От аналога к цифре

От аналога к цифре

01.08.2018 - 13:16 68
Приблизительное время чтения: 9 минут. Интересно, но нет времени читать?

Было бы наивно полагать, что общие веяния обойдут автомобильную промышленность стороной, особенно на фоне энергетических кризисов и постоянно ужесточающихся правил по чистоте выхлопа. Однако не надо думать, что до появления полупроводниковых технологий никто не пытался изменить статус-кво и усовершенствовать систему питания ДВС. Первая попытка заменить привычный карбюратор чем-то менее эмпирическим и более конкретным произошла уже в 1912 году, но сие были пока лишь экспериментальные разработки. А в серию впрысковый мотор пошел уже в 1937 году, причем, что интересно, впрыск был не распределенным, а сразу прямым и стал использоваться на авиационном моторе Daimler-Benz DB 601. Электроники там, конечно, пока не было, просто систему питания дизельного ДВС омологировали к бензину, а в остальном – чистая механика.

В 1950-х впрыск ставили уже на автомобили, правда, с двухтактным мотором, а вскоре новыми разработками заинтересовалась компания Bosch и к 1967 году сделала для земляков из «Фольксвагена» первую систему механического впрыска D-Jetronic. Забавно, что поводом к этому послужили именно строгие экологические требования еще тогда, поскольку автомобиль планировалось экспортировать в США, где по сравнению с Европой все всегда было намного серьезнее. В общем-то, развитие данных систем в дальнейшем и диктовалось ужесточающимися экологическими нормами, а не чем-то другим, поскольку производители карбюраторов сдаваться не собирались, тоже постоянно совершенствуя свой продукт.

Забавный факт, иллюстрирующий продукцию одной из карбюраторных икон, компании Weber: безумно дорогой суперкар McLaren F1, который считался самым быстрым в мире с 1993 до 2005 года, использовал 12-цилиндровый мотор BMW, модель MA 70, правда, расточенный до шести литров. В 1992 году на данном двигателе уже применялась предпоследняя система электронного впрыска – Motronic, однако англичане убрали впрыск и поставили четыре карбюратора Weber, поскольку именно они позволили выжать из мотора максимум того, на что тот был способен.

Но карбюраторы были обречены, так как впрыск, даже самый простой, показывал гораздо лучшие результаты в таких дисциплинах, как «экономия топлива» и «чистота выхлопа». Все эти мощностные характеристики и «теплый «ламповый» разгон» отошли на последний план, поскольку экологическое лобби стремительно набирало силу и влияние во всем мире. В 1980-х немцы порадовали мир очередным обновлением системы впрыска – K-Jetronic. Тут уже чистой механикой, рычажками и вакуумными мембранами обойтись было сложно, но попытка не пытка. Все равно появился электрический топливный насос, выдающий приличное давление, Расходомер же представлял собой совсем примитивную и во многом несовершенную конструкцию. Засасываемый в цилиндр воздух поднимал заслонку, которая рычажком была соединена с плунжером, открывающим топливный канал форсункам настолько, насколько было нужно в данный момент. С точностью количества топлива и воздухом пока ощущались серьезные проблемы, поскольку расходомер определял объем, а не массу воздуха. Плунжер добавлял погрешности, а постоянное высокое давление в системе плохо влияло на долговечность геометрии запорного клапана форсунки – иглы и седла, особенно когда в топливе присутствовал абразив. Ну а в России с абразивом в бензине все в порядке, поэтому форсунки начинали течь, сильно увеличивался расход топлива, и, соответственно, не до конца сгоревший бензин догорал в катализаторе, далее по списку. Пора было что-то менять.

