Что такое фазированный двигатель

Что лучше распределенный впрыск или непосредственный?

Дорогие друзья, сегодня узнаем много интересного о впрыске системы питания. И так: распределенный впрыск топлива или непосредственный? Что лучше и чем они отличаются?

Допустим у вас пришло время осуществить вашу мечту и вы серьезно взялись за выбор автомобиля. Дело серьёзное, и если выбор цвета и формы машины даётся довольно легко, то с подбором типа мотора могут возникнуть трудности, особенно у неподготовленных в техническом плане людей.

Если так, тогда вам однозначно следует внимательно прочитать эту статью.

Историческая справка

Сейчас в мире инжекторный ( впрысковый ) двигатель почти совсем вытеснил ставшую устаревшей карбюраторную систему . Но так было не всегда . Впервые систему впрыскивания топлива применяли еще в военной авиации середины прошлого века . Тогда она еще не получила достаточного распространения в автомобилестроении : лишь в 90х годах XX столетия , из — за ухудшившейся экологической ситуации в мире , стало понятно , что в выхлопах карбюратора остается слишком много не догоревшего топлива . Ситуация с экологией стала ухудшаться – объемы выбросов опасных веществ в атмосферу стало носить критический характер . Изменения в машиностроении стали необходимостью и конструкция топливных систем кардинально изменилась со временем . Первыми компаниями , выпустившими автомобили с инжекторной системой , были всем известные : Mercedes — Benz , Volkswagen , BMW , Mitsubishi . Новое решение казалось идеальным , если бы ни одно « но »: эволюционное решение имело один минус – высокие требования к качеству топливным смесям , а при использовании менее качественных смесей появилась опасность выделения оксида азота , что привело привело к значительному усложнению мотора .

Попарно-параллельный впрыск топлива

Для уменьшения зависимости качества подготовки топливовоздушной смеси от момента впрыска топлива, а так же для улучшения точности дозирования топлива на переходных режимах работы двигателя, топливные форсунки были разделены на группы согласно порядку работы цилиндров и соединены попарно-параллельно — половина форсунок соединена параллельно и управляется своим выходным силовым транзистором блока управления двигателем, другая половина форсунок так же соединена параллельно и управляется своим, вторым выходным силовым транзистором блока управления двигателем. Управление форсунками одной группы происходит одновременно — все форсунки одной группы работают синхронно. Когда форсунки первой группы впрыскивают топливо, форсунки второй группы закрыты, и наоборот. При этом, первая и вторая группы форсунок, так же как и в системе параллельного впрыска топлива, впрыскивают топливо дважды за один цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота колен-вала).

Следует заметить, что в момент пуска двигателя блок управления двигателем переключается на параллельную схему впрыска топлива, то есть, включает и выключает все топливные форсунки одновременно.

Проректор по учебной работе,

Момент впрыск топлива

Кстати, о времени открытия форсунок. Тут не всё так просто, и системы распределённого впрыска различаются в зависимости от того, в каком порядке происходит активация этих элементов. Существуют такие варианты впрыска:

• одновременный;
• попарно-параллельный;
• фазированный.

Одновременный

При одновременной инжекции бензина все форсунки открываются единомоментно, и происходит это за один полный рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала). Не считаю это разумным ходом и не понимаю зачем лишний расход топлива.

Видимо это практиковалось на заре изобретения такого метода, когда не очень беспокоились об экологии и бензин был дешевый.

Попарно-параллельный

При попарно-параллельном открытии процесс разбивается таким образом, чтобы в один момент времени впрыск производили только две форсунки и только тех цилиндров, которые переходят в такты впуска и выпуска.

Здесь тоже наблюдается лишний впрыск, зачем он нужен в такте выпуска. Говорят это помогает при запуске двигателя в аварийном режиме. Ну хоть единовременно, и то хорошо.

Фазированный

Но самым современным из перечисленной тройки является фазированный алгоритм работы системы распределенного впрыска топлива и используется в современных автомобилях. Он предусматривает включение каждой форсунки непосредственно перед тактом впуска соответствующего ей цилиндра. Это конечно разумно и правильно.

Главное в таком впрыске то, что форсунка впрыскивает топливную смесь во впускной коллектор на входе в цилиндр, непосредственно на впускной клапан. Впрыск производится на такте ВПУСК.

