Диагностируем BMW 318i

Клиент приехал с жалобами плохого холодного старта. На горячую иногда, то часто -то редко, наблюдались рывки. Причем, это могло происходить как при движении по прямой так и на гору.

Для начала рассмотрим, как всегда, принцип действия и устройство системы управления.

Общие сведения

Cистема Motronic управляет первичной цепью системы зажигания, системой питания и системой холостого хода двигателя. Автоматический клапан системы регулировки оборотов холостого хода непосредственно управляется БЭУ для обеспечения постоянства оборотов холостого хода при всех условиях работы двигателя.

Опережение зажигания и длительность впрыска вычисляются БЭУ в неразрывной связи так, что для любого режима работы двигателя выбираются оптимальные параметры зажигания и топливоподачи.

Обработка сигналов

Начальный угол опережения зажигания записан в память БЭУ в виде трехмерной карты. Для определения угла опережения используются данные о нагрузке и частоте вращения коленчатого вала. В качестве основного датчика нагрузки двигателя используются: датчик расхода воздуха. Частота вращения двигателя определяется на основании данных датчика угла поворота коленчатого вала.

Для некоторых режимов работы двигателя, а именно, для пуска, холостого хода, замедления, а также для частичной и полной нагрузки вводится корректировка карты опережения. Основной корректирующий фактор — температура двигателя. Незначительные корректировки угла опережения и состава рабочей смеси производятся в зависимости от сигналов датчика температуры воздуха и датчика положения дроссельной заслонки.

Базовый состав рабочей смеси также записан в виде трехмерной карты в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения. По этим данным система Motronic определяет длительность впрыска топлива.

Затем длительность впрыска топлива корректируется в зависимости от температуры воздуха и охлаждающей жидкости, напряжения аккумулятора и положения дроссельной заслонки. К другим факторам, влияющим на длительность впрыска относятся условия работы двигателя, например, пуск двигателя, прогрев, холостой ход, ускорение и замедление.

При работе двигателя на холостом ходу БЭУ пользуется специальными картами опережения и длительности впрыска. Холостые обороты при прогреве и рабочей температуре двигателя управляются клапаном регулирования холостого хода. Вместе с тем, Motronic осуществляет тонкую подстройку оборотов холостого хода за счет небольшого изменения в ту или иную сторону опережения зажигания.

Работа БЭУ

БЭУ получает постоянное питание от аккумулятора. Эта мера позволяет системе самодиагностики запомнить коды непостоянных неисправностей. После включения зажигания напряжение подается на катушку зажигания и БЭУ. При этом БЭУ заземляет обмотку главного реле системы впрыска топлива и включает реле.

Большинство датчиков (кроме тех, которые генерируют напряжение, например, датчик угла поворота коленчатого вала, датчик детонации и датчик кислорода получают эталонное питание напряжением 5.0 В от соответствующего контакта разъема БЭУ. После того, как БЭУ получает сигнал от датчика угла поворота коленчатого вала о том, что двигатель вращается, он замыкает цепь питания топливного насоса. Активизируется также зажигание и система впрыска топлива. Все исполнительные механизмы имеют питание номинальным напряжением, а БЭУ управляет ими, замыкая или размыкая цепь заземления исполнительных механизмов.

Функция самодиагностики

Функция самодиагностики периодически контролирует исправность входящих в систему датчиков и исполнительных устройств и в случае обнаружения неисправности формирует и помещает в память соответствующий код. Этот код можно извлечь из памяти микропроцессора с помощью специального считывателя через диагностический разъем.

В некоторых версиях системы имеется сигнальная лампочка, которая загорается при возникновении серьезной неисправности. Сигнальная лампочка будет гореть до тех пор, пока неисправность не будет устранена. После устранения неисправности код неисправности будет сохраняться в памяти БЭУ до тех пор, пока он не будет стерт при помощи считывателя кода неисправности или до отключения аккумулятора.

