Диагностирование и ТО системы впрыска бензиновых двигателей

1. Неисправности топливных систем с впрыском бензина во впускной трубопровод

Приведем перечень наиболее часто встречающихся неисправностей систем впрыска и основных причин их возникновения.

Холодный двигатель не запускается или запускается с трудом. Основные причины: недостаточное давление топлива, отсутствие давления; неисправность пусковой форсунки или ее цепи (для автомобилей с пусковой форсункой); неисправность в цепи датчика охлаждающей жидкости; отсутствие или слабый сигнал от датчика частоты вращения коленчатого вала; неисправность потенциометра дроссельной заслонки; загрязнение форсунок; повышенное сопротивление со стороны выпускной системы; подсос воздуха во впускной коллектор.

Горячий двигатель запускается с трудом или не запускается. Основные причины: быстрое падение давления топлива после выключения двигателя; несанкционированная работа пусковой форсунки (при ее наличии); неисправность в цепи датчика охлаждающей жидкости; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления.

Двигатель запускается и глохнет или неустойчиво работает в режиме холостого хода. Основные причины: подсос воздуха во впускной коллектор; неисправность системы холостого хода; неисправность в цепи датчика температуры охлаждающей жидкости; несоответствие давления топлива заданному; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления.

Чрезмерно высокая частота вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. Основные причины: подсос воздуха во впускной коллектор (системы с датчиком абсолютного давления и системы с расходомером воздуха и λ-регулированием); неправильная работа системы холостого хода; неисправность в цепи датчика положения дроссельной заслонки.

«Провалы» при ускорении. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность расходомера воздуха; неисправность в цепи датчика положения дроссельной заслонки; загрязнение форсунок.

Подергивание автомобиля и пропуски воспламенения под нагрузкой. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика дроссельной заслонки; загрязнение форсунок.

Двигатель не развивает полной мощности. Основные причины: недостаточное давление или производительность топливного насоса; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика дроссельной заслонки; повышенное сопротивление выпускной системы; загрязнение форсунок.

Повышенное содержание оксида углерода и (или) повышенный расход топлива. Основные причины: повышенное давление топлива; неисправность в цепи кислородного датчика; неисправность в цепи расходомера воздуха или датчика абсолютного давления; неисправность в цепи датчика температуры охлаждающей жидкости; разрыв диафрагмы регулятора давления топлива (системы многоточечного впрыска); повышенное сопротивление выпускной системы.

2. Диагностирование технического состояния систем впрыска

2.1. Общее диагностирование

Для более полного изложения рассматриваемого ниже материала на рис. 1 приводится в качестве примера схема электронной системы впрыска бензина Motronic.

В эту систему могут поступать следующие данные:

• включено или выключено зажигание;
• положение распределительного вала;
• частота вращения коленчатого вала;
• скорость движения автомобиля;
• диапазон изменения передаточного отношения (в случае наличия автоматической трансмиссии);
• номер включенной передачи;
• информация о включении кондиционера;
• напряжение аккумуляторной батареи;
• температура воздуха на впуске;
• расход воздуха;
• угловое положение дроссельной заслонки;
• напряжение сигнала кислородного датчика;
• сигнал датчика детонации.

Входные каскады ЭБУ осуществляют подготовку поступивших от датчиков сигналов, характеризующих режимные параметры, микропроцессор обрабатывает эти данные, определяет рабочий режим двигателя и производит расчет параметров необходимых управляющих сигналов, которые передаются на входные каскады усиления, а затем поступают к исполнительным устройствам. Исполнительные устройства воздействуют на системы питания и зажигания, обеспечивая точное дозирование топлива и оптимальный момент зажигания.

Установленный с торца распределительной магистрали регулятор давления топлива 4 поддерживает в системе постоянное давление впрыска топлива и осуществляет слив его излишек в топливный бак 27. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Основу системы составляет ЭБУ 12. Количество впрыскиваемого топлива, определяемое временем открытия электромагнитной форсунки 5, зависит от сигнала, подаваемого ЭБУ.

