Системы управления бензиновыми двигателями. Характерные неисправности.

Классификация

Условно неисправности можно разделить на такие случаи:

1. Выход из строя датчика и/или исполнительного механизма по естественным причинам – скажем, износ. При этом блок управления «видит» эту неисправность, сигнализирует о ней соответствующим кодом ошибки и реагирует так, как заложено производителем в его алгоритм работы.
2. Выход из строя датчика и/или исполнительного механизма по причинам «извне» – когда блок управления также сигнализирует о выходе узла из строя, изменяет режим работы в соответствии с алгоритмом для подобной неисправности, но выход данного элемента из строя является лишь следствием другой неисправности, зафиксировать которую блок управления не в силах. То есть фактическая причина поломки – совсем не в этом.

Такая ситуация довольно типична, и в силу этого, прежде чем принимать решение о замене неисправного элемента, необходимо уточнить причину возникновения данной проблемы – иначе нет гарантий того, что после замены новый элемент не выйдет из строя. Либо согласовать с клиентом, кто несет финансовую ответственность за этот шаг, объяснив потенциальные риски.

В данной ситуации весьма полезно иметь заведомо исправный аналогичный датчик/исполнительный механизм, но эта мера скорее осталась где-то в прошлом – с учетом современной широкой номенклатуры изделий наличие такого количества разных датчиков, как правило, могут позволить себе либо дилерские СТО (у которых, впрочем, такая процедура вряд ли предусмотрена регламентом), либо сервисы, специализирующиеся на конкретной марке и едва ли не на конкретной модели.

Независимо от причин возникновения любая неисправность системы управления ведет к тому, что смесь неправильно формируется и/или неправильно сгорает, приводя к неэффективной работе двигателя и дискомфорту водителя.

Отдельно стоит сказать о том, что существуют также неисправности цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма, то есть сугубо «механические» проблемы, из-за которых двигатель также будет работать некорректно, а блок управления в ряде случаев может воспринять это и как неисправность какого-то из устройств системы управления.

В целом эти ситуации также можно разбить на классы:

1. В силу некорректной работы датчиков блок управления неправильно формирует смесь. Например, из-за неправильных показаний расходомера воздуха форсунки открываются на меньшее время, из-за чего смесь получается обедненной, приводя к понижению мощности. Или из-за неправильной работы датчика положения коленчатого вала.
2. Из-за неправильной работы исполнительных механизмов подается не то управляющее воздействие, которое планировалось. Самый прямой пример – неисправность катушки зажигания, когда в отдельных режимах искра не формируется, что приводит к пропускам зажигания. Или забитость топливных форсунок отложениями, приводящими к неправильной форме факела распыла и снижению производительности форсунки (то есть уменьшению количества топлива, проходящего через открытую форсунку в единицу времени).
3. Неисправности сугубо «механического» порядка. Когда со всеми датчиками и исполнительными механизмами полный порядок, но вмешивается внешний относительно системы управления фактор. Например, негерметичность впускного коллектора на участке между расходомером воздуха и цилиндрами приводит к ситуации, когда из-за неучтенного воздуха во впуске смесь получается обедненной, хотя расходомер показал совершенно верное количество прошедшего через него воздуха, блок управления совершенно правильно рассчитал нужную порцию топлива, форсунки распылили именно такое количество топлива, но двигатель не развивает заданную мощность и из выхлопной трубы валит черный дым.

Сюда же можно отнести неисправности цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма. Собственно, последний настолько жестко связан с системой управления, что сложно отнести его к чистой «механике».

Типичные проблемы

Здесь хотелось бы пройтись по основным узлам «типичной» системы управления и озвучить алгоритм неисправности в каждом случае. Следует понимать, что данное описание носит скорее академический характер и в случае работы с конкретным автомобилем необходимо в первую очередь обращаться к технической документации от производителя. Мы же лишь рассматриваем принципиальные механизмы воздействия неисправностей на работу двигателя.

