Система питания карбюраторных двигателей

• Датчики положения;
• Датчики скорости;
• Датчики давления, включая некоторые типы датчиков детонации;
• Датчики температуры;
• Лямбда-датчики;

Большинство систем управления контролирует следующие  параметры:

• Положение коленчатого вала;
• Положение распределительного вала;
• Положение дроссельной заслонки;
• Положение педали газа (тормоза, рычага КП);
• Частоту вращения коленчатого вала;
• Скорость автомобиля (по частоте вращения первичного вала коробки передач или иным способом);
• Расход воздуха;
• Давление воздуха во впускном трубопроводе;
• Давление масла в системе смазки;
• Уровень детонации;
• Температуру охлаждающей жидкости;
• Температуру входящего воздуха;
• Температуру масла в системе смазки;
• Температуру топлива;
• Относительное содержание кислорода в отработавших газах;
• Напряжение в бортовой сети и аккумуляторной батарее;
• Другие параметры.

Датчики положения определяют положение «подвижного элемента» (вала, поршня, заслонки, педали газа или тормоза, переключателя и т.п.) относительно некоторой реперной точки (точки начала отсчёта). 
Датчик положения КВ устанавливается напротив зубчатого шкива коленчатого вала или на картере сцепления КП напротив зубчатого венца маховика. Величина зазора между сердечником датчика и «зубом» шкива регламентируется производителем. Устройство датчика начала отсчёта (ДНО) генераторного типа. Осциллограмма датчика имеет синусоидальный характер с изменчивой амплитудой, величина которой зависит от ряда факторов, в том числе от частоты вращения вала. Выходное напряжение датчика меняется примерно от 2 вольт на холостом ходе до 100 вольт на оборотах максимальной мощности (6000 – 7000 оборотов КВ). Конструкция датчика позволяет одновременно использовать его в качестве датчика скорости (датчика угловых импульсов - ДУИ). Сигналом «положения» является изменение характера этого сигнала («деформация синусоиды») по причине отсутствия на 60-ти зубчатом венце двух зубьев (60 – 2 = 58). Блок управления преобразует синусоидальный сигнал датчика в опорный сигнал прямоугольной формы с постоянной амплитудой. Сигнал поступает на процессор. 
Положение коленчатого вала и частота его вращения является важной входной величиной для любой системы управления. На основе сигналов датчика процессор рассчитывает такие параметры как угол опережения зажигания, момент и длительность подачи топлива, формирует управляющие импульсы исполнительным элементам (форсункам, модулю зажигания, регулятору ХХ и др.).  
Датчик положения РВ (датчик фаз), как правило, устанавливается напротив шкива распределительного вала, имеющего маркерный штифт (или «шторку»), выполненный из ферромагнитного материала. На прохождение маркера реагирует устройство распознавания датчика. Обычно устройство распознавания положения вала сконструировано на основе элемента Холла , через полупроводниковые пластины которого пропущен опорный ток. Прохождение маркерного штифта возбуждает на выходе элемента напряжение, именуемое напряжением Холла, представляющее собой импульс прямоугольной формы. Напряжение датчика не зависит от скорости вращения, имеет порядок милливольт и передаётся в контроллер в виде двоичного сигнала. В простейшем случае процессор фиксирует наличие выходного сигнала с датчика и, следовательно, начало рабочего хода в первом цилиндре двигателя и впуска в четвёртом цилиндре (для четырёхцилиндровых двигателей). В ряде систем управления двигателем датчик фазы может использоваться в качестве резервного датчика скорости КВ (при аварийном режиме работы в случае выхода ДУИ из строя).   
Датчик положения дроссельной заслонки концевого типа или потенциометрический, располагается на оси дроссельной заслонки. Концевой тип датчика определяет только крайние положения заслонки (закрыта или открыта полностью). Второй тип датчика способен определять угловое положение дросселя (от 0 до 90 градусов) с точностью до 1 градуса. Контроллер использует сигнал датчика для распознавания режимов нагрузки (холостой ход, частичная или полная нагрузка) и расчёта поправок к базовым параметрам (продолжительность впрыска, момент зажигания и др.). Датчик может использоваться в качестве альтернативного источника сигнала при выходе из строя расходомера воздуха или применяться вместо расходомера, как, например, в системах центрального впрыска. 
Угол поворота дроссельной заслонки преобразуется потенциометром датчика в выходной сигнал напряжения. С открытием/закрытием заслонки величина сигнала (напряжение) меняется линейно. В простейшем случае можно говорить о том, что каждому углу поворота заслонки соответствует строго определённая величина напряжения на выходе с датчика. Резкий переход от одного режима работы к другому (резкое открытие дросселя) определяется ЭБУ по скорости изменения сигнала и трактуется им как переходный режим (например, ускорение). Осциллограмма выходного сигнала двухканального датчика положения автомобиля W. PASSAT с системой впрыска Mono-Motronic. Осциллограмма получена при открывании и последующем закрывании дроссельной заслонки. Потенциометр данного типа имеет две резистивных дорожки, одна из которых используется при малых углах открытия дросселя (до 20 градусов), другая при углах 20 – 90 градусов. 
Датчик положения педали газа (тормоза) потенциометрического типа, по конструкции идентичный датчику положения заслонки, описанному выше. Датчик (часто два датчика) устанавливаются на оси педали акселератора. По изменению выходного сигнала контроллер определяет положение педали. Датчик используется в системах с электронной заслонкой.  
На части автомобилей устанавливаются угловые роторно-поворотные датчики, работающие по принципу Холла. Датчики скорости, как правило, определяют угловую скорость вращения валов (коленчатого, распределительного, первичного в коробке передач и т.п.). Из описания работы датчика положения дроссельной заслонки (см. выше) можно видеть, что некоторые параметры, такие как, например, скорость открытия/закрытия могут определяться непосредственно самим контроллером по скорости нарастания/убывания сигнала. Работа других датчиков может строиться на иных началах. 
Датчик скорости КВ (датчик угловых импульсов - ДУИ) конструктивно идентичен генераторному датчику положения коленчатого вала (датчику начала отсчёта - ДНО). На большей части автомобилей применяется один датчик, выполняющий обе функции, о чём говорилось выше. Выходное напряжение датчика меняется примерно от 2 вольт на холостом ходе до 100 вольт на оборотах максимальной мощности (6000 – 7000 оборотов КВ), что позволяет контроллеру интерпретировать значения напряжения в скорость вращения вала. 
Датчик скорости (автомобиля) устанавливается на коробке передач или раздаточной коробке рядом с приводом спидометра. Принцип его действия основан на эффекте Холла. Датчик выдает на контроллер прямоугольные импульсы напряжения (нижний уровень — не менее 1 В, верхний - не более 5 В) с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес. На части автомобилей могут применяться индукционные датчики скорости.