Датчики системы впрыска топлива

Датчик кислорода (ДК) — рассчитывает содержание О₂ в отработанных газах. Используется в системах с катализатором под нормы токсичности начиная с Евро-2 и дальше. В Евро-3 используется два датчика кислорода — до катализатора и после.

Датчик фазы нужен для более точного расчета времени впрыска в системах с фазированным впрыском.

Датчик положения коленвала (ДПКВ) — считывает частоту вращения коленвала и его положение. Нужен для общей синхронизации системы, расчета оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель заводится не будет. Это единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно. Аварии всех остальных датчиков позволяют своим ходом добраться до автосервиса.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — определяет массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой. При аварии датчика его показания игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — следит за температурой охлаждающей жидкости. Нужен для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели используется другой датчик.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового наполнения.

Датчик детонации — контроль детонации мотора. При обнаружении, блок управления двигателем включает алгоритм гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания. В первых системах впрыска применялся резонансный датчик детонации, но был заменён на широкополосный датчик.

Датчик скорости (ДС) — определение скорость движения машины. Используется при расчетах блокировки/возобновления топливоподачи при движении. Этот сигнал так же подается на приборную панель для расчета пробега. 6000 сигналов с ДС примерно соответствуют 1 км. пробега автомобиля.

Датчик фазы (ДФ) — определяет положение распредвала. Нужен для точной синхронизации по времени впрыска в системах с фазированным (последовательным) впрыском. При аварии или отсутствие датчика система переходит на попарно — параллельную (групповую) систему подачи топлива.

Датчик неровной дороги — для оценки уровня вибраций двигателя. Необходим для правильной работы системы обнаружения пропусков воспламенения, чтобы определить причину неравномерности (применяется с Евро-3).

Непосредственный впрыск

Появился не так давно, в 80 – 90 года прошлого века. Развитием активно занимались такие бренды как MERCEDES, VOLKSWAGEN, BMW и т.д.

Сокращение GDI (Gasoline Direct Injection) – впрыск непосредственно в камеру сгорания

Впрыск происходит по принципу фазированного типа, то есть каждая форсунка управляется отдельно. Зачастую они закреплены в рампу высокого давления (что-то наподобие COMMON RAIL), но бывают и отдельные элементы топливо подходит именно к каждой отдельно.

КАКОЕ ЗДЕСЬ ОТЛИЧИЕ – форсунки вкручиваются в сам блок двигателя и имеют непосредственное соприкосновение с камерой сгорания и воспламененной топливной смесью.

Воздух также подается через дроссель, далее по впускному коллектору – через клапана заходит в цилиндры мотора, после этого на цикле сжатия впрыскивается топливо, смешиваясь с воздухом и воспламеняясь от свечи. ТО есть смесь происходит непосредственно в двигателе, а не во впускном коллекторе, в этом то и кроется основная РАЗНИЦА!

ПЛЮСЫ. Топливная экономичность (может достигать до 10%), большая мощность (до 5%), лучшая экология.

МИНУСЫ. Нужно понимать форсунка находится рядом с воспламененной смесью, из этого вытекает:

• Сложная конструкция
• Сложное обслуживание
• Дорогой ремонт и профилактика
• Требование к качеству топлива (иначе банально забьется)

Как видите эффективно-технологично, но дорого обслуживать.

Лучше с ним, чем без него: зачем нужен и как проверить датчик положения распредвала

Иногда современные машины упрекают в избыточной сложности. Мол, можно было бы сделать и попроще. Вот, например, этот датчик. Можно же без него обойтись? Хватает же для нормальной работы двигателя датчика положения коленвала? Теоретически – да. Но, как говорил Маяковский, «Ведь, если звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно?». Нужно. И датчик положения распредвала тоже нужен.

ДПКВ и ДПРВ: что к чему?​

Я не зря вспомнил про датчик положения коленвала: его задача очень близка к той, которую решает датчик положения распредвала. Да и устроены они практически одинаково. Так зачем тогда нужен второй датчик, который наблюдает за тем, как крутится распредвал?

Было дело, когда моторы обходились и без него, полагаясь исключительно на данные датчика положения коленвала (ДПКВ). Всё было хорошо, но расход бензина в этом случае был заметно выше из-за попарно-параллельного режима впрыска топлива. То есть впрыск топлива проходил через две одновременно открытые форсунки. В одном цилиндре при этом топливо начинало работать (сгорать), а в другом расходовалось впустую. В век тотального озеленения моторов и буйства экологов такую растрату бензина терпеть было нельзя, и тогда в дополнение к ДПКВ появился датчик положения распредвала (ДПРВ). Алгоритм впрыска топлива изменился.

Теперь стала открываться только одна нужная форсунка – началась эпоха фазированного впрыска. Задача ДПРВ – дать понять блоку управления, что поршень в конкретном цилиндре подходит к верхней мёртвой точке, и сейчас туда надо брызнуть топливо через открытую форсунку. Остальные форсунки при этом открывать не надо.

Теоретически этот датчик не так важен, как ДПКВ. Основные функции выполняет как раз датчик положения коленвала. Он сам способен определить скорость вращения коленвала и его положение в момент времени – то есть определить фазы. И внезапный выход из строя датчика положения распредвала не так страшен, как отказ ДПКВ. Чаще всего мотор лишь перейдёт в попарно-параллельный режим впрыска топлива, но колом не встанет (о симптомах отказа ДПРВ скажу чуть ниже подробнее). Но точная синхронизация с неработающим датчиком распредвала будет уже невозможной, и его придётся менять. Не зря же ДПРВ часто называют датчиком фаз, хотя это не совсем точно.

Так что он собой представляет и как его проверить?

Брат-близнец

Тут опять нельзя не вспомнить про датчик коленвала: датчики распредвала конструктивно точно такие же. И они тоже могут быть оптическими, магнитными (индуктивными) и датчиками Холла. Последние – наиболее распространённые, о них и пойдёт речь ниже. Вкратце напомню, что такое эффект Холла.

Был такой учёный американский дядя, которого звали Эдвин Холл. Он работал в Гарварде и как-то задался вопросом: а можно ли как-то изменить сопротивление проводника в магнитном поле? После ряда экспериментов он выяснил, что при помещении проводников с постоянным током в магнитные поля появляются разности потенциалов. Это явление назвали эффектом Холла, а возникающую разность потенциалов – холловским напряжением. Эффект Холла применяется очень широко. Например, в электронных компасах смартфонов. Но нас интересуют датчики Холла, которые используют этот эффект. Эти датчики реагируют на приближение металла, изменяя напряжение на сигнальном проводе. В качестве металла, который нужно приблизить к датчику, используется всё тот же задающий диск или отдельный репер на распредвале. В общем, система почти та же, что и у ДПКВ того же типа.

Конструктивно датчик положения распредвала тоже не сильно отличается от датчика коленвала. Основная его деталь – это катушка, на которую после включения зажигания приходит постоянное напряжение от бортовой сети – 12 вольт (на самом деле чуть больше, но для простоты – 12). Третий провод датчика – сигнальный. По нему в ЭБУ возвращается в среднем 90-95% напряжения. В момент прохождения репера около датчика напряжение на сигнальном проводе падает до значения ниже, чем в половину вольта (на разных машинах по-разному, но в среднем – 0,2-0,5 В). Это и есть сигнал на ЭБУ. И он заметно точнее, чем сигнал от датчика положения коленвала, а в моторах с фазовращателями он вообще единственный, который может точно указать фазы. Что будет, если сигнал пропадёт?

Может, он, может, и нет

А будет всё просто: ЭБУ, пользуясь данными датчика положения коленвала, будет знать, когда поршни проходят верхнюю мёртвую точку. Но не будет знать, какой именно поршень к этой точке приближается. Чтобы мотор не заглох, ЭБУ отдаст форсункам команду переключиться с фазированного впрыска на попарно-параллельный. Работать мотор будет, но не в штатном режиме. Интересно, что неопытный водитель даже не всегда поймёт, что с ДПРВ случилась какая-то беда: Check Engine загорается не всегда, а потерю тяги новичок (в данном случае – не средство против шпионов и прочих либералов, а неопытный водитель) частенько просто не замечает. Он может и не заметить повышенный расход бензина.

В более тяжёлых ситуациях Check Engine, конечно, загорится. Тут всё понятно – диагностика всё покажет. Кроме того, могут появиться и совсем неприятные симптомы: неровная работа на холостых оборотах, рывки при наборе скорости, «троение», а иногда мотор может и заглохнуть. Пуск тоже может быть затруднён.

