Топливные карты и чип-тюнинг

Общая тема, затрагивающая топливно-воздушную систему, её устройство, ключевые элементы, принципы работы и тюнинг, будет раскрыта не полностью без подробного рассмотрения вопроса о топливных картах.

Стоит начать с того, что между топливом, оборотами и нагрузкой на силовую установку существуют устойчивые взаимосвязи. По указанному вопросу имеется достаточно большое количество информации, которой мы и поделимся с нашими читателями в ходе раскрытия темы данной статьи. Речь пойдет о том, каким образом ЭБУ (ECU) обеспечивает дозирование топлива в реальных условиях работы силового агрегата автомобиля.

Основополагающими факторами, которые отвечают за дозировку нужного количества топлива, являются положение дроссельной заслонки и показатель абсолютного давления во впускном коллекторе. Качество же самой топливо-воздушной смеси, а также правильные пропорции смеси воздуха с горючим склонны демонстрировать зависимость от ряда других факторов.

Реальные условия эксплуатации инжекторного ДВС ставят перед ЭБУ не только задачу измерения и подачи нужного объема топливо-воздушной смеси. Компьютер ECU отвечает еще и за необходимость динамического изменения соотношения пропорций воздуха к горючему, причем делается это в зависимости от того, на каких режимах работы находится ДВС, а также с учетом количества оборотов.

Аббревиатура AFR (от англ. air to fuel ratio) наиболее часто выступает обозначением количества воздуха к количеству топлива. Наиболее оптимальным таким соотношением топливо-воздушной смеси является 14.7 части воздуха на 1 часть горючего.

Другими словами, показатель AFR равен 14.7:1. Если данное оптимальное соотношение меняется с учетом большего количества топлива, тогда полученную топливо-воздушную смесь называют обогащенной. Если данное соотношение AFR изменяется в сторону уменьшения количества поступившего топлива, тогда подобную смесь называют обедненной. Для примера и на языке цифр:

• 5:1 – богатая смесь;
• 9:1 – бедная смесь;

У читателя справедливо и закономерно может возникнуть целый ряд вопросов касательно необходимости изменений AFR в ту или другую сторону от оптимального соотношения AFR на отметке 14.7:1. Спешим дать необходимый ответ.

Все дело заключается в том, что оптимальным такое соотношение считается с учетом экологических норм и стандартов, а также говорить об идеальности AFR можно применительно только к некоторым режимам работы силового агрегата. Если же мотор работает в других режимах, тогда указанная оптимальная пропорция AFR станет далеко не лучшим соотношением для нормальной эксплуатации ДВС. Когда мы резко ускоряемся, для такого форсажа мотору потребуется намного более обогащенная смесь. При размеренной езде с постоянной скоростью и без нагрузки двигатель будет работать на достаточно сильно обедненной топливо-воздушной смеси.

Режимы работы двигателя и AFR

Для лучшего понимания взаимозависимости режимов работы силовой установки и AFR стоит взглянуть на то, как выражено влияние разных режимов такой работы агрегата на показатель соотношения компонентов рабочей смеси.

В режиме запуска двигателя

Для максимально облегченного запуска двигателя ЭБУ обогащает смесь. Показатель AFR для такого запуска может быть от 2:1 до 12:1 (усредненные значения). Те показания, которые поступают к ЭБУ от лямбда-зонда, компьютер в этом режиме попросту не учитывает.

В режиме прогрева

Температура двигателя начинает закономерно расти после его запуска. ЭБУ получает информацию о росте температуры при помощи датчика, который измеряет температуру охлаждающей жидкости. В процессе роста показателя температуры изменится и показатель AFR, причем сделано это будет в сторону обеднения рабочей топливо-воздушной смеси.

Это означает, что ЭБУ начинает уменьшать количество топлива относительно доли воздуха в составе смеси. Показания от лямбда-зонда до того момента, пока двигатель полностью не выйдет на рабочую температуру, компьютером также пока не учитываются.