Датчики давления определяют степень давления или абсолютную величину давления субстанции, например, воздуха во впускном трубопроводе, масла в системе смазки и т.п. К датчикам давления можно отнести и датчики детонации. 
Датчик давления воздуха во впускном трубопроводе (МАР) пневматически соединён с впускным коллектором и служит для измерения абсолютного давления поступающего в цилиндры воздуха. Величина давления учитывается контроллером и используется для расчёта поправок, в первую очередь, к базовому времени открытия форсунок. В настоящее время применяются датчики, встраиваемые в блок управления и отдельно стоящие, устанавливаемые непосредственно на впускной трубе, либо в близости от неё. При использовании встроенного датчика соединение с трубопроводом осуществляется посредством вакуумного шланга через штуцер. 
Датчик состоит из пневматической полости  с двумя чувствительными элементами и блока обработки сигнала, размещаемого на керамической подложке. Между мембраной и керамической подложкой находится камера с «образцовым» внутренним давлением. На мембране установлены пьезорезисторы, образующие резисторный мост. В зависимости от величины давления во впускной трубе мембрана изгибается в той или иной степени. Деформация мембраны приводит к разбалансировке моста вследствие его напряжения и изменению проводимости резисторов. 
Датчик давления масла (топлива) вкручиваются в масленую (топливную) магистраль. Находят применение как датчики абсолютного давления (МАРы), описанные выше на примере датчика давления воздуха, так и реостатные мембранные датчики. В обоих случаях рабочим элементом датчика является мембрана. Давление масла (топлива) действует на мембрану и прогибает её. Деформация мембраны, в свою очередь, приводит к перемещению ползунка реостата или разбалансирует резисторный мост. Изменение сигнала на выходе (как правило, от 0 до 5 вольт) служит контроллеру мерой величины давления в системе. 
Сигнал, получаемый из МАР датчика, также может иметь аналоговую форму или быть частотным.  
Датчик детонации закрепляется в верхней части блока цилиндров (иногда на головке блока) с правой стороны. Работа датчиков основана на пьезоэффекте. При воздействии на пьезоэлектрический элемент сил давления, возникающих из-за вибрации детали (в данном случае – блока цилиндров) вследствие детонации, на выводах датчика возникает разность потенциалов в диапазоне от 0 до 5 вольт. Возникшие импульсы напряжения поступают в контроллер и обрабатываются им. Для правильной работы датчика болт крепления должен быть затянут рекомендуемым моментом. В случае неисправности датчика блок управления существенно (на 10 – 15 градусов) уменьшает угол опережения зажигания, что препятствует появлению детонации на любом режиме работы двигателя. Характеристики двигателя, при этом, существенно ухудшаются.