Периодически симптомы умершего ДПРВ проявляются только на повышенных оборотах, но это случается довольно редко.

К сожалению, весь этот набор неприятностей не может однозначно говорить об отказе датчика распредвала. С этими же симптомами может умереть, например, катушка зажигания или бензонасос. Или что-то ещё – уж очень эти симптомы размыты. Но ведь как-то найти неисправность датчика надо… Тогда ищем!

«. смотреть могут не только лишь все, не каждый может это делать»

Честно говоря, диагностика этого датчика – штука не очень простая. Но попробуем что-нибудь сделать.

Начнём с самого простого и очевидного приёма – подключения сканера. Ошибки могут быть разными: P0340 (нет сигнала определителя положения распредвала), P0341 (фазы газораспределения не совпадают с тактами ЦПГ), P0342 (низкий уровень сигнала в цепи ДПРВ), P0343 (высокий уровень сигнала от ДПРВ), P0339 (неверный сигнал от ДПРВ). Наиболее частая ошибка – просто отсутствие сигнала, P0340. Но эта рубрика не для тех, кто умеет пользоваться сканером – они и так всё знают. Поэтому мы пойдём своим путём – путём молотка, анализа и дешёвого мультиметра. Всё, как мы любим.

Итак, если нет сканера, самый простой способ проверки ДПРВ – это установка заведомо исправного датчика. Найти его на моторе обычно несложно (он стоит где-то с краю рядом с концом распредвала), снять – тоже. Но вот беда: мало у кого дома в кладовке лежит запасной ДПРВ. Поэтому думаем дальше.

Другой способ чуть сложнее, но тоже вполне рабочий – с замером напряжения на сигнальном проводе. Для этого лучше будет заточить щупы мультиметра до состояния игл, чтобы проткнуть ими изоляцию проводов. Сначала находим постоянные 12 вольт, которые идут после включения зажигания, потом ищем сигнальный провод. Для этого смотрим, где напряжение ниже. Если, например, на датчик идут два провода с напряжением 13,4 В, то на сигнальном будет приблизительно 12 (13,4х0,9). Если этого напряжения нет, можно поздравить себя с победой – датчик не работает, дело сделано. Если напряжение есть, ищем дальше.

Теперь надо проверить, реагирует ли датчик на репер (то есть на кусок железа). Снимаем датчик, но разъём не отключаем, потому что без постоянного питания он работать не будет. Теперь при включенном зажигании пытаемся возбудить этот датчик любым куском железа (гаечным ключом, молотком – любым железным предметом). Если во время того, как вы подносите железку к торцу датчика, напряжение на сигнальном проводе проседает до 0,5 В и меньше, датчик точно рабочий. Если нет, то он не работает. Скорее всего не работает, потому что точнее его нужно проверять осциллографом, которого, конечно же, под рукой нет. Впрочем, отсутствие падения напряжения при приближении железа говорит о неисправности ДПРВ достаточно точно, а кроме того, есть и другие способы проверки датчика с помощью мультиметра. Тут описан самый элементарный.

Что делать и кто виноват?

Способов существенно продлить жизнь датчику распредвала не существует. Он, как любая деталь из железа и пластика, имеет право на естественную смерть. Так что остаются только несущественные способы: стараться содержать моторный отсек в чистоте (грязь не жалеет проводку и разъёмы), а всё, что есть под капотом кроме датчика, – в порядке. Лишние вибрации, перегревы – всё это вредит любому датчику. Кстати, именно поэтому проверку ДПРВ лучше начинать с внешнего осмотра. Если у него лопнул пластиковый корпус или проводка к нему позеленела и рассыпается в руках, есть повод переживать.

Ремонтировать датчик бесполезно, его придётся только менять. И не надо себя успокаивать тем, что мотор как-то работает и без него: мотор в этом случае работает в нештатном режиме, а это не приносит ему пользы.

Напоследок – пара потенциальных причин, по которым даже исправный датчик работать не будет. Первая – это если на его торце на многолетние потёки масла попала какая-нибудь металлическая пыль или стружка. В этом случае сигнал от репера на распредвале будет искажаться или его не будет совсем. Вторая причина – это сам реперный (или задающий) диск. Если он каким-то образом люфтит на распредвале, зазор между ним и датчиком будет гулять. Сигнал в этом случае тоже будет пропадать.