Компьютерная диагностика лямбда-зонда на бензиновых двигателях BMW с помощью DIS
Я готов сделать смелое заявление — люди совершенно ничего не знают о лямбда-зонде. Половина клиентов сводят все свои неисправности двигателя к датчику кислорода. "Двигатель не держит холостой ход — я думаю глючит лямбда". "Мой двигатель постоянно трясётся — мне сказали это лямбда". "У меня пропала динамика — я грешу на лямбда-зонд" и.т.д. Клиентам позволено быть не образованными, они компенсируют это деньгами. Но проблема затронула и людей, оказывающих услуги компьютерной диагностики BMW. "Я делал диагностику в другом сервисе, мне сказали что лямбда-зонд не меняет показания — значит пора менять датчик". А на деле у двигателя просто сильный подсос воздуха.
В этой статье я попытаюсь научить диагностировать неисправность лямбда-зонда, а дальше диагностировать неисправности двигателя на основе показаний лямбда-зонда.
Первым делом нужно твёрдо для себя понять — лямбда-зонд никогда не оказывает негативного влияния на работу исправного двигателя. Из-за него не будет: стрелять в глушитель, плохо запускаться или работать двигатель, плавать обороты, глохнуть, пропадать динамика и.т.д. Лямбда-зонд — это очень точный датчик финальной корректировки работы двигателя. Если сказать проще, то полностью исправному двигателю он даже не требуется, но это в вакууме.
На деле у любого бензинового двигателя есть различные поломки, износы, процессы старения и.т.д. Всё это приводит к проблеме плохого смесеобразования и дальнейшего сгорания. По сути любая неисправность двигателя — это только неправильное смесеобразование. Ремонт неисправности — возврат смесеобразования к норме. Лямбда-зонд позволяет частично, по уровню кислорода, проанализировать сгоревшую смесь и скорректировать режим работы двигателя. По сути это газоанализатор, который постоянно адаптирует двигатель под меняющуюся окружающую среду и под неисправности самого двигателя. Если появился подсос воздуха — DME узнает об этом и скорректирует подату топлива. Если автомобиль поднялся высоко в горы, где воздух разряжен и содержит меньше кислорода — DME узнает об этом и адаптирует подату топлива. Лямбда-зонд никогда не будет причиной плохой работы двигателя, он наоборот помогает ему, а так же упрощает поиск неисправностей.
Если углубляться в тему, то лямбда-зонд нужен больше для правильной работы катализатора. Катализатор может нейтрализировать количество вредных веществ только в определённом составе выхлопных газах. Сильное отклонение от состава выхлопных газов снижает КПД катализатора или даже может сломать его. Но даже без наличия на автомобиле катализатора, возможность постоянной адаптации двигателя к окружающим условиям перевешивают высокую цену датчика кислорода.
Не прогретый или не рабочий лямбда-зонд
Первым делом нужно определить работоспособность датчика кислорода. В 90% случаях DME может самостоятельно распознать неисправность и сохранить соответствующую ошибку. При отсутствии ошибки требуется самостоятельно проверить работоспособность лямбда-зонда с помощью данных реального времени в DIS.
На системе управления двигаталем DME Bosch, напряжение ещё не прогретого или не рабочего лямбда-зонда всегда будет находиться в пределах 0,45 вольт. Напряжение может постоянно меняться, но не в большом диапазоне, около 0,4 — 0,5 вольт. При этом интегратор лямбда-зонда принимается за единицу, а DME будет ждёт прогрева и включения датчика кислорода.
На системе управления DME Siemens, напряжение ещё не прогретого или не рабочего датчика всегда будет находиться на отметке 0,09 В. Интегратор принимается за единицу, а DME будет ждать прогрева датчика кислорода.
Но если на системе управления двигателем DME Bosch напряжение не рабочего датчика находится между бедной и богатой смесью (в стехиометрическом значении), то на системе управления двигателем DME Siemens напряжение не рабочего датчика будет находиться в зоне максимально богатой смеси. По этому только по одному напряжению не получится точно определить наличие неисправность лямбда-зонда на системе управления двигателем DME Siemens, так как датчик кислорода может работать и сообщать об очень богатой смеси, которую DME просто не может скорректировать.
Нам на помощь приходит параметр реального времени Регулировка состава смеси с лямбда-зондом, который сообщает статус прогрева датчика и его участие в работе двигателя. Этот статус доступен для просмотра во всех системах управления двигателем DME Sienems, но не во всех системах управления двигателем DME Bosch.
Рабочий лямбда-зонд на полностью исправленном двигателе
На системе управления двигателем DME Bosch, напряжение лямбда-зонда постоянно будет меняться в диапазоне 0,1 — 0,9 вольт. По принципу Обеднение смеси — Обогащение смеси.