Поэтому K-Jetronic подвергся сначала серьезной модернизации и изменил название на KE-Jetronic. KE-Jetronic стал значительно умнее, и, хотя постоянное давление, от которого эта система и получила название – kontinuierlich (непрерывный, нем.), никуда не делось, как и его довольно высокие показатели, но с созданием более точной топливной смеси стало получше, поскольку впрыск дополнительно подогрели электроникой, появился даже блок ЭБУ, пока еще примитивный, но свои функции на данной конструкции отрабатывающий полностью. Количество воздуха стало получаться измерять гораздо точнее, хотя по-прежнему мерили объем, а не количество. Но! Появились корректирующие датчики, которые позволяли блоку управления в процессе изменять соотношение топливовоздушной смеси. Датчик положения дроссельной заслонки и датчик кислорода дополнительно информировали ЭБУ о составе смеси, и в результате полученных сигналов количество воздуха и бензина соответственно корректировалось. Для оптимизации давления в топливном распределителе вместо механического обратного клапана стал использоваться электрический, дабы давление не менялось в процессе износа.

Очень интересная часть любой системы впрыска – MAF Sensor. К современному виду и аббревиатуре ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) он пришел, как вы понимаете, не сразу. О полностью механической конструкции было уже сказано выше, теперь обрисуем остальные вехи развития.

Итак, полностью механический блок воздушной заслонки вскоре пришлось переименовать в датчик объемного расхода воздуха, поскольку в Европе его дополнили потенциометром. Теперь рычажок, соединенный с воздушной заслонкой, двигал не плунжер напрямую, а контакт реостата, который, в зависимости от степени открытия заслонки, двигался по потенциометру, меняя таким образом напряжение, значение которого поступало на блок управления. Данные анализировались, и лишь после этого необходимое количество топлива попадало в двигатель. Так получалось намного точнее и эффективнее, и была возможность повлиять на процесс, воспользовавшись корректирующими показаниями датчиков дроссельной заслонки и кислорода. Так как при работе мотора возникает воздушная пульсация, дабы ответный контакт не прыгал туда-сюда по потенциометру, в конструкции применялся специальный демпфер.

А в далекой Японии с измерением объема (пока) воздуха решили совсем по-другому. Вездесущая компания Mitsubishi, которая поставляет электронику на 2/3 японских автомобилей, решила измерять объем прошедшего через датчик воздуха с помощью вихрей Кармана. Этот метод позволяет подсчитывать количество вихрей, образующихся после прохода воздушного потока через препятствие с острыми кромками. Каковы плюсы? У датчика нет движущихся частей, подверженных износу. Ведь токопроводящее покрытие потенциометра рано или поздно стирается, и датчик начинает выдавать некорректные данные. Тут такого нет. Есть и минусы – конструкция довольно сложная и дорогая. Изначально подсчет вихрей осуществлялся с помощью ультразвуковых передатчика и приемника, позже стала использоваться нагретая нить, по пульсациям температуры которой и определялось количество вихрей.

Идея использовать тонкую нагретую металлическую нить в расходомере была в своем роде прорывом, позволяющим вывести необходимые измерения на более высокий уровень, но не будем забегать вперед.

L-Jetronic, или электронный впрыск, почти ровесник механического, однако уже в ранних модификациях он превосходил по ряду параметров привычный K и даже KE-Jetronic. Форсунки теперь открывались не давлением, а электроникой, в результате само давление в системе получилось снизить более чем в два раза, а распылители форсунок с запорными иглами, если исходить из чистого времени, работали меньше. К тому же удалось избавиться от дозатора топлива. Меньше давление, меньше время работы, соответственно, меньше и износ, а значит, наработка на отказ выше. Пока еще L-Jetronic использовал те же датчики и по-прежнему мерил объем, а не массу всасываемого воздуха, но важное обновление системы было уже не за горами.

Вскоре расходомер научили измерять не объем, а массу всасываемого воздуха, и тот наконец стал называться привычно – ДМРВ или MAF Sensor. В качестве исполнительного элемента использовалась тоненькая платиновая проволока, разогретая до высоких температур. Набегающий воздух охлаждает раскаленную нить, а для восстановления стандартной температуры ЭБУ подает на нее определенную мощность, разную в зависимости от интенсивности воздушного потока. Таким образом считывается сигнал, обычно напряжение с выходного датчика, но некоторые ДМРВ, производства, например, GM или Mitsubishi, измеряют не напряжение, а частоту выходного сигнала. Позже платиновую нить заменили на более износостойкую, из керамических композитных материалов. Но масса воздуха напрямую зависит от давления и температуры, причем довольно серьезно, соответственно, дабы точно измерить этот параметр, LH-Jetronic (теперь эта система называлась так) пришлось дополнить еще двумя датчиками – атмосферного давления и температуры на входе. Естественно, каждый из них имел погрешность, но вкупе с корректирующими датчиками – дроссельной заслонки и кислорода – удавалось создать почти идеальную смесь для каждого конкретного случая.