Датчики температуры (охлаждающей жидкости, воздуха, масла и др.) идентичны по конструкции. В корпусе датчика размещается полупроводниковый элемент, имеющий прямую или обратную температурную зависимость (положительный или отрицательный температурный коэффициент). Сопротивление датчика с отрицательным коэффициентом увеличивается с уменьшением температуры и уменьшается по мере прогрева. Проверка работоспособности датчика осуществляется измерением сопротивления при помощи омметра на его выводах при изменении температуры (например, при постепенном нагревании датчика в ёмкости с водой). Если сопротивление на выводах датчика не соответствует техническим данным, датчик подлежит замене.

Лямбда – датчик (кислородный датчик) предоставляет информацию ЭБУ двигателем о содержании свободного кислорода в отработавших газах и является устройством, благодаря которому осуществляется, т.н. «обратная связь» системы. 
Как уже говорилось ранее, для полного сгорания топлива в топливовоздушной смеси должно содержаться определённое количество свободного кислорода. Если кислорода (воздуха) недостаточно для полного сгорания топлива, в выхлопных газах увеличивается содержание вредных веществ и, в первую очередь, сильно ядовитого угарного газа. Если воздуха больше, чем необходимо для полного сгорания топлива, увеличивается содержание окислов азота. 
Находят применение «циркониевый» и «титановый» кислородные датчики. Датчики устанавливаются на выпускной трубопровод и могут использоваться как совместно с каталитическим нейтрализатором отработавших газов, так и отдельно от него. В зависимости от содержания свободного кислорода в отработавших газах, циркониевый датчик генерирует напряжение, величина которого меняется в пределах нескольких милливольт (от 0 до 1 вольта), а титановый датчик меняет свою проводимость. По величине выходного сигнала (напряжение) с датчика, ЭБУ «судит» о составе используемой топливной смеси и вносит соответствующие коррективы в расчёты времени работы форсунок (увеличивает время открытия – если смесь обеднена и уменьшает, если обогащена). 
Циркониевый кислородный датчик .Внутренний и внешний электроды датчика выполнены из платины и разделены слоем твёрдого электролита из пористой керамики диоксида циркония (ZrO2). Внутренний электрод контактирует с атмосферой. Внешний электрод находится в среде выхлопных газов. Из-за разницы парциальных давлений кислорода в атмосферном воздухе и в отработавших газах на электродах возникает разность потенциалов и электролит начинает проводить электрический ток. Чем меньше концентрация кислорода в отработавших газах, тем больше разность потенциалов между электродами и э.д.с., тем выше напряжение на выходе датчика (и, наоборот). При работе двигателя на топливной смеси стехиометрического состава (1:14,7) напряжение на сигнальном выходе датчика примерно равно 0,5 вольт. Для большинства систем управления подачей топлива различных производителей именно такое напряжение является опорным.  
Циркониевые датчики начинают работать после прогрева до температуры примерно 300 градусов. До того момента, когда датчик прогреется, управление двигателем осуществляется по, так называемой, разомкнутой схеме, т.е. без осуществления обратной связи. В системах, где опорное напряжение не поддерживается, управление двигателем переходит в режим замкнутого контура (т.е., с обратной связью), когда сигнал на выходе датчика станет отличным от «нуля». Большинство датчиков современных автомобилей имеют спираль собственного подогрева для быстрого достижения рабочей температуры. Сопротивление нагревательного элемента датчиков 3 – 15 Ом, опорное напряжение, как правило, 12 вольт. 
Если при работе прогретого двигателя значение напряжения на выходе датчик не меняется, система самодиагностики ЭБУ фиксирует неисправность кислородного датчика. 
Титановый кислородный датчик, в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах, меняет внутреннее сопротивление в пределах от 1кОм до 100 кОм. С увеличением содержания кислорода (работа на обеднённой смеси) сопротивление увеличивается, напряжение на выходе датчика уменьшается, и наоборот. При опорном напряжении на датчике в 5 вольт, выходное напряжение изменяется в пределах 0,6 – 4,8 вольт. Сопротивление нагревательного элемента различных типов титановых датчиков лежит в пределах от 7 до 40 Ом. 
Кислородный датчик обеднённой смеси (LAF), циркониевый, применяется для анализа отработавших газов, образующихся при работе двигателя на топливных смесях в диапазоне их состава от 1:12 до 1:23. Датчик представляет собой систему, состоящую из двух датчиков (назовём их – датчик 1 и датчик 2) каждый из которых имеет по два циркониевых электрода («А», «В» и «С», «D»). Электрод «А» омывается отработавшими газами. Электроды «В» и «С» располагаются в специальной, изолированной от окружающей среды, диффузионной камере. Электрод «D» соприкасается с атмосферой. Внутренние электроды «В» и «С» датчиков 1 и 2 находятся под опорным напряжением (примерно, 3 вольта) относительно «массы». На внешний электрод «D» подаётся управляющее напряжение от ЭБУ при этом на выходе «А» образуется выходной сигнал, величина которого будет зависеть от управляющего напряжения и величины э.д.с. датчика, меняющейся в зависимости от содержания свободного кислорода в отработавших газах. Изменяя величину управляющего тока на выводе «D» в пределах от 0 до 1,5 вольт, ЭБУ поддерживает выходное напряжение на выводе «А» в пределах 0,5 вольт. Изменение величины управляющего тока линейно изменению состава рабочей смеси. 
Датчик обеднённой смеси (Lian Mixture Sensors) применяется для анализа состава отработавших газов, образующихся при работе двигателя на очень бедных смесях (до 1:23). Обычные датчики в данном диапазоне работают неточно. 
На циркониевый чувствительный элемент датчика подаётся регулирующее напряжение. Сам элемент также способен генерировать напряжение, величина которого зависит от разницы содержания свободного кислорода на его электродах (т.е. от эдс). По аналогии с датчиком LAF, конструкция которого рассмотрена выше, на выходе датчика поддерживается постоянное напряжение, что достигается изменением величины регулирующего напряжения (больше собственное генерирующее напряжение датчика, меньше регулирующее, и, наоборот). ЭБУ «анализирует» приращение тока регулирования. 
Широкополостный кислородный датчик (Wide Range Air/Fuel Sensor) используется для анализа состава отработавших газов, образующихся при работе двигателя на смесях с соотношением воздуха и топлива до 1:23. На датчик подаётся опорное напряжение. В зависимости от разницы э.д.с, обусловленной разницей парциального давления кислорода в зоне рабочих электродов, величина выходного напряжения будет увеличиваться в той или иной степени. Подсистема управления Motronic объединила в себе функции системы  Jetronic, осуществляющей  управление подачей топлива, и электронной системы зажигания.  Motronic может выполнять дополнительные функции управления и другими системами автомобиля. К дополнительным функциям системы можно отнести:

