AUDI 100

AUDI 100

INJECTION - Четыре круга Audi

Ауди - одна из тех европейских фирм, на примере которой можно досконально проследить весь спектр инжекторных топливных бензиновых систем в их развитии от самых первых, механических, до последних систем электронного непосредственного впрыска.
Надо заметить, что развитие систем впрыска от механических и электронно – механических (K-Jetronic, KE-Jetronic) к электронному моновпрыску (Mono-Jetronic, Mono-Motronic) и далее к распределенному электронному впрыску(Digifant, Motronic) и, заканчивая непосредственным (DI-Motronic), характерно далеко не для всех мировых производителей автомобилей.
Например, американские и азиатские производители вообще «перешагнули» промежуток использования механических и электронно-механических систем, перейдя от карбюраторов, сразу к электронным разновидностям впрыска.
Поэтому, прослеживать прогресс развития инжекторных систем нагляднее и удобнее именно на примере большинства европейских фирм, и одна из них фирма Ауди.
Самый большой вклад в разработку и внедрение автомобильных систем впрыска, как и вообще автомобильной электроники внесла немецкая корпорация Бош.
Не надо забывать о том, что эта компания, традиционно обгоняя время, уже в середине пятидесятых годов прошлого века разработала и подготовила для серийного производства первую систему непосредственного впрыска топлива для четырехтактных двигателей, которая устанавливалась на знаменитый Mercedes 300 SL Gullwing - «крылья чайки».

