Часть 1.
Очень часто ко мне на диагностику в НЦ ПО в сфере транспорта приезжают автолюбители с жалобами на повышенный, или вдруг возросший топливный аппетит у любимого «железного коня». В большинстве случаев, по результатам диагностики оказывается, что автомобиль исправен и потребляет топлива именно столько, сколько надо. Проверить данное утверждение не сложно, так как у меня есть все необходимое для этого диагностическое оборудование. К тому же, расход топлива – величина строго определенная, контролируемая, без всякой мистики и непредсказуемости. Гораздо труднее убедить в этом клиента. Но почти всегда мне это удается, хотя не редко приходится проявить терпение и настойчивость. Поделюсь своим опытом, основанном на многолетней личной практике и отличном знании теории, а не на чьих-то авторитетных мнениях, рассказах, слухах, домыслах и сплетнях. Думаю, что это будет полезно моим коллегам диагностам и интересно некоторым автолюбителям.
Итак, у меня на диагностическом посту стоит чистый, ухоженный автомобиль не старше десяти лет с инжекторным бензиновым двигателем объемом 2 литра. Владелец автомобиля эмоционально и убедительно рассказывает мне о том, где и какого он залил бензина, и на сколько километров хватило этой заправки. Далее он производит несложные вычисления, из которых следует, что «топливный аппетит» данного транспортного средства превышает определенные нормы. В итоге клиент делает логичное заключение, что неисправен какой-то датчик, из-за которого возрос расход топлива. Конечно, лучше один раз потратиться на диагностику и замену датчика, чтобы потом расходы на постоянно дорожающее топливо не ложились тяжелым бременем на семейный бюджет. Логично. Клиент всегда прав. Я внимательно, с сочувствием выслушиваю рассказ клиента, подготавливая при этом автомобиль к диагностике. Устанавливая вытяжной шланг на выхлопную трубу, я вижу, что на ее срезе нет выступающего наружу пояска черной копоти – признака сильного переобогащения смеси. Далее подключаю газоанализатор и сканер – главные диагностические приборы. Открываю капот, осматриваю двигатель; проверяю уровень масла и наличие охлаждающей жидкости – это необходимые проверки, всегда. Завожу двигатель. Смотрю, чтобы погасла лампочка Check Еngine. Двигатель работает ровно и уверено. Включаю газоанализатор и вывожу на монитор показания диагностического сканера. Клиент стоит рядом и с интересом, но с некоторой долей скептицизма наблюдает за моими действиями. Я просматриваю показания с диагностических приборов и убеждаюсь, что двигатель работает нормально. Теперь можно начинать диалог с клиентом. С одной стороны клиент знает все о том, сколько бензина должен потреблять его автомобиль из рассказов друзей и знакомых, по информации из Интернета, или просто по своим ощущениям. Но с другой стороны, он не четко представляет себе, что двигатель его автомобиля – это не загадочный черный ящик, в котором исчезает дорогостоящее топливо, а очень совершенный агрегат, работающий на основе простых и конкретных законов физики, химии, механики. Моя задача – доходчиво объяснить автолюбителю суть основных процессов, происходящих в двигателе, подкрепив свои теоретические рассуждения ссылками на показания диагностических приборов, контролирующих on-line работу его любимого средства передвижения.
Обычно я начинаю диалог с неожиданного вопроса:
- Надеюсь, вы материалист – в мистику и всякую чертовщину не верите?
- Конечно, я материалист, бывший ком…, неверующий.
- Вы заливаете качественное горючее в бак на заправках, где не обманывают клиентов?
- Естественно, только лучший бензин на самых фирменных АЗС.
- По ночам на стоянке или около дома у вас не сливают бензин из бака?
- Исключено.
- Бензин не подтекает из бака или из трубопроводов? Запаха бензина нет?
- Такого не бывает.
- То есть Вы подтверждаете, что все топливо, которое вы залили в бак автомобиля, сгорает в его двигателе, а не исчезает бесследно неизвестно куда.
Клиент задумывается, осмысливает информацию и в 99,3% случаев с некоторым недоумением отвечает:
- Да, подтверждаю.