Усеченный режим работы БЭУ

Система Motronic имеет функцию обеспечения работоспособности двигателя при возникновении неисправности. В случае отказа одного или нескольких датчиков система управления двигателем заменяет показания неисправного датчика эталонными значениями. Однако, поскольку эталонные значения датчиков относятся только к прогретому двигателю, при пуске холодного двигателя и его прогреве могут возникнуть трудности. Кроме того, неисправность датчика расхода воздуха окажет негативное влияние на мощность и приемистость двигателя.

Адаптивность системы

Система Motronic постоянно адаптируется к изменению эксплуатационных параметров двигателя и постоянно контролирует данные, поступающие от различных датчиков. По мере износа компонентов двигателя система вносит корректирующие коэффициенты к картам, имеющимся в памяти БЭУ.

Эталонное напряжение

БЭУ обеспечивает питание большинства датчиков напряжением, равным 5.0 В. Это напряжение стабилизировано и не зависит от колебаний напряжения в бортовой сети автомобиля. Цепи заземления большинства датчиков также проходят через БЭУ, который замыкает или размыкает их по мере необходимости.

Зашита от помех

Для уменьшения помех радиоприему сигналы от большинства датчиков поступают по экранированным проводам. Для уменьшения помех экранировка этих проводов соединена с проводом заземления БЭУ (клемма № 19].

Датчик скорости автомобиля

Этот датчик информирует БЭУ о скорости автомобиля. Обычно устанавливается датчик, работающий на принципе эффекта Холла. Этот датчик устанавливается либо непосредственно на коробке передач, либо на тросе спидометра.

Напряжение на датчик подается от главного реле или выключателя зажигания. При вращении троса спидометра датчик генерирует импульсы прямоугольной формы и посылает их в БЭУ. Частота сигнала прямо пропорциональна скорости автомобиля.

Датчик угла поворота коленчатого вала

Сигнал для определения моментов зажигания и впрыска топлива исходит от датчика угла поворота коленчатого вала, устанавливаемого рядом с маховиком. Датчик представляет собой постоянный магнит с электрической обмоткой. На маховике через равные интервалы расположены стальные зубья. При вращении маховика эти зубья проходят через магнитное поле, в результате чего в обмотке генерируется переменное напряжение, частота которого пропорциональна частоте вращения двигателя. Кроме того, два стальных зуба на маховике пропущены, что соответствует прохождению через верхнюю мертвую точку. Напряжение сигнала датчика меняется от 5 В на холостом ходу до 100 В при 6000 об/ мин. В БЭУ происходит преобразование аналогового сигнала датчика в цифровой.

Первичная и вторичная цепи системы зажигания

Общие сведения

Данные о загрузке, частоте вращения, температуре двигателя и положении дроссельной заслонки от соответствующих датчиков непрерывно поступают в БЭУ. На основании этих данных БЭУ выбирает из трехмерной карты, имеющейся в памяти процессора оптимальный угол опережения зажигания.

Усилитель зажигания

Усилитель выполняет роль электронного клоча, который по управляющему сигналу БЭУ включает и выключает в нужный момент первичную обмотку катушки зажигания. Необходимость усилителя объясняется тем, что управляющий сигнал задающего генератора имеет слишком малую мощность для управления катушкой зажигания.

Чаще всего усилитель устанавливается в БЭУ, хотя в некоторых моделях используется отдельный усилитель. БЭУ получает и обрабатывает сигналы, определяет период включенного состояния первичной цепи и момент зажигания и посылает сигнал в усилитель, переключающий катушку зажигания

Управление углом замкнутого состояния в системе Motronic основано на принципе «ограничения силы тока при постоянной энергии». Это означает, что длительность замкнутого состояния остается постоянной (4...5 миллисекунд) при всех частотах вращения двигателя. Следует иметь в виду, что полный цикл системы зажигания, измеряемый в градусах поворота коленчатого вала, будет изменяться при изменении частоты вращения двигателя.

Распределитель

Распределитель имеет только компоненты вторичной цепи системы зажигания. Он предназначен для распределения высокого напряжения от клеммы вторичной цепи катушки зажигания к свечам в соответствии с порядком работы цилиндров. Регулировка угла опережения зажигания не предусмотрена.