1. Блок датчиков, непосредственно влияющих на смесеобразование и присутствующих в любом автомобиле с электронно управляемым впрыском. Это датчик массового расхода воздуха (или датчик давления во впуске), датчик температуры всасываемого воздуха и датчик температуры охлаждающей жидкости.

По этим датчикам, как и по любой цепи, контролируемой блоком управления, может быть выявлена «фатальная» неисправность – обрыв (отсутствие сигнала), замыкание на плюс, замыкание на минус, выход сигнала за пределы допустимого диапазона.

В случае обнаружения такой неисправности блок управления формирует соответствующий код неисправности и до устранения данной проблемы начинает игнорировать показания данного датчика, либо подставляя некие расчетные значения, заложенные в блок управления производителем (для некоего «среднего» случая), либо рассчитывая необходимый параметр, исходя из данных от датчиков, оставшихся работоспособными. В обоих случаях полученные данные будут менее точны, чем если бы датчик остался рабочим. Это приведет к снижению характеристик, но позволит автомобилю передвигаться.

Другой случай неисправности – завышенные или заниженные показания датчика, остающиеся, тем не менее, в пределах допустимого диапазона. Этот случай чаще всего не выявляется блоком управления, если датчик не продублирован или по своему функционалу не является источником обратной связи по какому-то исполнительному механизму, как, например, потенциометр дроссельной заслонки – для электронного дросселя.

Описываемые датчики как раз обратной связью не являются, и подобное искажение показаний для блока управления останется незамеченным. В самом деле, если датчик температуры воздуха во впуске постоянно выдает значение, соответствующее температуре 30 градусов, как блоку управления определить, что там на самом деле все 60? Никак. В соответствии с этим будет считаться, что воздух поступает холоднее, чем на самом деле, и топлива будет подаваться больше, что приведет к переобогащению смеси.

На современных двигателях, как правило, датчиков больше. Скажем, датчик температуры охлаждающей жидкости, как правило, есть и в корпусе термостата, и в радиаторе. Понятно, что друг друга они не дублируют, но блок управления, видя, например, слишком существенную разницу между температурой в термостате и радиаторе, как минимум сообщит об этом водителю.

1. Отдельно хотелось бы рассмотреть отказы датчиков кислорода в выпускном тракте по той причине, что в современных моторах их как минимум два. Первый расположен перед каталитическим нейтрализатором выхлопных газов и служит для блока управления обратной связью, позволяя более точно формировать смесь и обеспечивать наиболее верный режим работы двигателя при заданных условиях. Отказ данного датчика приводит к тому, что блок управления начинает формировать смесь в соответствии с заранее записанными производителем табличными значениями.

Второй лямбда-зонд расположен за катализатором и служит для оценки эффективности работы катализатора. Непосредственно на формирование топливовоздушной смеси он не влияет, но при его отказе блок управления формирует код ошибки, сообщающий о неэффективной работе каталитического преобразователя. Как правило, существенного влияния на характеристики двигателя это не оказывает, и зачастую автовладельцы ездят с этой ошибкой без каких-либо последствий. Тем не менее надо понимать, что это уже в любом случае не штатный режим работы автомобиля, и по возможности такие проблемы тоже лучше устранять.

1. Блок датчиков, отвечающий за синхронизацию всех процессов в двигателе. Имеются в виду датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) и датчик положения распределительных валов.

Показания этих датчиков являются точкой опоры для всей работы системы управления, так как без них просто непонятно, в какой момент впрыскивать топливо, а в какой – подавать искру на свечи.

Неисправности этих датчиков, собственно, аналогичны неисправностям из предыдущего пункта.

В случае отсутствия сигнала с датчиков блок управления сформирует код ошибки и перейдет в режим работы, соответствующий данной ошибке. Для ДПКВ этот режим чаще всего называется «мотор не заводится» в силу озвученных выше причин. Для датчика положения распредвалов – в зависимости от конкретного двигателя.

В любом случае в первую очередь здесь необходимы инспекция проводки и проверка осциллографом наличия сигналов с соответствующих датчиков.

