Топливная коррекция

Что такое топливная коррекция? Несмотря на существование понятия топливной коррекции задолго до появления инжекторных автомобилей, интерес к ее изучению автомобилистами возрос с ужесточением экологических требований к продуктам выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Понятие топливной коррекции

Способность системы двигателя поддерживать на разных режимах стехиометрический состав смеси путем регулирования подачи топлива – это и есть топливная коррекция.

Режимы работы двигателя обеспечиваются процессом смесеобразования паров бензина и воздуха при определенном соотношении их масс.

Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, являющаяся продуктом перегонки нефти и относится к классу углеводородного топлива. В своем составе содержит 85% углерода и 15% водорода. Пары бензина с воздухом образуют горючие и взрывные смеси, характер которых определяется весовым соотношением, парциальным давлением и температурой.

Наиболее важным показателем нормальной работы двигателя, при котором в цилиндрах его происходит химическая реакция, сопровождающаяся горением, является его стехиометрический состав смеси. Стехиометрический состав должен поддерживаться соотношением 14,7 частей воздуха и одной частью бензина. Именно при этом соотношении обеспечивается процесс горения топливной смеси. Соотношение 14,7:1 должно поддерживаться при различных условиях работы двигателя: запуск, холостой ход, движение в смешанном цикле (город-трасса).

Функция поддержки топливной смеси работает на карбюраторном двигателе в автоматическом режиме путем дозирования топлива сложным механизмом каналов и калиброванных жиклеров. Подготовка горючей смеси начинается в карбюраторе и заканчивается в цилиндре. Процесс подготовки смеси происходит непрерывно и также непрерывно изменяется соотношение масс воздуха и топлива. В зависимости от режима работы двигателя соотношение масс принимает различные значения, при которых смесь может быть богатой, обогащенной, нормальной, обедненной и бедной.

В бензиновом двигателе изменение режима работы двигателя производится путем подачи воздуха во впускной коллектор (на карбюраторном – первичную и вторичную камеру) и поэтому за основу расчета соотношения смеси принят коэффициент избытка воздуха α (альфа). Коэффициент α – это отношение действительного количества воздуха M_R, находящегося в смеси, к количеству воздуха M_T, теоретически необходимому для сжигания данного топлива:

α = M_R/ M_T.

Приведем пример, если количество воздуха в горючей смеси равно теоретически необходимому для полного сгорания топлива, т.е. 14,7 кг воздуха на 1 кг бензина, то α = 1 и смесь называется нормальной. Двигатель работает стабильно и экономно при сохранении умеренной мощности.

Вобогащеннойсмеси α=0,8-0,85 и на 1 кг бензина будет затрачиваться 11,76 кг воздуха, это на 15…20% меньше, чем в нормальной смеси. Скорость сгорания обогащенной смеси выше нормальной, но двигатель развивает наибольшую мощность при незначительном увеличении расхода топлива.

В богатойсмеси α=0,4-0,79 содержание воздуха на 20…60% меньше, чем в нормальной, или на 1 кг бензина количество воздуха находится в пределах от 5,88 кг до 11,75 кг. Скорость горения богатой смеси замедленная, при этом заметно ухудшается тяговая характеристика двигателя и значительно повышается путевой расход топлива.

В обедненнойсмеси с α=1,1-1,2 воздуха на 10…20% больше, чем в нормальной, т.е. количество воздуха составляет 16,17 — 17,64 кг. Обедненная смесь характеризуется низкой скоростью горения смеси с незначительной потерей мощности, при этом экономно расходуется топливо.

В бедной смеси α=1,21 — 1,30 воздуха содержится 20…30% больше, чем в нормальной. Горение бедной смеси замедленное и может сопровождаться сильными хлопками в впускной коллектор или глушитель. Двигатель работает неустойчиво, а путевой расход топлива повышается.

Топливная коррекция на инжекторном автомобиле

Блок управления во время работы двигателя, получая сигналы от датчиков, контролирует и регулирует правильное соотношение воздух — топливо путем точной настройки количества топлива. На современных автомобилях высокоточный контроль производится благодаря установленным кислородным датчикам, функционирующим по замкнутому контуру с датчиком массового расхода воздуха или датчиком абсолютного давления. Кислородные датчики можно сравнить с «глазами» блока управления. Именно эти датчики видят состояние выхлопа и мгновенно сообщают блоку о состоянии смеси.

