проведения диагностики, принципы работы узлов и механизмов, их конструкцию, имеющего опыт работы с диагностической аппаратурой. Электронный блок управления способен осуществлять в определенном объеме диагностику элементов системы управления двигателем. При обнаружении неисправности ЭБУ включает диагностическую лампу неисправностей на панели приборов автомобиля, и в его оперативную память заносится код, отражающий данную неисправность. Это не значит, что двигатель необходимо немедленно заглушить, а свидетельствует о необходимости установления причины включения лампы в возможно короткий срок. Эксплуатация автомобиля с неисправностями может привести к ухудшению эксплуатационных свойств двигателя вплоть до полного выхода из строя механических частей, а также узлов электронной схемы. Система самодиагностики автомобиля является частью программного обеспечения ЭБУ, отвечающего за контроль параметров системы управления. Она определяет диапазон изменения этих параметров при соблюдении соответствующих режимных условий работы двигателя. Выход контролируемых переменных за установленные границы указывает на наличие неполадки в работе электронной системы. Каждая такая ошибка имеет свое определение и свой код неисправности. 51 Обзор оборудования Один из наиболее динамично развивающихся секторов автомобилестроения – это разработка новых двигателей и систем управления ими. Все оборудование для диагностики двигателей можно разделить на несколько групп, каждая из которых выполняет свой круг задач. Определить эти группы можно так: 1. Сканеры блоков управления двигателями. 2. Измерительные приборы. 3. Тестеры исполнительных устройств и узлов двигателя. Первая группа приборов представляет собой набор устройств, предназначенных для установления связи с блоками управления автомобилей и выполнения таких процедур, как чтение и стирание ошибок, чтение текущих значений датчиков и внутренних параметров системы управления, проверка работоспособности исполнительных устройств, адаптация системы управления при замене отдельных агрегатов автомобиля или при капитальном ремонте двигателя. Эта группа диагностических приборов развивается очень динамично, и каждый год приносит новые возможности сканеров. Сканеры можно сравнивать друг с другом по таким параметрам, как таблица применяемости по типам автомобилей и перечню автомобильных систем, набор функций, реализованных в сканере по каждому автомобилю или системе, способу модернизации программного обеспечения. Производители сканеров не имеют прямой связи с производителями автомобилей и, следовательно, некоторые модели автомобилей могут быть пропущены при проектировании сканера. Во второй группе собраны устройства, которые могут быть использованы для диагностики любых двигателей – физика работы двигателя не зависит от способа управления. Все эти устройства используются для обнаружения неисправностей, а также для проверки показаний сканеров, так как ни одна электронная система не может проверить саму себя с абсолютной достоверностью – например, подсос воздуха во впускном коллекторе может вызвать появление сообщения об отказе расходомера воздуха и т.д. Наиболее известные представители этой группы: 52 Газоанализаторы Если для карбюраторных моторов часто было достаточно иметь двухкомпонентный газоанализатор, то с новыми, оснащенными катализаторами, лямбда-зондами, системами дожига и т.д. такой газоанализатор не подходит – для измерения состава выхлопных газов инжекторного двигателя необходим 4 компонентный газоанализатор с повышенной по сравнению с двухкомпонентными точностью измерения и с расчетом соотношения воздух-топливо. Измерители давления В первую очередь это тестер давления топлива. Главные характеристики этого прибора – диапазон измеряемого давления (обычно он колеблется от 0 до 6...8 бар) и перечень переходных штуцеров для подключения к топливным системам различных автомобилей. Также приобрели большую популярность тестер утечек клапанно-поршневой группы, позволяющий более точно в сравнении с компрессометром определить место и характер нарушения герметичности камеры сгорания, вакууметр, позволяющий оценить правильность работы впускной системы двигателя, и тестер противодавления катализатора, позволяющий оценить пропускную способность катализатора. Стробоскопы Хотя установка зажигания в большинстве инжекторных двигателей невозможна, но проверочные значения для систем зажигания все равно существуют и своевременное определение несоответствия расчетного и реального углов опережения зажигания часто помогает определить характер неисправности. Но для проверки угла опережения зажигания в инжекторных двигателях необходимо использовать стробоскопы, оборудованные регулировкой задержки вспышки, так как эти двигатели обычно не имеют отдельной метки для установки опережения зажигания. Специализированные автомобильные осциллографы Эти приборы имеют набор специализированных датчиков (высокое напряжение, разрежение, ток) и специальную систему синхронизации с вращением двигателя при помощи датчика тока свечи первого цилиндра, который позволяет производить диагностику системы управления двигателем по любым пара53 метрам. При этом они сохраняют возможности универсального осциллографа и, следовательно, могут использоваться для проверки работы практически всех электрических цепей автомобиля. Кроме того, они могут заменять ряд отдельных устройств, применяемых для диагностики – например, при наличии в составе автомобильного осциллографа датчика разрежения уже не потребуется приобретать вакууметр. Мотор-тестеры Измерительная часть мотор-тестера в основном совпадает с измерительной частью автомобильного осциллографа. Отличия мотор-тестеров заключаются в том, что он может не только отображать осциллограммы любых измеряемых цепей, но и производить комплексные оценки работы двигателя сразу по нескольким параметрам (динамическая компрессия, разгон, сравнительная эффективность работы цилиндров и т.д.), что позволяет существенно снизить время на поиск неисправности. Также необходимо учесть, что неотъемлемой частью мотортестеров часто являются такие устройства, как газоанализатор, стробоскоп и т.д – поэтому, хотя цена мотор-тестера достаточно высока, при его покупке потери в общей сумме будут относительно невелики по сравнению с приобретением отдельных автомобильного осциллографа, газоанализатора и стробоскопа. Третья группа приборов представляет собой оборудование для углубленной проверки системы управления двигателем и ее отдельных узлов. В ее составе: Имитаторы сигналов датчиков Предназначены для проверки реакции блока на изменение сигналов отдельных датчиков (например, датчиков температуры или положения дроссельной заслонки) – в некоторых случаях блок управления может не реагировать на изменение сигнала от датчика, и этот факт может быть воспринят как отказ датчика. Тестер форсунок В начальной стадии развития диагностики такие устройства достаточно активно использовались, но в последнее время предпочтение отдается стендам чистки и проверки форсунок – в их составе проверка, а при необходимости и чистка форсунок может быть проведена более качественно. 54 Вакуумный насос Этот прибор позволяет проверить работоспособность исполнительных устройств, приводимых в действие разрежением во впускном коллекторе (например, клапан дожига или клапан продувки катализатора), а также произвести проверку датчика разрежения во впускном коллекторе на остановленном двигателе. Тестер свечей зажигания Позволяет визуально проверить работу свечей зажигания без установки их на двигатель. В некоторых тестерах имеется возможность проверки свечи под давлением, т.е. в условиях, приближенных к реальным. Высоковольтный разрядник Эти устройства позволяют проверить работу системы зажигания автомобиля на нагрузку, приближенную к реальной. Для систем зажигания с механическим распределителем используется разрядник с воздушным зазором 10 мм, для современных систем зажигания без распределителя – 20…21 мм. Порядок проведения работы 1. Изучить теоретические сведения, приведенные к данной работе. 2. Подключить диагностическое оборудование к автомобилю и произвести чтение текущих значений датчиков и внутренних параметров системы управления, проверить работоспособность исполнительных устройств. 3. Проверить электронный блок управления и определить коды неисправности. 4. Выявить неисправности (введенные преподавателем искусственно) в системе управления двигателем. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Результаты проверок и их анализ. 4. Вывод. 55 Контрольные вопросы 1. По каким признакам классифицируется диагностическое оборудование? 2. Каково назначение сканеров блоков управления двигателями? 3. Какой круг задач решают тестеры исполнительных устройств и узлов двигателя? 4. В каких случаях для диагностики используются измерительные приборы? 5. Назначение имитаторов сигналов датчиков. 6. Какой круг задач решают мотор-тестеры? 7. Назначение тестера свечей зажигания и высоковольтного разрядника. 2.3. Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Цель работы: приобретение теоретических знаний и практических навыков по методам и средствам испытания системы электропитания. Теоретические сведения и методические указания Основным источником энергии на автомобиле при работающем двигателе является генератор. При неработающем – питание потребителей осуществляется от аккумуляторной батареи. В процессе эксплуатации автомобиля возможен режим, когда мощность подключенных потребителей превышает мощность генератора. В этом случае недостающую мощность компенсирует батарея, работающая параллельно с генератором. В состав системы входят: генератор Г, регулятор напряжения бортовой сети РН, аккумуляторная батарея АБ и потребители, выраженные их суммарным сопротивлением RH (рис. 2.14). 