Сегодня мы говорим о непосредственном впрыске как о последнем слове и будущем двигателестроения. Моторы, оснащенные таким видом впрыска, получили у Ауди название FSI (Fuel Stratified Injection) и устанавливаются на большинство современных моделей.
Но промежуток между Gullwing и FSI был заполнен постоянно совершенствующимися системами к разработке которых, прежде всего, приложила руку именно фирма Бош.
1.Механический впрыск топлива
Все началось в конце 70х годов, когда европейская общественность впервые всерьез озаботилась проблемой экологичности автомобильного транспорта.
Стало очевидно, что для понижения вредных для жизнедеятельности человека выбросов в атмосферу надо кардинально менять подход к конструированию топливной аппаратуры.
Это обуславливалось еще и тем, что применение каталитических нейтрализаторов,
как защитного экологического средства, требовало очень точного дозирования топлива для поддержания стехиометрического отношения воздуха к топливу (14,7 к 1 соответственно) в топливной смеси, так как именно это соотношение позволяло катализатору качественно выполнять свои функции и иметь долговременный срок службы.
Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси, прежние карбюраторные системы уже не подходили, и перед инженерами и разработчиками топливной аппаратуры встала задача внедрения качественно новых систем, взамен уже
немодернизируемым карбюраторам.
Вызов приняла компания Бош, которой было не впервой заниматься топливными системами, и накопленный опыт позволял на бумаге, достаточно быстро достигнуть цели.
Основная сложность была в необходимости сделать систему доступной по цене для массового производства и достаточно надежной для длительной эксплуатации.
В то, давнее уже время, электронные компоненты еще не были так распространены и дешевы как в наше время, да и их промышленное производство не было так поставлено на поток, как сейчас во многих азиатских странах. Это определяло и такой параметр, как цена, как основной, не допускающий и мысли об их серийном использовании в системах управления впрыском. Конечный потребитель в лице автовладельца, уже смирился с грядущим подорожанием автомобиля в угоду экологическим требованиям, но только в определенных масштабах, и не скачкообразно.
Поэтому было принято решение начать с чисто механических систем впрыска, пусть и сложных в разработке, технической реализации и обслуживании, но относительно дешевых.
Так появилась первая крупносерийная механическая система впрыска фирмы Бош,
K-Jetronic, одновременно появившаяся на автомобилях сразу нескольких европейских фирм в середине 70х годов прошлого века.
Это был распределенный впрыск, то есть топливо подавалось раздельно в каждый тракт впускного коллектора каждого цилиндра и распылялось непрерывно, но с разной эффективностью, в зависимости от режима работы двигателя.
В основе управления системы лежали чисто механические принципы, и процент электрических компонентов был мизерным.
Первые автомобили Ауди с такими системами стали сходить с конвейера уже в 1975 году,
это были Ауди 80 с двигателем объемом 1.6 литра и кодом YS.
За ними в 1977 году последовали Ауди 100 –двигатель WG с литражом 2.1 и Ауди 200 WC и WJ объемом 2.2. Эпоха карбюраторов стремительно уходила в прошлое.
Таким образом, первый серийный распределенный механический впрыск стал стандартным топливным оборудованием этой марки.
Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля.
Это процесс вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы.
Износ цилиндро -поршневой группы, вызывает постепенное увеличение количества картерных газов, которые дожигаются через сапун двигателя, а это, в свою очередь, ведет к загрязнению и уменьшению проходных сечений впускных коллекторов, дроссельных заслонок и байпасных воздушных каналов. А значит и количество воздуха, поступающее в цилиндр уже не соответствует идеальному для поддержания заветных 14.7 к 1.
То же происходит и с форсунками, их загрязнение ведет к постепенному уменьшению отверстий, через которые впрыскивается топливо и, в свою очередь, ведет к недообогащению смеси.
Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий.
Первые попытки доработать уже хорошо зарекомендовавшую себя K-Jetronic, введя в нее такой элемент, как лямбда зонд или датчик кислорода, и обеспечив этим возможность контроля смеси на выходе по составу выхлопных газов с последующей корректировкой, показали сложность такой модернизации и нестабильность результатов, что дало толчок к разработке новой системы, получившей название KE-Jetronic.
Данная система разрабатывалась с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). Именно на него и были возложены пока еще очень примитивные функции по контролю, управлению и самодиагностике системы впрыска.
Конечно, KE-Jetronic был далек от совершенства и совмещал в себе достаточно сложную механическую систему и очень примитивную пока электронику, но такие функции как контроль рабочей смеси по обратной связи (лямбда регулирование), управление поддержанием холостого хода, осуществление пускового обогащения смеси, были доступны для ЭБУ этой системы.
Первые двигатели Ауди оснащенные KE-Jetronic, объемом 2.2 литра с кодом KZ, стали устанавливаться в 1984 году на автомобили Ауди 200.
По большому счету, механические системы впрыска были наиболее логичным и финансово приемлемым выходом из ситуации с экологическими требованиями, в которую были поставлены производители автомашин в 80х годах прошлого века. Несмотря на постепенное вытеснение их электронными системами впрыска, KE продержался под капотами Ауди аж до 1997 года, последним серийным автомобилем этой марки, оснащенным этой механической системой впрыска был Ауди А6 с двигателем 2.0 код двигателя ACE. А мелкосерийный Ауди 80 кабриолет с двигателем NG 2.3 не сходил с конвейера до конца 90х.
Правда, в течение этих более 10 лет система несколько раз модернизировалась и на Ауди 1997 года выпуска устанавливалась уже не KE-Jetronic в первоначальном его виде, а KE-Motronic, отличающийся тем, что на его ЭБУ были возложены не только функции корректировки процесса приготовления рабочей смеси, но и управления зажиганием.
Говоря о надежности и ремонтопригодности механических систем впрыска, по прошествии 30 лет с момента начала их серийной установки, надо отметить, что, несмотря на сложность и техническую изощренность конструкции, большинство проблем, еще оставшихся в эксплуатации систем, связано с банальным износом конструкции или неквалифицированным обслуживанием.
Так как инженеры Бош были поставлены перед задачей разработать систему впрыска практически без применения электронных компонентов, то и реализация этой задачи предполагала наличие механически-гидравлической элементной базы со сложной взаимосвязью между этими элементами.
А диагностика и ремонт таких систем без базовых понятий о принципах функционирования этих элементов и понимания логики взаимосвязи между ними практически невозможны и ведут к разрегулированию и рассогласованию системы.
Ситуация усугубляется тем, что привычной для современных систем функцией самодиагностики и выдачи кодов неисправности и параметров работы, K-Jetronic не отягощен вовсе, а KE-Jetronic в крайне урезанном виде.
Все это является причиной, по которой машины, оборудованные механическим впрыском, особенно учитывая их ветхость, не являются желанными гостями большинства автосервисов - ведь далеко не везде можно увидеть грамотного и вдумчивого диагноста, а взять проблему «с налета» с помощью сканера не представляется возможным.
Среди наиболее распространенных проблем этих систем неисправности, связанные, прежде всего с износом или загрязнением элементной базы механического впрыска.
Наиболее часто заменяемыми элементами являются форсунки - они здесь чисто механические и не восстанавливаются стандартными средствами, как жидкостной чисткой, так и ультразвуковой. Их износ наступает при использовании нашего бензина уже после 30-70 тыс. пробега и ведет к их замене, благо их цена по сравнению с электромагнитными форсунками, устанавливаемыми на современные системы, в несколько раз меньше.
Также, часто встречается загрязнение, а реже износ, главного элемента механического впрыска, дозатора – распределителя топлива. Этот элемент, называемый в народе «паук»,
при попадании во внутренние полости которого песка и грязи перестает выполнять свои функции и требует промывки. Хорошо, если с делом справляется обычная жидкостная промывка, если же нет, то приходится разбирать прецизионно собранное устройство и промывать его составляющие поэлементно. Переборка дозаторов-распределителей работа кропотливая и требующая осторожности, за нее берутся далеко не в каждом автосервисе, не говоря уже о том, что такая переборка доступна только для систем KE-Jetronic, а для K-Jetronic вообще практически не применима. Качество топлива влияет также и на срок службы топливных насосов, эта проблема характерна также и для систем современного, управляемого электроникой впрыска. Из неисправностей, характерных для механического впрыска, но связанных с проблемами немногочисленных электронных элементов, надо отметить такую распространенную неисправность KE-Jetronic, как протертость дорожки потенциометра напорного диска расходомера воздуха, требующая замены этого элемента или всей лопаты расходомера в сборе.