Датчик детонации (только для некоторых моделей)

Во многих автомобилях с системой Motronic используется датчик детонации. Этот датчик устанавливается на блоке цилиндров и состоит из пьезокерамической пластины, реагирующей на изменение шума при работе двигателя. Сигнал датчика в виде напряжения поступает в БЭУ для оценки.

Первоначально БЭУ устанавливает оптимальный момент зажигания. При возникновении детонации происходит уменьшение угла опережения для определенного цилиндра. Приблизительно через 2 секунды (от 20 до 120 циклов работы двигателя) угол опережения зажигания вновь начинает увеличиваться шагами по 0.75° до тех пор, пока детонация вновь не возникнет или не будет достигнут оптимальный угол опережения. Эта процедура непрерывно повторяется для всех цилиндров во время работы двигателя.

Если в датчике детонации или его цепи возникнет неисправность, система самодиагностики отключит его и установит базовый угол опережения на уровне 10.5°.

Впрыск топлива

Основные сведения

В памяти БЭУ системы Motronic имеется трехмерная карта длительности открытия форсунок в зависимости от нагрузки и скорости. Необходимая информация для определения длительности открытия форсунок поступает от различных датчиков и обрабатывается в БЭУ.

Топливные форсунки

Топливные форсунки представляют собой клапаны с электромагнитным приводом, управляемые БЭУ. Напряжение питания подается на форсунки от главного реле, а цепь заземления проходит через БЭУ, который замыкает ее на 1.5...10 миллисекунд. Длительность импульса зависит от температуры двигателя, нагрузки, частоты вращения и режима эксплуатации. При закрытии форсунки возникает обратная э.д.с., которая может достичь 60 В.

Система последовательного впрыска

В системе с последовательным впрыском открытие форсунок происходит последовательно, в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Каждая форсунка присоединена к БЭУ отдельным проводом. Для облегчения пуска холодного двигателя длительность впрыска топлива увеличивается для обогащения рабочей смеси. Кроме того, частота включения форсунок увеличивается в два раза.

Идентификация цилиндров [только для системы с последовательным впрыском]

В ранних версиях системы Motronic БЭУ не распознавал цилиндр № 1, а также порядок работы цилиндров, поскольку этого и не требовалось. Поскольку сигнал для системы зажигания поступал от коленчатого вала или распределителя, необходимый цилиндр определялся положением коленчатого вала, распределителя, клапанов и ротора системы зажигания. В системах, где форсунки открываются одновременно, топливо попадает на заднюю часть клапанов и находится там до тех пор, пока клапан не откроется.

Поскольку в системах с последовательным впрыском топлива форсунки должны открываться в порядке работы цилиндров, БЭУ должен получать информацию о положении коленчатого вала. В нашем случае это достигается за счет установки фазового дискриминатора (датчика идентификации цилиндра), установленного на высоковольтном проводе первого цилиндра. Датчик опознает цилиндр № 1 и посылает сигнал в БЭУ, который рассчитывает положение остальных цилиндров.

Датчики нагрузки

Для работы БЭУ требуется наличие датчика, определяющего расход воздуха. После определения расхода воздуха БЭУ вычисляет требуемое количество топлива. Датчик расхода воздуха с заслонкой — основной датчик нагрузки, используемый в системе Motronic 1.7.


Датчик расхода воздуха с заслонкой

Датчик располагается между воздушным фильтром и корпусом дроссельной заслонки. Воздух проходит через датчик и разворачивает его заслонку. Чем больше поток воздуха, тем сильнее отклоняется заслонка (см. рис. Image7.gif). Эта заслонка соединена рычагом с движком потенциометра, сопротивление которого меняется при развороте заслонки. Это позволяет посылать в БЭУ сигнал с напряжением, пропорциональным расходу воздуха. Этот датчик — трехпроводного типа. Напряжение питания (5.0 В) подается на один конец потенциометра, другой коней которого заземлен. Третий провод связан с движком. В зависимости от напряжения сигнала БЭУ вычисляет объем воздуха, поступающий в двигатель, и определяет необходимую длительность впрыска топлива. Для сглаживания колебаний заслонки датчик имеет специальный демпфер. Датчик расхода воздуха является основным датчиком, определяющим длительность впрыска топлива.