Второй вариант – когда сигнал с датчиков искажен. При искажении формы сигнал с датчика может быть неправильно оцифрован блоком управления, вследствие чего часть импульсов может быть потеряна или, наоборот, из-за лишних шумов при оцифровке могут появиться «лишние» импульсы, что приведет к расхождению реального положения коленвала и расчетного, по которому блок управления рассчитывает момент впрыска и зажигания.

1. Датчик детонации. В случае выявленного обрыва цепи блок управления ограничивает угол опережения зажигания в пределах, гарантирующих минимальную вероятность возникновения детонации, что приводит к существенному снижению развиваемой мощности. Естественно, сохраняется соответствующий код неисправности. В случае если обрыва цепи нет, но датчик не сигнализирует о наличии детонации, сам факт детонации будет отлично слышен и без дополнительных приборов.
2. Катушки и свечи зажигания. Эта неисправность является классической, и подробно описывать тут практически нечего. Пропуски зажигания диагностируются блоком управления однозначно. «Рассмотреть» проблему искрообразования поможет осциллограф, главное, чтобы он имел опцию работы с катушкой зажигания, расположенной на свече (coil-on-plug), так как высоковольтных проводов в современных машинах не найти.
3. Топливные форсунки. Типичная проблема с топливными форсунками, особенно в условиях изобилия некачественного бензина, – отложения, засоряющие выходные отверстия форсунок. Это приводит, во-первых, к ухудшению формы факела распыла (что, в свою очередь, приводит к плохому смешиванию топлива с воздухом), а во-вторых, к снижению производительности форсунки, вследствие чего фактически подается меньше топлива, чем рассчитано блоком управления. Из-за этого смесь получается обедненной, приводя к понижению выдаваемой двигателем мощности.

Кроме того, возможен обрыв или КЗ обмотки форсунки – об этом двигатель также незамедлительно сообщит. Впрочем, при этом топливо не будет подаваться в соответствующий цилиндр, а «троящий» двигатель водитель ощутит моментально.

На системах с непосредственным впрыском из-за высокого давления в магистрали и необходимости осуществлять впрыск за меньшее время, нежели в системах MPI, топливные форсунки управляются повышенным напряжением (обычно в диапазоне 60–100 В). Поэтому в составе системы управления есть силовой блок драйверов форсунок, принимающий на вход слабые «логические» сигналы от блока управления и формирующий на выходе управляющий сигнал с необходимыми уровнями напряжения и мощностью.

Довольно типичная проблема для старых Mitsubishi с системой GDI – выход из строя этого блока драйверов из-за неудачного конструктивного решения – массивные конденсаторы не были защищены от вибраций и держались только на своих выводах, которые со временем надламывались.

1. Подсистема управления дроссельной заслонкой. В современных автомобилях дроссель управляется электроникой. Педаль акселератора напрямую не связана с дроссельной заслонкой, а приводит в движение потенциометры, сообщающие блоку управления о положении педали. В соответствии с показаниями этих потенциометров блок управления подает управляющие импульсы на электродвигатель, управляющий положением заслонки. Датчик положения педали акселерометра непременно продублирован, поэтому при выходе одного из них из строя это сразу будет выявлено блоком управления. В этом случае будет зарегистрирована неисправность, и блок управления, скорее всего, перейдет в аварийный режим с ограничением оборотов двигателя и максимально развиваемой скорости.

Положение дроссельной заслонки блок управления выявляет по показаниям отдельных потенциометров, расположенных на валу самой заслонки. Они продублированы аналогичным образом, и отказ одного из потенциометров будет выявлен точно так же.

Кроме того, возможен и отказ самого электродвигателя, управляющего заслонкой. Проблема может быть выявлена по разнице между заданным положением заслонки и показаниями датчиков ее положения. Кроме того, в ряде систем может быть определен рост тока в обмотке электродвигателя, что также является сигналом о проблемах с приводом.

В случае отказа, как правило, специального аварийного режима не вводится. Если заслонка осталась («заклинила») в закрытом положении, завести автомобиль не получится. Если она осталась в полуоткрытом положении, автомобиль, вероятнее всего, заведется и будет работать на оборотах, соответствующих тому, сколько воздуха пропускает через себя заслонка в данном положении.

