В бензиновом двигателе с впрыском топлива обороты двигателя определяются количеством всасываемого воздуха. Чем сильнее будет открыта дроссельная заслонка, тем больше воздуха попадет во впускной коллектор. Компьютер обсчитает количество этого воздуха и определит, сколько бензина нужно под него подать. Что произойдет, если компьютер не будет знать о количестве всасываемого воздуха? Это может случиться, например, при отсутствии сигнала с датчика положения дроссельной заслонки или при появлении во впускном коллекторе нештатной «дырки» (у двигателей с датчиком расхода воздуха). Сначала двигатель начинает поднимать обороты, как при простом открытии дроссельной заслонки, но, поскольку топливная смесь будет становиться все беднее и беднее, двигатель начнет глохнуть. Его обороты будут снижаться, количество всасываемого воздуха – уменьшаться, и топливная смесь снова станет нормальной, что позволит двигателю вновь поднять свои обороты до 1200–1600 об/мин, затем снова снижение оборотов, двигатель начинает глохнуть и так далее... Возникает явление, называемое «плаванием» оборотов.
Но возможен и второй вариант, когда двигатель поднимает обороты холостого хода до 1600–2000 об/мин и ровненько «ревет». Почему? Да просто инжекторы в режиме холостого хода подают слишком много бензина. Это количество бензина позволяет двигателю работать и при 2000 об/мин, ведь «дырка», через которую поступает нештатный воздух, не увеличивается. Вот если бы она стала чуть больше, то при том же количестве поступающего бензина двигатель мог поднять обороты, например, до 3000 об/мин, но затем все равно бы заглох, после снижения оборотов снова «подхватил» – опять появилось бы «плавание» оборотов. Таким образом, если вам удастся поднять обороты двигателя до 2000 об/мин, сняв какую-нибудь вакуумную трубку от впускного коллектора, и двигатель при этом будет работать ровно, значит, у этого двигателя скорее всего существует перерасход топлива. На холостом ходу в двигатель льется столько бензина, что его хватит и для работы при 2000 об/мин. Конечно, многое зависит от конкретной схемы впрыска, описываемая ситуация характерна для двигателей, имеющих счетчик количества всасываемого топлива. Если в двигателе применяется система без счетчика количества всасываемого воздуха, а с датчиком давления во впускном коллекторе, то любой нештатный подсос воздуха вызовет только увеличение оборотов двигателя.
Как мы убедились, и большие обороты холостого хода, и «плавание» оборотов чаще всего вызваны одной причиной – чрезмерным поступлением нештатного воздуха. Есть четыре пути, по которым в двигатель поступает весь воздух, определяющий его обороты.
Во-первых, через дроссельную заслонку. Вы нажали на газ, дроссельная заслонка открылась, во впускной коллектор полетел воздух, и двигатель поднял обороты. Если вы не нажали на газ, а тросик этого газа где-то переломан или просто перетянут, будет то же самое. Тот же эффект, большие обороты холостого хода, может возникнуть при «удачном» размещении на полу салона дополнительного коврика для сбора грязи. В этом случае жесткий коврик постоянно с некоторой силой нажимает на педаль газа, и двигатель держит повышенные обороты.
Во-вторых, через канал холостого хода. У большинства двигателей со впрыском топлива (но не у всех!) есть воздушный канал в обход дроссельной заслонки. Этот канал (канал холостого хода) перекрывается регулировочным винтом, который позволяет изменять сечение канала, измеряя тем самым обороты холостого хода.
В-третьих, воздух поступает через прогревалку – устройство для поддержания повышенных оборотов холостого хода при холодном двигателе. Этот воздушный канал перекрывается специальным штоком или заслонкой. Положение этого штока (или угла поворота заслонки) зависит от температуры капсулы, расположенной в прогревалке. В так называемых водяных прогревалках эта капсула омывается тосолом из системы охлаждения. Когда двигатель горячий, весь шток выдвигается из капсулы, полностью перекрывая воздушный канал. Поступление через него воздуха во впускной коллектор прекращается, и двигатель снижает обороты до холостого хода. На холодном двигателе этот канал открыт, но тогда и датчик температуры дает команду для блока EFI на обогащение топливной смеси, поэтому «плавание» оборотов у холодного двигателя – явление очень редкое. Но если из-за неисправности датчика температуры или его цепей не происходит требуемого обогащения топливной смеси, обороты двигателя могут начать «плавать».