На системе управления двигателя DME Siemens, напряжение лямбда-зонда так же постоянно будет меняться, но уже в диапазоне 0,1 — 4,9 вольт. По принципу Обогащение смеси — Обеднение смеси.
Почему напряжение лямбда-зонда должно постоянно меняться?
ЭБУ двигателя самостоятельно постоянно изменяет, на небольшое значение, сигнал впрыска. Обычно не больше ± 0.1 мс, а лямбда-зонд фиксирует эти изменения в смесеобразовании. Катализатор имеет способность накапливать кислород. Если кратко — DME сначала делает смесь богатой кислородом (чтобы катализатор его накопил), а после бедной кислородом (чтобы катализатор использовал накопленный кислород для нейтрализации ОГ).
В ЭБУ двигателя есть 2 режима работы. С и Без лямбда-зонда, даже на прошивке подразумевающей использование датчки кислорода.
В первом случае DME будет ждать включения (прогревания) лямбда-зонда, и постоянно менять сигнал впрыска в пределах ± 0.1 мс. Ибо так устроена работа прошивки DME с регулировкой по лямбда-зонду. Лямбда-зонд может быть не рабочим, но если DME об этом не знает то всё равно будет изменять смесь, надеясь что вот-вот датчик прогреется и заработает. До включения датчика DME будет опираться на сохранённые в памяти значения множительной и суммирующей коррекций.
Во втором случае DME знает что лямбда-зонда нет (фишка датчика разъединена) или он неисправен, и уже не будет изменять сигнал впрыска. В этом случае либо будет сохранена ошибка по лямбда-зонду, либо придется сэмитировать её самостоятельно. Чтобы принудительно перевести DME на безлямбдовый режим работы.
По этому если лямбда-зонд не работает, а DME не может самостоятельно идентифицировать неисправность, то можно самостоятельно сэмитировать неисправность — разъединив фишку датчика. DME сразу перейдёт на безлямбдовый режим работы.
У двигателя слабая бедная смесь
Рассмотрим пример когда у двигателя с системой управления DME Bosch обеднённая смесь, например, из-за подсоса воздуха.
95% входящего воздуха проходит через ДМРВ, а 5% через дырку в гофре после расходомера воздуха. В данном случае в двигатель поступает нормальное количество воздуха, но расходомер воздуха сообщает информацию DME о меньшем количестве входящего воздуха. Сигнал впрыска рассчитывается по большей части на основе показаний расходомера. Конечно учитываются и другие факторы, например: температура воздуха и двигателя, но их влияние в разы меньше. Без лямбда-зонда мы получаем обеднённую смесь у двигателя.
Лямбда-зонд информирует DME о неправильной (обеднённой) смеси, и DME начинает добавлять количество топлива (увеличивать время впрыска). У режима работы по лямбда-зонду есть ограничение на максимальную возможную коррекцию, DME может добавить или убавить 0,5 мс сигнала впрыска. По мнению инженеров BMW — это максимальная возможная коррекция для изношенного двигателя, которая не требует ремонта.
Если у DME получилось скорректировать топливную смесь не выходя за это ограничение, то двигатель начинает работать хорошо, а лямбда-зонд начинает информировать DME о правильном смесеобразовании (напряжение датчика будет постоянно меняться между обеднением — обогащением).
На анмиции видно, что сначала сигнал впрыска находится между 2.7 — 2.8 мс, а лямбда-зонд информирует о бедной смеси. После чего DME увеличивает сигнал впрыска (добавляет количество топлива) до тех пор, пока лямбда-зонд не начнёт сообщать о правильном смесеобразование. В примере правильная смесь находится между сигналом впрыска 3.2 — 3.3 мс. Интегратор лямбда-зонда, становится больше единицы, 1.17.
У двигателя слабая богатая смесь
Рассмотрим пример когда у двигателя с системой управления DME Siemens обогащённая смесь, например, из-за неисправного датчика температуры охлаждающей жидкости.
Датчик постоянно сообщает DME о 5°С. Хоть все остальные датчики двигателя исправны, DME всё равно будет задавать повышенный сигнал впрыска, для стабильной работы двигателя в фазе прогрева. Хотя на самом деле этого не требуется.
Лямбда-зонд информирует DME о неправильной смеси, и DME начинает уменьшать количество топлива (уменьшать сигнал впрыска). У режима работы по лямбда-зонду есть ограничение на максимальную возможную коррекцию, DME может добавить или убавить 0,5 мс сигнала впрыска. По мнению инженеров BMW — это максимальная возможная коррекция для изношенного двигателя, которая не требует ремонта.