1. Помимо «основного» дросселя, в составе двигателя могут быть дополнительные дроссельные заслонки, перекрывающие только часть впускных каналов. Они служат для управления режимом потока воздуха. При открытых заслонках поток воздуха ламинарный – без завихрений. При закрытых – турбулентный, так как увеличивается его скорость. В зависимости от требуемого режима работы двигателя блок управления переставляет эти заслонки в необходимое положение. Для этого есть исполнительный механизм (электродвигатель или пневмоклапан) и потенциометр, сообщающий о положении заслонок. В случае расхождения заданного и фактического положения заслонок блок управления также сохраняет ошибку и начинает работать «как есть». Это не является фатальным режимом для двигателя, но чаще всего наблюдается существенное ухудшение характеристик – мощности, тяги и так далее.
2. Датчик положения педали сцепления. В случае если по его показаниям педаль сцепления «постоянно выжата», не работает режим, смягчающий толчки и дерганье при резком сбросе газа без выжима сцепления, происходит классическое «торможение двигателем». В случае «постоянно отпущенной» педали сцепления возможен останов двигателя при движении накатом с выжатым сцеплением – блок управления считает, что двигатель приводится в движение колесами автомобиля, в то время как на самом деле связи между колесами и двигателем нет.
3.  Подсистема управления давлением в топливной магистрали для систем с непосредственным впрыском. Давление в магистрали постоянно создается топливным насосом высокого давления (ТНВД), имеющим механический привод от распределительного вала через толкатель. А управляется давление открытием/закрытием регулирующего клапана, сбрасывающего излишки топлива на вход топливного насоса высокого давления. Момент и длительность открытия/закрытия данного клапана определяются блоком управления, исходя из показаний датчика давления, таким образом, чтобы поддерживалось именно то давление, которое необходимо в данный момент.

В случае полного отказа датчика давления включается аварийный режим в соответствии с алгоритмом, определенным производителем. Возможна работа вообще без высокого давления в системе, только на том давлении, которое создает подающий топливный насос низкого давления.

В случае искажения показаний датчика давления топлива фактическое давление в магистрали будет выше или ниже (в зависимости от того, в какую сторону искажены показания), что приведет к неправильному формированию топливовоздушной смеси из-за неправильной длительности открытия форсунок.

Отказ регулирующего клапана выявляется блоком управления в любом случае. Либо это обрыв/короткое замыкание цепи, либо «зависание» клапана в одном из положений по какой-то механической причине. В любом случае блок управления сразу же «видит», что заданное давление существенно отличается от того, которое показывает датчик, и сигнализирует об этом, формируя ошибку.

От фатального превышения давления систему (в случае отказа электронного регулирующего клапана в закрытом положении) охраняет механический клапан, который сбрасывает давление в случае достижения определенной величины. Обычно эта величина составляет ориентировочно 140–200 бар. В этом случае система, как правило, также переходит в аварийный режим, ограничивая максимальные обороты двигателя.

Кроме того, проблема разницы фактического и заданного давлений может быть вызвана износом самого ТНВД или его толкателя. Износ толкателя ТНВД, в свою очередь, может привести к износу кулачка на распределительном валу, что существенно увеличит стоимость ремонта.

Еще одной потенциальной причиной может служить недостаточное количество топлива на входе ТНВД. За это отвечает подающий топливный насос, который также подвержен износу и утере рабочих характеристик. В зависимости от конкретной системы давление в топливной магистрали низкого давления может контролироваться отдельным датчиком (тогда эта проблема также станет известна блоку управления, а значит, и диагносту), а может и не контролироваться – в этом случае необходима проверка с помощью обычного топливного манометра.

В современных системах подающий топливный насос очень часто имеет собственный блок управления, задача которого – обеспечить подачу четко заданного количества топлива. На вход блоку управления подается сигнал ШИМ, где скважность сигнала соответствует требуемому количеству топлива, а на выходе блока управления – соответствующий уровень напряжения, подаваемого на сам топливный насос.