Четвертый путь штатного поступления воздуха во впускной коллектор – воздушный канал, перекрываемый специальным устройством. Это устройство обычно называют серводвигателем принудительного повышения оборотов холостого хода или просто мотором холостого хода. Иногда это импульсный электродвигатель, иногда просто электромагнитный клапан или соленоид с импульсным управлением, – варианты могут быть разными.
Основные функции серводвигателя принудительного повышения оборотов холостого хода (мотора холостого хода) следующие:
- функция управляемого демпфера, для того чтобы двигатель не сбрасывал резко обороты (вы, наверное, замечали, что при сбросе газа стрелка тахометра резко падает, чуть замирает в районе 1000 об/мин и плавно опускается до величины оборотов холостого хода);
- функция принудительного повышения (или поддержания существующих) оборотов двигателя при включении нагрузки (включение фар, кондиционера, обогрева заднего стекла и т. д.);
- функция принудительного повышения оборотов двигателя при запуске: все впрысковые двигатели (если они прогреты и исправны) при запуске сами поднимают обороты до 1500–2000 об/мин и плавно снижают их до величины холостого хода.
При недостаточном уплотнении дренажное отверстие служит для вывода охлаждающей жидкости наружу. Снимая водяной насос по любой причине, обязательно проверьте зазор между торцом лопасти и рабочей поверхностью. Если рабочая поверхность находится на блоке цилиндров или на крышке водяного насоса, зазор можно измерить, используя пластилин. Кусочек пластилина нужно приклеить к торцам 2–3-х лопастей, а затем установить на место водяной насос, но только на двух болтах. Потом насос нужно снова снять и по толщине пластилиновой лепешки определить толщину зазора. Работа водяного насоса тем эффективнее, чем меньше этот зазор. Нормальным считается зазор 0,3–0,5 мм. Его можно корректировать, фрезеруя привалочную плоскость водяного насоса или изменяя толщину прокладки, на которую устанавливают этот насос. Перед дроссельной заслонкой есть отверстия, через которые воздух поступает во впускной коллектор в обход дроссельной заслонки. На пути этого воздуха стоят устройства принудительного повышения минимальной частоты вращения двигателя при холостом ходе.
Если двигатель имеет повышенные обороты холостого хода, или обороты «плавают», т. е. циклически изменяются на 200–400 об/мин (или более), нужно сначала найти канал, где происходит подсос лишнего воздуха. Во-первых, проверьте, все ли трубки от впускного коллектора находятся на своих местах, не порваны ли они. Обычно в таких ситуациях слышен свист воздуха, всасываемого через образовавшееся отверстие. Затем проверьте, полностью ли закрыта на холостом ходу дроссельная заслонка. Известны случаи, когда полностью закрыться заслонке не позволяла попавшая под педаль газа ледышка или «удачно» подвернувшийся коврик. Чтобы убедиться, что дроссельная заслонка на холостом ходу закрыта полностью, проверьте, есть ли слабина у тросика газа, там, где он крепится к секторному рычагу этой заслонки. Кроме того, чтобы плотнее закрыть дроссельную заслонку, можно рукой принудительно провернуть сам секторный рычаг. Если у тросика есть слабина, а секторный рычаг рукой уже не проворачивается, значит, дроссельная заслонка закрыта полностью.
Теперь найдите винт регулировки оборотов холостого хода и, вращая его, попытайтесь снизить обороты двигателя. Если это вам не удастся, то вас можно поздравить: вам предстоит интересная работа по диагностике прогревного устройства и серводвигателя принудительного повышения оборотов холостого хода.
При прогретом двигателе рукой определите температуру водяных трубок, подходящих к блоку дроссельных заслонок (именно там, сбоку или снизу, находится прогревалка). Температура этих трубок должна быть такой же, как у верхнего бачка радиатора и шлангов отопителя салона. Если же трубки чуть теплые, значит, охлаждающая жидкость не циркулирует через прогревалку, следовательно, третий канал поступления воздуха остается открытым и двигатель держит повышенные обороты. Известны три причины отсутствия циркуляции.
Первая – в системе охлаждения мало охлаждающей жидкости. Надо сказать, это самая «популярная» причина отсутствия циркуляции.