Рис. 1. Схема электронной системы Motronic с встроенной системой диагностики: 1—адсорбер; 2 — клапан впуска воздуха; 3 — клапан регенерации продувки; 4 — регулятор давления топлива; 5 — электромагнитная форсунка; 6 — регулятор давления; 7 — катушка — свеча зажигания; 8 — датчик фазы; 9 — вспомогательный воздушный насос для подачи дополнительных порций воздуха; 10 — вспомогательный воздушный клапан; 11 — расходомер воздуха; 12 — ЭБУ; 13 — датчик положения дроссельной заслонки; 14 — клапан дополнительной подачи воздуха (регулятор холостого хода); 15 — датчик температуры воздуха; 16 — клапан системы рециркуляции отработавших газов; 17 — топливный фильтр; 18 — датчик детонации; 19 — датчик частоты вращения коленчатого вала; 20 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 21 — лямбда-зонды (кислородные датчики); 22 — аккумуляторная батарея; 23 — диагностический разъем; 24 — диагностическая лампочка; 25 — датчик дифференциального давления; 26 — электрический топливный насос в топливном баке; 27 — топливный бак

Основным параметром, определяющим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером воздуха 11. Топливо из распределительной магистрали поступает к электромагнитным форсункам. Впрыск топлива через форсунки, в зависимости от особенностей системы впрыска, может быть параллельным (топливо впрыскивается одновременно всеми форсунками) и последовательным (топливо впрыскивается по порядку работы двигателя перед тактом впуска, аналогично работе системы зажигания). Независимо от положения клапана впуска воздуха 2 форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя (за цикл, за два такта). Если впускной клапан в момент впрыска закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Длительность впрыска определяется блоком управления двигателем.

Клапан дополнительной подачи воздуха 14, установленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подает в двигатель дополнительный объем воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала. Для ускорения прогрева повышают частоту оборотов холостого хода (более 1000 об/мин).

Для облегчения пуска холодного двигателя может применяться электромагнитная пусковая форсунка, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры ОЖ.

При запуске холодного двигателя в цилиндры поступает повышенное количество топлива, в то время как дроссельная заслонка прикрыта и воздуха для работы двигателя недостаточно. В это время по сигналу ЭБУ открывается клапан дополнительной подачи воздуха, подающий воздух во впускной трубопровод, минуя дроссельную заслонку, что обеспечивает устойчивую работу двигателя во время прогрева.

Повышение надежности системы впрыска, а также предупреждение отказов и неисправностей достигается использованием функций электронного обеспечения работы двигателя, что позволяет не только оптимально управлять рабочими процессами впрыска, но и осуществлять диагностирование технического состояния системы как подключением внешнего диагностического оборудования, так и при использовании встроенных функций самодиагностики.

Производители автомобилей разрабатывают специальные технологии контроля в виде считывания кодов неисправностей с помощью диагностической лампы 24 (см. рис. 1) или специального диагностического сканера (тестера), подсоединяемого к диагностическому разъему 23.

Распознавание неисправности происходит при непрерывном цикловом процессе сравнения показателей датчиков и систем на любых режимах работы с заложенными в блоке управления матрицами рабочих значений данных параметров (частота цикла на автомобилях различных производителей может отличаться). Несоответствие полученного рабочего значения требуемому для заданного режима работы распознается как неисправность, о чем водителя оповещает характерный сигнал на рабочей панели автомобиля. При появлении предупреждения неисправность должна быть определена с помощью сканера и устранена специалистом.

Отдельные составляющие системы могут быть проверены с помощью мультиметров по электрическим параметрам (сопротивление, опорное напряжение, сила тока).

2.2. Диагностирование гидравлических параметров топливных систем

Перед обслуживанием и ремонтом топливной аппаратуры необходимо сбросить давление в системе подачи топлива в следующем порядке: включить нейтральную передачу, затормозить автомобиль стояночным тормозом; отсоединить провода от электробензонасоса; запустить двигатель, дать ему поработать на холостом ходу до остановки из-за выработки топлива; включить стартер на 3 с для стравливания давления в трубопроводах. После стравливания давления и завершения работ следует присоединить провода к электробензонасосу.

