Адаптация топливно-воздушной смеси в современном дизельном двигателе происходит с учетом целого спектра параметров и процессов, которые в данную миллисекунду времени происходят не только в ТНВД, насосах, турбине (турбинах) и магистралях топливной системы, но и в каждой отдельно взятой форсунке, каждого отдельно взятого цилиндра.

И это — не преувеличение.

Предыстория вопроса

Начнем с того, что эта самая адаптация, а если более широко говорить, то — коррекция, корректировка состава смеси требуется и бензиновому, и дизельному двигателю, и даже мотору, который работает на природном газе. Дело в том, что в процессе естественной эксплуатации и вследствие запрограммированного износа все первоначальные параметры системы со временем изменяются. Например, в бензиновых моторах топливопроводы, насосы, инжекторы и, наконец, самое главное — форсунки, «замасливаются» смолами, и их проходные калиброванные отверстия уменьшаются. В дизельных системах наоборот — калиброванные отверстия «разбиваются», становятся больше, потому что мощным давлением (около и за 2 000 бар) и механическими микрочастицами (серы) — металл буквально «изгрызается».

В дизельных топливных системах первых поколений и при этом многие десятилетия — великое изобретение великого Рудольфа Дизеля работало вообще без каких-либо корректировок и адаптаций. Сжали топливовоздушную смесь в двадцать раз, взорвалось и — поехали! Однако в современных дизелях вся порция впрыскиваемого топлива не детонирует одномоментно, сегодня производится так называемый пред-впрыск, а в некоторых двигателях «практикуют» и два, и больше предварительных впрысков топлива, отсюда и уменьшение шумности работы современных дизелей, и более высокая их эластичность. А главное — все эти инженерные ухищрения были направлены на экономию, а позже человечество задумалось еще и об экологии. Ведь раньше было как, цитата: «…полтонны в багажник, педаль газа в пол, да еще и под гору, а там бортовой компьютер сам всё откорректирует и адаптирует».

Мифы и легенды остались в прошлом, и сегодня без соответствующего программного обеспечения и «правильного» компьютера — никак. Причем слова «правильный» и «соответствующий» являются ключевыми. Универсальность тут скорее навредит.

Главная задача адаптации

Адаптация, в первую очередь, — это достижение строгих норм по токсичности, дымности (количеству сажи) и концентрации NOx в выхлопе. Легковые дизели поколения до Евро-3 никакими возможностями по адаптации наделены не были, так как конструктивно отсутствовала обратная связь по составу выхлопных газов в виде датчика кислорода, а механические ТНВД распределительного типа (даже с электронным управлением) в принципе не могли корректировать количество впрыскиваемого топлива отдельно для каждого цилиндра.

С введением норм Евро-4 потребовалось существенно уменьшить количество сажи в выхлопе. Как это было сделано? Увеличили давление впрыска для того, чтобы на выходе из распылителя капельки топлива получались как можно меньше. И тут нужно объяснить, как вообще происходит горение в дизельном ДВС. И оно весьма сильно отличается от процесса горения в бензиновом двигателе, хотя, казалось бы, и там, и там происходят одинаковые химические реакции окисления углеводородов кислородом. В бензиновом ДВС к моменту образования искры бензин в цилиндре уже полностью испарён — причем, на отдельные молекулы — и равномерно перемешан с воздухом. Фронт пламени от искры равномерно распространяется от молекулы к молекуле от свечи к стенкам цилиндра.

В дизеле — по-другому. К моменту прихода поршня в ВМТ на такте сжатия форсунка начинает открываться и разбрызгивает топливо. А дизельное топливо, в отличие от бензинового, плохо испаряется, поэтому тут сложнее получить «нормальную» гомогенную, т.е. молекулярную, смесь топлива и воздуха. И здесь происходит следующее: струя топлива, вырываясь под большим давлением из распылителя форсунки, дробится на мелкие капельки, которые, попадая в нагретый от сжатия воздух, начинают воспламеняться. Вот тут и кроется ключевой и отличительный момент: капля дизтоплива горит только снаружи, т.е. в реакции горения участвует только верхний слой углеводородов капли, а ядро — не горит, поскольку не соприкасается с кислородом. И именно это, не прореагировавшее ядро капли топлива, и есть — сажа! Тот самый черный дизельный выхлоп.

И от сажи никуда не деться, поскольку испарить дизтопливо до отдельных молекул на очень коротком отрезке времени впрыска в цилиндр принципиально невозможно. В свое время, увеличив давление впрыска с 300-500 бар до 1500, конструкторы уменьшили диаметр капель и тем самым уменьшили диаметры частиц сажи, а следовательно — и ее количество.