Вторая причина – водяные трубки или сама прогревалка забиты грязью. Грязь здесь появляется в результате варварского отношения к двигателю: вместо того чтобы поменять тосол, ему доливали воду; появилась коррозия – добавили какую-нибудь присадку («антитечи» здорово помогают забить всю систему охлаждения) – перегрелся двигатель. Все это могло произойти в «предыдущей жизни» автомобиля. Автомобильные «убийцы» есть не только в нашем отечестве. Но независимо от того, отсутствует ли в прогревалке циркуляции охлаждающей жидкости или заклинен ее шток, заросший грязью, результат один – воздушный канал остается открытым. Он может быть слегка прикрыт, тогда обороты холостого хода будут не 1800, а 1200 об/мин, но проблема все равно остается. Обратите внимание, что при подобной неисправности водяные патрубки хрустят, если их сжать, – это ломается корка из внутренних отложений, и двигатель склонен к перегреву. Обратите внимание на отверстие с заклепкой: оно всегда должно располагаться вверху.
Третья причина недостаточного нагрева устройства обеспечения повышенной частоты работы двигателя (прогревалки) при его прогреве – неэффективная работа помпы. Ее лопасти со временем приходят в негодность и не могут обеспечить нормальную циркуляцию охлаждающей жидкости. В этом случае печка в салоне греет, только когда вы давите на педаль газа, а при пониженных оборотах двигателя она не прокачивается и остывает.
Можно со стопроцентной достоверностью определить, закрыт воздушный канал прогревалки или нет, заткнув чем-нибудь этот канал. Если на вашем автомобиле двигатель без датчика расхода воздуха (3S-FE, 4A-FE, 3E-E, 1G-FE и др.), то, даже не выключая двигатель, можно снять резиновый воздуховод с патрубка блока дроссельных заслонок и внутри, перед самой дроссельной заслонкой, увидеть на стенке отверстие. Если после того как вы заткнете пальцем это отверстие, горячий двигатель сразу снизит обороты (и даже заглохнет, если винт регулировки холостых оборотов уже полностью закручен), значит, воздушный канал не закрыт. Если при этом корпус прогревного устройства горячий, следовательно, из-за грязи заклинило шток, который должен выдвигаться из капсулы. Можно попытаться разобрать и почистить прогревное устройство. Если же корпус не горячий, а только теплый, нужно добиться, чтобы он стал горячим. Может быть, заменить термостат, может быть, прочистить водяные каналы, может, перед радиатором установить какую-нибудь картонку...
Если двигатель оборудован «считалкой» воздуха (1G-GZEV, VG-20E, 6G-73, CA-18, все двигатели с турбонаддувом и др.), то у вас вряд ли получится снять на ходу и заткнуть пальцем воздушный канал. Двигатель скорее всего заглохнет. Поэтому мы делаем так. Выключаем двигатель. Снимаем воздуховод. На внутренней стороне патрубка блока дроссельных заслонок находим отверстие и затыкаем его маленькой тряпочкой. Если отверстия два, закрываем оба, но так, чтобы нашу заглушку не всосало внутрь воздушного канала. Затем надеваем резиновый воздушный патрубок на место, откручиваем винт регулировки оборотов холостого хода на 5–6 оборотов. Запускаем двигатель. Ни в коем случае не трогаем педаль газа! Иначе при открытой дроссельной заслонке мощный воздушный поток может всосать тряпку внутрь. Если после запуска двигателя с помощью винта регулировки оборотов вам легко удастся выставить требуемые обороты холостого хода, значит, воздушный канал прогревного устройства на горячем двигателе открыт, а этого не должно быть.
Одним из самых сложных (и трудоемких) для диагностики случаев нештатного поступления во впускной коллектор воздуха был следующий. Приходит в ремонт машина «Toyota Levin» с двигателем 4А-GZE. Из названия видно, что этот двигатель оборудован механическим наддувом, имеет два распредвала и электронный впрыск топлива. Обороты холостого хода (ХХ) были около 2000 об/мин. Закручивание винта регулировки оборотов ХХ никаких «эмоций» у двигателя не вызывало, т. е. он попросту не реагировал на него. Сняли этому двигателю воздуховод между воздушным фильтром и блоком дроссельной заслонки (датчика потока воздуха у этого двигателя не было), вырезали из плоской жести пластинку и с ее помощью плотно перекрыли вход блока дроссельной заслонки. Этим мы исключили даже малейшее поступление воздуха через канал холостого хода, через неплотно прикрытую дроссельную заслонку и через канал принудительного повышения оборотов холостого хода, т. е. полностью перекрыли двигателю воздух. После запуска двигателя выяснилось, что его обороты снизились до 1800 об/мин. Воздух в двигатель вроде не поступает (мы ведь его перекрыли), а он «молотит» себе 1800 об/мин. Тогда стали разбираться, как вообще воздух поступает во впускной коллектор.