Для проверки давления подачи топлива и производительности топливного насоса необходим манометр с набором различных переходников и адаптеров, имеющий пределы измерения 0,40…0,45 МПа (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид набора для проверки гидравлической части системы впрыска

На подавляющем большинстве американских и некоторых европейских автомобилях в топливной магистрали имеется специальный вывод с золотником, аналогичным применяемым в автошинах (так называемый клапан Шрёдера), для быстрого подсоединения манометра (рис. 3, а). В этом случае задача подсоединения манометра значительно упрощается, так как не требуется сбрасывания давления топлива. При тестировании автомобиля, в топливной системе которого используется клапан Шрёдера, необходимо неукоснительно соблюдать следующее требование: после проведения измерений, сброса давления и отсоединения манометра надо проверить положение подвижного штока золотника и убедиться, что он не находится в нижнем положении, т.е. не заклинен. Запускать двигатель следует только при полной работоспособности клапана.

На автомобилях, не имеющих клапана Шрёдера, для подключения манометра необходим соответствующий по присоединительным размерам адаптер-тройник (рис. 3, б) или переходник другого типа. Для включения топливного насоса достаточно замкнуть соответствующие ножки на колодке реле топливного насоса; если напряжение к силовым контактам реле поступает от замка зажигания или другого реле, то необходимо также включить зажигание.

Рис. 3. Измерение давления в системах распределенного впрыска с клапаном Шрёдера (а) и без него (б): 1 — подающий трубопровод; 2 — топливораспределительная магистраль; 3 — золотниковый клапан Шрёдера; 4 — манометр; 5 — трубопровод обратного слива; 6 — адаптер-тройник

В том случае если оба описанных метода по каким-либо причинам не могут быть использованы, измерение давления осуществляется непосредственно на работающем двигателе или при прокрутке коленчатого вала стартером; при этом необходимо, чтобы аккумуляторная батарея была заряжена. Если измерение давления происходит при остановленном двигателе, то манометр будет показывать нерегулируемое давление в системе, которое обычно составляет 0,25…0,30 МПа. После запуска двигателя давление должно снизиться до 0,20…0,25 МПа, т.е. на величину разрежения во впускном коллекторе. Если полученное значение меньше указанного в технической документации, необходимо проверить регулятор давления и производительность топливного насоса. При давлении, большем рекомендованного, следует убедиться в отсутствии засорения регулятора и магистрали обратного слива.

Измерение количества подаваемого топливным насосом топлива производится по схеме, показанной на рис. 4, т.е. с использованием топливопровода обратного слива. Для этого топливопровод обратного слива необходимо отсоединить от регулятора давления 2 и опустить в емкость вместимостью не менее 1,0…1,5 л. Встречается много конструкций, в которых топливопровод обратного слива, идущий от регулятора давления, металлический, поэтому изогнуть его невозможно. В этом случае мерную емкость можно расположить в любом удобном для расстыковки обратного топливопровода месте либо вместо штатного топливопровода подсоединить к регулятору подходящий резиновый шланг, обеспечив при этом надежное герметичное соединение. Затем нужно включить топливный насос и измерить объем топлива, поступившего в мерную посуду за 30 с; в зависимости от типа системы он составляет 0,75…1,00 л.

Рис. 4. Измерение производительности насоса в системах распределенного впрыска: 1 — подающий топливопровод; 2 — регулятор давления; 3 — топливопровод обратного слива; 4 — шланг; 5 — мерная емкость

Если по каким-либо причинам включение топливного насоса без запуска двигателя затруднено, насос можно проверить на работающем двигателе, так как количество топлива, потребляемого прогретым двигателем в режиме холостого хода, незначительно (практически все топливо перепускается обратно в бак). Однако в этом случае необходимо вынести мерную емкость из подкапотного пространства во избежание случайного воспламенения топлива.

Если производительность насоса ниже заданной, следует проверить состояние топливного фильтра и подающей магистрали. При исправных фильтре и топливопроводе причиной недостаточной производительности насоса может быть разрыв или трещина в подающем топливопроводе внутри бензобака (для насосов погружного типа).

Для проверки остаточного давления необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры и выключить его. Ориентировочно можно руководствоваться следующим: после 20-минутной паузы давление в системе не должно быть ниже 0,1 МПа. Более быстрое падение давления свидетельствует об утечке топлива, которая может происходить в регуляторе давления, обратном клапане бензонасоса, а также в пусковой и основных форсунках.

2.3. Проверка рабочих форсунок

Работоспособность электромагнитных форсунок распределенного впрыска в первом приближении может быть проверена по внешним признакам их работы. Сначала проверяют, есть ли вибрация форсунки: равномерная вибрация свидетельствует об исправной форсунке; отсутствие или перебои в вибрации указывают на отклонения в работе проверяемой форсунки.

Работоспособность форсунки можно определить при отключении ее из работы на холостом ходу путем отсоединения электропитания. При исправно работающей форсунке частота вращения коленчатого вала в случае ее отключения должна измениться. Однако следует иметь в виду, что на некоторых автомобилях установлены стабилизаторы холостого хода, которые необходимо отключать во время указанной проверки.

Производительность рабочей форсунки проверяют по объему вытекающего из нее топлива при давлении в системе 0,25 МПа и сравнивают полученные значения с нормативными для данного двигателя. Угол конуса распыла должен быть примерно 30°.

В случае обнаружения неисправностей форсунки в первую очередь следует проверить состояние соленоидной обмотки: определить ее сопротивление и убедиться в отсутствии обрыва. Номинальное сопротивление должно соответствовать данным фирмы-изготовителя; если таких данных нет, то можно сравнить сопротивления проверяемых форсунок.

Более точная проверка работоспособности форсунок и электронной системы впрыска может быть произведена с помощью мотор-тестера или осциллографа по продолжительности открытия форсунки в зависимости от режима работы двигателя. Типичные формы импульсов открытия клапана форсунки, которые длятся от 1 до 14 мс, показаны на рис. 5.

На сигнал открытия форсунки в системе впрыска без дополнительной пусковой форсунки накладывается дополнительный импульс во время пуска холодного двигателя (рис. 5, б). Продолжительность импульса при запуске и на холостом ходу двигателя обычно больше, чем при работе двигателя с небольшими нагрузками при низкой частоте вращения коленчатого вала, но меньше, чем при увеличении частоты и полном открытии дроссельной заслонки или резком увеличении частоты вращения.

Рис. 5. Формы импульсов при работе форсунки электронной системы впрыска с дополнительной (а) и без дополнительной пусковой форсунки запуска холодного двигателя (б): х — продолжительность открытия форсунки

2.4. Очистка форсунок

Форсунки работают в условиях воздействия высокой температуры и агрессивной жидкости. В процессе эксплуатации они засоряются. Известно, что температура под капотом работающего двигателя примерно 90 °С. После остановки процесс охлаждения двигателя становится менее интенсивным, а в нем много деталей с рабочей температурой выше 150 °С. Таким образом, вначале происходит общий нагрев и температура под капотом начинает повышаться. Полости форсунок, заполненные топливом, в связи с тем, что двигатель не работает и не происходит их естественного охлаждения свежими порциями топлива, также нагреваются. При этих условиях начинается процесс крекинга топлива, приводящий к образованию отложений лака на внутренних стенках форсунок (рис. 6). Отложения лака толщиной 5 мкм уменьшают подачу топлива из форсунки на 25 %. Со временем эти отложения начинают влиять на работоспособность форсунок. Поэтому многие ведущие производители автомобилей через каждые 30 тыс. км пробега рекомендуют чистить форсунки с использованием технологии ультразвуковой кавитации.