56 Рис. 2.14. Структурная схема системы электроснабжения: Г – генератор; РН – регулятор напряжения; АБ – аккумуляторная батарея; RH – суммарное сопротивление потребителей; ОВ и СТ – обмотка возбуждения и статор генератора соответственно; ВБ – выпрямительный блок На рис. 2.15 в одной системе координат показаны характеристики: UАБ = f1(JБ) – вольт-амперная характеристика АБ (ВАХ); UГ = f2(JГ) – внешняя характеристика генератора пере- Рис. 2.15. Совмещенные ВАХ аккумулятора и генератора 57 менного тока, работающего совместно с регулятором напряжения (ВАХ генератора). Следует обратить внимание на то, что внешняя характеристика генератора, работающего в системе автоматического регулирования напряжения бортовой сети, идет практически параллельно оси токов до некоторого максимального значения JГmax . Эта величина зависит от настройки регулятора напряжения. При параллельной работе генератора и АБ, в зависимости от величины нагрузки, возможны следующие состояния системы: 1. Двигатель не работает, ротор генератора не вращается. В этом случае АБ отдает ток в нагрузку. Участок а – б ВАХ аккумуляторной батареи. При JН = 0 напряжение бортовой сети UБС равно ЭДС батареи (точка Е). 2. Двигатель работает, ротор генератора вращается JН = 0. Напряжение UБС равно регулируемому Upeг, которое определяется установкой регулятора РН. Ток JГ весь идет на заряд J32 АБ (точка 1). 3. Нагрузка включена. Напряжение UБС равно регулируемому. Ток генератора JГ=J32+JH (точка 2). С увеличением нагрузки точка 2 будет перемещаться на характеристике Ur=f2(JГ). Ток J32 будет постоянным до момента JH + JГ>JГmax. Если нагрузка возрастает и дальше (точка 3), то ток зарядки J3 уменьшается, пока не станет равным нулю (точка 4). При такой нагрузке UБС=E. Последующее увеличение нагрузки приведет к тому, что UБС станет меньше Е и нагрузку будут питать АБ и генератор совместно: JH = JГ + JР (точка 5). Из приведенного анализа работы системы электроснабжения видно, что существуют режимы, когда АБ отдает энергию потребителям, а когда восстанавливает (подзаряжается). При этом мощность установленного на автомобиле генератора должна быть такой, чтобы обеспечивался положительный зарядный баланс батареи, т.е. количество электричества, полученное при заряде, должно полностью компенсировать количество электричества, отданное при разряде. Важнейшим элементом системы электроснабжения является генератор. Генераторы могут быть постоянного и переменного тока. Первые из них в настоящее время не применя58 ются на автомобилях из-за низких массогабаритных показателей. Название «генератор переменного тока» несколько условно и касается особенностей внутренней конструкции генератора, заключающихся в том, что она снабжена встроенным выпрямителем, и генератор питает потребителей уже выпрямленным однополярным напряжением. Генератор представляет собой синхронную электрическую машину, принцип действия которой состоит в следующем. При включении замка зажигания на обмотку возбуждения подается ток через щетки и токосъемные кольца. Этот ток, проходя по обмотке, создает магнитный поток Ф, рабочая часть которого распределяется по клювообразным полюсам ротора. Выйдя из полюсов, магнитный поток пересекает воздушный зазор между статором и ротором, проходит по обмотке статора, еще раз пересекает воздушный зазор, входит в полюса другой полярности и замыкается через втулку и вал. При вращении ротора под каждым зубцом статора проходит попеременно то положительный, то отрицательный полюс ротора. Таким образом, магнитный поток, пересекающий обмотку статора, меняется по величине и направлению. При этом согласно закону электромагнитной индукции в обмотке статора будет наводиться ЭДС. Форма и размеры полюсов статора и ротора выбраны так, что при вращении ротора магнитный поток меняется синусоидально. Тогда ЭДС статора также будет синхронно меняться по гармоничному закону и в нагруженной обмотке появится переменный электрический ток. В статоре автомобильного генератора расположена не одна, а три обмотки, соединенные в звезду, поэтому генератор генерирует трехфазный переменный ток, который выпрямляется трехфазным мостовым двухполупериодным выпрямителем. Выходное напряжение генератора пропорционально величине ЭДС статорной обмотки, которая выражается формулой E = 4,44 f w k iS, где f – частота вращения ротора; w – число витков обмотки статора; k – постоянный коэффициент; is – ток возбуждения ротора. Если генератор имеет нагрузку JН , то фазное напряжение будет равно 59 U = 4,44 f w k is – Z0JH, где Z0 – модуль полного сопротивления генератора. Модуль полного сопротивления зависит от частоты f, активного сопротивления R, индуктивности L обмотки статора и выражается формулой Z0 R2 ( 2 fL) 2 . Подставляя Z0 в предыдущую формулу, получим 2 2 U = 4,44 f w k is –JH R (2 fL) . Анализируя это выражение, можно сделать выводы: 1. С увеличением нагрузки JН выходное напряжение генератора уменьшается (f, is= const). 2. С увеличением тока возбуждения iB выходное напряжение увеличивается (f, JН = const). З. С увеличением скорости вращения ротора выходное напряжение увеличивается, стремясь к некоторому пределу. С увеличением частоты вращения ротора генератора и, следовательно, с увеличением частоты f индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора X L 2 fL . Вследствие этого с увеличением частоты вращения напряжение генератора увеличивается, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. На этом основано свойство самоограничения максимального тока генератора. Характеристики генераторов У генераторов есть некоторые особенности, влияющие на их характеристики: - выпрямление переменного тока; - подбор обмоточных данных, обеспечивающих номинальное напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствующей режиму холостого хода автомобильного двигателя; - самоограничение силы отдаваемого тока. Основные параметры вентильного генератора – напряжение U, частота вращения ротора nр и мощность Р (или сила тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении). 60 Зависимость выпрямленного напряжения от силы тока возбуждения при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора nр называют характеристикой холостого хода. Внешние характеристики вентильных генераторов представляют собой зависимости выпрямленного напряжения от силы тока нагрузки при постоянных частоте вращения ротора и напряжении на выводах обмотки возбуждения. По семейству внешних характеристик определяется максимальная сила тока Id max, которая создается при заданном или регулируемом значении напряжения. Скоростная регулировочная характеристика вентильного генератора представляет собой зависимость силы тока возбуждения от частоты вращения ротора при постоянном напряжении вентильного генератора. Минимальная сила тока возбуждения определяется при силе тока нагрузки, равной нулю, и максимальной частоте вращения ротора вентилятора генератора. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения силы тока возбуждения от изменения нагрузки при постоянном напряжении. При увеличении частоты вращения ротора nр генератора сила тока возбуждения будет уменьшаться, а при увеличении силы тока нагрузки – возрастать. В связи с непрерывным изменением скоростного режима двигателя и, следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки генератора важной является токоскоростная характеристика – зависимость силы тока, которую генератор может отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения ротора (рис. 2.16). Токоскоростная характеристика снимается при Ud= const и Iв = const. Контрольными являются значения начальной частоты n0 отдачи генератора, расчетная частота вращения ротора nр и соответствующая ей расчетная сила тока Id и максимальная сила тока. 61 Рис. 2.16. Токоскоростная характеристика Расчетные частоты вращения ротора nр и сила тока Id определяются в точке касания токоскоростной характеристики и прямой, проведенной из начала координат. Этой точке соответствует максимальное значение отношения расчетной мощности P к расчетной частоте вращения ротора nр (режим максимального нагрева вентильного генератора). Токоскоростная характеристика используется при разработке или выборе вентильного генератора. Она может быть определена при независимом возбуждении, самовозбуждении и работе вентильного генератора с регулятором напряжения. Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно 2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на его валу. 62 Порядок выполнения работы Перед началом работы необходимо ознакомиться с назначением, выполняемыми функциями, конструкцией стенда и правилами техники безопасности при работе на нем. 1. Для записи полученных впоследствии экспериментальных данных студентам необходимо заготовить табл. 2.8 по приведенной ниже форме. Таблица 2.8 ЧастоНагрузка ________________ та вращеТок Ток Ток Напряжения вала гебортовой нератора, n генератора АБ JАБ, возбуждения ние JГ,A A JB , A сети, UБС, B мин-1 2. Включить привод стенда на левое направление вращения вала генератора (если гайка крепления шкива генератора имеет правую резьбу) и, задавая скорость вращения вала генератора 600, 800, 1100,1400, 1700, 2000, 2300 мин-1, регистрировать показания контрольных приборов, записывая результаты измерений в табл. 2.8. При этом переключатель вольтметра стенда поставить в положение «Генератор» и записывать величину постоянного напряжения. Ток батареи надо записывать с учетом знака: зарядный «+», разрядный «-». Ток генератора определяется как алгебраическая сумма всех остальных токов. Так как точность используемых в работе амперметров неодинакова, то, учитывая, что ток генератора не может быть отрицательным, на малых оборотах вала генератора следует корректировать показания грубых амперметров по более точным, например, ток батареи по току возбуждения. По окончании снятия характеристик генератора, работающего на аккумуляторную батарею, снизить частоту вращения вала генератора до минимальной частоты и выключить привод стенда. Величина установки напряжения, поддерживаемого регулятором, определяется с помощью вольтметра, с того момента, когда якорь реле РН начнет совершать колебательные движения. 