• Регулировку частоты вращения КВ на холостом ходе;
• Регулировку (ограничение) частоты вращения КВ на рабочих режимах;
• Лямбда – регулирование;
• Детонационное регулирование;
• Управление системами улавливания паров топлива, рециркуляции отработавших газов и подачи дополнительного воздуха в выпускной трубопровод;
• Управление подачей воздуха во впускной трубопровод;
• Управление фазами газораспределения;
• Согласование работы блоков управление других систем автомобиля (трансмиссии, тормозных систем и пр.).

Глава 3. Техническое  обслуживание и ремонт системы питания

Неисправности системы питания. Основными неисправностями системы питания являются: прекращение подачи топлива в карбюратор, образование слишком бедной или богатой горючей смеси, подтекание топлива, затрудненный пуск горячего или холодного двигателя, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, перебои в работе двигателя на всех режимах, а также повышенный расход топлива.

Прекращение подачи топлива в карбюратор может быть вызвано: засорением топливопроводов и сетчатых фильтров; неисправностью топливного насоса (прорывом диафрагмы топливного наcoca, изнашиванием или загрязнением его клапанов, подсосом воздуха в полость над диафрагмами вследствие неплотного крепления частей насоса между собой); загрязнением фильтра тонкой очистки топлива и неисправностью клапана двойного действия. Для определения причины отсутствия подачи топлива нужно отсоединить шланг, подающий топливо от насоса к карбюратору, опустить снятый с карбюратора конец шланга в прозрачную емкость (чтобы бензин не попал на двигатель и не возникло возгорания) и подкачать топливо рычагом ручной подкачки топливного насоса или проворачивая коленчатый вал стартером. Если при этом появляется струя топлива с хорошим напором (более точно напор, создаваемый насосом, измеряется с помощью специального прибора), то насос исправен и следует вынуть топливный фильтр входного штуцера карбюратора и проверить, не засорился ли он. Если напор струи топлива слабый, или же топливо подается периодически с брызгами либо не подается совсем, то неисправен топливный насос или засорилась магистраль подачи топлива от топливного бака к топливному насосу.