- Тогда давайте посмотрим, что происходит с топливом дальше. Чтобы двигатель работал и приводил в движение ваш автомобиль, в нем должно сгореть определенное количество топлива. Вечный двигатель ещё не изобретен, к сожалению. Обращаю Ваше внимание, что в двигателе сгорает не бензин, а точнее, топливовоздушная смесь – испаренный бензин с воздухом атмосферы. К сведению, в воздухе содержится 21% кислорода, а бензин – самое эффективное топливо, его теплотворная способность 47000 кДж/кг. Чтобы эта самая топливовоздушная смесь хорошо и эффективно сгорала в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), она должна быть близкой к стехиометрической. То есть, в её составе должно быть бензина ровно столько, чтобы сгорел весь кислород воздуха. Если в составе топливовоздушной смеси бензина будет больше чем необходимо, то некоторая его часть, на окисление которой не хватит кислорода, будет вылетать из выхлопной трубы в виде черного дыма. Такая смесь называется переобогащенной. Если обогащать смесь более допустимого, то закоптятся свечи, двигатель зальет и он заглохнет. И наоборот, если в составе топливовоздушной смеси топлива меньше, чем необходимо, то такая смесь называется переобедненной. Это тоже не очень хорошо. Переобедненная смесь с трудом воспламеняется от искры, плохо и неполно сгорает в цилиндрах двигателя. Если смесь обеднять чрезмерно, то двигатель начинает работать неровно, трястись и тоже, в конце – концов, заглохнет. Из этих рассуждений следует, что автомобильный двигатель работает в узком диапазоне состава топливовоздушной смеси. Конкретнее: допустимо обеднение смеси относительно стехиометрического не более чем на 10%. Дальше обеднять нельзя, двигатель работать не будет. А обогащать смесь можно не более чем на 15%, и то ненадолго: например, при резкой «газовке», чтобы не было провала. Также обогащение смеси необходимо при работе двигателя в режиме больших нагрузок, когда, к примеру, вы пытаетесь разогнаться на подъеме. Один мой знакомый жил в доме у оживленной дороги, имеющей заметный подъем. Ему пришлось поменять хорошую квартиру, чтобы не задохнуться выхлопными газами идущих на подъем автомобилей. И это несмотря на все разговоры о борьбе за экологию: против законов физики не пойдешь.
Умные люди вывели соотношение, что в составе стехиометрической (идеальной) топливовоздушной смеси должно быть 14,7 массовых частей воздуха и 1 массовая часть бензина. Кстати, масса 1 кубометра воздуха составляет 1,24 килограмма. Согласно законам физики, это соотношение 14,7: 1 действительно для бензинового двигателя любого автомобиля, в том числе и Вашего. При этом состав смеси должен быть близок к стехиометрическому на всех режимах работы двигателя: на холостых, малых, средних и высоких оборотах. Отклонения от стехиометрии оправданы при прогреве двигателя, разгоне, езде на подъем и при движении с горки (не накатом), когда происходит обеднение смеси в режиме принудительного холостого хода. Но в среднем, еще раз подчеркиваю: большую часть времени двигатель работает, сжигая топливовоздушную смесь близкую к стехиометрической. По другому быть не может, законы физики объективны. Некоторые автопроизводители выпускают двигатели, работающие на очень обедненных смесях, например: Мицубиси GDI и Тойота D-4. Но такие двигатели неоправданно сложны и оказались не самыми экологичными.
Теперь от теоретических рассуждений вернемся к нашему двигателю. Я имею возможность при помощи газоанализатора доподлинно и абсолютно четко проверить, на какой смеси работает двигатель Вашего автомобиля. Мой газоанализатор 1-го класса точности, освидетельствованный Центром Метрологии, не врет. Его показаниям я верю больше, чем всем рассказам, клятвам и свидетельствам очевидцев. Двигатель стоящего на диагностике автомобиля ровненько работает на холостом ходу 750 об/мин, прогрет до рабочей температуры 94 градуса. Обращаю внимание клиента на показания газоанализатора. Начинаю с СО. Это угарный газ или моноксид углерода – самый информативный показатель качества смеси. В выхлопных газах данного автомобиля на ХХ прибор регистрирует 0,3 % СО. Это нормально: смесь близка к стехиометрической, переобогащения нет. Для прохождения техосмотра, согласно ГОСТ Р 52033 – 2003, содержание СО не должно превышать на холостых оборотах 1% и на повышенных оборотах 0,6%. Следующий показатель СН – несгоревшие