2.Электронноуправляемый моновпрыск.
Но, прогресс не стоит на месте, и уже в начале 90х годов, когда электронные элементы и технологии стали постепенно дешеветь, разумным и финаносово обоснованным решением стало их постепенное серийное внедрение в системы управления двигателем. Электроника постепенно стала вытеснять механику, причем этот процесс вел в некотором смысле не к усложнению, а упрощению конструкций инжекторных систем. Если раньше, та или иная задача решалась с помощью многочисленных, механически сложных и завязанных в единую систему элементов, то теперь один, достаточно простой в исполнении элемент брал на себя функции нескольких механических.
Первыми, самыми простыми электронными системами впрыска, которые серийно устанавливались на автомобили Ауди, были бошевские Mono-Jetronic и Mono-Motronic.
Отличие этих систем от предыдущих заключалось в двух основных особенностях.
С одной стороны, это были, несомненно, системы следующего поколения-все управление процессом приготовления рабочей смеси, контроля ее состава по обратной связи,
поддержания холостого хода, а на Mono-Jetronic и управление моментом зажигания, было возложено на ЭБУ и подчиненные ему электронные элементы, с другой стороны шагом назад было то, что впрыск топлива стал не распределенным. Если на механическом впрыске предыдущего поколения форсунки, работающие как клапаны и открывающиеся только давлением топлива, стояли раздельно и впрыскивали топливо индивидуально в каждый впускной коллектор каждого цилиндра, то на Mono системах форсунка устанавливалась для всех цилиндров и подавала топливо в тело дросселя над дроссельной заслонкой. Преимущества данного решения лежали, прежде всего, в экономической плоскости - упрощение системы давало возможность конкурировать с другими автопроизводителями, которые тоже не гнушались подобной экономией. В пример можно привести, скажем, систему впрыска Multec, разработанную американской корпорацией GM и широко применявшейся на автомобилях марки Опель. Еще одним упрощением, свойственным этим бошевским системам, было отсутствие устройства для оценки количества воздуха поступающего в цилиндры, будь то расходомер воздуха или датчик абсолютного давления, как например на опелевском Multec. Система математически рассчитывала этот показатель из информации, собираемой с остальных датчиков. Mono-Jetronic/Motronic при всей своей примитивности, в целом, был шагом вперед на пути совершенствования систем впрыска, тем более, учитывая такое важное достоинство, как ремонтопригодность и доступность в диагностировании неисправностей, особенно в сравнении с предыдущими механическими инжекторными системами.