В режиме холостого хода

Если двигатель оказывается полностю прогретым до рабочей температуры, тогда AFR будет максимально стремиться в режиме работы на холостых оборотах оказаться как можно ближе к оптимальному стехиометрическому показателю, который равен 14.7:1.

Плавный набор скорости и постоянная скорость при движении

Показатель AFR может в таком режиме быть разным. Содержание топлива и воздуха в смеси представлено разбегом от 14.5:1 до 15.9:1. Такие данные четко указывают на бедную топливно-воздушную смесь.

Стоит отметить, что даже высокие обороты двигателя при учете того, что педаль акселератора выжата только до половины, не повлияют на показатель AFR. Указанный показатель все равно останется в тех самых рамках обеднения рабочей смеси. Основой для этого является то, что в таком режиме загрузки ДВС в процессе приготовления топливовоздушной смеси активно участвует лямбда-зонд. Мотор начинает работать по «замкнутому контуру» (от англ. closed loop).

В режиме » педаль газа в пол»

Нажатая до максимума педаль газа будет означать полное открытие дроссельной заслонки. ЭБУ получает соответствующий сигнал и начинает переходить на такую смесь, которая позволит выжать из мотора весь запас мощности.

В процессе приготовления смеси компьютер показания лямбда зонда уже не учитывает, AFR находится на отметках от 11.9:1 до 12:1, что говорит об эффективном обогащении смеси.

В режиме торможения двигателем

В процессе торможения двигателем при включенной передаче и отпущенной педали газа получается, что дроссельная заслонка закрыта полностью. В таком режиме ЭБУ очень сильно уменьшает подачу горючего и обедняет рабочую смесь. Многие опытные водители это прекрасно знают и никогда не сбрасывают ручную коробку в «нейтраль» тогда, когда машина подкатывается к светофорам или другим местам снижения скорости. Такой подход позволяет добиться эффективной экономии и ощутимого снижения расхода топлива.

Приведенные выше примеры зависимости AFR от различных режимов работы мотора наглядно указывают на то, что каждый режим условно имеет свой наилучший показатель AFR.

Теперь необходимо выяснить способ, который помогает ЭБУ определить подходящее значение AFR для каждого отдельного режима на основе данных о нагрузке на мотор и оборотах коленвала.

МАР-сенсор

ЭБУ вычисляет степень нагрузки на мотор по показаниям специального MAP-сенсора. Указанный сенсор измеряет и передает на электронный блок управления значение абсолютного давления во впускном коллекторе, что и является главным показателем степени загрузки силовой установки в том или ином режиме работы.

Мы уже рассказывали о принципе работы данного сенсора в общей статье об устройстве топливной системы, так что напомним только самое основное. Вся работа MAP-сенсора основана на взаимосвязи нагрузки на двигатель и давления. Базовой единицей считается атмосферное давление, а его значение зависит от показателя высоты над уровнем моря. На уровне моря такой показатель равен 1 атмосфере (1 атм.), при этом величина практически равна отметке в 1 бар (1 Bar). Давление, которое находится на ометке ниже атмосферного, принято называть разрежением или вакуумом. Если давление оказывается выше атмосферного, то такой показатель называют избыточным давлением.

То давление, которое создается во впускном коллекторе привычного атмосферного двигателя, всегда будет находиться на отметке ниже атмосферного давления. Другими словами, в коллекторе зачастую имеет место разрежение (вакуум). Данный вакуум создается в момент открытия впускных клапанов и движения поршня в цилиндре вниз, к нижней мертвой точке.

Двигаясь в НМТ, поршень втягивает рабочую топливо-воздушную смесь из впускного коллектора. Так и создается указанный вакуум. Открытие дроссельной заслонки на максимум означает, что силы противодействия при всасывании воздуха минимальны. Это означает, что и разрежение во впуске крайне мало, а давление в коллекторе приближено к атмосферному. Самое высокое разрежение в коллекторе отмечается в режиме холостого хода при полностью перекрытой дроссельной заслонке.