Датчик температуры воздуха

Датчик температуры воздуха устанавливается в воздуховоде перед датчиком расхода воздуха. Поскольку с ростом температуры плотность воздуха падает, показания датчика температуры позволяют уточнить массовый расход воздуха в двигателе.

Напряжение питания датчика равно 5.0 В. Цепь заземления датчика объединена с цепью заземления датчика расхода воздуха. Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. Напряжение в зависимости от температуры подается с выхода датчика в БЭУ. Напряжение сигнала составляет 2.0...3.0 В при температуре воздуха 20°С и падает до 1.5 В при увеличении температуры до 40°С.

Потенциометр регулировки СО

Потенциометр регулировки расположен в датчике расхода воздуха и позволяет выполнить регулировку состава рабочей смеси для холостых оборотов. На потенциометр подается напряжение питания (5.0 В). Цепь заземления соединена с цепью заземления датчика расхода воздуха. Третий провод соединен с движком потенциометра. При вращении оси движка напряжение сигнала изменяется и БЭУ производит корректировку состава рабочей смеси на холостых оборотах двигателя. Для автомобилей, оборудованных каталитическим преобразователем, этот потенциометр не функционирует и состав рабочей смеси не регулируется. В нашем случае регулировка СО не поддерживается.

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Датчик встроен в систему охлаждения и имеет в своем составе терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. При холодном двигателе датчик имеет большое сопротивление. При прогреве двигателя температура охлаждающей жидкости повышается и сопротивление датчика уменьшается. Падение напряжения на терморезисторе подается в БЭУ, который по этому напряжению определяет температуру двигателя.

Датчик питается эталонным напряжение 5.0 В от БЭУ. Часть этого напряжения снимается с терморезистора, который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры, и подается в БЭУ. Это напряжение уменьшается в зависимости от сопротивления датчика. Напряжение сигнала составляет 2...3 В при температуре охлаждающей жидкости 20°С и уменьшается до 0.5... 1 В при температуре 80... 100°С. Температура двигателя используется системой управления для корректировки момента зажигания и длительности впрыска.

Потенциометрический датчик положений дроссельной заслонки

Датчик предназначен для информирования БЭУ о положении дроссельной заслонки (холостой ход, замедление, ускорение, полное открытие дроссельной заслонки). Датчик представляет собой трехпроводной потенциометр. Два провода используются для питания (5.0 В) и заземления датчика. Третий провод связан с движком и представляет собой провод сигнала датчика.

В зависимости от напряжения сигнала БЭУ определяетугол открытия дроссельной заслонки (от О.В В до 4.5 В при полностью открытой заслонке], а также скорость его изменения. При полностью открытой заслонке БЭУ обеспечивает дополнительное обогащение рабочей смеси. При замедлении БЭУ отключает систему впрыска топлива. Возобновление впрыска топлива произойдет только при достижении

Управление оборотами холостого хода

Система Motronic использует различные методы управления оборотами холостого хода при пуске двигателя, его прогреве или работе прогретого двигателя.

При увеличении электрической нагрузки, например, при включении фар, вентилятора ото-пителя и т.п., обороты холостого хода должны уменьшиться. БЭУ реагирует на это уменьшение оборотов и приводит в действие клапан управления холостым ходом для увеличения расхода воздуха, что приводит к увеличению оборотов. После выключения нагрузки БЭУ уменьшает обороты холостого хода. Постоянство оборотов холостого хода поддерживается как для холодного, так и для горячего двигателя. Если клапан управления холостым ходом выйдет из строя, двигатель будет работать с основной (базовой) частотой вращения коленчатого вала.

Электромагнитный клапан управления холостым ходом [двухпроводного типа]

Клапан представляет собой исполнительный электромагнитный механизм, управляемый БЭУ (см, рис. 6.8]. Он расположен в шланге, соединяющем впускной коллектор с корпусом дроссельной заслонки. Питание клапана обычно осуществляется от аккумулятора, а цепь заземления управляется БЭУ.