Моновпрыск появился на моторах Ауди уже в 1988 году на двигателе объемом 1.8 литра (Ауди 80двигатель PM) и на Ауди 100(двигатель 4B) и, постепенно вытесняя механический, продержался до 1997, когда «последний из могикан» Mono-Motronic,установленный на Ауди А6 с двигателем 2.0 AAE, сошел с конвейера.
На смену электронному моновпрыску, а поначалу и параллельно с ним, стал внедряться электронный распределенный впрыск. Как уже отмечалось, недостатком Mono-Jetronic/Motronic было, прежде всего, конструктивное решение, не позволяющее системе дозировать топливо индивидуально для каждого цилиндра, что объяснялось экономическими требованиями времени и еще сохраняющейся дороговизной электронных компонентов. Что касается наиболее часто встречающихся неисправностей, это загрязнение и потеря контакта микровыключателя холостого хода, расположенного на конце толкателя дросселя, прорыв уплотнительной манжеты агрегата моновпрыска, и неисправность лямбда зондов, которая на этих системах была особо заметной, благодаря очень глубокой обратной связи по датчику кислорода.

К началу серийного производства систем электронного распределенного впрыска процесс удешевления электроники дошел до уровня, когда производитель мог себе позволить не экономить на электронных компонентах.
3.Электронноуправляемый распределенный впрыск топлива
Первой электронной системой распределенного впрыска, устанавливающейся на Ауди, стала система собственной разработки, носящая название Digifant. Как и переход от механических распределенных систем к моновпрысковым, переход к электронному распределенному Digifant, был плавным. То есть, использование Digifant не вводилось на всех двигателях единовременно, а шел процесс постепенного замещения ранее устанавливающихся систем, как механических распределенных(K/KE-Jetronic/Motronic), так и электронных моновпрысков (Mono-Jetronic/Motronic).
Конструктивно, Digifant представлял собой систему, главными отличиями которой от семейства моновпрысков, кроме количества форсунок, было наличие одного из главных определяющих датчиков системы-датчика объемного расхода воздуха. Недостатком такого вида датчиков являлось наличие механического скользящего контакта между графитовой дорожкой с сопротивлениями и движущимся контактом. При длительном использовании дорожка протиралась в районе области, соответствующей режиму холостого хода, что способствовало нестабильному сигналу. Лечилась данная проблема, либо заменой датчика, либо его разборкой и сдвигом контактного поля для попадания бегунка контакта на не протертую область. Другие проблемы были достаточно характерными для всех последующих систем распределенного электронного впрыска - выход из строя бензонасосов и загрязнение форсунок, благодаря низкому качеству топлива. Если верить официальной сервисной программе VAG Group, под названием ELSA (Electronic Service Information System), то первые попытки мелкосерийно использовать Digifant, Ауди предприняла уже в 1987 году на машинах Audi Coupe, но видимо, данная партия была экспериментальной, так как в других технических источниках указаний на такую модификацию нет. Достоверно известно о первых распространенных Digifant на моделях Ауди 100 в 1992 году на двигателях 2.0 литра с индексом ABK. Надо отметить, что в отличие от брата по концерну, фирмы Фольксваген, на автомобилях которого с конца 80х годов Digifant применялся очень широко, то на Ауди его распространение было гораздо более локальным.