Что касается турбо моторов, то воздух в таких агрегатах нагнетается принудительно под давлением. Это означает наличие давления во впускном коллекторе выше атмосферного в режиме серьезных нагрузок. Такое давление называется избыточным. На английском языке избытки наддува передает слово boost.

Получается, что AFR напрямую зависит от оборотов и нагрузки на двигатель. Если нагрузка увеличивается, тогда смесь нужно обогащать. При низких нагрузках смесь обедняется. Если обороты двигателя высокие, тогда смесь должна дополнительно обогащаться.

Это и есть зависимость AFR от указанных выше факторов. А теперь давайте перейдем к главному вопросу о топливных картах.

Топливная карта

На основе показателя AFR компьютер осуществляет регулирование количества топлива для подачи на единицу воздуха. Если возникает потребность в богатой смеси, тогда ЭБУ подаст больше горючего. При обеднении топлива будет подаваться меньше топлива. За дозирование горючего отвечают топливные форсунки. Наличие электрического импульса от ЭБУ на форсунку определяет момент её открытия, а давление в топливной системе повлияет на количество горючего, которое пройдет через открытую форсунку и станет частью топливо-воздушной смеси для каждого режима работы ДВС.

То время, когда форсунка открыта, ограничено моментом открытия впускных клапанов. Длительность же открытия впускных клапанов зависит от оборотов коленчатого вала. Чем больше оборотов, тем меньше открыты клапаны. Для примера можно взять отметку 8500 оборотов, при которой длительность открытия впускных клапанов будет составлять всего 14 мс.

Выходит, что время открытого состояния форсунки определяет качество рабочей смеси или показатель AFR. ЭБУ черпает информацию о нужном времени открытия форсунки для каждого режима из топливных карт. Топливная карта является своеобразной таблицей, которая зашита в память микропроцессора ЭБУ.

Когда блок управления получает данные от датчиков о нагрузке на двигатель и оборотах, тогда он обращается к топливной карте. Это можно представить в виде простого графика, который имеет две оси. Вертикаль обозначена Y, а горизонталь X. Ось Y отводится для значений оборотов мотора, значения по оси X отображают нагрузку на двигатель. Как уже было сказано выше, нагрузка выражена абсолютным давлением во впуске.

После того, как ЭБУ определил степень нагрузки на двигатель и его обороты, тогда он считывает из топливной карты значение, которое определяет длительность электрического импульса на форсунку. Это значение полностью соответствует конкретной степени нагрузки на двигатель, а также и оборотам. Вполне логично, что комбинаций нагрузки и оборотов может быть великое множество. В топливной карте все это учтено.

Получается, что для любой комбинации нагрузки и оборотов есть свое подготовленное заранее значение длительности электрического импульса от ЭБУ на форсунку. Задействует топливные карты ЭБУ тогда, когда конкретный режим работы двигателя требует исключить лямбда-зонд.

Это позволяет говорить о том, что в спокойных режимах работы мотора за AFR отвечает лямбда-зонд и готовит оптимальную смесь. В тех особых режимах, которые выпадают из рамок обычных нагрузок на мотор, показания лямбда-зонда не учитываются. ЭБУ в таких случаях приходится обращаться к топливным картам.

Коррекция топливных карт

Топливные карты можно корректировать путем внесения изменений в указанные значения. Существует специальный софт, в котором для удобства корректировки карт зачастую нужные значения отображаются не в виде длительности электрического импульса, а в количестве подаваемого топлива. Указанные данные в таких таблицах отображены в миллилитрах.