Следующий способ уменьшить «сажеобразование» — это строгое соответствие количества топлива, впрыскиваемого в каждый отдельный цилиндр каждой отдельной форсункой. Процесс промышленного производства форсунок не обеспечивает абсолютно одинаковых значений их пропускной способности, поэтому после производства все форсунки проверяют на актуальную топливоподачу. Отклонения от нормы кодируются на корпусе форсунке, чтобы потом после ее установки на двигатель этот код был введен в память ЭБУ, и тот знал, какую поправку для данной форсунки использовать для расчета количества впрыска.

Кроме того ЭБУ (электронные блоки управления) современных дизелей способны определять отклонения рабочих характеристик (из-за процессов старения и износа) — и для датчиков расхода воздуха, и регуляторов давления топлива, и для датчиков давления топлива. Эти отклонения затем компенсируются поправочными значениями, которые накапливаются в памяти ЭБУ. Это называется самообучением. И если мы меняем какой-то датчик на новый, то электронному блоку нужно «сказать» об этом, сбросив данные обучения до исходных значений. Если этого не сделать, то система продолжать работать будет, однако токсичность однозначно увеличится.

Если взять двигатель далеких «евро-ноль» с пробегом пусть не к миллиону, а даже хотя бы за 300 тыс км, то какие могут быть адаптации, если, компрессия в цилиндрах разная, датчики стоят б/у с разборки, форсунки с затертыми кодами неоднократно тасовались между собой и зачастую установлены с другого двигателя. Однако владельцу современного дизельного мотора — адаптация датчиков, исполнительных механизмов и ввод кодировки форсунок критически нужны и важны!

Существует мнение, что якобы одной из первых компаний, которая внедрила кодирование и коррекцию данных для системы с разными рабочими давлениями чуть ли не в каждом цилиндре и в каждой форсунке, является компания Delphi. Это не совсем так. При наличии жесткой конкуренции тех же результатов (и в те же годы) достигли и Denso, и Bosch, и другие гранды мирового автомобиле- и моторостроения — BMW, Mercedes-Benz, Porsche (группа компаний Volkswagen), Volvo…

А теперь если забыть все те умные слова, которые были написаны выше, и разложить все по понятным полочкам, то получится следующее.

Процессы и процедуры

Адаптация топливовоздушной смеси происходит при изменении следующих исходных параметров:

— при изменении давления топлива;

— при изменении атмосферного давления (например, в горах или в течение суток);

— при подсасывании воздуха вследствие потери герметичности системы;

— при пульсации давления топлива в процессе его подачи к компонентам системы;

— при изменении температуры охлаждающей жидкости и всего двигателя;

— при скачках и изменениях напряжения в бортовой сети автомобиля…

…а также адаптация осуществляется в зависимости от инженерной сложности системы:

— от температуры воздуха во впускном коллекторе;

— от положения дроссельной заслонки;

— от состава отработанных газов;

— от нагрузки на двигатель в конкретный момент работы по количеству воздуха, поступающего в его цилиндры (определяется датчиком расхода воздуха);

— от частоты вращения коленчатого вала двигателя (определяется датчиком положения коленвала);
— от скорости автомобиля (определяется датчиком скорости)… и так далее, и так далее, и так далее…

На эффективность современной топливной системы, причем не только дизельной, но и бензиновой, и газовой, «работает» целый дивизион устройств:

— кислородный датчик (спецам известен как Oxygen Sensor);
— датчик обедненной смеси (называется Sensor Lean Mixture);
— датчики состава смеси топлива и воздуха (Air/Fuel Ratio Sensor);
— датчик содержания в выхлопе NOx2 и многие другие…

И вот как тут без специалиста?

Маленькие хитрости мотористов и электронщиков

Как рассказывают сами сервисмены, систему (якобы) можно обмануть вот, например, каким образом. При присоединении компьютера к автомобилю, тот сообщает программисту (мотористу, механику): «Вы заменили оборудование?» или «Замените оборудование». Речь может идти о форсунке или форсунках, о турбине или турбинах, которые на самом деле заменены не были, однако в процессе той самой естественной эксплуатации свои стартовые параметры растеряли. Поэтому в ответ компьютеру следует сказать: «Да, устройство было заменено», — и система отрегулирует, откорректирует, адаптирует и отъюстирует.

…и в подобных случаях обращаться лучше всего — к профессионалам.

Сергей Жебаленко,

автомобильный инженер, журналист