Рис. 6. Схема образования твердых отложений лака на стенках форсунки: 1 — калиброванное отверстие; 2 — седло клапана; 3 — отложения; 4 — запорный клапан

Возможна и другая причина нарушения подачи топлива — осаждение частиц углерода, которые фактически привариваются к выступающему носику иглы форсунки или оседают на стенках впускного коллектора. Появление частиц углерода может быть вызвано нарушением в работе клапана рециркуляции ОГ, а также нарушением в работе ГРМ или «обратной вспышкой» во впускной коллектор. Кроме этого частицы углерода изменяют форму факела распыления топлива. В этом случае топливо может попадать на стенки впускного коллектора и, конденсируясь, превращаться обратно в жидкость. Это означает, что начинается так называемое пленочное образование топливовоздушной смеси, характерное для карбюраторного процесса. Частицы углерода также адсорбируют топливо (увлажняются), что приводит к повышению температуры во впускном коллекторе, а это, в свою очередь, увеличивает количество лаковых отложений.

Способы очистки форсунок, применяемые в настоящее время:

• добавка в топливо очистителя топливной системы или обработка топливной системы специальной очистительной жидкостью;
• снятие форсунок, их тестирование и очистка на специальной установке.

К преимуществам очистки топливных систем с помощью специальных очистительных жидкостей следует отнести малую стоимость и небольшие трудозатраты. Добавление очистительной жидкости в топливо в большинстве случаев дает краткосрочный эффект по улучшению работы двигателя, замедляет загрязнение топливной системы. Использование специальных очистительных жидкостей (на которых двигатель работает вместо топлива) очищает топливную систему двигателя, а также дает дополнительный эффект, связанный с очисткой от нагара клапанов и цилиндров двигателя.

Для очистки форсунок на работающем двигателе применяют автономные устройства как замкнутого, так и одностороннего циклов, подающие специальный состав в топливную магистраль в системах дискретного действия. Штатные топливопроводы (как подающий, так и обратного слива) при этом отсоединяют, а бензонасос отключают, чтобы исключить перенос растворенных отложений из насоса и топливного бака к форсункам. Эффективность очистки этим методом полностью определяется свойствами очистительной жидкости и составляет 60…90 %.

К недостаткам специальных очистительных жидкостей следует отнести высокую токсичность и химическую активность. Нарушение инструкций по их применению вызывает отказ форсунок, кроме того, остаются неизвестными равномерность подачи топлива по форсункам и качество распыла топлива.

Очистка форсунок на специальных установках имеет следующие преимущества:

• контроль качества распыления и объема подачи топлива каждой форсункой, что, в свою очередь, дает полную информацию для анализа причин неудовлетворительной работы двигателя;
• в абсолютном большинстве случаев очистка форсунок полностью восстанавливает их работоспособность.

Трудозатраты такого метода очистки составляют 1…2 ч на автомобиль в зависимости от конструкции двигателя. Наиболее эффективной является установка по ультразвуковой очистке форсунок, которая может быть использована также для контроля подачи и качества распыления топлива.

Ультразвуковые колебания — это упругие механические волны с частотой от 18 до 120 кГц.

Механические колебания ультразвуковой частоты получают с помощью специальных преобразователей, составляющих основу ультразвуковых колебательных систем. При распространении ультразвуковых колебаний в жидкой среде чередуются области сжатия и разрежения, что приводит к перемешиванию среды. Если интенсивность ультразвуковых колебаний больше 1…2 Вт/см2, то в жидкости наблюдается эффект ультразвуковой кавитации, который и используется при ультразвуковой очистке.

Если подвергать некоторое количество жидкости при комнатной температуре интенсивному ультразвуковому облучению, тогда на стадии вакуумной волны (рис. 7, стадия А) в жидкости формируются многочисленные пузырьки газа, которые увеличиваются до завершения действия фазы акустического вакуума (отрицательное давление). Это образование микроскопических пузырьков газа (т.е. образование газовых пустот в жидкости) является началом кавитации.