63 3. Пользуясь табличными данными, построить графики рабочих характеристик генератора (рис. 2.17). При этом все характеристики, относящиеся к режиму работы генератора без нагрузки, должны строиться на одной системе координат, а характеристики, относящиеся к режиму работы генератора совместно с АБ на внешнюю нагрузку, на другой такой же системе координат. Масштабы всех напряжений и токов должны быть одинаковыми между собой. Рис. 2.17. Пример расположения графиков: а – без нагрузки; б – с нагрузкой Контрольные вопросы 1. Назначение, устройство и работа генераторов переменного тока. 2. Токоскоростная характеристика и оценочные параметры генератора переменного тока. 3. Принцип работы генератора переменного тока с выпрямителем. Параметры выпрямленного тока. 4. Вольт-амперная характеристика генератора переменного тока. 5. Устройство лабораторного стенда, характеристика средств измерения. 6. По каким условиям подбирается генератор на транспортное средство? 64 2.4. Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Цель работы: анализ графика давления в цилиндре (без воспламенения смеси в диагностируемом цилиндре) работающего четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Теоретические сведения Записанную осциллограмму давления в цилиндре с использованием "USB Осциллографа" обрабатывают при помощи скрипта "Px_vX.ajs". Результаты анализа отображаются во вкладках отчѐта. Во вкладке "Report" (рис. 2.18) отображаются следующие результаты: Рис. 2.18. Вкладка "Report" 65 Найдено пиков: количество полных циклов работы исследуемого цилиндра. Степень сжатия: рассчитанная степень сжатия исследуемого цилиндра. Потери: потери давления за один цикл "сжатия – разрежения". Отображаемая величина потерь складывается как из потерь газа через неплотности компрессионных колец и клапанов, так и из тепловых потерь от газа к стенкам цилиндра, поршню и головке. При сжатии газ нагревается, и часть тепловой энергии газа передается поршню, цилиндру и головке. Поэтому даже для полностью исправного двигателя величина рассчитанных потерь составляет около 10%. Потери более 20% являются повышенными и могут свидетельствовать о неисправности цилиндра. Так же как и величина потерь газа, величина тепловых потерь существенно влияет на КПД двигателя. 10…15% – нормальное состояние цилиндропоршневой группы; 15…20% – повышенный износ; 20…30% – значительный износ либо неплотно прилегающие клапана; более 30% – цилиндр неспособен работать на холостом ходу и/или на повышенных оборотах и нагрузках на двигатель. Программа рассчитывает значение величины потерь смеси отдельно, значение степени сжатия отдельно. Здесь следует напомнить о том, что классическим методом оценки механического состояния цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма является замер компрессии в цилиндре при прокрутке двигателя стартером. Снижение компрессии обычно связывают с негерметичностью цилиндра или клапанов, но это может быть также и следствием снижения степени сжатия. К примеру, согнутый шатун может привести к снижению степени сжатия, и, даже если при этом герметичность цилиндра останется прежней, компрессия всѐ равно будет снижена изза уменьшения степени сжатия. Иногда величина степени сжатия существенно возрастает вследствие отложения большого количества нагара на дне поршня и на поверхности камеры сгорания. Также и при форсировании двигателя возникает необходимость измерения величины степени сжатия. Поэтому 66 при проведении диагностики необходимо различать низкую/высокую степень сжатия и величину потерь рабочей смеси. Во вкладке "Количество" отображается диаграмма количества газа в цилиндре в зависимости от угла поворота коленвала и от такта работы цилиндра. Фрагменты диаграммы отображены 4-мя различными цветами согласно тактам работы цилиндра: зелѐный – такт впуска; синий – такт сжатия; жѐлтый – такт рабочего хода; красный – такт выпуска. Крайнее левое положение графика совпадает с верхней мѐртвой точкой (ВМТ); крайнее правое положение графика совпадает с нижней мѐртвой точкой (НМТ). Чем выше график – тем большее количество газа находится в цилиндре. Графики для нескольких циклов накладываются один на другой (рис. 2.19). При перемещении курсора мышью в левой части окна отображаются значения углов поворота коленвала для каждого такта от ВМТ и значения количества газа (в условных единицах). Рис. 2.19. Вкладка "Количество" 67 Рассмотрим происходящие в цилиндре процессы в свете диаграммы количества газа в цилиндре. Синий, зеленый, желтый. По мере отдаления поршня от ВМТ во время такта впуска, в цилиндр из впускного коллектора "засасывается" рабочая смесь. На диаграмме количества газа в цилиндре это отражается как поднятие графика зелѐного цвета (график зелѐного цвета соответствует такту впуска; читать слева направо). По достижении нижней мѐртвой точки, поршень меняет направление движения на противоположное и начинает перемещаться обратно – от нижней мертвой точки к верхней мѐртвой точке. Но на протяжении ещѐ некоторого времени количество газа в цилиндре продолжает расти (график синего цвета соответствует такту сжатия; читать справа налево). Это происходит потому, что впускной клапан ещѐ не закрылся, и газ ещѐ продолжает двигаться по инерции из впускного коллектора в цилиндр, продолжая наполнять цилиндр. После того как возникает максимальное наполнение цилиндра рабочей смесью, газ из цилиндра начинает выталкиваться обратно во впускной коллектор, поскольку впускной клапан еще не закрыт, а поршень при этом движется к ВМТ. И только после того как впускной клапан полностью закрывается, количество газа в цилиндре почти прекращает изменяться, и график принимает вид почти прямой и почти горизонтальной линии. Таким образом, начало горизонтального (рис. 2.20) участка графика синего цвета указывает на момент конца закрытия впускного клапана (график синего цвета читать справа налево). После прохождения поршнем ВМТ сжатый газ "разрежается" и в момент непосредственно перед началом открытия выпускного клапана количество газа в цилиндре получается меньшим по сравнению с количеством газа в цилиндре в момент непосредственно после закрытия впускного клапана. Эта разница количества газа в цилиндре возникает вследствие потерь. Большая часть графика жѐлтого цвета слева (график жѐлтого цвета соответствует такту рабочего хода; читать слева направо) почти горизонтальна и почти прямолинейна, потому что клапана закрыты и количество газа в цилиндре на протяжении этого участка также почти не изменяется. 68 Рис. 2.20. Конец закрытия впускного клапана Перед моментом начала открытия выпускного клапана давление газа в цилиндре ниже, чем давление газа в выпускном коллекторе (так как в диагностируемом цилиндре нет воспламенения смеси). Поэтому после открытия выпускного клапана выхлопные газы начинают поступать из выпускного коллектора в цилиндр. На диаграмме этот момент отражается в виде начала подъема графика жѐлтого цвета. Таким образом, конец горизонтального участка графика (рис. 2.21) жѐлтого цвета указывает на момент начала открытия выпускного клапана (график жѐлтого цвета читать слева направо). Рис. 2.21. Начало открытия выпускного клапана 69 После прохождения поршнем точки НМТ 180°, поршень меняет своѐ направление движения, но количество газа в цилиндре продолжает расти. И только после того как давление в цилиндре уравнивается с давлением в выпускном коллекторе, движущийся к ВМТ поршень начинает выталкивать газы из цилиндра в выпускной коллектор. На диаграмме количества газа в цилиндре это отражается как начало снижения графика красного цвета (график красного цвета соответствует такту выпуска; читать справа налево). В районе ВМТ 360° выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться. После прохождения ВМТ 360°, впускной клапан открывается полностью, и, за счѐт разрежения во впускном коллекторе, оставшаяся часть выхлопных газов "выпускается" из цилиндра во впускной коллектор. То есть, после прохождения поршнем точки ВМТ 360° количество газа в цилиндре продолжает уменьшаться (левая часть графика зелѐного цвета). Дальше снова происходит всасывание рабочей смеси из впускного коллектора в цилиндр на такте впуска. Левая часть красного и зелѐного графиков соответствует фазе перекрытия клапанов (рис. 2.22). Рис. 2.22. Фаза перекрытия клапанов Графики здесь почти совпадают и почти горизонтальны на протяжении нескольких градусов угла поворота коленвала, а Рис. 2.23. Оптимальная продолжительность фазы перекрытия клапанов 70 далее расходятся. Незначительная продолжительность горизонтального накладывания этих графиков указывает на короткую продолжительность фазы перекрытия клапанов (рис. 2.23). Угол закрытия впускного клапана и угол начала открытия выпускного клапана для различных распредвалов уникальны. Но, как для валов с узкими фазами газораспределения, так и для валов с широкими фазами газораспределения, разница этих углов не превышает 10°. В случае неправильной взаимной установки коленчатого и газораспределительного валов "однораспредвального" двигателя на один зуб ремня/цепи (~15°угла поворота коленвала) положения момента закрытия впускного клапана и момента открытия выпускного клапана на диаграмме расходятся в противоположные стороны на угол ~30° (рис. 2.24). Рис. 2.24. Распредвал установлен на один зуб позже На приведенном графике распредвал установлен на один зуб