Программа показывает пользователю таблицы, которые представляют собой различные комбинации и соответствуют многочисленным потенциальным режимам работы двигателя. В первых графах отображаются режимы работы на холостом ходу. Далее следуют режимы спокойной и размеренной езды с дросселем, открывающимся не более чем на 50%. Завершают список режимы, которые необходимы для резкого ускорения и езды с пиковыми нагрузками.

Чип-тюнинг

Разобравшись с тем, что представляют собой AFR и топливные карты, становится вполне очевидной прямая зависимость между мощностью двигателя и обогащенной смесью. Если обойти жесткие требования экологов и действующие нормы, тогда обогащение смеси посредством чип-тюнинга становится эффективным решением.

Чип-тюнинг представляет собой процедуру изменения параметров работы силового агрегата, зашитых в процессор ЭБУ. Указанных важных параметров очень и очень много. Для примера стоит упомянуть параметр сдвига отсечки по оборотам, возможность исключения ограничений по скорости, корректировку топливных карт, карт зажигания и т.д.

Корректировка топливных карт производит самый большой эффект. Очень часто под чип-тюнингом понимается именно данная манипуляция. Автомобиль во время чип-тюнинга подвергается своеобразной перенастройке отдельных параметров ЭБУ. Настройщики задействуют те резервные возможности двигателя, которые заложены инженерами и производителями авто. Это делается при помощи корректировки топливных карт в целях обогащения топливо-воздушной смеси. При этом не учитывают целый ряд экологических аспектов.

Положительный эффект во многих случаях достигается даже на «стоковых» автомобилях, а двигатели после поверхностного или глубокого «механического» тюнинга однозначно нуждаются в последующей качественной настройке ЭБУ. Замена стандартного распредвала на более продвинутый аналог уже потребует правки топливных карт. Если было осуществлено турбирование атмосферного двигателя, тогда чип-тюнинг обязателен. Дело в том, что эффект от установки турбины без чип-тюнинга будет находиться на нулевой отметке, а ресурс самого ДВС ощутимо уменьшится.

Распространенной ситуацией является нюанс, когда микрочип ЭБУ у разных производителей автомашин является защищенным от программирования. Первым делом в такой ситуации меняют стандартный чип на программируемое изделие. В этом случае стоимость чип-тюнинга бывает довольно высокой, так что данный тюнинг оправдан только тогда, когда переделкам подвергался и сам мотор. Если же проблем с заводским чипом нет изначально, тогда тюнинг такого чипа доступен за вполне приемлемую сумму всего в несколько десятков долларов США.

Для чего необходим чип-тюнинг

Практическая эксплуатация автомашины очень редко вынуждает водителя раскручивать мотор для достижения максимальной мощности. Повседневная езда обычно основана на крутящем моменте и эластичности силовой установки. Чип-тюнинг позволяет добиться одинаковых показателей крутящего момента, но на разных оборотах сравнительно со стоковым мотором. Пик момента сдвигается ниже и доступен на относительно низких оборотах. При нажатии на педаль газа машина резвее стартует с места и более динамично разгоняется, что позволяет избегать постоянных переключений на пониженные передачи.

Для получения такого эффекта существует вариант установки особого тюнингового блока, который называют тюнинг-боксом. Вторым доступным и намного более распространенным решением становится чип-тюнинг. Далее мы сравним сильные и слабые стороны каждого из таких способов улучшения характеристик ДВС.

В сухом остатке

Данная статья является наглядным подтверждением того, что топливные карты играют очень важную роль в процессе смесеобразования. Это делает их одним из важнейших элементов в работе топливной системы автомобиля. Если говорить о чип-тюнинге, то данная процедура основана именно на коррекции топливных карт и карт зажигания. Ответить на вопрос читателей о том, стоит или не стоит делать чип-тюнинг на стоковом автомобиле, поможет наша отдельная статья по данной теме.

Всем удачи на дорогах! Смело крутите моторы и наслаждайтесь максимальной отдачей от машины, а детонация пусть всегда обходит Ваши двигатели стороной!