Рис. 7. Стадии формирования эффекта кавитации

На рис. 7 стадии В ультразвукового сжатия огромное давление воздействует на образовавшиеся пузырьки. Сжатие вызывает резкое повышение температуры газа в пузырьках (рис. 7, стадия С) до тех пор, пока пузырьки не разрушатся. Происходит взрыв наоборот, внутрь — это явление называется имплозией. Разрушение (микровзрыв) сопровождается большим выделением энергии (рис. 7, стадия D).

Энергия ударов, вызванная имплозией газовых пузырьков, воздействует на поверхность объекта, который очищается. При этом объект подвергается не только физическому, но и химическому воздействию.

В физическом выражении достигается эффект микрофибриллирования, причем с очень высокой частотой (50 000 раз в секунду для установок, работающих на частоте 50 кГц), в химическом выражении в ультразвуковой ванне происходит концентрированное химическое воздействие на поверхность очищаемого объекта. Именно на этом явлении основан ультразвуковой способ отмывки изделий.

Для проведения ультразвуковой очистки форсунки предварительно демонтируют, затем погружают дозирующей частью в специальную ванну, устанавливая на специальный держатель в подвешенном состоянии. Под воздействием ультразвуковых колебаний частички чистящей жидкости каждую секунду совершают возвратно-поступательное движение с частотой генератора. Ультразвуковые колебания возбуждаются в очищающей жидкости, протекающей под давлением по топливопроводящему каналу. Однако из-за инерционности происходит не только перемещение микрообъемов жидкости с резкими изменениями ускорения, но и скачкообразное изменение давления в них. Рабочая жидкость как бы бомбардирует поверхность очищаемого изделия и отрывает от нее частички грязи; интенсивное движение очищающей жидкости усиливает размельчение оторванных частичек грязи. При этом канал подачи топлива очищается по всей длине.

Наиболее примечательно то, что с помощью ультразвука достигается полная очистка от загрязнений даже самых узких углублений и отверстий очищаемого изделия.

После очистки в ультразвуковой ванне производят обратную промывку форсунок. Для этого извлекают из них входные фильтры и с помощью специальных адаптеров снова помещают в ту же установку. Остатки загрязнений вымываются тестовой жидкостью в обратном направлении. Для достижения приемлемого качества очистки сильно загрязненных форсунок процесс очистки приходится повторять несколько раз. Ультразвуковая ванна поможет также очистить и другие детали сложной формы, например свечи, без механического воздействия.

Стенд для проверки и очистки форсунок бензиновых двигателей (рис. 8) представляет собой комплекс устройств и принадлежностей для обслуживания элементов системы впрыска бензинового двигателя.

Рис. 8. Общий вид стенда TT-Optima для проверки и очистки форсунок бензиновых двигателей: 1 — установка для проверки и очистки форсунок ультразвуковым методом; 2 — модуль химической промывки элементов двигателя; 3 — принтер с портом; 4 — приспособление для извлечения микрофильтров из форсунок; 5 — передвижная стойка; 6 — мензурки

Проверку форсунок осуществляют визуально через стекло мензурок (рис. 9) по числу тестируемых форсунок (4, 6 или 8).

Факел распыла должен быть четким, без отклонений.

Внутренний диаметр мензурки подобран таким образом, чтобы было обеспечено максимально возможное уменьшение завихрения факела. Это позволяет наблюдать за процессом впрыска и формированием факела. Для качественного наблюдения за факелом впрыска предусмотрена специальная подсветка мензурок группой светодиодов белого света.

Контроль производительности форсунок осуществляется по шкале мензурок (рис. 10).

Заправка стенда тестовой жидкостью осуществляется через заливную горловину. В гидросистеме два электронасоса, один из которых служит для откачки тестовой жидкости из форсунок, рампы и магистрали обратно в бак. Моющие характеристики достигаются применением генератора, формирующего оптимальную частоту специального излучателя.