углеводороды, измеряемые в единицах на миллион молекул воздуха. Эти углеводороды – частицы несгоревшего топлива, вылетающие в выхлопную трубу. В данном случае несгоревших частиц немного, всего 120 ед. на миллион. Допуск для техосмотра: 400 ед. на холостых и 200 ед. на повышенных оборотах. Низкое содержание СН – показатель не переобогащенной смеси, нормальной работы системы зажигания, газораспределения и общего состояния двигателя – механической части и системы управления. СО и СН - токсичные, самые вредные составляющие автомобильного выхлопа. Следующее показание газоанализатора СО2 – углекислый газ. Он не токсичен. Это – наряду с водой (в виде пара), основной продукт сгорания топлива. В нашем случае содержание СО2 – 14,6%. Это неплохо: чем выше содержание СО2 в abgas, тем полнее сгорание топлива, выше эффективность работы двигателя. Для сравнения: в карбюраторных Жигулях и Волгах содержание СО2 было 10 -12 %, т. е. двигатели были не так совершенны, работали менее эффективно. Также обратим внимание на показатель О2 – остаточный кислород в выхлопных газах. И данном случае остается 1 % кислорода, а 20% сгорают; это нормально. Содержание остаточного кислорода – это тоже достаточно информативный показатель состава смеси, полноты сгорания топлива и эффективности работы двигателя. Следующий высвечиваемый газоанализатором показатель: лямбда – коэффициент избытка воздуха. Процессор газоанализатора по предыдущим показателям сам рассчитывает этот коэффициент. В идеальной, стехиометрической топливовоздушной смеси, где воздуха (кислорода) ровно столько, чтобы сгорело все топливо, лямбда равен 1. Если воздуха чуть больше, то есть смесь малость обедненная, то и лямбда больше единицы. В нашем случае лямбда равен 1,03 – смесь обедненная: воздуха на 3 % больше, чем при стехиометрии. Так и должно быть: все современные автомобили работают на несколько обедненных смесях с лямбда в диапазоне 1,01 – 1,08. А наши устаревшие ВАЗы, ГАЗы, АЗЛК, УАЗы могли ездить при лямбда 0,92 – 0,98, то есть - на заведомо обогащенной смеси, с черным дымком из трубы и постоянно закопченными свечами зажигания. Вспомним строчки из поэмы С. Я. Маршака Мистер Твистер, где он писал про автомобиль: «И покатил по асфальту шурша, в лица прохожим бензином дыша». Это Маршак написал давно и не про Ваш автомобиль. Еще мой газоанализатор показывает обороты двигателя. У Вашего автомобиля холостой ход в норме – 750 об/мин., перерасхода топлива из-за завышенных оборотов ХХ нет. Проверяем работу двигателя на повышенных оборотах. Я плавно нажимаю на педаль газа и в течение 1 -2 минут раскручиваю двигатель до 4000 об/мин, потом также равномерно сбрасываю обороты до холостых. Наблюдаем за показаниями газоанализатора. Все в порядке: СО и СН снижаются и вообще уходят в ноль, СО2 возрастает до 15,2%, а остаточный кислород снижается до 0.6 %. Это объясняется тем, что при работе на высоких оборотах процесс сгорания более эффективен, каталитический нейтрализатор нагревается выхлопными газами и в нем догорает небольшая часть топлива не успевшего сгореть в двигателе. Итак: анализ показаний газоанализатора позволяет сделать вывод том, что основная причина перерасхода топлива – переобогащение топливовоздушной смеси не имеет места быть. Клиента это убедило, но он еще считает, что перерасход топлива все-таки есть. Хорошо, переходим к рассмотрению показаний диагностического сканера. Смотрим оn-line работу датчиков, исполнительных механизмов и системы управления двигателем. Наиболее наглядна выдаваемая сканером информация об ошибках – отклонениях от нормального функционирования. В данном случае сканер беспристрастно показал: ошибок нет. Поясняю: системы самодиагностики современных автомобилей очень чувствительны не только к конкретным неисправностям, но и к любым отклонениям от нормы, которые могут привести к отклонениям от заданного состава топливовоздушной смеси. Это может быть и переобогащение и переобеднение, что одинаково вредно для экологии. Примечание (А. Ю.): думая об экономии – думай об экологии. Если бы вышеуказанные отклонения были, то лампочка Check Еngine ярко горела бы на приборной панели и сканер высветил целый список ошибок, например:
Р0171 – смесь слишком бедная,
Р0172 – смесь слишком богатая,
Р0130 – датчик кислорода до нейтрализатора неисправен,
Р0133 – медленный отклик датчика кислорода 1.
В разделе «текущие данные» находим показания 1-го датчика кислорода. Видим, что выходное напряжение датчика равномерно изменяется от 0,1 до 0,9 вольта, на графике синусоида. Датчик кислорода работает отлично. Это нормальный процесс лямбда-регулирования. Блок управления двигателем (ЭБУ) контролирует и корректирует состав топливовоздушной смеси. Вывод: смесь нормальная, иначе и быть не может. Но почему-то очень многие автолюбители считают, что в повышенном расходе топлива виноват именно датчик кислорода и часто наугад меняют этот датчик на новый (не дешевый) или контрактный. Не надо торопиться и безоговорочно менять эти датчики, работоспособность которых можно без особого труда, четко и достоверно проверить при помощи диагностического сканера, осциллографа или обычного мультиметра. О датчиках кислорода будет отдельный рассказ. Чтобы окончательно убедить клиента в отсутствии переобогащения смеси, выкручиваю одну свечу зажигания. На электродах нет черного бархатистого налета сажи. Комментарии нужны?
Клиент спрашивает: - Если с двигателем все нормально, то почему же такой высокий расход топлива? - Еще немого терпения; рассмотрим вторую причину перерасхода топлива. Давайте сначала выясним: от чего вообще зависит расход топлива. Во-первых: от объема двигателя. За два оборота (1 цикл, 4 такта) в двигателе сгорает равное его объему количества топливовоздушной смеси. В нашем случае 2-х литровый двигатель всасывает за два оборота 2 литра смеси, близкой к стехиометрической. А за один оборот двигатель всосет 1 литр топливовоздушной смеси. Нетрудно подсчитать сколько топлива содержится в 1 литре нормальной топливовоздушной смеси, зная соотношение 14,7: 1. Считаем: один литр воздуха при нормальных условиях весит 1,22 грамма, а топлива должно быть в 14,7 раз меньше, то есть 0,083 грамма. С учетом обеднения смеси, разрежения во впускном коллекторе и коэффициента наполнения цилиндров будем считать, что в двигателе вашего транспортного средства за один оборот сгорает 0,056 грамма бензина. Все точно и определенно. Не правда ли? После этих рассуждений мы логически подошли к важному определению: в самом общем виде расход топлива определяется количеством оборотов, которые сделал двигатель за данный промежуток времени. Итак: вторая причина перерасхода топлива – двигатель делает неоправданно большое количество оборотов. В редких случаях причиной перерасхода является конкретная неисправность – неправильно работает коробка-автомат. Это значит, что переключения передач с низшей на высшую могут быть затянуты, то есть происходят при раскрутке двигателя до более высоких оборотов. Естественно, что при этом двигатель делает немало лишних оборотов и расход топлива соответственно увеличивается. Как это проверить?
Я обращаюсь к клиенту: - Уважаемый владелец этого автомобиля, я надеюсь, что Вы опытный водитель, и нет ли у Вас подозрений на то, что коробка-автомат работает некорректно? Не кажется ли Вам, что передачи переключаются с опозданием, на очень высоких оборотах.
Хорошо, если клиент ответит: - Я уверен, что АКПП работает нормально. Если клиент затрудняется ответить, то придется покататься с ним, чтобы самому проверить правильность работы коробки. Надо обратить внимание клиента, что на многих коробках-автоматах есть режим OD/OFF – запрещение включения повышенной передачи. Подробнее: когда этот режим включен (нажата кнопочка на селекторе) то на панели приборов горит лампочка OD/OFF. При этом не включается 4-я передача и при движении на 3-й передаче двигатель делает в полтора раза больше оборотов, расход топлива соответственно увеличен в 1,5 раза. Режим OD/OFF лучше вообще не включать, в этом нет необходимости: лампочка OD/OFF на панели не должна гореть. Запрещать включение повышенной передачи Over Drive рекомендуют при езде с прицепом или при движении с горки, чтобы тормозить двигателем, а не жечь колодки. Таким образом, мы пришли к выводу, что основные причины перерасхода топлива отсутствуют. Конечно, есть и другие причины, например: низкое давление в шинах, плохо отрегулированные тормоза, густая смазка в узлах трения, повышенное лобовое сопротивление, езда против ветра и многие другие. Но это второстепенные причины.
Клиент не сдается:
- Но почему же все-таки мой автомобиль потребляет так много топлива? В чем причина? Что неисправно? Клиент прав: расход 16-18 литров бензина на 100 км не назовешь нормальным.