Рабочий цикл клапана можно измерить в цепи заземления и определить время открытия или закрытия клапана в процентах от общего времени работы.


Клапан управления холостым ходом с электродвигателем (трехпроводного типа)

Клапан расположен в шланге, соединяющем впускной коллектор с корпусом дроссельной заслонки. Он управляется реверсивным электродвигателем постоянного тока, который может вращаться в обоих направлениях. При вращении двигателя в одном направлении воздушный поток увеличивается, а при вращении в другом — уменьшается. Питание двигателя осуществляется от аккумулятора, а заземление -по двум цепям через БЭУ.

Изменение вращения электродвигателя происходит при замыкании одной или другой цепи заземления. В действительности, обе цепи включены друг против друга. Это предотвращает поворот клапана до упора в одном из направлений. Таким образом, клапан находится в среднем положении.

Рабочий цикл клапана можно измерить на каждой цепи заземления, чтобы определить время открытия в процентах от общего времени срабатывания.

Реле

В зависимости от версии в системе Motronic используется либо блок из двух реле, либо два отдельных репе [главное репе системы и репе топливного насоса]. Независимо от конструкции, принцип работы системы не меняется. Незначительные различия могут быть в реализации системы на конкретной модели. Нумерация контактов репе выполнена по Европейскому стандарту DIN.

Напряжение от аккумулятора подается на клеммы 30 и 86 главного реле и клемму 30 реле топливного насоса. После включения зажигания БЭУ заземляет клемму 85 и обмотка главного реле возбуждается. Контакты главного репе замыкаются и номинальное напряжение поступает на клемму 87. К этой клемме подключены цепи питания форсунок, БЭУ, клапана управления холостым ходом. Кроме того, напряжение подается на вывод контакта 86 реле топливного насоса.

После включения зажигания БЭУ на короткое время заземляет контакт 85. При этом возбуждается обмотка репе топливного насоса. Контакты 30 и 87 соединяются и напряжение подается на топливный насос. Приблизительно через 1 секунду БЭУ размыкает цепь и насос останавливается. За это время насос успевает повысить давление в топливной системе, что облегчает пуск двигателя.

Цепь питания топливного насоса остается разомкнутой до тех пор, пока коленчатый вал двигателя не начнет вращаться. После того, как БЭУ получит сигнал от датчика угла поворота коленчатого вала насос включится и будет работать до тех пор, пока двигатель не будет остановлен. Кроме того, к цепи питания топливного насоса подключен подогреватель датчика кислорода. Это сделано для того, чтобы подогреватель датчика включался только при работающем двигателе.

Топливная система

Внутренний насос

Топливный насос шестеренчатого типа с внутренним зацеплением устанавливается вертикально внутри топливного бака. Топливо проходит через насос и подается в топливную магистраль под давлением.

Топливный бак (все модели)

Обычно производительность топливного насоса превышает потребность топливной системы, поэтому избыток топлива возвращается в топливный бак. Максимальное давление топлива в системе может достигать 5 бар. Для предотвращения потери давления на выходе топливного насоса обычно устанавливается запорный клапан. Благодаря этому клапану после выключения зажигания и остановки топливного насоса, в системе некоторое время поддерживается избыточное давление.

Регулятор давления топлива

Давление в топливной системе поддерживается постоянным в пределах 2.5...3.0 бар (в зависимости от модели). Это постоянство достигается за счет установки регулятора давления. Регулятор давления устанавливается на выходе топливной магистрали и поддерживает в ней постоянное давление.

Верхняя часть регулятора соединена вакуумным шлангом с впускным коллектором для того, чтобы скорректировать изменение давления в коллекторе. Это означает, что давление топлива всегда выше давления во впускном коллекторе на одну и ту же величину. Таким образом, количество введенного топлива зависит только от длительности работы форсунок, определяемого БЭУ.

При оборотах холостого хода или полностью открытой дроссельной заслонке и отсоединенной вакуумном шланге давление в топливной системе достигает 2.5 или 3.0 бар. При подключенной вакуумном шланге давление топлива на 0.5 бар ниже давления в системе.