Неисправности этого участка топливоподающей системы могут быть следующими:

• отказ подающего топливного насоса;
• отказ блока управления подающего бензонасоса – в этом случае на топливный насос не будет подаваться питающее напряжение;
• отсутствие управляющих сигналов ШИМ на входе блока управления подающим насосом – это может быть вызвано проблемами с проводкой или выходом из строя центрального блока управления.

Исходя из вышесказанного, ясно, что любые ошибки по рабочему давлению в системе требуют достаточно скрупулезной проверки.

1.  Частный случай неучтенного воздуха во впуске – отказ клапана системы рециркуляции паров топлива. Поскольку данный клапан не имеет обратной связи, может случиться ситуация, когда он заклинит в открытом положении. Блок управления будет считать его закрытым и рассчитывать состав смеси, не учитывая воздух, поступающий через данный клапан. Это приведет к обеднению смеси и соответствующим проблемам.

Проверить наличие данной проблемы можно как снятием клапана с последующей проверкой его в снятом положении, так и с помощью более универсальной процедуры – опрессовки дымом. Второй вариант предпочтительнее, так как в этом случае могут быть выявлены и другие негерметичности в системе.

1.  Еще один случай неучтенных примесей – заклинивший в аналогичном положении клапан системы внешней рециркуляции выхлопных газов (EGR). Проблема полностью аналогична предыдущей, за двумя исключениями:

• подается не воздух, а инертные отработавшие газы;
• в предыдущем случае подсос воздуха незначительный и обусловлен только разрежением во впускном коллекторе. В данном же случае отработанные газы буквально «заталкиваются» во впускной коллектор (их выталкивает поршень в ходе такта выпуска), что приводит к значительному увеличению неучтенных примесей, а значит, к большему обеднению смеси и более существенному снижению мощности.

В отличие от предыдущей системы EGR диагностировать несколько проще. Визуальные и механические проверки все равно необходимы, нагар, грязь, механическая неисправность привода клапана – все это возможно. Но и в блок управления «зашиты» серьезные возможности самодиагностики данной системы, так что, скорее всего, проблема будет выявлена блоком управления и обозначена кодом ошибки, может быть, и не говорящим о конкретной неисправности, но уж точно ведущим диагностическую мысль в сторону данной системы.

1.  Еще одна важная система – управление фазами газораспределения.

Проблемы с этой системой заключаются в разнице фактического и заданного положения распределительных валов. Данные ошибки чаще выявляются блоком управления в ходе штатной работы – по совокупности показаний датчиков положения коленвала, распредвалов и управляющих воздействий на гидравлические клапаны, управляющие смещением фаз. Однако некоторые сочетания положений фаз могут проявляться в ходе штатной эксплуатации крайне редко или не проявляться вообще, поэтому в блоке управления предусмотрена специальная диагностическая процедура, активизируемая с помощью сканера. В этом случае необходимо, согласно указаниям диагностической программы, «погонять» двигатель на разных оборотах, чтобы выявить все ключевые положения распредвалов и наличие разницы между заданным и фактическим положением.

По причине достаточно сильно различающихся реализаций этой системы у разных производителей, сильно различаются и процедуры проверки у автомобилей разных марок.

В любом случае наличие ошибки по данной системе далеко не всегда сигнализирует о проблеме с самой системой изменения фаз – это может быть, например, и попросту износившийся привод газораспределительного механизма.

В заключение

Как уже говорилось, любой отдельно взятый двигатель имеет свои особенности, которые невозможно перечислить в рамках обзорной статьи. В силу этого нельзя сформулировать и конкретный алгоритм поиска неисправности, особенно для «двигателя вообще». Цель данного материала – озвучить некие типовые случаи неисправностей и реакцию на них систем управления, а конкретная и наиболее полная информация представлена исключительно в документации от производителя. Несмотря на то что главным инструментом диагностики по-прежнему остается голова диагноста, в современных условиях не менее важно наличие технической документации и диагностического сканера – не в качестве «компьютера, который сам найдет неисправность», но в качестве инструмента, позволяющего получить необходимую информацию.