Если у DME получилось скорректировать топливную смесь не выходя за это ограничение, то двигатель начнёт хорошо работать, а лямбда-зонд начинает информировать DME о правильном смесеобразовании (напряжение датчика будет постоянно меняться между обогащением — обеднением).
На анимации видно, что сначала сигнал впрыска находится между 3.5 — 3.6 мс, а лямбда-зонд информирует о богатой смеси. После чего DME уменьшает сигнал впрыска (уменьшает количество топлива) до тех пор, пока лямбда-зонд не начнёт сообщать о правильном смесеобразовании. В примере правильная смесь находится между сигналом впрыска 3.1 — 3.2 мс. Интегратор лямбда-зонда становится меньше единицы, 0.9.
Слишком богатая или слишком бедная смесь
Рассмотрим пример когда у двигателя c системой управления DME Bosch слишком богатая смесь.
На анимации видно, что сначала сигнал впрыска находится между 3.1 — 3.2 мс, а лямбда-зонд информирует DME о богатой смеси. После чего DME начинает уменьшать сигнал впрыска (уменьшать количество топлива), в попытках настроить нормальное смесеобразование: 3.0 — 2.9 — 2.7 — 2.6 — 2.5 мс, но лямбда-зонд по прежнему информирует о богатой смеси. DME уже уменьшил сигнал впрыска на допустимые 0.5 мс (интегратор лямбда-зонда равен 0.8), по этому сохраняется ошибка.
Ошибка информирует о том, что DME достиг максимальный предел регулирования, а смесь всё равно осталась слишком бедной или слишком богатой. После чего DME переходит на безлямбдовый режим работы, а интегратор принимается за единицу.
Интегратор лямбда-зонда
Зная только напряжение лямбда-зонда невозможно узнать, корректирует ли DME смесь на основе его показаний (имеется ли в двигателе перелив или недолив топлива) или смесь идеальна, а датчик просто информирует о правильного смесеобразования в двигателе (отсутствие неисправностей).
Для этого в DIS отображается корректировочное значение Интегратора. По которому можно узнать, корректируется ли смесь на основе информации от лямбда-зонда, а если корректирует — то в какую сторону и на сколько.
Если описать проще — напряжение лямбда-зонда, даже с подсосом воздуха, будет находиться в правильном диапазоне. Просто благодаря информировании со стороны лямбда-зонда, DME смог скорректировать смесь до правильного значения. Благодаря знанию значения интегратора мы можем узнать о различных неисправностях в двигателе. Которые, по мнению инженеров BMW, не требуют экстренного устранения. По этому не сохраняются ошибки, хотя небольшая неисправность имеется.
Как это работает?
- На основе входящей в DME, от различных датчиков, информации: расходомера воздуха, датчиков температуры, потенциометра дроссельной заслонки и пр., рассчитывается необходимая порция топлива. Так формируется сигнал впрыска.
- Происходит впрыск топлива и поджигание образованной смеси (работа двигателя).
- Лямбда-зонд анализирует выхлопные газы и информирует DME о количестве в них кислорода.
- DME рассчитывает значение интегратора для дальнейшей коррекции смесеобразования. Если проблем со смесью нет или лямбда-зонд не работает, то интегратор будет равен единицы. Если смесь бедная, то её нужно обогатить и значение интегратора будет больше единицы. Если смесь богатая, то её нужно обеднить и значение интегратора будет меньше единицы.
- DME умножает время впрыска на значение интегратора и получает скорректированный сигнал впрыска. Если интегратор равен 1, то время впрыска не изменяется. Если интегратор меньше 1, то время впрыска уменьшается. Если интегратор больше 1, то время впрыска увеличится.
Пример: сигнал впрыска 3.55 мс, лямбда-зонд сообщает о богатой смеси. DME рассчитывает на сколько надо обеднить смесь. Получается интегратор равный 0.8895. DME умножает число 3.55 на 0.8895 и получает скорректированный сигнал впрыска, равный 3.15 мс. Происходит впрыск и поджигание смеси (работа двигателя). Этот процесс продолжается бесконечно и позволяет постоянно поддерживать состав смеси и адаптировать работу двигателя к окружающей среде.
Интегратор работает только в паре с лямбда-зондом. Если лямбда-зонд не работает, то DME не будет рассчитывать интегратор, а примет его за единицу. Умножение числа на единицу не изменяет число. Для коррекции смеси до прогревания лямбда-зонда, DME рассчитывает и сохраняет в память множительную и суммирующую коррекцию.
DME рассчитывает интегратор до миллионных значений, за счёт чего поддерживается очень точная коррекция смеси.
