Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из следующих фаз (рис.1). Фаза всасывания, во время которой поршень опускается вниз, и через открытый впускной клапан, топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр. Во время следующей фазы происходит сжатие рабочей смеси. После воспламенения происходит рабочий ход поршня, во время которого энергия сгорания топлива передается двигателю. Во время выпуска через открытый выпускной клапан происходит выброс продуктов сгорания топливной смеси.Для правильной работы бензинового двигателя требуется определенное соотношение между количествами поступающего топлива и воздуха. Соотношение 14.7:1 теоретически является наиболее оптимальным по критерию полного сгорания и называется коэффициентом избытка воздуха. Назначением электронной системы впрыска топлива является поддержание этого соотношения  в пропорции, наиболее соответствующей температурным условиям, нагрузке на двигатель, достаточной динамике разгона, требованиям экономичности и экологии. Электронная система  позволяет точно соизмерять количество подаваемого топлива с режимом и нагрузкой двигателя, гибко реагировать на изменение условий эксплуатации автомобиля.
Наиболее распространенной является многоточечная система впрыска топлива. В этой системе топливо в каждый цилиндр поступает через свою форсунку, которая распыляет бензин непосредственно перед впускным клапаном соответствующего цилиндра . - это система, при которой форсунка подает топливо по оси диффузора перед дроссельной заслонкой. Механические системы дозированной подачи топлива в данной работе не рассматриваются.
Применение данных систем обеспечивает следующие преимущества.
   1.Снижение расхода топлива. Получение информации о режимах работы двигателя (например, частота вращения, температура, положение дроссельной заслонки, нагрузка и т.п.) делает возможным точное согласование  функционирования системы и соответствие подачи топлива потребности в нем двигателя.
2.Увеличение мощности двигателя. Достигается за счет лучшего наполнения цилиндров, мелкодисперсного распыления топлива и оптимальной геометрии впускного коллектора, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.
 3.Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска обладает достаточным быстродействием для незамедлительного реагирования на изменение нагрузки. Подача топлива непосредственно к впускному клапану с распылением под большим давлением резко снижает пленкообразование, улучшает параметры топливно-воздушной смеси, что увеличивает динамический момент двигателя и мощность на коленвале.
4.Улучшение холодного пуска и прогрева двигателя. Оптимальные дозировка топлива и величина холостого хода (ХХ) в зависимости от температуры и частоты вращения двигателя позволяет достичь быстрого запуска двигателя и возрастания частоты вращения.
5.Снижение токсичности отработанных газов. Вследствие оптимальности топливно-воздушной смеси, а также, приме­нения датчиков параметров выхлопных газов, система управления не допускает работу двигателя на переобогащенной топливно-воздушной смеси (рис.2).При запуске холодного двигателя требуется обогащение топливной смеси из-за недостаточного перемешивания всасываемого воздуха с топливом, усиленного пленкообразования, низкой кондиции холодного двигателя, что реализуется использованием форсунки холодного старта или значитель­ным увеличением времени открывания форсунки. После пуска двигателя при низких температурах топливно-воздушная смесь обогащается путем подачи дополнительного топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и не улучшится смесеобразование в цилиндрах. Дополнительно, за счет обогащенной смеси достигается больший крутящий момент на коленвале мотора.

При частичных нагрузках (ХХ, сброс оборотов), главным критерием для количества подаваемого топлива, является минимальный расход топлива.
При полностью открытой дроссельной заслонке, двигатель должен достичь максимального крутящего момента, и поэтому смесь обогащается до a=0.85-0.9 (рис.4).
При ускорении, т.е. быстром открывании дроссельной заслонки, кратковременно происходит обеднение топливной смеси вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впуск­ном коллекторе. Для компенсации этого применяется кратковременное, неадекватное показаниям датчика потока воздуха, увеличение времени или частоты открывания форсунок, а также увеличение давления подачи топлива (для того, чтобы разница давления во впускном коллекторе и давления подачи была постоянной).
При движении на принудительном ХХ, т.е. при закрытии дроссельной заслонки и достаточно высокой частоте вращения двигателя, подача топлива практически прекращается. При уменьшении частоты вращения ниже заданного порога подача топлива возобновляется. Данный режим позволяет снижать расход топлива и токсичность выхлопных газов.


  2. Описание системы электронного впрыска топлива бензиновых двигателей.


Электронный блок управления (ECU) выполнен в виде микропроцессорного контроллера, осуществляющего функции управления режимами работы двигателя в зависимости от показаний электронных датчиков автомобиля. На основании полученной информации ECU вырабатывает сигналы управления форсунками и другими исполнительными устройствами. Электронные компоненты блока смонтированы на печатной плате и помещены в металлический корпус, расположенный в автомобиле в месте, мало подверженном воздействию влаги и пыли. Использование микросхем средней степени интеграции и микропроцессоров позволяет значительно увеличить надежность системы, хотя и предъявляет повышенные требования к квалификации обслуживающего персонала. На значительной части автомобилей имеется диагностический разъем, с помощью которого можно считать некоторые параметры работы системы впрыска топлива и коды самодиагностики.


