«Благополучное плавание обеспечивает не столько сам корабль, сколько искусное управление им.» – Кёртис

Дополнить статью про топливно-воздушную систему о взаимосвязи топлива с оборотами и нагрузкой на двигатель меня убедил один из читателей блога Slavon. В общем вопросе о топливной системе рассмотрение этой взаимосвязи имеет место быть.

В процессе изучения данного вопроса всплыло очень много полезной информации, не поделится которой с вами я просто не смог. Поэтому, планируемое дополнение переросло в написание новой статьи. Статьи о том, как ECU дозирует топливо в реальных условиях эксплуатации автомобиля.

Безусловно, положение дроссельной заслонки и абсолютное давление во впускном коллекторе являются определяющими факторами дозировки топлива, вернее его количества. А вот за качество смеси, за пропорцию воздуха с топливом отвечают другие факторы.

Дело в том, что в реальных условиях кроме объема топливно-воздушной смеси компьютеру ECU необходимо динамически изменять соотношение воздуха к топливу в зависимости от режима работы двигателя и его оборотов.

Соотношение воздуха к топливу обычно обозначают аббревиатурой AFR (air to fuel ratio). Самым оптимальным соотношением воздуха к топливу считается когда к 14.7 части воздуха подается 1 часть топлива, т.е AFR =14.7:1. Если соотношение меняется в сторону увеличения топлива, то смесь называют богатой. Если соотношение меняется в сторону уменьшения топлива, то смесь называют бедной. Например, 12.5:1 – богатая смесь, а 15.9:1 – бедная.

Но для чего нужно менять AFR, если отношение 14.7:1 является оптимальным? Потому, что оптимальным оно является больше с экологической точки зрения и только в некоторых режимах работы двигателя. Для других режимов мотора данная пропорция станет далеко не оптимальной. Например, для ускорения требуется более богатая смесь, а при спокойной крейсерской езде наоборот будет достаточно бедной смеси. Чтобы понять, как режим работы двигателя влияет на AFR рассмотрим каждый из них отдельно.

Запуск двигателя. В этом режиме для облегчения запуска ECU «богатит» смесь. AFR варьируется в среднем от 2:1 до 12:1. Показания лямбды компьютером не учитываются.

Прогрев двигателя. По мере роста температуры двигателя, которую ECU определяет с помощью датчика температуры охлаждающей жидкости показатель AFR изменяется в сторону обеднения, т.е количество топлива относительно воздуха уменьшается. Показания лямбды до полного прогрева также не учитываются.

Холостой ход. При условии, что двигатель прогрет AFR на холостых оборотах максимально приближен к стехиометрическому, т.е. равняется 14.7:1.

Движение с постоянной скоростью, плавное увеличение скорости. AFR варьируется в пределах от 14.5:1 до 15.9:1, т.е. смесь бедная. Даже если обороты двигателя являются высокими, но педаль газа нажата не больше чем на половину – показатель AFR останется в тех же пределах. При данной нагрузке в приготовление смеси вмешивается лямбда зонд, т.е. двигатель начинает работать в режиме closed loop (замкнутый контур).

Резкое ускорение. Как только педаль газа упираем в пол и дроссельная заслонка полностью открывается компьютер переходит на смесь, которая обеспечивает максимальную мощность , при этом показания лямбда зонда не учитываются, а AFR варьируется от 11.9:1 до 12:1, т.е смесь богатится.

Торможение двигателем. При торможении двигателем, когда включена передача, а дроссель полностью закрыт (педаль газа не нажата), ECU сильно беднит смесь. Именно поэтому тормозить двигателем или подкатывать к светофору на передаче считается экономичнее, чем езда накатом на «нейтралке».

Теперь вам должно быть понятно, что для каждого режима работы мотора есть свое оптимальное значение AFR. Какое именно значение AFR необходимо определяет ECU, основываясь на данных о нагрузке и оборотах двигателя. ECU определяет степень нагрузки на двигатель по показаниям MAP-сенсора. т.е значение абсолютного давления во впускном коллекторе является показателем степени нагрузки на двигатель.Чтобы лучше понять работу MAP-сенсора и ее взаимосвязи с нагрузкой поговорим подробнее о давлении. Базовым давлением считается атмосферное и его значение зависит от высоты над уровнем моря. На уровне моря оно равняется 1 атмосфере (1 атм.), что примерно равняется одному бару (1 Bar). Давление ниже атмосферного называется разрежением или вакуумом. Например, если высасывать воздух с пластиковой бутылки в ней создается разрежение, вакуум. Давление, которое больше атмосферного называется избыточным.

Давление во впускном коллекторе атмосферного двигателя всегда будет меньше атмосферного давления, т.е. всегда будет присутствовать разрежение (вакуум). Разряжение создается в момент, когда открываются впускные клапана, а поршень в цилиндре движется вниз, к низшей мертвой точке. Двигаясь вниз поршень всасывает смесь через впускные порты из впускного коллектора, тем самым создавая там разрежение (вспоминаем пример с пластиковой бутылкой). Чем больше открыта дроссельная заслонка, тем меньше сил противодействия при всасывании воздуха, тем меньше разрежения во впускном коллекторе (давление ближе к атмосферному). Вакуум наибольший на холостом ходу и падает во время ускорения и при полностью открытой дроссельной заслонке. Т.е. при полностью открытой дроссельной заслонке давление в выпускном коллекторе максимально близко к атмосферному.

В случае с турбированным двигателем, когда воздух в коллектор нагнетается принудительно давление во впускном коллекторе при высоких нагрузках может быть больше атмосферного, т.е присутствует избыточное давление. В этом случае воздух не всасывается а заталкивается под давлением. Избыточное давление часто заменяется словом «буст» от англ слова boost (наддув).

Вернемся к вопросу о зависимости показателя AFR от оборотов и нагрузки на двигатель. Мы выяснили, что при увеличении нагрузки на двигатель смесь должна обогащаться. И наоборот – при снижении нагрузки бедниться. Также качество смеси зависит и от количества оборотов двигателя. На высоких оборотах смесь должна немного богаче, т.е. больше топлива по отношению к воздуху.

Исходя из вышеизложенного можно сказать, что основополагающими факторами определения соотношения топлива к воздуху являются абсолютное давление во впускном коллекторе и количество оборотов.

ТОПЛИВНЫЕ КАРТЫ

По сути показатель AFR компьютер регулирует количеством подаваемого топлива на единицу воздуха. Т.е когда нужна богатая смесь ECU «льет» больше и наоборот. Непосредственную работу по дозировке топлива выполняют форсунки. Чем длиннее электрический импульс ECU подает на форсунку, чтобы последняя открылась и чем выше давление в топливной системе тем больше топлива попадет в топливно-воздушную смесь. Вместе с этим время открытого состояния форсунки ограничено временем, при котором открыты впускные клапана. А длительность открытия впускных клапанов имеет прямую зависимость от оборотов коленчатого вала – чем быстрее вал крутится, тем меньше клапана открыты. Например, при 8500 оборотах длительность открытия впускных клапанов составляет около 14 мс.

На деле получается, что время открытого состояния форсунки и определяет качество смеси (показатель AFR). Но откуда ECU узнает как долго форсунка должна быть открыта? Из топливных карт.

Топливная карта это некая таблица, к которой обращается ECU после того как получил данные от датчиков о степени нагрузки на двигатель и его оборотах. Топливная карта зашита в микропроцессоре ECU. Чтобы лучше понять как это работает представим обычный график с осью Y по вертикали и X по горизонтали. Значения вдоль оси Y обозначают обороты двигателя, а значения по оси X – нагрузку на двигатель, выраженную абсолютным давлением во впускном коллекторе.

После определения степени нагрузки на двигатель и его оборотов ECU обращается к топливной карте и считывает с нее значение длительности электрического импульса на форсунку. Значение, которое соответствует текущей степени нагрузки на двигатель и его оборотам. Для каждой из множества возможных комбинаций обороты/нагрузка в топливной карте есть конкретное значение длительности электрического импульса. ECU обращается к топливным картам в режимах когда показания лямбда зонда не учитываются. Т.е. в спокойных режимах экспулатации за AFR отвечает лямбда-зонд, а в «боевых» режимах ECU обращается к топливным картам.

Топливная карта

*Это скриншот вывода топливной карты из программы S-manager от Hondata – производителя программируемых ECU для Honda. Для удобства корректировки топливных карт программа в качестве значения показывает не длительность импульса, а количество подаваемого топлива в мл, но суть не меняется.

Обратите внимание на данные таблицы. Те ячейки, которые соответствуют низкой нагрузке и низким оборотам содержат минимальные значения. И наоборот – ячейки, которые соответствуют высокой нагрузке и высоким оборотам имеют высокие значения.

Колонки таблицы можно условно отнести к режимам работы двигателя. Первая колонка предназначена для холостых оборотов. Значения из колонок 2 – 6 ECU использует при крейсерском, спокойном режиме езды, когда дроссель открывается не более чем на 50%. Колонки 7-10 используются при резком ускорении.

ЧИП ТЮНИНГ

Пользуясь случаем, хочу сказать пару слов о чип-тюнинге. Конечно, эта интересная тема заслуживает отдельной статьи, но поскольку процесс чиповки тесно связан с топливной системой было бы не правильно не упомянуть о ней.

В двух словах чип-тюнинг можно определить как процедуру изменения параметров работы двигателя, которые зашиты в микрочип/процессор ECU. Таких параметров множество. В качестве примера можно привести сдвиг отсечки по оборотам, снятие ограничения скорости, корректировка карт зажигания и, конечно же, топливных карт.

Справедливости ради отметим, что корректировка топливных карт дает наибольший эффект и в большинстве случаев чип-тюнинг ограничивается именно этим. На автомобилях в «стоковом» исполнении при чип-тюнинге задействуют резервные возможности мотора, корректируя топливные карты в сторону обогащения смеси, жертвуя при этом экологическим аспектом. Эффект на «стоке» от чиповки крайне низок, по крайне мере на Хондах и часто не оправдывает денежные вложения.

Наоборот, после тюнинга «железа» чиповка может дать ощутимый результат. Например, после замены стандартных распредвалов на более «злые» рекомендуется править топливные карты. После турбирования атмосферного двигателя чип-тюнинг просто необходим, т.к. без него эффект от установки турбины будет стремиться к нулю, не говоря уже о ресурсе мотора.

Среди множества достоинств у чип-тюнинга есть пара недостатков. Во-первых, стоимость данной услуги отбивает желание если не большинства, то, по крайней мере, половины интересовавшихся. К примеру, чип-тюнинг моего Honda Civic оценили в 420 евро. Конечно, цена может сильно отличатся в зависимости от марки автомобиля и его года выпуска.

Второй момент – у большинства автопроизводителей, в частности у Honda, микрочип в ECU непрограммируемый. Поэтому, чтобы провести непосредственно саму процедуру чип-тюнинга первое, что необходимо сделать – заменить заводской микрочип на программируемый. Например, всем известный Hondata для Хонд. Кстати, именно этот момент является частичным обоснованием высокой стоимости услуг чип-тюнинга.

Это все, что я могу сказать на данную тему. Полагаю, что вопрос по топливу закрыт. По крайней мере, пока у меня не появится возможность «ковырять» топливные карты ). Если кому-то есть что добавить буду этому только рад.