Множительная и суммирующая коррекция рабочей смеси
Для включения лямбда-зонда, датчику требуется прогреться до высокой температуры. Если нагревательный элемент в датчике исправен, то после запуска холодного двигателя лямбда-зонд прогреется минут за 5. В противном случае лямбда будет нагреваться только за счёт выхлопных газов и время увеличивается на 15 минут, а то и более. Всё это время DME не знает на какой смеси работает двигатель, а не правильная смесь ускоряет деградацию катализатора.
По этому DME заранее рассчитывает (во время работы лямбда-зонда) коррекции и сохраняет их памяти. И на время прогрева лямбда-зонда DME использует сохранённые коррекции для временной регулировки смеси. А после прогревания лямбда-зонда, DME корректирует смесь уже в режиме реального времени, рассчитывая значение интегратора. Одновременно с этим DME постоянно обновляет в памяти множительную и суммирующую коррекцию. На основе этих данных можно так же судить о различных неисправностях двигателя.
Суммирующая — коррекция холостого хода
Количество входящего воздуха, на холостом ходу, оказывает наибольшее влияние на работу двигателя, нежели количество впрыскиваемого топлива. По этому на основе показаний лямбда-зонда, DME может узнать о наличии: подсосов, неисправности расходомера воздуха и.т.д. Коррекция рассчитывается в процентах, максимальное значение коррекции смеси ±20%.
Пример: на холостом ходу сигнал впрыска 4.4 мс. Лямбда зонд сообщает о бедной смеси. DME рассчитывает корректировочное значение равное +4%. Чтобы скорректировать бедную смесь, нужно увеличить время впрыска на 4%. Теперь скорректированное время впрыска составляет 4.57 мс.
Множительная — коррекция при частичной нагрузки
На повышенных оборотах в двигатель поступает настолько много воздуха, что подсосы уже не оказывают сильного влияния. Куда важнее — количество впрыскиваемого топлива. По этому на основе показаний лямбда-зонда, DME может узнать о исправности: форсунок, топливного насоса, топливного фильтра и.т.д. Коррекция рассчитывается в мс, максимальное значение коррекции ±0.5 мс.
Пример: у автомобиля не герметичны топливные трубки, из-за чего в топливной магистрали низкое давление. На 2000 оборотах DME открывает форсунки на 6.3 мс, но лямбда-зонд сообщает о бедной смеси. DME рассчитывает корректировочное значение, равное +0.15 мс. Чтобы скорректировать бедную смесь, нужно увеличить время впрыска на 0.15 мс. Теперь скорректированное время впрыска составляет 6.45 мс.
Не обязательно что суммирующая коррекция распознаёт только подсосы воздуха, а множительная только количество топлива. Неисправностей может быть огромное множество, но именно эти факторы преобладают.
Немного про вторую лямбду
С ужесточением экологических стандартов, регулирующий содержание вредных веществ в выхлопных газах, производителям автомобилей потребовался активный контроль за состоянием каталитического конвертора. В основном для двух случаев:
- контроль состояния катализатора.
- коррекция износа катализатора со стороны двигателя.
В первом случае DME сравнивает показания ОГ между первым и вторым лямбда-зондом. Если катализатор не использовал, имеющийся в ОГ, кислород, или использовал его не достаточно, то DME приходит к заключению о неисправности каталитического нейтрализатора. В памяти ЭБУ сохранится соответствующая ошибка, а на приборной панели загорится лампа "проверь двигатель". В данном случае второй лямбда зонд просто проимформирует владельца автомобиля о необходимости побыстрее обратиться на СТО, а механика о необходимости побыстрее заменить катализатор на новый. Если бы на автомобиле был установлен только один датчик кислорода - никто бы ещё очень долго не узнал о неисправности катализатора, соответственно состав выхлопных газов был бы далёк от экологических стандартов.
Во втором случае DME так же сравнивает показания ОГ между первым и вторым лямбда-зондом. Но уже для повышения КПД катализатора или коррекции его износа/деградации. Если катализатор накапливает меньше кислорода, но в пределах допустимого, DME узнает об этом и уменьшит количество кислорода в ОГ. И в обратном случае, если катализатор способен накопить больше кислорода, чем имеется сейчас в ОГ, то DME узнает об этом и увеличит его количество с помощью изменения сигнала впрыска.
Немного про вырезание катализатора
Вы давно были в цетре своего Мухосранска в час пик? Дышать уже просто нечем, одна вонь. Автомобиль - это дорогое удовольствие, если вы не в состоянии раз в 10 лет купить на него новый катализатор - возможно вам стоит отказаться от него и пересесть на общественный транспорт. Он новый стоит всего то 10 000 рублей. Если ответ все ещё: "не куплю" - поздравляю, вы классический нищий БНВист.