позже. Впускной клапан закрылся в точке 108° перед ВМТ 0° (612° после ВМТ 0°), а выпускной клапан начал открываться 71 в точке 145° после ВМТ 0°. На неправильное взаимное положение коленчатого и газораспределительного валов также указывает и левая часть графика зелѐного цвета (рис. 2.25). Рис. 2.25. Фаза перекрытия клапанов. Распредвал установлен на один зуб позже Поршень, отдаляясь от головки блока цилиндров на такте впуска приблизительно до точки 15° после ВМТ 360° (375° после ВМТ 0°), засасывает в цилиндр газы из выхлопной системы (график зелѐного цвета вначале поднимается) и лишь после этого начинает опускаться относительно графика красного цвета. Рис. 2.26. Распредвал установлен на один зуб позже 72 При установке распредвала на один зуб раньше впускной клапан закрылся в точке 149° перед ВМТ 0° (571° после ВМТ 0°), а выпускной клапан открылся в точке 117° после ВМТ 0° (рис. 2.26). В левой части диаграммы графики красного и зелѐного цветов не накладываются вовсе (рис. 2.27). Рис. 2.27. Фаза перекрытия клапанов. Распредвал установлен на один зуб позже Это означает, что когда поршень находится в положении в ВМТ 360°, количество газа в цилиндре интенсивно снижается, Рис. 2.28. Диаграмма количества газа в цилиндре исправного двигателя. Момент закрытия впускного клапана не виден отчетливо 73 поскольку впускной клапан открылся рано и газы из цилиндра "всасываются" во впускной коллектор. Встречаются двигатели, где движение газов при работе двигателя на холостом ходу существенно оптимизировано, вследствие чего момент закрытия впускного клапана не виден отчетливо (рис. 2.28). В таких случаях нужно анализировать фрагмент графика давления в цилиндре, соответствующий работе двигателя при увеличенной нагрузке и при относительно низкой частоте вращения коленвала. Подходящим фрагментом графика в таких случаях является момент начала резкой перегазовки (рис. 2.29). 74 Можно выделить первые 3…5 циклов работы цилиндра Рис. 2.29. График давления в цилиндре. Выделены первые 75 начала резкой перегазовки 3 цикла работы цилиндра после после начала резкой перегазовки (как показано на иллюстрации выше). После проведения анализа такого фрагмента графика давления в цилиндре моменты закрытия впускного клапана и начала открытия выпускного клапана на диаграмме количества газа в цилиндре видны отчѐтливо (рис. 2.30). В данном случае углы закрытия впускного клапана и начала открытия выпускного клапана совпадают, что указывает на правильную установку распредвала. На данной диаграмме левая часть графиков синего и жѐлтого цветов искажена – наблюдается значительный "провал" (рис. 2.31). Это является следствием того, что датчик давления в цилиндре Px позволяет измерять давление до +6 Bar, а в момент резкой перегазовки пиковое давление в цилиндре значительно превышает это значение. В результате в момент резкой перегазовки датчик давления в цилиндре Px формирует график со "срезанными" пиками давления вблизи точки ВМТ 0° (рис. 2.32). При диагностировании двигателей, оснащѐнных системой регулирования фаз газораспределения методом относительного вращения распредвала, приводящего впускные клапана, нужно учитывать некоторые особенности. При работе такого Рис. количества газа в цилиндре. Мо2.31. Диаграмма Левая часть графиков синего и жёлтого цветов Рис. 2.30. 2.32. В момент резкой перегазовки датчик давления в менты закрытия впускного клапана и начала открытиясо выпуискажена цилиндре Px формирует график в цилиндре "сре76давления скного клапана видны отчётливо занными" пиками вблизи точки ВМТ 0° двигателя на холостом ходу момент закрытия впускного клапана на диаграмме количества газа в цилиндре обычно расположен правее момента начала открытия выпускного клапана. При работе такого двигателя на повышенных оборотах и под нагрузкой, наоборот, момент закрытия впускного клапана на диаграмме количества газа в цилиндре обычно расположен левее момента начала открытия выпускного клапана. Это происходит за счѐт работы системы регулирования фаз газораспределения. Во вкладке "Давление" отображается график давления в цилиндре в удобной для исследования форме. Данная вкладка позволяет быстро и удобно измерять значения угла поворота коленвала в интересующих точках графика давления в цилиндре. Графики для нескольких циклов (до пяти первых найденных циклов работы цилиндра) накладываются один на другой. Слева направо изменяется угол поворота коленвала за один полный цикл. Вертикальная линия в центре обозначает точку ВМТ 0° (верхняя мѐртвая точка после такта сжатия перед тактом рабочего хода). На этой линии должен быть расположен пик давления в цилиндре. При перемещении курсора мышью в 77 Рис. 2.33. Вкладка "Давление" левой части окна отображаются значения угла поворота коленвала для каждого цикла и значения давления в цилиндре для каждого из циклов (рис. 2.33). Во вкладках "Опережение" и "Опережение 2" отображается диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения двигателя и от нагрузки на двигатель. По горизонтали отображается частота вращения двигателя в диапазоне от 0…6000 RPM. Вертикальной линией чѐрного цвета отмечена частота вращения двигателя, равная 1000 RPM. Таким образом, фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, расположенные слева от этой линии, относятся, как правило, к работе двигателя на холостом ходу. По вертикали отображается значение угла опережения зажигания. Горизонтальной линией чѐрного цвета отмечен угол опережения зажигания, равный 0°. Таким образом, если какиелибо фрагменты диаграммы угла опережения зажигания расположены ниже от этой линии, то это означает, что искрообразование в этот момент возникало позже верхней мѐртвой точки. 78 Рис. 2.34. Диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения двигателя и от нагрузки на двигатель Цвет диаграммы отображает нагрузку на двигатель, чем больше нагрузка на двигатель, тем "теплее" цвет: фиолетовый – минимальная нагрузка; голубой – малая нагрузка; зеленый – средняя нагрузка; коричневый – высокая нагрузка; красный – максимальная нагрузка. К примеру, диаграмма исправного классического зажигания с центробежным регулятором с двумя грузиками центробежного механизма и одной вакуумной диафрагмой регулирования угла опережения зажигания выглядит следующим образом (рис. 2.34). Видно, что диаграмма имеет уклон вправо и вверх. Это значит, что с увеличением частоты вращения двигателя увеличивается и угол опережения зажигания. Это является результатом работы центробежного механизма регулирования угла опережения зажигания. Чем выше частота вращения двигателя, тем угол опережения зажигания больше. Фрагмент диаграммы красного и зелѐного цветов расположен низко, то есть во время резкой перегазовки, когда нагрузка на двигатель высокая, угол опережения зажигания относительно поздний. Фрагмент диаграммы синего цвета расположен высоко, то есть во время снижения частоты вращения двигателя после резкой перегазовки, когда нагрузка на двигатель минимальна, угол опережения зажигания относительно ранний. Это является результатом работы вакуумного корректора угла опережения зажигания – чем нагрузка на двигатель больше, тем угол опережения зажигания меньше. Перемещая мышью курсор по диаграмме, можно получить конкретные значения угла опережения зажигания, значения которых отображаются в левой части окна совместно со значением частоты вращения двигателя. На приведѐнной иллюстрации можно видеть, что для частоты вращения двигателя, равной 1500 RPM, при нагрузке на двигатель ~80% (во время резкой 79 перегазовки) угол опережения зажигания составил 12° перед ВМТ, а при нагрузке на двигатель ~10% (во время снижения частоты вращения двигателя после резкой перегазовки) угол опережения зажигания был равен 29° перед ВМТ. Для получения данной диаграммы была сделана одна резкая перегазовка. Для полностью электронного зажигания более читабельна диаграмма угла опережения зажигания, представленная во вкладке "Опережение 2". Здесь отображаются фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, соответствующие работе двигателя при повышенных нагрузках. Это сделано по той причине, что при полностью закрытой дроссельной заслонке и повышенной частоте вращения двигателя (минимальная нагрузка на двигатель) большинство систем управления двигателем прекращают топливоподачу полностью; соответственно, значение угла опережения зажигания на работу двигателя уже не влияет и высокая точность его регулирования уже не требуется. Поэтому диаграмма угла опережения зажигания при этом иногда может принимать различные формы. 80 Таким образом, во вкладке "Опережение 2" (рис. 2.35) отображаются фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, соответствующие только работе двигателя при частичной и полной нагрузках, и не отображаются фрагменты, соответствующие работе двигателя при низких нагрузках (в частности – в режиме принудительного холостого хода) (рис. 2.35). По приведѐнной иллюстрации видно, что во время работы двигателя при больших нагрузках углы опережения зажигания более поздние, чем во время работы двигателя при средних нагрузках. Также видно, что по мере увеличения частоты вращения двигателя значения угла опережения зажигания увеличиваются. Диаграммы углов опережения зажигания двигателей, оснащѐнных электронными системами управления зажиганием, более сложные (рис. 2.36) по сравнению с двигателями, оснащѐнными механическими системами регулирования угла опережения зажигания. Но, тем не менее, основные принципы регулирования угла опережения зажигания, изложенные выше, сохраняются и здесь. 81 Рис. 2.36. 