 Электронные датчики информируют ECU о следующих параметрах :
-       положение замка зажигания;
-       положение распредвала;
-       частота вращения двигателя;
-       положение рычага переключения передач (для А/Т);
-       положение переключателей кондиционера, габаритов;
-       напряжение бортовой сети;
-       температура двигателя;
-       температура и количество воздуха, поступающего в двигатель;
-       положение дроссельной заслонки;
-       напряжение датчика содержания кислорода (Лямбда - зонд);
-       напряжение датчика детонации;
-       абсолютное давление (разрежение) во впускном коллекторе;
-       напряжение датчика холостого хода (ХХ).
Некоторые системы используют дополнительные датчики и исполнительные устройства:
 - датчик атмосферного давления (для учета изменения содержания кислорода на разных высотах относительно уровня моря);
 - датчик детонации
 - форсунка холодного пуска;  
 - датчик ВМТ.

ДАТЧИК СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ.

В современных системах управления впрыском топлива, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах (Oxygen Sensor). В обиходе его часто называют лямбда-зонд или О2-датчик, иногда - датчик выхлопа.
Как видно из названия датчика, его задача состоит том чтобы преобразовывать информацию о содержании кислорода в выхлопных газах в эл.сигнал, который , свою очередь, считывается эл.блоком управления впрыском (ECU).
       В современных ДВС оптимальной воздушно-топливной смесью считается смесьс соотношением 14.7 частей воздуха к 1 части топлива. Соотношение воздуха и топлива в составе топливной смеси определяется эл.блоком по полученным сигналам датчиков установленых на двигателе, качество же приготовленной смеси проверяется ECU по сигналам, введенного в обратную связь, датчика О2.При излишне обогащенной или обедненной топливной смеси, эл.блок корректирует ее приготовление с учетом показаний лямбда-зонда. Т.к. датчик О2 выполняет в системе впрыска топлива одну из основных функций, работа двигателя во многом зависит от его исправного состояния.

Самыми важными условиями работоспособности датчика содержания кислорода выхлопных газах являются:
  1. Обеспечение герметичности выхлопного тракта и непосредственно места установки датчика. При замене вышедшего из строя датчика О2 следует смазывать его резьбу специальной токопроводной смазкой для предотвращения заклинивания резьбового соединения. Не стоит применять для этого стандартные смазки, т.к. они не являются токопроводными, а резьбовая часть датчика является для него эл.контактом. Некачественный контакт (или контакт с большим сопротивлением эл.току)приведет к неправильной работе лямбда-зонда. В некоторых конструкциях предусмотрена установка герметизирующей шайбы.

Чаще всего эти шайбы являются одноразовыми и при демонтаже датчика подлежат замене.
  2. Считается недопустимым попадание на корпус датчика тормозной или охлаждающей жидкости и других реактивов. Не следует применять для очистки его поверхности какие-либо растворители и активные моющие средства.
  3. В связи с малыми рабочими токами, должны быть обеспечены надлежащие контакты в разъемах соединений эл.цепи и проводки датчика О2
  4. Существенно снизить ресурс лямбда-зонда может применение топлива, в состав которого входит высокое содержание свинца (этилированный бензин).
  5. К выходу из строя датчика может привести перегрев его корпуса. Перегрев может произойти из-за неправильно установленного угла опережения зажигания или сильно переобогащенной топливной смеси. В свою очередь, топливная смесь может быть переобогащена из-за забитого воздушного фильтра, неисправного регулятора давления топлива в системе, неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости и др.
 Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает это пороговое напряжение ECU. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от 40-100мВ. до 0.7-1В. Длительность фронта должна быть не более 120 мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки.

Проверку работоспособности датчика О2 лучше всего производить с помощью осциллографа. На Рис.3 показан сигнал нормально работающего лямбда-зонда на прогретом двигателе, работающего на ХХ. Здесь и далее умышленно показаны только амплитудные характеристики сигнала, т.к. временные параметры на разных системах и двигателях могут иметь существенные различия.
На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика О2. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика О2. Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка CHECK ENGINE,которая сигнализирует о неисправности.

На Рис.5-8 показаны осциллограммы типично неисправных О2. На Рис.5 представлена наиболее распространенная болезнь датчиков содержания кислорода в выхлопных газах, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т.к. данный параметр не отслеживается контроллером. На Рис.6-8 показаны осциллограммы замерзших О2, неисправности которых не фиксируются контроллером, т.к. амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. В большинстве систем впрыска топлива неисправности датчиков могут быть зафиксированы только при выходе их сигнала

из этого заданного диапазона.Чаще всего это 0-1В. Таким образом,однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой CHECK ENGINE. Однако, следует заметить, что в некоторых ECU предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или   датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха. В этих случаях индикация может быть включенаПри обнаружении неисправности О2-датчика, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение топливной смеси в сравнении с обычным ее составом (~1:14.7).

Внимание! Проверку работы датчика содержания кислорода в выхлопных газах следует проводить на прогретом двигателе и частоте вращения коленвала на оборотах обычного Х.Х.+1200. Щуп осциллографа необходимо  подключать к сигнальному проводу О2 не отключая датчик от контроллера.
  Ресурс датчика содержания кислорода выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315-320°C.
В конструкцию этих датчиков включен нагревающий элемент,имеющий на разъеме свои контакты. Проверку работоспособности нагревательного элемента таких датчиков можно производить обычным омметром.

Сопротивление их обычно составляет от 3 до 15 Ом.
  Демонтаж неисправного лямбда-зонда следует производить при температуре двигателя около 50°C, в противном случае, из-за заклинивания, велик риск сорвать резьбу. Перед тем, как приступать  к демонтажу, необходимо при выключенном зажигании отсоединить разъем датчика.
  Признаком неисправного лямбда-зонда может служить повышение расхода топлива и ухудшение динамики автомобиля, при этом возможен неустойчивый холостой ход двигателя.  В большинстве своем, сходные по конструкции датчики являются взаимозаменяемыми.
  Возможна и замена неподогреваемых на подогреваемые(обратную замену не рекомендуется).

Однако часто возникает проблема несовместимости разъемов и отсутствие дополнительных проводов питания для подогревающего элемента. При этих заменах можно самостоятельно проложить дополнительные провода и подключить подогреватель к реле зажигания или реле эл.бензонасоса. При этом следует учитывать,что ток
 потребления подогревателя может составлять до 8-12А. Если есть возможность, лучше эту цепь подключить через дополнительное реле и предохранитель, как показано на Рис.9.

На Рис.10 показана схематика разъемов, которые чаще всего встречаются с распространенными датчиками содержания кислорода в выхлопных газах.
  Цветовая маркировка проводов, разъемов (и их конструкция) могут различаться и зависят от предприятия(фирмы) изготовителя конкретного датчика или автомобиля. Однако замечено, что сигнальный провод О2 чаще бывает более темного цвета, чем его подогревателя. Цветовая маркировка проводов подогревателя датчика, чаще всего бывает одноцветной (часто белого цвета), но отличной от сигнального провода.

Датчик содержания кислорода в выхлопных газах устанавливается, как правило, в паре с катализатором. Многие автовладельцы считают что они взаимосвязаны функционально и могут работать только в паре. Однако это не совсем так. В большинстве автомобилей лямбда-зонд установлен на выхлопном тракте до катализатора. В этом случае катализатор не может влиять на работу датчика, хотя обратная зависимость есть и заключается в том,чтобы система впрыска топлива регулировала топливную смесь не переобогащая ее, таким образом продляя срок службы катализатора. Некоторые автовладельцы самостоятельно заменяют вышедший из строя катализатор на резонатор и отключают лямбда-зонд. В этом случае ECU работает по усредненным значениям и не может обеспечить оптимального приготовления состава топливной смеси. Кроме того, добиться низкого уровня содержания СО в выхлопных газах на таких автомобилях бывает весьма проблематично.
Часто в этих случаях после отключения аккумулятора работа двигателя становится неустойчивой и не всегда оптимизируется, даже после значительного пробега автомобиля, т.к. не во всех ECU есть система коррекции режимов, сохраняемы

эти значения. Восстановление этих значений порой может быть дороже стоимости нового катализатора вместе с О2.
Если вы решили заменить катализатор на резонатор или просто его удалить, не стоит отключать лямбда-зонд, а если и он вышел из строя, то установите новый датчик.
В автомобилях где лямбда-зонд установлен на катализаторе,дело обстоит еще сложнее, т.к. О2 контролирует уже очищенный выхлоп. В этом случае, если удален катализатор (даже если сохранен О2), добиться оптимальной работы двигателя бывает достаточно трудно, т.к. программа ECU может быть не рассчитана на более грязный выхлоп и часто воспринимает это как неисправность лямбда-зонда.
  Рекомендуется проверять работу датчика содержания кислорода в выхлопных газах через каждые 10000-15000 км. пробега автомобиля.

КАТАЛИЗАТОР.

 оперативной памяти и, при отключении питания, ECU теряет

Фрагменты катализатора. На правом фото темные участки - это соты, которые еще пропускали выхлопные газы. На левом фото можно проследить как глубоко проникли загрязнения...
(Автомобиль  "дергался" при наборе скорости, не развивал мощность, при полностью открытой дроссельной заслонке медленный набор оборотов и т.п. Замены фильтров, свечей, очистка форсунок и т.п. "мероприятия", проведенные на других СТО не изменили состояние автомобиля. После анализа ситуации и дополнительной проверки давления в выхлопной системе поставлен диагноз: "Снижение пропускной способности катализатора..." После удаления переднего катализатора - никаких замечаний.