РЕГУЛЯТОР ХОЛОСТОГО ХОДА
Системы стабилизации холостого хода
С точки зрения теории автоматического регулирования (ТАР), эти системы относятся к замкнутым системам с обратной связью. В чем это выражается?
Как любая система, система АР (автоматического регулирования) имеет замкнутый контур:
рис.1
В обход дроссельной заслонки ставится регулятор холостого хода. Он находится в так называемом байпасном канале (от английского слова by pass – «миновать мимо»):
рис.2
Исполнительным механизмом является регулятор холостого хода. Устройство рассмотрим чуть позднее.
Датчиком (см. рис.1), является датчик скорости вращения двигателя. Неважно, как он устроен. Его задача – определить реальную скорость вращения двигателя. В качестве этого датчика может использоваться:
1.Датчик коленвала.
2.Датчик распредвала.
3.Датчик скорости вращения двигателя.
Объект регулирования – это двигатель, точнее частота его вращения.
Схема сравнения, расположенная в блоке управления двигателем, сравнивает реальную частоту вращения двигателя с той, которая необходима в данный момент (заданную задающим механизмом) и выдает команду исполнительному механизму больше или меньше открыть обходной (байпасный) канал для подачи дополнительного воздуха. Таким образом, обороты холостого хода всегда держатся на заданном уровне.
На экране сканера мы видим следующую картину:
Или такую:
А вот теперь мы нажимаем на педаль газа. Нам уже система стабилизации ХХ не нужна! Нам ехать надо, повышать обороты – а эта система будет стремиться вернуть их к установленным?!
При размыкании контактов холостого хода в датчике положения дроссельной заслонки, петля "обратной связи" размыкается, и система перестает отслеживать установленную частоту вращения двигателя. Более того, регулятор ХХ (холостого хода) по командам с ЭБУ (Электронный Блок Управления) двигает его в сторону увеличения оборотов ХХ. При резком отпускании педали газа (торможении) система «подхватывает» обороты на уровне порядка 1000-1500 об \ мин и плавно опускает их до оборотов холостого хода, не давая двигателю заглохнуть на переходных режимах.
Таким образом, наличие параметра IDLE является основополагающим в работе системы стабилизации холостого хода.
Что мы видим в действительности? Двигатель имеет пониженные обороты ХХ ? Вместо чистки каналов дроссельной заслонки давайте накрутим винт регулировки ее начального положения! Обороты возросли? Плати деньги и уезжай! А то, что параметр IDLE изменился с ON на OFF и система перестала поддерживать обороты ХХ (про TPS - то забыли!) – это уже неважно…
Итак, с чего начнем проверку системы стабилизации холостого хода?
Первым делом проверяем наличие импульсов на регулятор холостого хода (РХХ).
Но мы не знаем, какого типа РХХ установлен на данном автомобиле! Смотрим в район дроссельной заслонки. Мы можем увидеть 3 типа регуляторов :
Соленоидный тип
На разъеме видим всего лишь 2 контакта (2 pin).
Принцип действия очень прост. На соленоид подается напряжение 12 вольт. Он втягивает сердечник, сердечник открывает байпасный канал – подается дополнительный воздух – обороты ХХ возрастают. Напряжение пропадает – сердечник под действием пружины перекрывает байпасный канал – обороты падают.
Но нам не нужен полностью открытый или полностью закрытый байпасный канал. Нам нужно открыть его на необходимую величину. В данных регуляторах для открытия их на необходимую величину применяется метод Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). На обмотку сначала подается короткий импульс на открытие, затем долгое время импульс отсутствует (клапан закрыт).
Это показано на рисунке (а - "закрыто", б - "открыто" - см. стрелки):
Импульсы подаются с большой частотой и клапан не успевает открываться или закрываться полностью – вибрирует с высокой частотой в каком то среднем положении, задаваемой шириной импульсов. Чем шире импульс (скважность) – тем на большую величину открыт клапан. Изменяя ширину импульсов (скважность импульсов) можно менять степень открытия данного клапана.
Роторный тип
В байпасный канал ставится ротор, который либо открывает, либо закрывает канал дополнительной подачи воздуха.
Конструктивно он сделан следующим образом:
Принцип управления очень похож – подавая широтно-импульсно модулированные сигналы в обе обмотки, блок управления меняет степень открытия байпасного канала – меняются обороты. Схема управления приобретает следующий вид:
РХХ данного типа имеет 3 контакта (3 pin) - один общий провод (+В) и 2 управляющих. Осциллограммы на них не нормируются, главное наличие импульсного сигнала 12 вольт.
Шаговый тип
Принцип действия шагового двигателя прост: кольцевой магнит и 4 обмотки, расположенные под углом 90 градусов.
Импульсы подаются последовательно в обмотки 1-4-2-3. Полюса кольцевого магнита поочередно притягиваются к эти магнита последовательно притягиваются к обмоткам – происходит вращательное д движение ротора, которое через червячную передачу открывает или закрывает байпасный
канал. Для движения в обратную сторону импульсы подаются в последовательности 1-3-2-4 .
Как мы видим, для первых двух типов регуляторов импульсы подаются постоянно. Для шагового РХХ при установившемся режиме холостого хода без внешних воздействий (когда не требуется корректировка оборотов ХХ ) блок управления может и отключить управляющие импульсы (червячная передача остается в том же положении – под действием потока воздуха своего положения не меняет).
Продолжим проверку. Проверяем наличие импульсов на регулятор холостого хода (РХХ)
- Импульсы есть.
Без осциллографа нам тут не обойтись. Смотрим величину и скважность этих импульсов.
РХХ у нас не шагового типа. Импульсы мы видим следующего типа:
Вместо прямоугольных импульсов мы можем увидеть заваленные фронты. Это нормально – не забываем про индуктивность обмоток. Скважность импульсов может меняться - нас интересует факт их наличия.
На сканере в разделе DATA STREAM видим следующий параметр:
Параметр IDLE «0 %» соответствует полностью закрытому регулятору холостого хода.
«100 %» - полностью открытому. Значение 50% означает, что система готова отработать обороты холостого хода, как и в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
Конкретное значение данного параметра смотрим в мануалах. Например, фирма TOYOTA дает именно 50 %, другие фирмы предпочитают 30%.
Ну а если у нас шаговый двигатель?
Импульсы приобретают следующий вид:
Расположение импульсов не нормируется - главное их наличие по всем каналам. Величина импульсов строго должна соответствовать 12 вольт (5 вольтовые регуляторы встречаются достаточно редко….).
На сканере в разделе DATA STREAM мы видим параметр:
Что это означает? При включении зажигания шаговый двигатель тестирует сам себя. Проходит от одного крайнего положения до другого. Примерное количество шагов колеблется от 100 до 200. STEP 30 означает, что в сторону уменьшения оборотов система способна сделать 30 шагов, в сторону увеличения – максимальное значение минус 30 шагов.
Предположим, у нас загрязнится дроссельная заслонка. Количество проходящего воздуха уменьшиться. Обороты упадут, регулятору холостого хода придется на большее значение открыть байпасный канал. В DATA STREAM мы увидим совсем другой параметр:
Когда это значение приблизится к максимальному, система потеряет способность корректировать обороты в сторону увеличения. При полностью исправной системе стабилизации холостого хода получим нестабильные обороты.
Чистка дроссельной заслонки и байпасного канала – это не роскошь, а обычное техническое обслуживание.
Ну что же, заслонку в порядок привели, а обороты ХХ по-прежнему нестабильные. Проверяем сам регулятор ХХ . Проверяем сопротивление обмоток. Данные берем из мануалов, но на практике достаточно того, чтобы оно было. На шаговых регуляторах сопротивление всех обмоток должно быть примерно одинаковым. Обрыв обмоток – достаточно часто встречающийся дефект. Дело в том, что обмотки, как правило, заливаются компаундом с коэффициентом теплового расширения равным коэффициенту теплового расширения самой обмотки. Но идеала не бывает, и при нагреве-охлаждении происходит ее обрыв.
Другой дефект – заедание или люфт самого клапана. Либо грязь, либо механический износ. Теория автоматического регулирования достаточно подробно рассматривает устойчивость системы в этом случае. Не углубляясь в долгие математические расчеты, заметим, что данный дефект способен нарушить работу системы вплоть до автоколебательного режима. Обороты начинают «плавать». Такие регуляторы подлежат замене.
- Импульсов нет.
Обычно в таких случаях ставиться диагноз «Замена блока управления». Действительно, выход из строя выходных каскадов, управляющих регулятором – не такой уж и редкий дефект.
Но не будем торопиться. Блок управления бракуется только лишь в том случае, если проверены все питания (массы) и все входящие импульсы.
Проверяем питание (массу) на клапане. Далее проверяем входные сигналы. Вспоминаем, что необходимо для работы системы.
-
Данные о реальной скорости вращения двигателя. Они сравниваются с заданными для данного режима, и система стабилизации принимает решение об увеличении или уменьшении оборотов. Эти импульсы берутся с датчиков системы зажигания, и их отсутствие вызывает так же сбой в работе других систем (топливоподача, тахометр и пр.)
-
Датчик температуры охлаждающей жидкости. По его показаниям на холодном двигателе система стабилизации держит повышенные (прогревочные) обороты холостого хода. Сбой в работе этого датчика также вызывает сбой в работе других систем (топливоподачи, например)
-
Датчик положения дроссельной заслонки. Точнее, его контакты холостого хода. При отпущенной педали газа они должны быть замкнуты.
При небольшом нажатии на педаль газа они должны разомкнуться.
В датчиках, у которых отсутствуют эти контакты, данные об отпущенной педали газа рассчитываются блоком управления по выходному напряжению самого датчика.
Как используется этот сигнал? Дело в том, что при нажатии на педаль газа (мы увеличиваем обороты) необходимость в системе стабилизации холостого хода отпадает (обороты мы регулируем дроссельной заслонкой). Более того, при размыкании этих контактов регулятор (особенно это относиться к регуляторам шагового типа) происходит следующее: регулятор приоткрывается до уровня, соответствующего оборотам 1000 – 1200 об/мин. При резком отпускании педали газа система «подхватывает» обороты на этом уровне и плавно опускает их до уровня холостого хода. Таким образом, сигнал контактов холостого хода является тем сигналом, который включает систему стабилизации ХХ в работу. При постоянно разомкнутых контактах (например, разрегулирована дроссельная заслонка или сбит датчик положения дроссельной заслонки) система стабилизации поддерживать обороты холостого хода не будет.
Заметим так же, что на системах с шаговым двигателем импульсы на него могут отсутствовать в случае стабильной работы двигателя на холостом ходу (нет необходимости какой либо регулировки). Для проверки импульсов в этом случае систему необходимо «спровоцировать»- включить какую нибудь нагрузку (фары, кондиционер), либо просто сделать перегазовку.
И только после всех этих проверок есть основания для браковки электронного блока управления.
Автор: Рязанов Федор Александрович (Компания Инжекторкар)
20.06.2007 г.