Стоит вспомнить еще один довольно поздний вариант, Mono-Jetronic. Единственный его плюс – дешевизна, в остальном сплошь минусы, хотя эта система всегда без особых проблем укладывалась в токсические нормы Евро-2, актуальные на тот момент: конец 80-х – начало 90-х годов. Европейцы, обычно немцы, использовали моновпрыск на моторах малого объема – до 1,8 литра. Ярчайший и самый распространенный представитель ДВС с такой системой – фольксвагеновский RP, который ставился на самые популярные модификации «Пассатов» того времени. Однако за океаном свои объемы, поэтому GM ничтоже сумняшеся применял на своих двигателях архитектуры V8, тоже моновпрыск. Подобный мотор при выходе из строя одного из датчиков способен был отравить своим ядовитым выхлопом атмосферу стандартного московского дворика даже на холостых оборотах и за очень короткий срок. Главное отличие моновпрыска – отсутствие MAF Sensor. ЭБУ готовит топливовоздушную смесь на основании показаний датчиков положения дроссельной заслонки и оборотов коленвала (снова новинка!). Датчики давления и температуры всасываемого воздуха также остались в игре. Точность измерений, конечно, пострадала, но по соотношению цена/качество на тот момент моновпрыск являлся неплохим вариантом.

Но новые времена диктовали новые правила – экологи пошли вразнос, и, дабы дополнительно улучшить характеристики мотора, одновременно уменьшив его аппетит, была разработана система Motronic, на которую теперь повесили не только приготовление точной рабочей смеси, но и управление зажиганием. Новые обязанности – новые электронные датчики, тут все без вариантов. ДВС обзавелся датчиком коленвала уже на постоянной основе, добавился и датчик распределительного вала. Теперь ЭБУ сам решал проблемы – в какой момент подавать искру, а, дабы не переборщить с опережением зажигания, мотор укомплектовали еще одним датчиком – детонации. Knock sensor теперь держал угол опережения зажигания чуть меньше угла возникновения детонации при любом режиме работы двигателя. Очень удобно: заправился 92-м вместо 95-го или залил в бак бензин ненадлежащего качества – и ничего не случилось. Не надо прислушиваться к мотору, крутить трамблер, тем паче его теперь и нет, остались только катушки на каждой свече. В общем, с точки зрения удобства эксплуатации момент положительный.

С возникновением каждой новой системы также приходится добавлять контролирующий датчик и нагружать блок управления соответствующими функциями. Появились двигатели с фазовращателями на впускном валу? Получите еще один датчик контроля положения шестерни впускного распредвала. Фазовращатель еще и на выпуск? Плюс еще один датчик, управление наддувом, еще один и так далее. При совершенствовании систем впрыска и управления зажиганием зачастую появляются иные либо дополнительные функции, так что надеяться на стандартизацию не приходится. Появился Di-Motronic с азиатскими аналогами? Часть датчиков поменяла функции и принципы работы. Начиная с LH-Jetronic, системы впрыска самотестируются, но не всегда есть возможность вот так, в лоб, определить неисправность, поэтому обычно современные автомобили снабжены шиной, к которой можно подключить диагностическое оборудование. С точки зрения удобства стало, безусловно, лучше, поскольку электроника – вещь достаточно надежная, однако теперь отремонтировать автомобиль без диагностического оборудования и соответствующих программ стало практически невозможно, поскольку с механики все системы управления переведены на электронику, таковы веяния времени и с этим ничего не поделаешь, впрочем, подавляющее большинство пользователей сие устраивает, а значит, развитие идет в правильном направлении.  


Посмотрите похожие материалы: