ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ТЕМА 15. ДВИГАТЕЛИ С КОМПЬЮТЕРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. АГРЕГАТЫ И МЕХАНИЗМЫ ТРАНСМИССИИ. В.Ф. ЮХИМЕНКО

15.1 Двигатели с компьютерным управлением Для повышения топливной экономичности, динамических качеств автомобилей, обеспечения экологической безопасности в соответствии с действующими нормами на современных автомобилях применяются компьютерные системы управления рабочими процессами двигателей. Иногда эти двигатели называют компьютеризированными.

Суть компьютерного управления состоит в приготовлении количественного и качественного состава рабочей смеси (соотношение: воздух-топливо), а также в определении момента подачи топлива в цилиндры и искры на свечи зажигания с учетом режимов работы двигателя и состава отработавших газов. С помощью датчиков компьютерной системы определяются показатели режимов работы двигателя и автомобиля (количество поступающего в цилиндры воздуха, поло­жение дроссельной заслонки, температура воздуха во впускном трубопроводе, температура охлаждающей жидкости двигателя, частота вращения коленчатого вала и др.), которые преобразуются в электрический сигнал и передаются в электронный блок управления (ЭБУ). В соответствии с заложенной программой ЭБУ обрабатывает полученные сигналы и выдает команды исполнительным устройствам (форсунки, регулятор холостого хода, реле включения вентилятора, свечи зажигания и др.).

У бензиновых компьютеризированных двигателей наиболее эффективны системы с последовательно распределенным впрыском топлива (рис ), позво­ ляющие на 12-15% снизить расход топлива и на 18-20% улучшить экологические показатели работы автомобилей на линии по сравнению с ранее применяемыми компьютерными системами управления работой двигателя с центральным и не­последовательно распределенным впрыском топлива. В этих системах с помощью электрического топливного насоса 26, расположенного, как правило, в топливном баке, бензин, проходя топливный фильтр 18, поступает в рампу форсунок 5, откуда подается в цилиндры при электрическом управлении открытием соответствующих форсунок 6. Давление подаваемого топлива регулируется специальным клапаном 4 и равно 0,285-0,325 МПа. Развиваемое электрическим насосом давление топлива у большинства автомобилей составляет не менее 0,30-0,35 МПа.

Количество подаваемого в цилиндры топлива зависит от времени открытия электрических клапанов форсунок и строго соответствует количеству поступаю­щего во впускной трубопровод двигателя воздуха, измеряемого датчиком массового расхода воздуха 12 и корректируемого в соответствии с сигналами от датчиков положения дроссельной заслонки 14 и температуры воздуха 16. ЭБУ 13 по специальной программе обрабатывает все поступающие в него данные и контролирует включение электрического бензонасоса, вентилятора системы охлаждения двигателя, кондиционера, компрессора турбонаддува и в соответствии с режимами работы двигателя и автомобиля обеспечивает впрыск топлива форсунками, поддерживая стехиометрический состав топливно-воздушной смеси (отношение количества топлива к воздуху равно 1/14,7).

Моменты подачи топлива и искры на свечи зажигания, выдаваемые ЭБУ в качестве исполнительных команд на топливные форсунки 6 и катушки зажигания 5, зависят от входящих в ЭБУ 13 сигналов датчиков синхронизации 19, фазы 9, температуры двигателя 21, детонации 20 и содержания кислорода в отработавших газах 22,24. При установке на автомобиле двух кислородных датчиков ("горячего" 22, расположенного ближе к двигателю, и "холодного" 24) ЭБУ системы управления работой двигателя 25 с помощью насоса 11 и клапана 10 подает дополнительный воздух из атмосферы за выпускные клапаны цилиндров двигателя. Это позволяет продолжить окисление перегретых отработавших газов в системе выпуска и увеличить срок службы каталитического нейтрализатора 23.

Особенностью компьютерных систем управления работой двигателя является наличие большого количества дополнительных датчиков и исполнительных механизмов, которые в соответствии с теорией надежности можно рассматривать как систему последовательно соединенных устройств, что может привести к снижению показателей надежности системы (см. гл. 3), особенно при внезапных отказах. Отказы компьютерных систем трудно диагностируемы обычными методами, а их последствия (прекращение транспортного процесса, увеличение расхода топлива и токсичности отработавших газов) трудно-устранимы. Для предупреждения отказов и неисправностей в компьютерных системах управления работой двигателей предусмотрено встроенное диагностирование. ЭБУ фиксирует отклонения рабочих параметров в управлении работой двигателя и регистрирует их в виде кодов неисправностей, сигнализируя при движении автомобиля или при ТО и ремонте об отклонении параметров технического состояния от установленных норм.

О неисправностях в компьютерной системе сигнализирует лампа диагностики 29 с рисунком двигателя или надписью "проверь двигатель" ("check engine"). При использовании специальной технологии контроля, разрабатываемой производителем автомобилей, коды неисправностей считываются с помощью диагностической лампы или сканера (тестера), подсоединяемого к диагностическому разъему 30. На автомобилях с системами управления работой двигателя применяются цифровые, буквенные и смешанные коды неисправностей. При подключении диагностического сканера более полно определяется техническое состояние компьютерной системы (коды и их описание), при этом имеется возможность выполнить корректировки по составу топливно-воздушной смеси, углу опережения зажигания и др.

Наиболее характерны отказы следующих элементов системы управления работой бензиновых двигателей: электрические цепи - окисление контактов и обрыв проводов (35%), топливный насос (22%), клапан холостого хода (10%), элементы системы зажигания (9%), форсунки (8%), датчик кислорода (7%), датчики и реле (6%), электронный блок управления (3%). Восстановление технического состояния системы управления работой двигателя проводится по разработанным производителем автомобилей алгоритмам (диагностическим картам) для каждого кода неисправности. Диагностическая карта (рис ) устанавливает последовательность проведения работ при контроле компьютерной системы, определении неисправностей и их устранении. Данные работы выполняет специально подготовленный персонал на диагностических постах АТП и СТО.

Посты оснащаются комплектом приборов и приспособлений. Для двигателя ВАЗ данный комплект включает: пробник электрический, специальный тестер, осциллограф- мультиметр, перемычку, разрядник, пробник для цепи форсунок, топливный манометр, прибор для проверки форсунок, вакуумный насос, съемник высоковольтных проводов, набор адаптеров, манометр для измерения давления в системе выпуска. В настоящее время компьютерные системы управления работой двигателя получают все большее применение на дизельных двигателях легковых и грузовых автомобилей. В этих системах (рис ) используются датчики и схемы управления, аналогичные рассмотренным, а ЭБУ с помощью датчика 6 выполняет контроль давления топлива в рейке-аккумуляторе 7 и осуществляет электрическое управление цикловой подачей топлива через форсунки 8 и углом опережения впрыска топлива в соответствии с режимами работы двигателя и автомобиля.

В настоящее время компьютерные системы управления работой двигателя получают все большее применение на дизельных двигателях легковых и грузовых автомобилей. В этих системах (рис ) используются датчики и схемы управ­ления, аналогичные рассмотренным, а ЭБУ с помощью датчика 6 выполняет контроль давления топлива в рейке-аккумуляторе 7 и осуществляет электрическое управление цикловой подачей топлива через форсунки 8 и углом опережения впрыска топлива в соответствии с режимами работы двигателя и автомобиля. Из топливного бака 1 через фильтр 2 и топливоподкачивающий насос 3, используемый в основном для удаления воздуха из системы, топливо насосом высокого давления 4, работа которого контролируется ЭБУ, подается в рейку-аккумулятор. При этом величина давления топлива устанавливается редукционным клапаном 5 и контролируется ЭБУ.

Давление впрыска топлива на современных автомобилях с компьютеризированным дизельным двигателем увеличено до МПа при минимальном его отклонении на каждой из форсунок, что достигается использованием в системе общей для всех форсунок рейки-аккумулятора топлива. На некоторых автомобилях в качестве форсунок применяются впрыскиватели (насос- форсунки), приводимые в действие от специальных кулачков на распределительном валу двигателя. Для определения и восстановления технического состояния электронных систем на компьютеризированных дизельных двигателях используются аналогичные коды неисправностей, считываемые по диагностической лампе и с помощью диагностических средств, технологии технического обслуживания и ремонта, алгоритмы поиска и устранения неисправностей.

Контроль давления в топливных системах бензиновых и дизельных двигателей осуществляется в процессе технического обслуживания и ремонта автомобилей с использованием образцового деформационного манометра. Технология проверки с помощью манометра предусматривает определение технического состояния без снятия с автомобиля топливного насоса, фильтра, регулятора давления топлива (редукционного клапана) и форсунок. При демонтаже форсунки проверяются на стендах на величину цикловой подачи топлива и качество его распыления, а с помощью сжатого воздуха и емкости с керосином или дизельным топливом определяется герметичность форсунок.

7.2 Агрегаты и механизмы трансмиссии На агрегаты и механизмы трансмиссии (сцепление, карданная передача, коробка передач, раздаточная коробка, главная передача и бортовые редукторы) приходится 10-15% отказов и до 40% материальных и трудовых затрат на восстановление их работоспособности. Для устранения отказов автоматической трансмиссии (автоматической, полуавтоматической и гидромеханической передач), являющейся наиболее сложным и дорогостоящим агрегатом современных автомобилей, требуется до 25% материальных и трудовых затрат.

Бесступенчатые автоматические коробки передач со стальным гибким ремнем фрикционного зацепления, гидравлическим насосом и системой электронно- гидравлического управления, применяемые на легковых автомобилях с передним приводом и поперечно расположенным двигателем небольшой мощности (как правило, до 80 л.с), имеют не более 12-15% отказов и неисправностей по автомобилю. Трудо­затраты на их устранение значительно больше (до 30%), что связано с высокой трудоемкостью снятия, ремонта и установки данного агрегата. Диагностирование агрегатов и механизмов трансмиссии осуществляется при техническом обслуживании или поступлении сведений от водителя об отказах и неисправностях и состоит в контроле суммарных люфтов, легкости переключения передач, уровня шума и вибрации при испытаниях автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

Основными неисправностями фрикционного сцепления являются: пробуксовка под нагрузкой (отсутствие свободного хода педали сцепления, износ или замасли­ вание фрикционных накладок и ослабление пружин); неполное выключение (увеличен свободный ход педали сцепления, перекос рычажков сцепления, заклинивание или коробление ведомого диска); резкое включение (заедание подшипника выключения, поломка демпферных пружин, износ шлицевого соединения первичного вала и муфты ведомого диска); нагрев, стуки и посторонний шум (постоянное вращение и разрушение подшипника выключения, ослабление заклепок накладок диска, ослабление рычагов сцепления или неправильное их расположение - в одной плоскости). Состояние механизма сцепления контролируют по свободному ходу педали, пробуксовке и полноте включения сцепления, определяемой легкостью включения передач.

Неисправностями карданной передачи могут быть биение вала, износ его шлицевого соединения и шарниров крестовин, что приводит к щелчкам при трогании автомобиля с места, шуму и вибрации во время движения, особенно "накатом". Аналогичные проявления наблюдаются при износе шарниров равных угловых скоростей (ШРУСов) автомобилей с передним приводом. Износ сопряженных деталей шарниров карданного вала и его шлицов, ШРУСов переднеприводных автомобилей контролируют визуально по их относительному смещению при покачивании. Биение карданного вала (или полуоси со ШРУСом) по центру не должно превышать нормативного значения (2 мм). Определяют его при помощи неподвижно закрепленного механического индикатора.

Характерными неисправностями механической коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи и бортовых редукторов являются: самовыключение передачи (из-за разрегулировки деталей привода, износа подшипников, зубьев, шлицов, валов, фиксаторов); шумы при переключении (из-за неполного выключения сцепления или неисправностей синхронизаторов); повышенные вибрации, шум, нагрев, люфт из-за низкого уровня масла, износа или поломки зубьев шестерен, износа подшипников и их посадочных мест, ослабления креплений и разрегулировки зацепления зубчатых пар; подтекание смазки из-за износа сальников и повреждений уплотняющих прокладок.

Для диагностирования механических и автоматических коробок передач, а также главной передачи автомобилей широкое распространение получил метод, основанный на измерении суммарных люфтов при помощи специализированных люфтомеров-динамометров, создающих момент силы Н · м. Зев динамометрического ключа прибора накладывают на крестовину карданного вала, указа­тель закрепляют зажимом на шейке отражателя ведущего вала главной передачи, а шкалу - на фланце заднего моста. Таким образом производится последовательное измерение люфтов главной передачи (с бортовыми редукторами) и коробки передач с карданным валом.

Для грузовых автомобилей люфт главной передачи не должен превышать 60°, коробки передач - 15° и карданного вала - 6°. Для лег­ ковых автомобилей люфт карданной передачи, ШРУСа, каждой из передач коробки не должен быть более 5°, главной передачи °, а суммарный люфт трансмиссии °. Суммарный люфт в агрегатах и механизмах трансмиссии автомобилей с передним приводом может быть определен при вывешивании одного из передних колес, присоединении динамометра к гайке крепления колеса и установке угломера у колеса.

Работы по восстановлению состояния демонтированных с автомобиля агрегатов трансмиссии выполняются на агрегатном участке АТП или специализированных ремонтных предприятиях. Ремонт агрегатов на АТП в основном состоит в замене изношенных крестовин карданного вала, ШРУСов, синхронизаторов, шестерен (в паре), подшипников. У главных передач осуществляют регулировку затяжки подшипников для устранения осевого зазора вала ведущей шестерни, промежуточного вала и блока дифференциала. Достигается это за счет уменьшения толщины регулировочных шайб, числа стальных прокладок и другими способами до получения заданного производителем или техническими условиями на технологический процесс момента затяжки. После замены подшипников проводят регулировку зацепления конечных шестерен главной передачи, изменяя число про­ кладок между фланцем стакана вала ведущей шестерни и торцом картера редуктора, а также переставляя прокладки под крышками роликовых подшипников промежуточного вала. Зацепление контролируют по отпечатку контактов зубьев шестерен.

В автоматической коробке перемены, передач (АКПП) выбор требуемого режима движения (Е - экономический, S - спортивный, W - в затрудненных усло­виях), согласование режимов работы АКПП с блоком управления работой двига­ теля, включение и переключение соответствующих передач производится авто­матически с учетом режимов работы автомобиля и двигателя, а также сигналов электронного блока управления АКПП 11 (рис ), получающего информацию от датчиков 4-6, 8, в том числе используемых в системе компьютерного управления работой двигателя (см. рис ).

В качестве исполнительного устройства переключения передач в АКПП ис­пользуются гидроклапаны, управляемые соленоидами 10, получающими соответ­ ствующие сигналы от электронного блока управления 11 для распределения масла в секции выбранных передач. Давление масла в гидравлической системе АКПП создается одним или двумя насосами. Автомобили с описанными АКПП оснащаются диагностической лампой 12 или специальным диагностическим разъемом 14, позволяющими считывать из оперативной памяти компьютерного блока коды неисправлностеи и проводить их расшифровку с помощью диагностического прибора 15.

Наиболее распространенными неисправностями АКПП в эксплуатации чаще всего являются посторонний шум и вибрация (28-30%), проскальзывание или пробуксовка (20-23%), способные затруднить трогание автомобиля с места, несоответствие передач режимам работы двигателя (32-35%), приводящее к запаздыванию и "вялому" переключению передач, рывкам, "вялому" разгону в режиме пониженной передачи (включение кнопки "kick-down" - "кик-даун"), заклинивание и постоянная работа на одной из передач (8-10%), отсутствие передачи заднего хода (2-3%), нарушения в работе селектора переключения передач, в световой (иногда и в звуковой) системе информации и индексации о режиме работы автоматической трансмиссии (3-4%), подтекание масла (4-6%).

Причинами невключения какой-либо передачи АКПП являются выход из строя электромагнитов (соленоидов), заклинивание главного гидроклапана - золотника, неисправности в работе гидравлических клапанов, разрегулировка системы автоматического управления переключения передач. Рывки при переключении передач, как правило, возникают при разрегулировке переключателя золотников периферийных клапанов или ослаблении крепления центробежного регулятора и тормоза главного золотника. Несоответствие моментов переключения передач, скорости движения и степени открытия дроссельной заслонки возникает при разрегулировке системы автоматического переключения передач и понижении давления масла в главной магистрали из-за износа деталей масляных насосов или чрезмерных внутренних утечек масла.