И оказалось, что после дроссельной заслонки воздух по специальному воздуховоду поступает к нагнетателю, после него к охладителю («интеркуллеру») и дальше по воздуховоду во впускной коллектор. После этого сняли корпус охладителя и той же пластинкой почти полностью перекрыли вход во впускной коллектор. Оставили только щель около 0,5 мм. Запустили двигатель, и обнаружили, что двигатель «успокоился». Обороты холостого хода составляли около 600 об/мин. Изменением ширины щели они легко изменялись в любую сторону вплоть до полной остановки двигателя (при полном устранении щели). Значит, подсос нештатного воздуха происходит или через механический нагнетатель, или через неплотности в соединении воздуховодов возле него. Сняли все и обнаружили, что корпус нагнетателя целый, все резиновые патрубки одеты как следует и плотно обжаты хомутами. Но где-то же воздух подсасывался?
Мы бы еще долго ломали головы и портили нервы владельцу автомобиля, но тут совершенно случайно обнаружили чуть увеличенный люфт вала привода нагнетателя. После этого возникла версия, что разрушено уплотнение вала (должно же там быть какое-нибудь уплотнение, сальник например). К этому времени также выяснилось, что щуп для измерения уровня масла в корпусе нагнетателя (у всех механических нагнетателей своя автономная система смазки) сухой и ржавый. Когда разобрали нагнетатель, увидели, что подшипники в нем сильно разбиты, а специального уплотнения против подсоса воздуха в нем нет. Но выходной подшипник вала у него не простой. Мало того, что он полностью закрытый, но он еще и роликовый, его сепарация (бронзовая, кстати) не штампованная, а точеная, и канавки под ролики очень глубокие и «плотные». Другими словами, точно изготовленный закрытый подшипник и служил, кроме всего прочего, уплотнением вала. Пока был целым. Естественно, такого нового подшипника у нас не было, поэтому вместо него мы установили обычный шариковый, правда, закрытого типа. Когда все собрали на место и вновь специально изготовленной пластинкой перекрыли вход воздуха в блок дроссельной заслонки, то выяснилось, что обороты двигателя (после его запуска) стали 600 об/мин (а раньше были 1800 об/мин). После снятия пластинки, «задавив» все регулировки, получили 850 об/мин. Многовато, конечно, но вполне приемлемо. А владельцу сказали, что надо искать новый нагнетатель. Ведь кроме того, что у него повышенный подсос воздуха из-за нештатного подшипника, в нагнетателе вследствие работы без масла сильно изношены поверхности вращающихся профилей. И нагнетатель, естественно, не нагнетает, как ему положено.
Заканчивая описание проблем, наиболее часто возникающих с водяным прогревным устройством, следует отметить следующее. Если не работает термостат, то воздушный канал в прогревалке также останется открытым, потому что в данном случае прогревалка, как и весь двигатель, остается холодной. Двигатель держит повышенные обороты, но если исправен датчик температуры блока EFI, не «лает», т. е. его обороты не изменяются. В заключение – случай из жизни на эту тему. У машины «Toyota Carib» с двигателем 4A-FE были повышенные обороты холостого хода (1200 об/мин). Все проверки показали, что у него из-за заниженной общей температуры двигателя не полностью закрыт воздушный канал прогревного устройства. Мы сняли двигателю блок дроссельных заслонок и, перевернув его, снизу вскрыли торцевую крышку прогревного устройства. Затем при помощи специально заточенной стамески закрутили седло воздушного клапана на три оборота и поставили все на место. Величина оборотов холостого хода сразу снизилась до 600 об/мин. И уже винтом регулировки мы легко добились требуемых 750 об/мин. Отдавая машину, предупредили владельца, что величина прогревных оборотов теперь у его двигателя будет меньше, но причин для беспокойства нет, ведь на самом деле главное, чтобы эти обороты были устойчивыми, а что они будут не 2000 об/мин, а всего 1400, не так уж и важно.