Давайте рассуждать дальше. Еще немного терпения и внимания. Представьте, что вы мчитесь по широкой ровной трассе со скоростью 100 км/час. На тахометре показание: 2500 об/мин. Сто километров Вы проезжаете с ветерком за 1 час (60 минут). Подсчитаем, сколько оборотов сделал двигатель за эти 60 минут: 2500х60=150000 оборотов. Зная число оборотов, можно довольно точно подсчитать и сколько граммов топлива при этом сгорело. Получается 7,5 литров на 100 км, реально.
Клиент соглашается: - Да, примерно столько. - Будем считать, что это нормальный расход? - Да, это нормально. - А теперь скажите мне, пожалуйста: сколько времени Вам потребуется, чтобы накрутить 100 километров по городу в суете, сутолоке и в пробках? Прикиньте: сколько оборотов сделает двигатель вашего автомобиля за это время? Сколько раз Вам придется тормозить и разгоняться? - Да уж гораздо больше, чем при езде за городом. - И, самое удивительное то, что расход топлива возрастет во столько же раз и даже больше с учетом динамики нагрузки на двигатель.
Еще раз заостряю Ваше внимание, что расход топлива определяется не по Вашим среднеарифметическим подсчетам, а по числу оборотов, которые сделал двигатель за все время, пока заведен. Количество литров бензина на 100 километров пробега – устаревший показатель. В недалеком прошлом, когда не было такой сутолоки на дорогах, реально действовали «Нормы расхода топлива» для различных категорий транспортных средств. До сих пор автопроизводители указывают расход топлива своих автомобилей в литрах на 100 км при различных циклах движения. Но это делается в рекламных целях, чтобы убедить потенциальных покупателей, что их изделие по топливной экономичности не хуже, чем у конкурентов.
Таким образом, мы еще раз подтвердили, что Ваш автомобиль исправен, топливный аппетит у него нормальный и не надо менять никакие датчики. А расход бензина высокий потому, что при движении по оживленным городским магистралям, Вы подолгу стоите в пробках и у светофоров, движетесь медленно на пониженных передачах, нервничаете, часто ускоряетесь и тормозите. Вы же не глушите двигатель, когда стоите в пробке или у светофора. Эффективный КПД у работающего двигателя стоящего в пробке автомобиля равен нулю: вся теплота от сгорающего топлива идет не на полезную работу, а на обогрев окружающей среды. В этом нет Вашей вины. Вы заложник дорожной ситуации: вырваться из сутолоки или объехать пробку невозможно. Летающие автомобили, как в «Пятом элементе», появятся еще не скоро.
Владелец автомобиля, как все русские, не сдается. – Но почему же тогда этот «железный конь» стал кушать бензина больше, чем раньше? Может быть, все-таки поменять датчик кислорода – не зря же мужики советуют …? - Вряд ли эти мужики имеют представление о том, как ЭБУ производит корректирование состава смеси по показаниям лямбда-зонда. Я понятно выражаюсь? Если вам понятны мои рассуждения, то я отвечу и на этот вопрос. Анализируем ситуацию. Сейчас холодное время года. Когда Вы заводите утром любимый автомобиль, то прогреваете его минут 10 – 15. Он работает при этом на повышенных оборотах и на обогащенной смеси, иначе заглохнет. Бензин при этом «вылетает в трубу». Дороги скользкие. Вы движетесь медленно на пониженных передачах. Двигатель делает большее число оборотов: расход топлива от этого не уменьшается. В узлах трения смазка замерзла, загустела – это тоже не снижает расход драгоценного топлива. Световой день короче, прохладно: в автомобиле постоянно включены отопитель, обогреватели, фары и пр. Понятно, к чему это приводит. Скоро наступит лето, и расход топлива уменьшится, согласно все тем же законам физики. Но Вас это не обеспокоит. Не так ли? К хорошему быстро привыкаешь. А автомобиль у Вас действительно хороший: комфортабельный, удобный, мощный, надежный и экономичный. Но за удобство надо платить. И топливный аппетит у этого «железного коня» совершенно нормальный. Вы со мной согласны? - Да, полностью согласен.
- Датчик кислорода менять будем? - Нет, спасибо. Получается, что расход топлива мне просто показался завышенным. – Получается что показался. В таких случаях надо сделать следующее: соединить вместе три пальца правой руки, коснуться ими лба, потом пупка, затем правого плеча, и левого плеча. - Огромное спасибо, я все понял. – Вот так - то. Пожалуйста. До свидания. Я отсоединяю диагностические приборы и показываю клиенту, как пройти к кассе.
Автор: Алексей Юрин.