Как это работает? Поступила информация от датчика кислорода о обедненной смеси выхлопных газов. Блок управления производит расчет и увеличивает подачу топлива повышая время длительности открытия форсунок. И наоборот, если датчик кислорода сообщил блоку об обогащении выхлопа, то мгновенно время открытия форсунки сокращается.

Таким образом, именно кислородные датчики определяют показания коррекции топлива.

Процесс добавления или сокращения топлива называется топливной коррекцией (Fuel Trim). В практической деятельности специалисты, при проверке двигателя называют топливную коррекцию текущим коэффициентом самообучения, который в то же время зависит от его составляющих: долгосрочной коррекции и краткосрочной. Указанные составляющие на разных автомобилях или при использовании мульти марочных сканеров разных производителей имеют свои определенные названия (обозначения).

Например:

И это не полный перечень названий (обозначений) составляющих текущего коэффициента топливной коррекции в окне параметров сканера.

У производителей автомобилей и разработчиков диагностического оборудования различных марок отсутствует договоренность о единых обозначениях параметров – каждый назначает собственные сокращения.

Обозначим аддитивную составляющую коррекции самообучения Кад, а мультипликативную Кмульт. Аддитивная коррекция Кад отвечает за работу двигателя при минимальных оборотах холостого хода, мультипликативная Кмульт – при частичных нагрузках.

Рассмотрим более подробно функциональное значение этих составляющих.

Аддитивная топливная коррекция

Термин «аддитивный» произошел от латинского additio — прибавляю, относящийся к сложению. Соответственно, аддитивная топливная коррекция (или иначе как долгосрочная) рассчитывается на основе показаний мультипликативной коррекции (краткосрочной).  

Аддитивная составляющая работает только на холостом ходу и единицей ее измерения являются миллисекунды.

Функционально долговременная коррекция выполняет действия для получения сигнала от датчика кислорода.

В практике Кад принято обозначать в процентах. Пределы его изменения варьируются – от -10 до +10%. Предположим на примере, что двигатель прогрет и нагреватель кислородного датчика подготовил его к работе. Двигатель работает на холостом ходу, но отклика от кислородного датчика нет. Электронный блок начинает увеличивать время впрыска для обогащения смеси, т.е. долговременная коррекция увеличилась на 1%, но отклика от датчика кислорода также отсутствует. Блок управления продолжает удлинять время впрыска и до тех пор, пока не начнется отклик от кислородного датчика. Отклик от датчика в данном конкретном примере появился при Кад равным 4%. Это говорит о том, что при аддитивной коррекции равной 4% кислородный датчик перешел в активное состояние и мультипликативной коррекцией поддерживается смесь в оптимальном состоянии.

Мультипликативная коррекция

Кмульт – показатель безразмерный. Предел его изменений лежит в диапазоне от 0,75 до 1,25. Выход за границы предельных значений любого коэффициента самообучения свидетельствует о значительном отклонении состава смеси от стехиометрии.

Если Кмульт станет меньше 0,78 или больше 1,22, система встроенной в блок самодиагностики включит желтую предупреждающую контрольную лампу «проверь двигатель». Аналогично включится лампа, если долговременная коррекция превысит 9-ти процентную границу, т.е. достигла критического значения, при этом, как в положительную, так и отрицательную сторону. Проверкой сканером маски DTC выявляются коды неисправностей РО171 (смесь бедная) или РО172 – смесь богатая.

Краткосрочная коррекция (STFT) относится к немедленным изменениям подачи топлива, происходящим несколько раз в секунду.

При диагностике необходимо обратить внимание на строку параметров сканера «ДК1-Банк 1», где отслеживается работа кислородного датчика. Когда сигнал датчика уходит в плюс, блок управления мгновенно меняет значение кратковременной коррекции в сторону минуса, прикрывая распыл форсунки. Значение слова «Банк 1» встречается практически на всех мультимарочных сканерах и означает оно контроль топливной смеси в одном блоке цилиндров. На V-образных двигателях, например, работает также строка «ДК1-Банк 2».

Причина отклонения показаний кислородного датчика в сторону плюса может быть не герметичность форсунок, а в сторону минуса (сваливание сигнала в бедную смесь) – подсос воздуха во впускной коллектор.