Дальнейшее развитие систем впрыска под капотами автомобилей этой марки шло в общем направлении развития темы электронного распределенного впрыска в разных ее
воплощениях. На сцену входили разработки фирмы Бош, под общим названием Motronic и
различающиеся исключительно нюансами и различными версиями аппаратных и программных реализаций блоков управления. Из отличий данных систем от предыдущего Digifant, наиболее заметным было применение не датчиков объемного расхода воздуха, а датчиков массового расхода воздуха. Принцип определения массы воздуха основывался на степени охлаждения платиновой нити расходомера, находящийся на пути всасываемого воздуха и соответственного изменения тока нагрева этой нити, стремящегося поддержать заданную температуру. Со временем, нитевая конструкция, в целях удешевления, была заменена на пленочную.
Эти датчики были лишены недостатков, связанных с износом трущихся деталей, так как таковые в нем отсутствовали, но по мере удешевления их конструкции и перехода от нитевых датчиков массового расхода воздуха к пленочным, стала проявляться склонность этих элементов к загрязнению и сдвигу параметров относительно заводских.
Коварность этой неисправности выражалась в том, что данный сдвиг не отслеживался системой самодиагностики ЭБУ до тех пор, пока программа управления впрыском не упиралась в предел, отведенный производителем под адаптацию системы к изменяющимся условиям. РИС.MOTRONIC
Параллельно с усовершенствованием систем впрыска изменялись и системы зажигания, управление которыми на этом этапе окончательно было возложено на общий с инжекторной системой ЭБУ. Если на первых Digifant, не говоря уж о моновпрысковых системах, применялось трамблерное зажигание пусть и с контролем блоком управления, то постепенно, автомобили стали оборудоваться зажиганием типа DIS(Direct Ignition System или Distributorless Ignition System в разной расшифровке по-разному), то есть прямым или безраспределительным. В свою очередь, DIS зажигание, со временем, уступило месту самому распространенному на современных автомобилях зажиганию COP(Coil On Plug)-система зажигания с индивидуальными катушками. Задачи , возложенные на ЭБУ, постепенно усложнялись, требовали быстродействия и наличия гибкой логики для реализации самодиагностики и адаптивных функций. Именно в период победного шествия Motronic- с середины 90-х годов до нашего времени, резкий скачок был сделан в сфере усовершенствования программной и аппаратной части ЭБУ, для соответствия их постоянно растущим функциональным запросам.
Дальнейшее совершенствование систем впрыска на автомобилях Ауди происходило не в плоскости изменения элементной базы или изменения систем управления, а в плоскости принципиальной - впрыск переместился из впускного коллектора непосредственно в камеру сгорания.
4.Электронноуправляемый непосредственный впрыск топлива.
Данная идея, как было сказано выше, витала в воздухе уже давно, но со времен мерседесовских опытов с «Крыльями Чайки» европейские фирмы забросили попытки внедрить эту систему, как серийную. И первыми, кто решился, после почти полувекового перерыва оснащать свои машины непосредственным впрыском, была не европейская, а японская фирма Мицубиси, которая в середине 90-х годов прошлого века запустила в производство свои знаменитые системы GDI (Gasoline Direct Injection).
Если же говорить о Ауди, то первые моторы FSI с непосредственным впрыском появились на рынке только в 2002 году на моделях А4 и А2.
Надежность данного вида впрыска, устанавливаемого на Ауди, пока не отслежена досконально, так как срок эксплуатации этих машин еще небольшой, но, проводя параллели с GDI японского конкурента, можно предположить, что проблемы будут, и будут напрямую связаны с качественным составом нашего топлива, к которому непосредственный впрыск очень чувствителен. И, несмотря на то, что Ауди сделала изрядную паузу, относительно Мицубиси, выжидая и имея возможность отследить слабые точки системы конкурента, чтобы научиться на чужих ошибках и обойти их, неизбежность проблем связанных с качеством топлива, очевидна, так как это связано с самим конструктивным решением непосредственного впрыска, как такового.
При впрыске топлива в камеру сгорания, в режиме так называемого послойного смесеобразования, топливно-воздушный заряд, способный по своему составу к воспламенению от свечи зажигания, формируется только в районе ее электродов, остальное пространство камеры сгорания заполнено смесью гораздо более бедной, чем для этого необходимо. Такая точность формирования и «доставки» к электродам свечи ядра смеси обеспечивается выверенной конструкцией днища поршня, представляющего собой трамплин для заряда, быстродействием и мелкодисперсностью распыла форсунки, конструкцией впускного коллектора. Все эти параметры начинают «плыть» в условиях загрязнения, засаженности и закоксовки основных элементов, отвечающих за формирование и доставку к электроду свечи топливно-воздушного заряда.
А такие загрязнения при применении даже столичного, сравнительно качественного топлива, появляются уже после 20-30 тысяч пробега. Несмотря на это, по мнению технических экспертов, именно за системами непосредственного впрыска будущее двигателестроения, и прогресс не будет ориентироваться на отстающих, скорее мы, если не хотим ездить на мировом «секонд хенде», вынуждены будем приближать качество нашего топлива к мировым стандартам.

На сегодняшний день, обозревая весь пройденный путь марки Ауди от первых примитивных механических систем впрыска к технически сложным современным системам непосредственного впрыска топлива, мы понимаем, какой научно-технический потенциал был вложен инженерами, конструкторами и разработчиками в непростой процесс совершенствования инжекторных систем, позволяющий нам сегодня рассчитывать на их экологичность, экономичность и надежность. Конечно при их эксплуатации и обслуживании в цивилизованных условиях.

Познакомься с народом

На главную страницу

Напишите мне

Сайт создан в системе uCoz