При техническом обслуживании АКПП проводится общий контроль технического состояния, проверка уровня и давления масла, его замена через тыс. км пробега в зависимости от модели АКПП. При замене масла для слива его остатков следует отсоединить магистраль, идущую к масляному радиатору. При общем контроле технического состояния коробки используют переносные приборы, позволяющие определять частоту вращения коленчатого вала двигателя и ведомого вала коробки передач. Для выявления отказов и неисправностей дополнительно используются автотестер, подключаемый поочередно к соленоидам гидроклапанов.

Для проверки работоспособности АКПП наиболее распространены следующие диагностические методы: контроль давления масла, стендовые испытания, диагностирование по кодам неисправностей (для АКПП с электронным блоком управления). Проверку давления масла в магистралях АКПП проводят контрольным масляным манометром, который поочередно (через специальный переходник) подсоединяют к отверстиям в корпусе гидроклапанов на входе и выходе масляной магистрали. Сравнивая величины давления с рекомендуемыми значениями, делают заключение о техническом состоянии АКПП.

Стендовое диагностирование АКПП проводится посредством тестовых испытаний автомобиля на динамометрическом стенде с заданием необходимых скоростных и нагрузочных режимов - разгона, торможения, установившегося движения на каждой передаче. В перспективе планируется создание специализированных динамометрических стендов с автоматической программой испытаний АКПП. Некоторые зарубежные фирмы применяют упрощенные стендовые проверки для контроля общего технического состояния гидротрансформатора и самой коробки передач, работоспособность которых определяется по частоте вращения коленчатого вала двигателя без динамометрического стенда.

Технология проверки следующая. Первоначально автомобиль устанавливается на пост с осмотровой канавой для подключения тахометра к ведомому валу АКПП, далее отсоединяется контакт кнопки принудительного включения пониженной передачи ("кик-даун"), селектор переключения передач устанавливается в нейтральном положении, включается стояночный тормоз, к датчику частоты вращения коленчатого вала двигателя подключается тахометр, после чего двигатель прогревается. Для выполнения проверки до упора нажимается педаль тормоза, включается низшая передача, и при медленном нажатии на педаль привода дроссельной заслонки увеличиваются обороты коленчатого вала двигателя до момента его остановки (так как автомобиль заторможен и не может двинуться с места).

Частота вращения коленчатого вала двигателя и ведомого вала коробки передач записываются. Далее аналогичная проверка осуществляется на других передачах. Полученные результаты сравнивают с рекомендуемыми значениями, после чего делается заключение о работоспособности АКПП. Так, например, если частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель заглох, выше рекомендуемой, то АКПП проскальзывает, а если ниже - заклинивает реактивное колесо гидротранс­форматора.

Указанные методы диагностирования, помимо выявления нарушений функционирования АКПП и определения необходимости ее ремонта, позволяют проводить индивидуальные регулировки систем автоматического управления переключением передач для максимально экономичного режима расхода топлива на характерных маршрутах движения. Положительные результаты дает также простейший способ определения моментов переключения передач по скорости при плавном "разгоне" автомобиля на ненагруженных беговых барабанах динамометрического стенда. При этом моменты переключения определяются по колебаниям, стрелки спидометра.

Необходимость и содержание текущего ремонта АКПП определяется по результатам диагностирования рассмотренными выше методами, а также причинно-следственным анализом (табл. 12.1), который позволяет обоснованно принимать решения о трудоемкости работ, о необходимости снятия агрегата с автомобиля и содержании последующего ремонта. После текущего ремонта автоматической трансмиссии проводят ее обкатку, стендовые испытания с контролем производительности гидронасоса, давления в магистралях и регулировкой автоматического управления на основных режимах работы.

Учитывая, что автоматическая трансмиссия является сложным агрегатом автомобиля, ее техническое обслуживание выполняется специалистами высокой квалификации, а текущий ремонт проводят в специальных подразделениях автотранспортных предприятий или на специализированных предприятиях фирменной сети производителей автомобилей.

Контрольные вопросы 1. Для каких целей применяют компьютерные системы управления рабочими процессами двигателя? 2. В чем заключается суть компьютерного управления? 3. В каких элементах системы управления работы бензинового двигателя наиболее характерны отказа? 4. Какие основные неисправности фрикционного сцепления? 5. Характерные неисправности механической коробки передач, раздаточной коробки, бортовых редукторов и главной передачи. 6. Какие наиболее распространенные неисправности АКПП?