Коэффициент коррекции времени впрыска и его составляющие

Текущий коэффициент коррекции Ктек реагирует на постоянно происходящие колебания состава смеси, но функция его на этом и заканчивается. В то время, когда выпускался инжекторный автомобиль ВАЗ-2114 с установленным блоком Январь-5.1 время впрыска корректировалось только на основании текущего коэффициента коррекции. Установленные блоки Январь-7.2 и Bocsh M7.9.7 на ВАЗ-2114 стали учитывать  аддитивным и мультипликативным коэффициентами влияние долговременных, медленно меняющихся факторов, возникающих в процессе работы двигателя (снижение компрессии, давления топлива, производительности работы бензонасоса, увод параметров ДМРВ и т.д.).
Как влияют и приводят в соответствие текущий коэффициент коррекции Ктек его составляющие коэффициенты самообучения (кратковременная и долговременная) приведем на примере.

На автомобиле Лачетти двигатель холодный и отсутствует лямбда регулирование, т.е. режим адаптации топливной смеси не включился. При этом, текущий коэффициент коррекции Ктек = 1.  Условия включения режима адаптации: двигатель должен прогреться до рабочей температуры, активизировались кислородные датчики. Если соблюдены условия и двигатель не имеет серьезных повреждений газораспределительного механизма и поршневой группы, а также исправен датчик абсолютного давления, то  коэффициент Ктек будет принимать значения на холостом ходу в пределах 0,98–1,02.
Если двигатель перевести в режим частичной нагрузки, то влияние аддитивного коэффициента, работающего только на холостом ходу принимать в расчетах не имеет смысла. Функционировать начинает мультипликативный коэффициент.

Задача всех коэффициентов заключается в управлении временем впрыска форсунок. И основной тон в этом задает управляющий кислородный датчик.

Предположим, что кривая сигнала кислородного датчика увеличивается, сообщая блоку управления об уменьшении кислорода в смеси. Блок управления мгновенно реагирует на отсутствие кислорода и короткую коррекцию уменьшает, укорачивая тем самым время открытого состояния форсунок. Реакция кислородного датчика на уменьшение топливоподачи отражается падающей кривой в сторону бедной смеси. Блок управления получив сигнал от кислородного датчика тут же увеличивает короткую коррекцию и время впрыска соответственно растет.    
Аддитивная составляющая коррекции самообучения Кад также контролирует изменения коэффициента Ктек, но только в режиме холостого хода. Размерность аддитивной коррекции – проценты или миллисекунды.

В упрощенном виде изменение состава смеси, определяемое коэффициентом Кад, рассчитывается по формуле: Кад*100/нагрузка. На исправном двигателе в режиме холостого хода нагрузка находится в пределах 18-20%. Предположим, что Кад принял значение, равное 3%. Просчитав по упрощенной формуле ориентировочный состав смеси, получаем 15-ти процентное обогащение. Аналогично и с минусовым значением адаптации. Если Кад=-3%, то получаем 15-ти процентное обеднение смеси.  

Коэффициент коррекции co

На ранних версиях систем управления двигателем инжекторных автомобилей отсутствовали кислородные датчики и, соответственно, автоматическая поддержка топливной смеси не работала. Выравнивать смесь в нормальную возможно было только потенциометром СО, изменяя в сторону обогащения или обеднения.

Принцип регулирования смеси потенциометром основывался на показаниях газоанализатора, примерно так же, как и на карбюраторных двигателях. Установленные нормативы компонентов выброса в выхлопных газах приведены в инструкциях к газоанализатору. И если при регулировке показания СО на газоанализаторе установились на 0,8%, то это означает, что топливная смесь отрегулирована правильно и соответствует норме. С усовершенствованием аппаратной части блока управления, регулирование коэффициента коррекции со стало возможным непосредственно со сканера и потенциометр уже не устанавливался.   

Коэффициент динамической коррекции УОЗ

Динамические характеристики автомобиля зависят не только от состояния топливной смеси, поступающей в цилиндры. В переходных режимах, например, от холостого хода к ускорению, большое значение имеет настройка коэффициента динамической коррекции угла опережения зажигания. При этом топливная смесь, подаваемая в цилиндры и динамическая коррекция УОЗ тесно связаны между собой.

По графику зависимости УОЗ от оборотов двигателя наблюдается отскок угла в данном программном обеспечении, которое достигает 10 градусов от оптимального УОЗ в некоторых режимных точках. Чем больше коррекция угла, тем сильнее проявляются запаздывания и провалы при ускорении. Незначительно изменив состав смеси в сторону обогащения и уменьшив коррекцию угла, можно существенно улучшить поведение автомобиля во всем диапазоне нагрузок.