Рис. 9. Проверка факела форсунки

Рис. 10. Проверка производительности форсунки

При проверке и очистке форсунок следует производить замену их топливных фильтров, так как фильтры выполнены из нейлона и имеют ячейки в несколько микрометров, поэтому, как правило, засоряются, а очистке не подлежат; заменяют также защитные колпачки форсунок, так как на них образуются отложения микрочастиц углерода, и уплотнительные кольца форсунки.

2.5. Проверка кислородного датчика и системы λ‑коррекции.

Проверка кислородного датчика производится с помощью осциллографа по напряжению и по форме осциллограммы (рис. 11).

При работе двигателя состав топливовоздушной смеси в цилиндрах колеблется. Представим, что в момент времени А, когда сигнал кислородного датчика находится в пределах 0,35…0,40 В (см. рис. 11), ЭБУ двигателем оценил смесь как бедную. С этого момента постепенно будет увеличиваться время открытого состояния форсунок — смесь будет обогащаться, напряжение с датчика растет. Однако поскольку состав смеси мгновенно измениться не может, то напряжение сначала понижается примерно до 0,20 В, что соответствует моменту времени Б. Далее смесь будет продолжать обогащаться до тех пор, пока в точке В (0,55…0,6 В) ЭБУ, оценив смесь как богатую, не начнет постепенно уменьшать время открытого состояния форсунок. Смесь обеднится, пока напряжение вновь не достигнет значения 0,35…0,40 В в точке Д. Но до этого сигнал с датчика кислорода успеет подняться до 0,8 В (точка Г). После точки Д цикл повторится. Теоретический размах колебаний напряжения от 0 до 1 В, реальный — от 0,2 до 0,8 В; для поработавшего кислородного датчика считают допустимым от 0,3 до 0,7 В. Существенным параметром при проверке работы датчика является время его реакции на изменение состава смеси.

Рис. 11. Осциллограмма кислородного датчика

Необходимое условие проверки кислородных датчиков — прогретый двигатель, так как размах колебаний напряжения при непрогретом двигателе будет меньшим и по мере прогревания двигателя должен увеличиваться. Если при проверке кислородного датчика форма сигнала и напряжение не изменяются, то это свидетельствует об отказе датчика (рис. 12).

Согласно европейскому законодательству (Евро-3, Евро-4, Евро-5) бортовая диагностика должна контролировать состояние нейтрализатора. Для выполнения этого условия на выходе из нейтрализатора устанавливают второй дополнительный датчик кислорода.

Рис. 12. Сигнал кислородного датчика при его отказе

Рис. 13. Сравнение сигналов датчиков кислорода: 1 — на входе в нейтрализатор; 2 — на выходе из исправного нейтрализатора (напряжение около 0,7 В); 3 — на выходе из нейтрализатора, частично утратившего работоспособность

Работоспособность нейтрализатора определяют по сигналам входного и выходного датчиков кислорода (рис. 13). Если нейтрализатор исправен, то на большинстве режимов на выходе из него количество кислорода в отработавших газах ничтожно мало, на что указывает форма сигнала второго датчика кислорода — это почти прямая линия: колебания уровня сигнала невелики, а сам он достаточно высокий — около 0,7 В. Если нейтрализатор частично утратил работоспособность, оставшийся в смеси кислород поступает на соответствующий датчик, его сигнал меняется и вместо прямой линии на экране монитора видна кривая, похожая на сигнал первого датчика, но с меньшей амплитудой и небольшим фазовым сдвигом. Последний связан с длиной нейтрализатора и его частичной работой.

3. Особенности диагностирования систем непосредственного впрыска

3.1. Основные неисправности систем непосредственного впрыска

Автомобили, оборудованные системой непосредственного впрыска, имеют две контрольные лампы в комбинации приборов, загорающиеся на несколько секунд при каждой установке карточки (ключа зажигания) в считывающем устройстве во второе фиксированное положение:

• контрольную лампу неисправности системы впрыска, загорающуюся при незначительной неисправности системы;
• контрольную лампу аварийной температуры охлаждающей жидкости (ОЖ), которая горит постоянно, если температура ОЖ превышает 118 °С, и мигает в случае серьезной неисправности системы впрыска, требующей срочной остановки двигателя.