2.35. Вкладка "Опережение". "Опережение 2"Электронное зажигание. В качестве примера электронной системы регулирования угла опережения зажигания, со сложным алгоритмом (особенно в режиме принудительного холостого хода) приведена иллюстрация выше. Как можно легко заметить, фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, соответствующие работе двигателя в режиме принудительного холостого хода во вкладке "Опережение", загромождают полезную часть диаграммы. Во вкладке "Опережение 2" в данном случае диаграмма воспринимается более читабельно. Здесь следует отметить некоторые закономерности. При правильно отрегулированном опережении зажигания фрагмент диаграммы красного цвета направлен от точки пересечения вертикальной и горизонтальной линий. Другими словами, во время работы двигателя при больших нагрузках при частоте вращения около 1000 RPM искрообразование происходит близко к ВМТ. Благодаря этой закономерности иногда удаѐтся отрегулировать начальный угол опережения зажигания даже тогда, когда данные по его регулировке недоступны, а также в тех случаях, когда в систему регулирования угла опережения зажигания были внесены изменения. Во вкладке "Выпуск" (рис 2.37) отображается диаграмма количества работы, затрачиваемой двигателем во время такта выпуска на "выталкивание" газов из цилиндра в выпускную систему (диаграмма затрат на выпуск). Чем большее препятствие для этого создаѐт выпускная система (или, другими словами, чем больше сопротивление выпускной системы), тем большую работу выполняет двигатель во время такта выпуска, вследствие чего полезная мощность двигателя снижается. Аналогично диаграмме угла опережения зажигания, цвет диаграммы здесь отображает нагрузку на двигатель; чем больше нагрузка на двигатель, тем "теплее" цвет. Для большего удобства и ориентирования совместно с диаграммой отображается косая линия красного цвета, обозначающая предельно допустимый уровень работы, выполняемой двигателем для "выталкивания" газов из цилиндра. Если диаграмма располагается заметно выше этой линии, то это свидетельствует о повышенном сопротивлении выпускной системы. 82 Рис. 2.37. Вкладка "Выпуск" На данной иллюстрации показана диаграмма затрат на выпуск двигателя с исправной, не создающей повышенного сопротивления протеканию газов выпускной системой. Рис. 2.38. Диаграмма затрат на выпуск двигателя со значительным сопротивлением выпускной системы 83 На рис. 2.38 показана диаграмма затрат на выпуск двигателя со значительным сопротивлением выпускной системы. Диагностируемый автомобиль с трудом развивал обороты даже на нейтральной передаче. В качестве примера показан график давления в одном из цилиндров двигателя автомобиля Honda Accord. Оборудование и приборы Рабочее место содержит: двигатель внутреннего сгорания; "USB Осциллограф" с комплектом датчиков. Таблица 2.9 Наименование USB Autoscope II с интерфейсный кабелем USB 2.0, программным обеспечением и справочной информацией Назначение Для проведения исследований систем автомобиля Адаптер диагностики систем зажигания Ignition Adapter с соединительным кабелем Для согласования выходного сигнала высоковольтных ѐмкостных датчиков с аналоговыми входами Датчик первого Для синхронизацилиндра Sync ции по первому цилиндру Датчик давления в Для измерения цилиндре Px давления в цилиндре, оценки правильности установки фаз ГРМ, измерения УОЗ 84 Внешний вид Порядок проведения опыта и обработка результатов 1. Установить датчик давления Px на место свечи зажигания любого цилиндра диагностируемого двигателя и подключить его к 1-му аналоговому входу USB Autoscope. 2. Подключить свечной провод диагностируемого цилиндра к разряднику с искровым промежутком не менее 5мм. 3. Установить датчик первого цилиндра Sync (чѐрного цвета) на высоковольтный провод диагностируемого цилиндра и подключить его к входу In Synchro адаптера диагностики систем зажигания Ignition Adapter. 4. Подсоединить к "массе" двигателя в одной точке чѐрные "крокодилы" питающих проводов датчика давления и адаптера диагностики систем зажигания. 5. Подсоединить красные "крокодилы" питающих проводов датчика давления и адаптера диагностики систем зажигания к клемме "+" аккумуляторной батареи диагностируемого автомобиля. 6. Включить программу USB Осциллограф. 7. В закладке "Управление" выбрать пункт "Загрузить настройки пользователя" и выбрать пользовательскую настройку "Px" (или "Ignition_Timing"). 8. Запустить двигатель исследуемого автомобиля и оставить его работать на холостом ходу. Внимание! В случае если диагностируемый двигатель оснащѐн системой распределѐнного впрыска топлива, рекомендуется отключить разъѐм от электромагнитной бензиновой форсунки диагностируемого цилиндра и подключить к отсоединѐнному разъѐму резистор номиналом 100Ω (подключение резистора предотвратит сохранение ошибки типа "обрыв цепи управления форсункой №…" в памяти неисправностей блока управления двигателем). В случае выполнения данной рекомендации, во время проведения диагностики топливо не будет поступать в диагностируемый цилиндр. В случае же, если данная рекомендация не выполнена, во время проведения диагностики возможно возникновение калильного зажигания топливовоздушной смеси в диагностируемом цилиндре, что может стать причиной повреждения датчика давления в цилиндре. 85 Кроме того, несгоревшее топливо из цилиндра будет поступать в выхлопную систему, из-за чего возможен перегрев и повреждение каталитического нейтрализатора диагностируемого автомобиля. Если предотвратить подачу топлива в диагностируемый цилиндр невозможно, то для снижения вероятности возникновения калильного зажигания топливовоздушной смеси в диагностируемом цилиндре прогретого до рабочей температуры двигателя следует выкрутить свечу зажигания из диагностируемого цилиндра и подождать не менее 10 минут прежде чем устанавливать датчик давления на место свечи зажигания. Во избежание повреждения каталитического нейтрализатора рекомендуется сократить до минимума длительность проведения диагностики в данном режиме. 9. Отображаемые сигналы необходимо записать. Для начала записи сигналов в меню "Управление" необходимо выбрать пункт "Запись". 10. После начала записи необходимо дать двигателю поработать на холостом ходу в течение 2…5 секунд, после чего резко перегазовать (резко открыть дроссельную заслонку не более чем на 2 секунды) с поднятием частоты вращения двигателя до 4000…5000 RPM, после чего закрыть дроссельную заслонку. 11. Дождаться снижения частоты вращения двигателя до 1000 RPM. 12. Плавно увеличить частоту вращения двигателя до 3000…5000 RPM с минимальным открытием дроссельной заслонки. 13. Для окончания записи сигналов в меню "Управление" необходимо выбрать пункт "Запись". 14. Записанную осциллограмму необходимо сохранить. Для сохранения осциллограммы нужно выбрать пункт "Сохранить как.." в меню "Файл". 15. Выбрать "Анализ => Загрузить скрипт". В открывшемся окне "Открыть" указать имя скриптового файла анализатора и место его расположения "*:Program Files\USB Осциллограф\AnalyserScriptFiles\Px\Px_vX.ajs" и нажать "Открыть". 86 16. Выполнить анализ сигналов по алгоритму, хранящемуся в скрипте "Px_vX.ajs", для чего в окне программы "USB Осциллограф" выбрать "Анализ => Выполнить скрипт". 17. В случае необходимости, в окне "Введите значения" внести необходимые изменения, иначе сразу нажать "OK". 18. Дождаться окончания выполнения анализа. После выполнения анализа его результаты будут представлены в окне программы "USB Осциллограф" в нескольких вкладках отчѐта, одна из которых текстовая, остальные – графические. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. В отчете представить результаты проверок и их анализ по каждой "вкладке скрипта" исследуемых цилиндров. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Каким образом осуществляется исследование (диагностика) цилиндропоршневой группы двигателя с использованием "USB Осциллографа"? 2. Какие результаты отображаются во вкладке "Report", и как по ним оценивается механическое состояние цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма? 3. Что отображается во вкладке "Количество", по каким признакам оценивается правильность взаимной установки коленчатого и газораспределительного валов? 4. Как определить правильность взаимной установки коленчатого и газораспределительного валов? 5. Что позволяет измерить вкладка "Давление"? 6. Что оценивает подсистемы опережения зажигания? В чем различие во вкладках "Опережение" и "Опережение 2"? 7. Как оценить сопротивление выпускной системы двигателя? 87 2.5. Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОВЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ Цель работы: анализ газовых систем, устанавливаемых на бензиновые двигатели с распределенным одновременным и фазированным впрыском. Теоретические сведения История развития поршневых двигателей внутреннего сгорания неразрывно связана с газообразными топливами. Первый двигатель Ленуара, созданный в 1860 г., работал на светильном газе. В 1887 г. был разработан четырехтактный двигатель Отто, также использующий газообразное топливо. Светильный газ применяли в качестве топлива в одном из первых образцов двигателей, созданных Р. Дизелем. Однако впоследствии газовые топлива были практически полностью вытеснены более энергоемкими жидкими топливами. Современная тенденция к более широкому применению газообразных топлив обусловлена необходимостью расширения энергетической базы автомобильного транспорта и снижения его вредного воздействия на окружающую среду. В последнее время все более широкое распространение получают газовые двигатели (двигатели, работающие на газовом топливе) и газожидкостные двигатели (двухтопливные двигатели, работающие на газовом топливе и бензине). Это объясняется рядом преимуществ газообразного топлива по сравнению с жидким. Хорошие антидетонационные качества газовых топлив по сравнению с бензинами, благоприятные условия смесеобразования, широкие пределы воспламенения в смесях с воздухом и другие положительные свойства этих топлив обеспечивают высокие технико-экономические показатели двигателей. По удельной мощности и топливной экономичности лучшие современные газовые и газожидкостные двигатели близки к жидкотопливным, а по токсичности ОГ и износу имеют значительные преимущества перед ними. 88 Применяемые газовые и газожидкостные двигатели отличаются большим разнообразием способов организации рабочих процессов и конструкций, но их можно подразделять по типу применяемого газового топлива, особенностям организации процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания, а также по принципу регулирования этих двигателей (рис. 2.39). Газовые двигатели различают по типу организации процесса воспламенения газообразного топлива. Их обычно создают на базе серийно выпускаемых двигателей, работающих на жидком топливе. При этом сжигание газообразных топлив Рис. 2.39. Типы газовых двигателей 89 возможно как в двигателях с принудительным воспламенением, конвертированных для работы на газовом топливе, так и в двигателях с воспламенением от сжатия (дизелях). Первые промышленные образцы газовых двигателей были созданы на базе двигателей с искровым зажиганием и предназначались для работы только на газообразном топливе. Внешнее смесеобразование в этих двигателях было организовано путем установки во впускном трубопроводе газовоздушных смесителей, что позволяло сохранить неизменной конструкцию головки цилиндров. В послевоенные годы были созданы газовые двигатели с внутренним смесеобразованием и форкамерно-факельным зажиганием на базе двигателей размерностью 8,5/11 и 12/14 транспортного назначения (ГЧ 8,5/11 и др.). По такой же схеме выпускали двигатели большой размерностью для двигатель-генераторных установок (8 ГЧН 26/26 и др.). Все они работали на сжатом газе. Позже были созданы двигатели с системами топливоподачи сжиженного газа. В этих системах сжиженный газ вначале преобразовывался в газообразное состояние, а затем смешивался с воздухом в газовоздушном смесителе, установленном во впускном трубопроводе, т.е. организовывалось внешнее смесеобразование. В рассмотренных системах топливоподачи применяли смесительные устройства, сходные по принципу работы с карбюраторами и обеспечивающие теми же средствами (с помощью экономайзеров, систем пуска и холостого хода, дроссельных заслонок) необходимый состав смеси на всех режимах. При этом были разработаны системы топливоподачи с количественным, качественным и смешанным регулированием газовых двигателей. Были созданы также бензиновые двигатели, в которых сжигалась бензогазовоздушная смесь, т.е. двухтопливные двигатели с одновременной подачей в камеру сгорания бензина и газообразного топлива. Работа этих двигателей с внутренним смесеобразованием и качественным регулированием состава рабочей смеси на природном газе возможна только при нагрузках свыше 55% от номинальной мощности. Это сужало область применения таких двигателей. Современные газовые модификации автомобильных бензиновых двигателей работают как на сжатом (преимущественно 90 грузовые автомобили), так и на сжиженном газе (легковые автомобили). Обычно предусматривают резервную систему питания, обеспечивающую работу на бензине, причем переключение двигателя с газового топлива на жидкое осуществляется без остановки транспортного средства. Эти двигатели выполнены с внешним смесеобразованием. Автомобильной промышленностью выпускались такие двухтопливные бензогазовые двигатели: ГАЗ-52-27, ГАЗ-53-27 и ЗИЛ-138 А, являющиеся разновидностями двигателей соответственно ГАЗ-52-04, ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130, оснащенных дополнительной газобаллонной топливной аппаратурой. Газовые двигатели, созданные на базе бензиновых, имеют ряд преимуществ по сравнению с базовыми двигателями. Высокие ОЧ газообразных топлив (от 100 до 110) позволяют повысить степень сжатия на 20...25%, а более широкие пределы воспламеняемости этих топлив позволяют работать на газовоздушных смесях с повышенным коэффициентом избытка воздуха α, что улучшает топливную экономичность двигателя. В то же время зажигание от электрической искры обеспечивает надежное воспламенение газовоздушных смесей при α = 1,7…1,8. Дальнейшее увеличение α может привести к пропуску вспышек из-за невоспламенения горючей смеси. Газовый двигатель в этом случае работает неустойчиво, особенно на частичных нагрузках. Устойчивая работа двигателя на газовоздушных смесях при более высоких α возможна при увеличении степени сжатия. Поэтому, несмотря на указанные выше преимущества использования газообразных топлив в бензиновых двигателях, их сжигание в дизелях при высоких степенях сжатия и больших коэффициентах избытка воздуха более эффективно. Двигатели с форкамерно-факельным зажиганием выполнены с раздельной подачей газа и воздуха в их цилиндры, что позволяет организовать внутреннее смесеобразование. При этом газообразное топливо подается к форкамерам, в которых обеспечивается оптимальный состав газовоздушной смеси, воспламеняемой установленной в форкамере свечой зажигания. Газовые двигатели с форкамерно-факельным зажиганием являются значительно более сложными, чем двигатели с 91 внешним смесеобразованием, и в настоящее время не нашли широкого применения. Применение газожидкостного топлива (ГЖТ) на двигателях транспортной техники предполагает раздельное хранение компонентов на борту автомобиля и их совместную подачу в двигатель. В качестве компонентов ГЖТ используют низкооктановый бензин с октановым числом 76 ед., стандартный бензин А-76, сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный нефтяной газ (СНГ). Применение ГЖТ осуществляется по двум вариантам: Первый вариант предполагает использование высоких антидетонационных свойств газа. При этом в качестве основного компонента применяется низкооктановый бензин, а в качестве антидетонационной присадки – СПГ, либо СНГ. Второй вариант предполагает использование более низкой себестоимости газа по сравнению с бензином. При этом газ применяется как основной компонент, а бензин подается как энергетическая добавка на режимах, требующих максимальной мощности двигателя. В газожидкостных топливах применение газа обеспечивает достижение двух основных целей: первая – замещение дорогостоящего бензина более дешевым газом, вторая – применение газа как антидетонационной добавки к низкооктановому бензину. В первом случае газ подается на всех режимах работы двигателя, а бензин применяется как высокоэнергетический компонент на режимах средних и максимальных нагрузок двигателя в количествах, обеспечивающих требуемую мощность двигателя. Для этого применяют карбюратор с отключаемым жиклером холостого хода, двухструнную подачу газового топлива и автоматическое отключение подачи газа при остановках двигателя. Двигатель в режиме холостого хода и малых нагрузок работает только на газе, на средних нагрузках работает на смеси бензина и газа, а на режиме максимальных нагрузок – практически только на бензине. Среднее замещение бензина газом в городском цикле движения может достигать 50% при сохранении мощностных характеристик двигателя. Антидетонационные свойства газа при этом используются не в полной мере, и пусковые качества двигателя ухудшаются. В случае 92 применения низкооктанового бензина в качестве основного компонента, а сжатого природного газа в качестве антидетонационной добавки бензин подается на всех режимах работы двигателя, а газ в зависимости от требуемого октанового числа, которое адекватно нагрузке двигателя. На холостом ходу двигатель работает только на бензине. При нагрузке подается газ. Расход газа составляет 10-50% масс, от топлива. Недостаток такой системы состоит в снижении мощности двигателя при увеличении нагрузки. Каждая технология применения газа имеет свои достоинства и недостатки и влияет на разные параметры эффективности (экономические, мощностные, эксплуатационные, надежности и др.). Применение газа в качестве антидетонационной добавки повышает экономическую эффективность топлива вследствие более низкой стоимости низкооктанового бензина и существенно улучшает эксплуатационные характеристики бензогазового автомобиля. Мощность двигателя практически совпадает с мощностью бензинового двигателя, пробег бензогазового автомобиля увеличивается при незначительном уменьшении полезной грузоподъемности. Себестоимость транспортной работы ГЖТ автомобиля на 10-15% ниже бензинового. Применение неэтилированных низкооктановых бензинов в смеси с природным газом исключает наличие токсичных свинцовых соединений в отработавших газах, снижает в 1,5-2 раза содержание окиси углерода и на 30% окислов азота. Вовлекаются в использование значительные ресурсы низкооктановых нефтяных и газоконденсатных бензинов, что составляет не менее 30% суммарного фонда товарных автомобильных бензинов. Снижаются затраты на расширение мощностей по вторичной переработке низкооктанового бензина в высокооктановый. В целом, применение двухтопливных газожидкостных систем питания автомобилей на низкооктановом бензине позволяет существенно повысить эффект за счет расширения ресурсов топлива и снижения экологической опасности отработавших газов. 93 Газобаллонное оборудование автомобиля Газобаллонное оборудование автомобиля (ГБО) – это система из нескольких устройств, позволяющая использовать газ в качестве топлива для двигателя автомобиля. ГБО позволяет ехать только на газе, не используя бензин. Но штатная система питания не демонтируется. Обе системы (бензиновая и газовая) существуют параллельно. На автомобилях получили распространение два вида горючего газа: сжатый природный и сжиженный нефтяной. Природный газ нашел применение в качестве топлива на крупных автомобилях – грузовиках и автобусах. В нашем регионе такие системы не получили распространения из-за отсутствия заправочных станций. Использование сжиженного нефтяного газа, для которого не нужны большие баллоны и сложная топливная аппаратура, более целесообразно. Этот газ – смесь пропана и бутана, которая получается на нефтеперерабатывающих заводах в виде побочного продукта производства. На заправочные станции газ поставляется в смеси ―летняя‖, которая состоит на 45…55 % из пропана, и ―зимняя‖ – содержит 85…95 % пропана. Основными частями системы ГБО являются баллон, редуктор-испаритель и смеситель ―газ-воздух‖. Из баллона по магистрали газ поступает в редуктор-испаритель, который понижает давление с 16 до 1…2 атм, переводя газ в парообразное состояние. После этого летучий газ идет по магистрали в смеситель, где перемешивается с воздухом: готовая горючая смесь всасывается в цилиндры двигателя. За переключение с бензина на газ и наоборот отвечают управляемые кнопкой из салона электромагнитные клапаны, один из которых стоит в газовой, а другой – в бензиновой магистралях. Для заправки баллона существует вентиль со стандартным разъемом под штуцер ―пистолета‖ ГЗС. Прежде всего, на установку ГБО идут, чтоб экономить на топливе – газ в среднем в 2 раза дешевле бензина. Есть и технические плюсы газа. Пропан-бутановая смесь имеет октановое число 105. Газ сгорает в цилиндрах двигателя без детонации, ровно и полностью, не смывает масляную пленку, образуя гораздо меньше нагара на стенках и свечах. За счет этого двигатель работает в более благоприятных условиях, отчего его ресурс вырастает на 30…40%. Особенно это заметно по вре94 мени ―жизни‖ лямбда-зонда и катализатора, которые при работе на газе служат дольше. При использовании газа в качестве топлива мощность двигателя снижается до 10…15%. При этом расход газа на 10…20% больше, чем бензина. Газобаллонное оборудование увеличивает массу автомобиля на 45…70 кг. Баллон занимает место в багажнике или грузовом отделении. Газ более взрывои пожароопасен, чем бензин а, установка ГБО требует дополнительных финансовых затрат. По принципу работы применяемые в настоящее время газовые системы подразделяются на пять поколений: Первое поколение газобаллонного оборудования. Системы с вакуумным управлением и механическим дозатором газа, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные и простые инжекторные автомобили. В первом поколении ГБО (рис. 2.40) используются как вакуумные, так и электронные газовые редуктора. Это традиционные устройства со смесителем газа. Принципиальное различие вакуумного редуктора от электрон- Рис. 2.40. Первое поколение ГБО 95 ного заключается в запорном элементе разгрузочной камеры. В вакуумном эту функцию выполняет вакуумная мембрана, к которой подаѐтся разрежение от впускного коллектора: двигатель работает – есть вакуум – редуктор открыт; двигатель заглушен – вакуума нет – редуктор закрыт. В электронном подача газа управляется электромагнитным клапаном по наличию импульсов с катушки зажигания или высоковольтного провода: есть импульсы – есть подача газа; нет импульсов – подача прекращается. Второе поколение ГБО. Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком кислорода и увеличивающие обогащение смеси при резком нажатии на педаль газа по сигналу бензинового датчика положения дроссельной заслонки (рис. 2.41). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные электронными карбюраторными или инжекторными двигателями, с лямбда-зондом и датчиком положения дроссельной заслонки. Это традиционные устройства со смесителем газа, дополнительно оснащенные дозаторами газа. В результате такого дооснащения система более устойчива к ос- Рис. 2.41. Второе поколение ГБО 96 новной проблеме газобаллонного оборудования – хлопкам во впускном коллекторе, возникающим в том числе из-за некачественного приготовления топливной смеси (бедной газовоздушной смеси), что делает эту систему более привлекательной для пользователей, в том числе по показателям расхода топлива и динамики автомобиля. Третье поколение ГБО. Системы, обеспечивающие распределенный синхронный впрыск газа с дозаторомраспределителем, который управляется электронным блоком. Газ подается во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа (рис. 2.42). Рис. 2.42. Третье поколение ГБО Четвертое поколение ГБО. Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком. Как и в системе предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра (рис. 2.43). Основным аргументом для расчета состава смеси (реализуемого временем открытия газовых форсунок) является время впрыска бензиновой системы, снимаемое с бензиновых форсунок и корректируемое по показаниям датчиков газобаллонной системы (дат97 чики давления, температуры). На текущий момент самое распространенное оборудование в связи с обилием инжекторных бензиновых автомобилей, для которых этот тип ГБО является оптимальным. Рис. 2.43. Четвертое поколение ГБО Пятое поколение ГБО. Предназначено для использования в любых инжекторных автомобилях, укомплектованных бензиновыми системами, отвечающими экологическими требованиями Евро-3, Евро-4, а также системами бортовой диагностики OBD II и EOBD. В отличие от систем 4-го поколения, здесь топливо (пропан-бутановая смесь) поступает в цилиндры в жидкой фазе, хотя структура подачи та же: распределенный фазированный впрыск (рис. 2.44). Для этого в баллоне находится топливный газовый насос, который обеспечивает подачу жидкой фазы газа из баллона через рампу газовых форсунок с возвратом излишек газа через регулятор давления обратно в газовый баллон. Фазу и дозировку впрыска определяет штат98 ный бензиновый блок управления. К преимуществу систем 5-го поколения можно отнести отсутствие потери мощности и отсутствие повышенного расхода газа, а также возможность запуска двигателя на газе при любых отрицательных температурах, так как исчезла необходимость испарять газ перед подачей в двигатель. К недостаткам системы можно отнести еѐ высокую чувствительность к грязному газу, низкую ремонтопригодность и высокую сложность. Рис. 2.44. Пятое поколение ГБО Описание конструкции и принципа действия системы впрыска газа "Элгаро" Газовая система "Элгаро" является универсальной и предназначена для установки на современные автомобили с инжекторными двигателями (рис. 2.42). Автомобиль, оборудованный системой впрыска газа, сохраняет мощностные, экономические и экологические характеристики базового автомобиля. Уровень токсичности отработавших газов на газовом топли99 ве зависит от параметров электронной системы управления двигателем на бензине. В Базовый комплект поставки системы входит: Контроллер газовой системы питания с пучком проводов и переключателем вида топлива. Рампа с газовыми форсунками, штуцерами и шлангами подачи газа во впускной коллектор. Дифференциальный редуктор-испаритель и электромагнитный клапан газа с фильтром. Датчик давления дифференциальный. Датчик температуры газа. Дополнительная комплектация включает: Переключатель вида топлива с индикацией уровня газа. Датчик индикации уровня газа в баллоне. Фильтр испаренного газа. Мультиклапан с выносным заправочным устройством и вентиляционной камерой. Монтажный пакет, шланги и трубку. Кроме этого, система впрыска предусматривает возможность комплектации датчиком утечки газа с сигнализатором. Монтаж оборудования Ниппеля устанавливаются на впускной коллектор по возможности ближе к бензиновым форсункам. Обязательно использование анаэробного герметика. Возможно удаление, но чем ближе, тем лучше. Предупредить перелив газа из одного ствола коллектора в другой. Рампа с форсунками устанавливается как можно ближе к ниппелям, с минимальной длиной шлангов, имеющих одинаковую длину. Монтаж дифференциального редуктора, который устанавливается в системе, нужно делать ниже верхнего уровня охлаждающей жидкости в расширительном бачке. Положение редуктора по отношению к оси автомобиля не имеет значения. Монтаж электрооборудования Система поставляется в 3-х вариантах: 3-4 цилиндра, 5-6 цилиндров и 8 цилиндров. Установка блока управления и пучка проводов должна быть по возможности на наибольшем удалении от высоковольтного оборудования автомобиля. Проверка монтажа пучка приводов проводится с помощью специальной опции в программе. 100 Настройка системы В системе используется дифференциальный редуктор, который поддерживает постоянную разницу давления на входе в рампу и на выходе из инжекторов (давление впускного коллектора). Для измерения давления на входе в рампу используется абсолютный датчик давления, давление во впускном коллекторе рассчитывается математически исходя из нагрузки на двигатель (время впрыска бензиновых форсунок и оборотов двигателя). В наборах поставляются редуктора с регулировкой на фабрике с давлением. Подбор коэффициентов впрыска. Прежде всего используются уже готовые калибровки от производителя. При отсутствии нужной калибровки следует начать с автоматической настройки. Если автоматичская калибровка не дает желаемого результата, то следует начать ручную настройку. Подсоедините лямбда–тестер согласно инструкции по подключению, или воспользуйтесь встроенным лямбда– тестером программы ЭЛГАРО (если вы подключили соответствующий провод к сигнальному проводу лямбда–датчика и выбрали его тип). Заведите автомобиль и дождитесь прогрева двигателя до рабочей температуры и работы бензиновой системы по лямбда –регулированию. Перевести работу двигателя на газ и обратно можно с помощью щелчка мышью в информационном окне диагностической программы в области вида топлива, а также в области графического изображения кнопки переключения вида топлива. И наблюдая за лямбда–тестером, изменить ячейку основного коэффициента Kmain соответствующим образом. Если смесь по лямбда–тестеру богатая, то коэффициент Kmain необходимо уменьшить, и, наоборот, если смесь по лямбда– тестеру бедная, то коэффициент Kmain необходимо увеличить. Основной принцип изменения K1-K14 на всех машинах – время сигнала открытия бензиновых форсунок должно быть равно при работе на бензине и на газу при одинаковой нагрузке на двигатель и не должно меняться в течение 15-20 секунд при переходе с одного топлива на другое (время открытия газовых форсунок всегда остается выше бензиновых). Это изменение происходит в результате лямбда–регулирования через бензи101 новый блок управления. Надо добиться, чтобы при переключении вида топлива не происходила долгая работа (более 3-5 секунд) без лямбда–регулирования. Далее переходим к изменению рабочей ячейки (она выделена зеленым цветом). Выключите все включенные нагрузки (вентилятор отопителя и т.д.), заметьте чтобы вентилятор радиатора не был включен. Вы видите ячейку зеленого цвета (рабочая ячейка), в ней необходимо изменить параметр до такого значения, при котором при переключении с газа на бензин и с бензина на газ время впрыска бензиновых форсунок, отображаемое в информационном окне в поле injectors в строке PETROL, практически не изменялось. Алгоритм изменения точно такой же, как и вышеуказанный алгоритм изменения Kmain. Перейдите в следующую рабочую ячейку путем увеличения нагрузки, включая поочередно потребители. Чем выше номер рабочей ячейки, тем менее чувствительна к точной настройке данная ячейка. Все вышестоящие ячейки, не попадающие в рабочую при максимальной нагрузке, изменяются путем экстраполяции по предыдущим, не забывая проверять то, что при резком дроселировании смесь должна быть богатая в режиме набора оборотов. Запись лог-файла следует записывать на полностью прогретом двигателе на холостом ходу с минимальным временем открытия форсунок (4…6,5 мс) и при максимальной постоянной нагрузке на холостом ходу (время открытия форсунок 8…10 мс, включены все фары, вентилятор системы отопления, кондиционер). Запись проводится попеременно на бензине и на газу с паузами 15…20 секунд – 3…4 цикла. Порядок проведения опыта и обработка результатов 1. Произвести калибровку системы. Выбор диаметра форсунок. В таблице 2.10 приведены диаметры форсунок в зависимости от объема двигателя. 102 Таблица 2.10 Диаметр форсунки 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 1,9 2,3 2,5 3,0 3,5 Мощность на цилиндр, Время на холостых кВт оборотах, мс 12…14 4 15 4 15…17 4 17…19 4 16…25 4 20…25 4 18…31 4 24…29 4 25…27 4 30…32 4 >32 4 Диаметр сопла форсунок устанавливается минимальным, при котором время впрыска газовых форсунок должно быть в диапазоне от 4 до 6,5 мс на холостом ходу при температуре газа не выше 35OС. При установке форсунок с превышением номинального значения диаметра будут наблюдаться колебания оборотов двигателя на холостом ходу, и время впрыска газовых форсунок будет падать меньше 3,5 мс (время, при котором изменяется линейность работы форсунки). Настройка давления. В системе используется дифференциальный редуктор, который поддерживает постоянную разницу давления на входе в рампу и на выходе из инжекторов (давление впускного коллектора). Для измерения давления на входе в рампу используется абсолютный датчик давления, давление во впускном коллекторе рассчитывается математически исходя из нагрузки на двигатель (время впрыска бензиновых форсунок и оборотов двигателя). Подбор коэффициентов впрыска. Произведите калибровку по методике, изложенной в теоретических сведениях. 2. Запустите двигатель и произведите сравнительные испытания работы двигателя при разных режимах работы на бензине и на газообразном топливе. 103 Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. В отчете представить результаты настройки и испытания газобаллонного оборудования. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Назовите преимущества и недостатки использования газообразного топлива. 2. Как подразделяется газобаллонное оборудование по принципу работы? 3. Назовите типы газовых двигателей и особенности организации процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания. 4. Как осуществляется регулирование системы питания двигателей, работающих на газу? 5. В каких двигателях наиболее целесообразно использовать газообразное топливо? 6. Чем отличается газобаллонное оборудование, использующее сжатый природный и сжиженный нефтяной газы? 7. Назовите преимущества и недостатки двухтопливных двигателей с одновременной подачей в камеру сгорания бензина и газообразного топлива. 2.6. Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ Цель работы: экспериментальное определение оптимальных характеристик угла опережения зажигания на различных режимах работы двигателя. Теоретические сведения Одним из важнейших параметров, существенно влияющих на расход топлива, выходную мощность и другие характеристи104 ки бензиновых двигателей, является угол опережения зажигания (УОЗ), определяющий момент воспламенения горючей смеси в цилиндрах. Этот параметр имеет сложную многомерную зависимость от температуры, нагрузки и оборотов двигателя, качества используемого топлива и многих других, постоянно изменяющихся внешних факторов. Неправильная настройка угла опережения зажигания может привести к возникновению детонации, сопровождающейся возникновением ударных волн. Это существенно снижает как мощность, так и ресурс двигателя, вплоть до разрушения компрессионных колец, задирания цилиндров, прогорания клапанов и поршней. Однако, чем ближе условия сгорания в двигателе к детонации, тем выше его КПД. Поэтому оптимальная регулировка двигателя соответствует его работе на границе возникновения детонации. В связи с тем, что скорость горения газового топлива значительно медленнее бензина, следует предусматривать изменение угла опережения зажигания (рис. 2.45). Такое изменение предусмотрено не во всех газовых системах питания. Поэтому в лучшем случае на практике установщики просто сдвигают распределитель зажигания. В современных двигателях это Рис. 2.45. Базовая характеристика управления углом опережения зажигания 105 можно сделать с помощью специальных устройств – процессоров опережения зажигания. Вариатор – это электронный прибор, который изменяет угол опережения зажигания, рассчитанный компьютером автомобиля для работы двигателя на бензине, на величину, необходимую для оптимальных параметров работы двигателя на газовом топливе. Как известно, октановое число пропанобутановой смеси равно 105, что гораздо выше, чем у бензина любой марки. Как показывает опыт, если в мотор, рассчитанный для работы на бензине марки АИ80, залить бензин марки АИ98 без соответствующих корректировок угла опережения зажигания, это приведѐт к прогоранию выпускных клапанов и падению мощности двигателя, так как время горения 98-го бензина значительно больше и догорать этот бензин будет практически в выпускном коллекторе. То же самое происходит при эксплуатации машины на газовом топливе без соответствующих корректировок угла опережения зажигания. Соответственно, для компенсации повышенного времени горения газа, необходимо раньше его поджигать, т.е увеличивать угол опережения зажигания. Таким образом, газ будет успевать сгорать в цилиндре. КПД двигателя при этом возрастѐт, что вызовет снижение расхода топлива и повышение мощности. В современных инжекторных двигателях зажигание корректируется по датчику детонации. Сигнал с датчика детонации задействуется при использовании топлива с октановым числом ниже нормы, т.е. по сигналу с датчика детонации бензиновый блок управления двигателем может только позднить зажигание, а не делать его раньше. Существует три типа вариаторов (рис. 2.46): 1. Работают с индуктивными датчиками положения коленвала (ДПКВ) - (AEB 510, TAP-01,Мангуст 602). 2. Работают с датчиками холла, то же на коленвалу (AEB 511, TAP-02,Феникс 611). 3. Работают с блоками зажигания, к которым подключен трамблер. Вариатор подключается как отдельное, ни с чем не связанное устройство для коррекции сигналов с ДПКВ, изменяющее посредством ЭБУ машины угол зажигания. Переключения происходят следующим образом – двигатель заводится на бен106 Рис. 2.46. Вариаторы опережения зажигания зине, вариатор включен, но угол не корректирует, после переключения на газ подается сигнал от отсечного газового клапана по синему проводу и вариатор начинает коррекцию по газу. Установка вариаторов позволяет улучшить динамику и экономичность работы автомобиля, а также уменьшить вероятность преждевременного прогара клапанов двигателя. Программное обеспечение позволяет менять прошивки и настраивать угол опережения зажигания на различных режимах работы двигателя, как на бензине, так и на газу. Замена прошивки позволяет адаптировать его к различным автомобилям. Порядок выполнения работы 1. Подключите вариатор к двигателю согласно схеме. 2. Подключите вариатор к компьютеру при помощи кабеля связи (DR-73) по К – линии. 3. Запустите двигатель и снимите осциллограмму выходного сигнала датчика положения коленчатого вала. 4. Снимите параметры двигателя (по указанию преподавателя) с установленными и корректируемыми значениями угла опережения зажигания. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 107 3. В отчете представить результаты анализа осциллограммы и настройки вариатора опережения зажигания. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Назначение системы зажигания, требования, предъявляемые к ней. 2. Опишите устройство и действие магнитоэлектрических датчиков. 3. Опишите устройство и работу датчика Холла. 4. Основные регулировки, предусмотренные в системах зажигания. 5. Назначение и принцип работы октан-корректора. 6. Каковы зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения и нагрузки? 7. Основные признаки и причины неисправностей систем зажигания. 8. Назначение и принцип работы вариаторов опережения зажигания. 9. Основные тенденции развития систем зажигания. 108
