Каким образом работа электронных систем впрыска влияет на экономичность автомобиля

Никогда не задавали себе вопрос – почему мировые лидеры в разработке и производстве автомобилей практически одновременно стали отказываться от очень надежной и достаточно эффективной карбюраторной системы получения топливовоздушной смеси?

Простое и дешевое устройство заменила электронная система, в разы более сложная и капризная. Обслуживание карбюратора (но его не регулировка) была доступна практически любому автолюбителю, имеющему хоть какой-то опыт и слесарные навыки. Отрегулировать карбюратор было сложнее, но тоже под силу обычному специалисту средней руки, при условии наличия определенного опыта.

Приход в широкие автомобильные массы электронных блоков управления и систем распыления топлива форсунками можно сравнить с небольшой катастрофой в автосервисе. Электронные компоненты и программные алгоритмы работы скрывали что-то очень важное и неуловимое для обычного слесаря. Важность и неоспоримые преимущества новинки подтверждались практическими результатами - низким расходом топлива новых двигателей, великолепной устойчивостью работы.

Концом эпохи карбюраторов стал момент применения технических достижений, полученных при строительстве чемпионских агрегатов для спортивных болидов и серийных авиационных моторов. Обе категории двигателей уже давно оснащались системами форсуночного впрыска топлива, но все они, за редким исключением, были электромеханическими или механическими. Точность и надежность систем управления были посредственными, а их сложность и стоимость просто зашкаливала.

Появление микроэлементной базы и цифровых устройств, позволяющих управлять с прецизионной точностью всеми процессами в работе автомобиля, послужило мощнейшим толчком в дальнейшем развитии систем впрыска топлива.

Вторым достаточно интересным фактором, послужившем стимулом для перехода на электронные системы управления, стал новый уровень норм токсичности отработанных газов. Резкий рост количества автомобилей, массовое применение дешевых антидетонаторов в бензинах привели к ситуации, когда власти начале жестко контролировать нормы выбросов окиси азота и окиси углерода.

Автокорпорации отреагировали на новые экологические нормы достаточно интересным способом – была предложена термическая нейтрализация выхлопных газов с частичной их рециркуляцией (в среднем от 5 до 15%). Термическая нейтрализация работала по принципу высокотемпературного (около 900 град.) дожигания окиси углерода СО с потоком дополнительно вдуваемого воздуха в специальном нейтрализаторе.

Содержание токсичных веществ в выхлопных газах соответствовали нормам, но работать такая система могла лишь на выхлопных газах, богатых окисью углерода, что предполагает работу двигателя на очень сильно обогащенных бензином топливовоздушных смесях. Экономичность двигателя упала на 30-40 процентов, что по сути было катастрофой для ДВС, в условиях бурно развивающегося нефтяного кризиса.

Выход из ситуации был найден с помощью применения новой системы управления двигателем. Теперь всеми процессами в двигателе управлял миникомпьютер. Цель – получение обедненной сбалансированной по стехиометрии воздушно-топливной смеси, которая эффективно сгорала, давая максимальную мощность и хорошую экономию топлива. Для нейтрализации выхлопных газов пришлось применить дорогостоящий катализатор, содержащий платину и палладий, работающий при температуре около 450 градусов Цельсия.

Новый катализатор, содержащий значительное количество драгоценных металлов, быстро выходил из строя, если применялся этилированный бензин с высоким содержанием свинца, или сгорание топливной смеси из-за нарушенной стехиометрии происходило в нерасчетном режиме с догоранием продуктов горения в выхлопном коллекторе или катализаторной коробке. В последнем случае длительная эксплуатация приводила к расплавлению и спеканию катализаторной массы и полному выходу из строя.

Теперь работой системы управлял микропроцессорное устройство. Для расчета условий образования высококачественной топливной смеси ему необходимо точно знать содержание кислорода в воздухе, в каком количестве последний поступает в двигатель. Для этого на всасывающем коллекторе двигателя установлен датчик расхода воздуха, а в непосредственной близости к катализаторному блоку установлен так называемый лямбда-зонд, выполненный из кристалла двуокиси церия. Примерно 10 раз в секунду электроника запрашивает показания датчика о наличии в отработанных газах свободного несгоревшего кислорода. Получив данные о количестве воздуха, засасываемого двигателем, микропроцессор выдает команду на срабатывание топливной форсунки в определенном цилиндре. Какой именно цилиндр – определяется по показаниям датчика положения коленчатого вала.

Мало этого время и продолжительность открытия клапана форсунки тоже с филигранной точностью определяет компьютер, теперь уже исходя из той мощности, которую необходимо получить. Кроме указанных факторов, электронной системой учитывается еще ряд параметров, имеющих огромное значение для стабильной работы двигателя (например – абсолютное давление во впускном коллекторе, температура и число оборотов двигателя, угол открытия дроссельной заслонки и т.д.).

Механические регуляторы для работы в таких условиях абсолютно бесполезны. Электроника оказалась более способной.

Цена такого прогресса в резком усложнении ремонта систем питания, необходимость использования специальной диагностической аппаратуры. Ремонт может осуществляться только квалифицированными специалистами.

Мало того, в современных микропроцессорных контролерах есть возможность обновить или модифицировать записанную программу, определяющую параметры работы двигателя. В серийных автомобилях специалисты умышленно ограничивали допустимую скорость машины путем установления в программе запретов на превышение максимальных оборотов двигателя, его мощности и динамики.

Специальное программирующее оборудование позволяет модифицировать программу таким образом, чтобы получить максимально допустимые мощность и обороты двигателя. Возможно, что такая процедура сделает автомобиль похожим на спортивный болид, но по законам и нормам, например Германии, подобные вещи являются правонарушением. Кроме того ресурс такого двигателя будет уменьшен в разы, не говоря о том, что на дороге он будет представлять немалую опасность.

29.09.2015