К незначительным неисправностям в системе впрыска высокого давления, когда загорается контрольная лампа неисправности, относятся:

• неисправность форсунки;
• неисправность в контуре низкого давления подачи топлива;
• обрыв цепи обмена данными между блоком управления и датчиками;
• неисправность датчика давления топлива;
• чрезмерное давление.

Если неисправность обнаруживается при установке карточки в считывающем устройстве во второе фиксированное положение, то контрольная лампа загорается на 2…3 с, гаснет на короткое время, а затем горит постоянно.

При появлении серьезной неисправности системы впрыска высокого давления контрольная лампа мигает. В этом случае следует как можно быстрее остановить двигатель. К серьезным неисправностям относятся:

• неисправность регулятора давления топлива (давление превышает 12,5 МПа);
• неисправность датчика давления топлива (давление превышает 12,5 МПа).

В этом случае топливный насос низкого давления, системы зажигания и впрыска выключаются через несколько секунд после возникновения неисправности.

3.2. Особенности диагностирования систем непосредственного впрыска

Основные проверки таких систем осуществляют с использованием сканера для диагностирования электронных систем управления двигателем, однако отдельные проверки могут быть проведены и более простыми способами.

Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска показана на рис. 14. Топливо от топливоподкачивающего насоса 6 подается к топливному насосу высокого давления (ТНВД) 1, оснащенному датчиком давления топлива для его точного дозирования. ТНВД заключен в герметичный кожух и вал насоса приводится во вращение с помощью электромагнитной муфты. Подачу топлива к форсункам цилиндров осуществляет насос высокого давления, развивающий давление 4,0…10,0 МПа. При этом давление топлива, впрыскиваемое в цилиндры двигателя, может быть постоянным (системы впрыска CDI — Mitsubishi, FSI — Volkswagen) или изменяться: на холостом ходу 7,0 МПа, при полной нагрузке 10,0 МПа, на переходных режимах 3,0 МПа (система впрыска HPI — французский концерн Peugeot-Citroen). Топливо накапливается в аккумуляторе давления 3 и из него по трубопроводам передается к форсункам. Форсунки 5 в отличие от традиционных систем впрыска установлены не во впускном трубопроводе, а непосредственно в камере сгорания двигателя. Необходимое давление в системе поддерживается предохранительным клапаном 4. При подаче напряжения из блока управления открываются соленоидные клапаны и топливо впрыскивается в камеру сгорания.

Рис. 14. Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска: 1 — топливный насос высокого давления; 2 — датчик давления топлива; 3 — аккумулятор давления; 4 — предохранительный клапан; 5 — форсунки; 6 — топливоподкачивающий насос; 7 — катушка зажигания; 8 — свеча зажигания; 9 — точка отсоединения шланга от ТНВД

Топливный фильтр находится в топливном баке, он является составной частью узла «насос — датчик уровня топлива» и отдельно не снимается. Для его замены необходимо заменить узел «топливный насос — датчик уровня топлива» в сборе. Задерживающая способность фильтра рассчитана на весь срок эксплуатации автомобиля. Тем не менее, проверка давления подачи топлива и производительности топливного насоса позволяет произвести диагностику узла «топливный насос — датчик уровня топлива».

Порядок операций при проверке давления подачи топлива:

• отсоединяют шланг подачи топлива от ТНВД в точке 9 и устанавливают тройник с подсоединенным манометром;
• запускают двигатель, чтобы привести в действие топливный насос низкого давления. Измеряют давление, которое должно быть в пределах 0,35…0,45 МПа, а максимальное значение — 0,6 МПа.

Для проверки производительности топливного насоса низкого давления:

• отсоединяют шланг подачи топлива от ТНВД в точке 9 и опускают конец шланга в градуированный сосуд;
• приводят в действие топливный насос низкого давления, перемкнув выводы на разъеме реле насоса или с помощью сканирующего прибора (измеряемая производительность 80…165 л/ч).