Каталитический преобразователь и управление составом выхлопных газов

Каталитический преобразователь

Автомобили, оборудованные каталитическим преобразователем (конвертером), имеют также датчик кислорода, что позволяет системе функционировать в режиме с обратной связью. Датчик кислорода снабжен подогревателем для того, чтобы быстрее начать работать после пуска двигателя. Обычно питание подогревателя датчика осуществляется от реле топливного насоса. Таким образом, подогреватель датчика работает только при работающем двигателе.



Вид двигателя BMW 1.8i
Датчик расхода воздуха

Электромагнитный клапан угольного фильтра

На автомобиле может быть установлен угольный фильтр для улавливания паров топлива. Пары топлива находятся в угольном фильтре до тех пор, пока БЭУ не открывает клапан продувки (при некоторых режимах). При открытии клапана пары топлива попадают во впускной коллектор и сгорают в цилиндрах двигателя.

Параметры датчиков и исполнительных механизмов, возможные регулировки и методы нахождения неисправностей

Диагностику начнем с проверки давления топливного насоса. Манометр показал давление 3 — 3,1 бар, что полностью соответствует норме. Тест на производительность тоже оказался положительным 1,75 л/мин.

Свечи все протестировали, как полагается, на стенде для проверки свечей зажигания под давлением 11-14 атм. Пробоев и пропусков не зафиксировано.

Выполнены все визуальные проверки, тщательно обследован впускной тракт на возможность подсоса воздуха (все хорошо знают что двигатель BMW чувствителен к избыточному воздуху). Но ничего не нашли.

Подключили сканер BOSH KTS 530 к диагностическому разъему. Кодов никаких не было и параметры датчиков соответствовали норме.

Но что так может влиять на работу двигателя (проблему смотрите в начале статьи)?

Решили сделать тест производительности форсунок, хотя их уже мыли 2 месяца назад на другом СТО, но лишний раз проверить и убедится все таки стоит. Проверка форсунок именно на этом двигателе — дело не из простых, ведь для снятия инжекторов понадобилось снимать впускной коллектор.

На двигателе стояли форсунки 0 280 150 715 с производительностью 149 cm3/min, при давлении 3 бар. У нас получился небольшой разброс, но отличие параметров не выходило за 5%. И ко всему прочему, факел распыла форсунок был весьма хороший.

Сделаны основные проверки. Оказывается, на первый взгляд, все нормально, но машина все равно дергается.

Что может влиять еще на перебои в двигателе при нагрузке?

Остается проверить показания на ходу следующих дачиков:

— датчика расхода воздуха;

— датчика частоты вращения коленвала;

— датчика положения распредвала.

Для обнаружения скачков и провалов снимаемого напряжения используем осцилограф. Результат — все ок.

Датчик расхода воздуха:  Сигнал снимаем со второго контакта:

Датчики частоты коленвала и положения распредвала. Их сопротивление должно составлять 520 Ом и 1Ом соответственно. Это тоже норма.

Но диаграмма датчика частоты вращения коленвала, во время сбоев, была совершенно неестественной. То пропадала, то рисовала большие и хаотичные пики. При детальном осмотре проводки, обнаружили немного надломанный провод у самого основания датчика. Вскрыли изоляцию, и оказалось что провода переломались, а контакт в основном держался за счет изоляции.
 
Схема подключения датчика коленвала и распедвала     Диаграмма исправного датчика положения коленвала

Гадать по какой причине это произошло не стали, ведь много шаловливых ручек побывает в машине за 12 лет и что и как там делалось никто не знает.

Самое главное, что нашли причину рывков. Нормализовалась так же и работа во время холодного старта. Как видите оправдывается мнение о том, что на холодном двигателе больше заметны проявления каких либо неисправностей систем управления. Ведь рывки были заметны только при езде, а на горячую заводилась и работала на хх отлично. А плохой холодный запуск нам сигнализировал — что что-то не так.
www.autodiagnos.com.ua