Следует иметь ввиду, что подача топлива  при ручной подкачке может отсутствовать  также в случае, когда эксцентрик 1 (см. рис. 1.24) привода нажимает на толкатель 2, который в свою очередь нажимает на рычаг 18, и шток 13 с диафрагмами находится в крайнем нижнем положении. Поэтому для верности проверку работоспособности насоса при помощи ручной подкачки топлива нужно повторить один-два раза после проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой или стартером. Если при такой проверке подача топлива отсутствует и при подкачке топлива вручную не ощущается заметного сопротивления качанию рычага ручной подкачки топливного насоса, то вероятнее всего неисправен топливный насос. Если же при подкачке топлива приходится прикладывать заметные усилия к рычагу ручкой подкачки — то более вероятно, что засорена топливоподающая магистраль от бензобака к насосу.

Рис. 1.24. Схема устройства и работы топливных насосов двигателей

ВАЗ и МеМЗ-245: а — всасывание топлива; б — нагнетание топлива; 1 — эксцентрик вала привода насоса; 2 — толкатель; 3 — отверстие прокладки; 4 и 15 — соответственно верхняя к  нижняя части корпуса; 5 и 7 — соответственно впускные клапан и топливопровод; 6 — сетчатый фильтр; 8 и 9 — соответственно верхние и нижняя диафрагмы; 10 — пружина штока диафрагм; 11 и 18 — рычаги соответственно ручной и механической подкачки топлива; 12 — шпилечная пружина рычага ручной подкачки; 13 — шток; 14 — балансир; 16 и 17 — соответственно эксцентрик и возвратная пружина рычага ручной подкачки; 19 и 20 — соответственно выпускные топливопровод и клапан; 21 — болт крепления крышки; 22 — крышка; 23 — прокладка крышки; 24 — винт; 25 и 26 — соответственно наружная и внутренняя дистанционные прокладки

Определение засора топливоподающей магистрали от бензобака осуществляется ее продувкой шинным насосом со специальной конусной насадкой либо с помощью компрессора. Для этого нужно отсоединить от топливного насоса шланг подачи к нему топлива, вставить в него конусную насадку и подать в него с помощью насоса или компрессора воздух. При этом воздух должен без затруднений выходить в топливный бак (будут слышны булькающие звуки в баке). При плохой проходимости воздуха по топливной магистрали или ее отсутствии можно попытаться продуть ее, увеличивая давление подаваемого воздуха. Если устранить неисправность продувкой не удается, то следует снять и прочистить топливоприемную трубку бензобака с сетчатым фильтром или заменить засоренный или помятый топливопровод от бензобака, а также снять и тщательно промыть горячей водой бензобак для удаления имеющихся в нем загрязнений. При отсутствии засоров в топливоподающей магистрали к топливному насосу переходят к поиску неисправности топливного насоса.

Поиск неисправности  топливного насоса следует начинать с тщательного его осмотра с целью обнаружения подтекания топлива через негерметичные соединения его частей или поврежденные диафрагмы. При подсачивании топлива через соединения частей насоса необходимо подтянуть их крепления. Следует также снять крышку насоса, проверить и прочистить его сетчатый фильтр и опять опробовать действие насоса.

При повреждении  диафрагм насоса топливо будет подсачиваться  через специальное отверстие  в нижней части корпуса, а также  попадать в картер двигателя, поэтому при данной неисправности может наблюдаться повышенный расход топлива, повышение уровня масла в двигателе и падение его давления из-за попадания бензина. При этом разжиженное масло легко стекает со щупа и пахнет бензином. Эти косвенные признаки позволяют также выявить незначительные повреждения диафрагм топливного насоса в эксплуатации, при которых топливный насос еще сохраняет достаточную работоспособность, обеспечивающую достаточную для работы двигателя подачу топлива. Поврежденные диафрагмы заменяют. Если после проверки и замены диафрагм подача топлива насосом не восстановится, то его необходимо снять с автомобиля для ремонта или замены на новый.