Зачем нужен шаговый мотор холостого хода в автомобиле

Регулятор холостого хода является устройством, которое необходимо в системе для стабилизации оборотов холостого хода двигателя. Представляет из себя шаговый электродвигатель с подпружиненной конусной иглой. Шаговый мотор установлен в байпасном канале узла дроссельной заслонки.

Положение вала шагового мотора определяет проходное сечение байпасного канала, необходимое для устойчивой работы двигателя при закрытой дроссельной заслонке.

Прогрев двигателя после запуска. Система определяет тепловое состояние двигателя по датчику температуры охлаждающей жидкости и автоматически устанавливает обороты холостого хода (минимальные обороты при закрытой дроссельной заслонке). С помощью шагового мотора в этом случае задается такое сечение байпасного канала, при котором двигатель способен поддерживать эти обороты.

При открытии дроссельной заслонки весь воздух в двигатель поступает через сечение дроссельной заслонки, а байпасный канал должен быть подготовлен к резкому закрытию дросселя и сбросу нагрузки (отключение КПП). Система отслеживает с помощью шагового мотора такое сечение байпасного канала (в зависимости от оборотов двигателя, скорости автомобиля и положения дроссельной заслонки) при котором в случае сброса нагрузки должно быть обеспечено плавное снижение оборотов коленчатого вала до заданных оборотов холостого хода.

Третьей функцией шагового мотора является компенсация контролируемой блоком управления нагрузки (включение/выключение вентилятора, кондиционера и т.д.). В режиме холостого хода система корректирует положение шагового мотора до включения/выключения нагрузки. Тем самым компенсируется мощность, подключаемой этой нагрузки (компенсирует провал оборотов в режиме холостого хода).

Шаговый мотор и называют регулятором холостого хода, но он выполняет лишь перечисленные функции. Заданные обороты холостого хода в пределах ±50 об/мин поддерживаются в основном быстрым контуром управления — регулятором по углу опережения зажигания. Раскачка оборотов в режиме холостого хода зависит именно от этого контура и влияния возмущений в системе топливоподачи. Шаговый мотор определяет медленную составляющую в регулировании, отслеживая режимные переходы системы управления.

Во время работы двигателя на холостом ходу, за счет изменения проходного сечения дополнительного канала подачи воздуха в обход закрытой заслонки дросселя (Рис.3), в двигатель поступает, необходимое для его стабильной работы, количество воздуха. Этот воздух учитывается датчиком массового расхода воздуха (ДМРВ) и, в соответствии с его количеством, контроллер осуществляет подачу топлива в двигатель через топливные форсунки. По датчику положения коленчатого вала (ДПКВ) контроллер отслеживает количество оборотов двигателя и в соответствии с режимом работы двигателя управляет РХХ, таким образом добавляя или снижая по дачу воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки.

На прогретом до рабочей температуры двигателе, контроллер поддерживает обороты холостого хода. Если же двигатель не прогрет, контроллер за счет РХХ увеличивает обороты и, таким образом, обеспечивает прогрев двигателя на повышенных оборотах коленвала. Данный режим работы двигателя позволяет начинать движение автомобиля сразу и не прогревая двигатель.

Регулятор холостого хода установлен на корпусе дроссельной заслонки. и крепится к нему двумя винтами. К сожалению, на некоторых автомобилях головки этих крепежных винтов могут быть рассверлены или винты посажены на лак, что может значительно усложнить демонтаж для его замены или прочистки воздушного канала.

В таких случаях редко удается обойтись без демонтажа всего корпуса дроссельной заслонки. РХХ является исполнительным устройством и его самодиагностика в системе не предусмотрена. Поэтому при неисправностях регулятора холостого хода лампа «CHECK ENGINE» не загорается. Симптомы неисправностей РХХ во многом схожи с неисправностями ДПДЗ (датчика положения дроссельной заслонки), но во втором случае чаще всего на неисправность ДПДЗ явно указывает лампа «CHECK ENGINE».

К неисправностям регулятора холостого хода можно отнести следующие симптомы:

неустойчивые обороты двигателя на холостом ходу,
самопроизвольное повышение или снижение оборотов двигателя,
остановка работы двигателя при выключении передачи,
отсутствие повышенных оборотов при запуске холодного двигателя,
снижение оборотов холостого хода двигателя при включении нагрузки (фары, печка и т.д.).

Основу управления инжекторным мотором составляет дроссельный узел, регулирующий поступление воздуха в цилиндры. На холостом ходу функция подачи воздуха переходит к другому узлу — регулятору холостого хода. О регуляторах, их типах, конструкции и работе, а также об их выборе и замене читайте в статье.

Что это такое?

Регулятор холостого хода (РХХ, регулятор дополнительного воздуха, датчик холостого хода, ДХХ) — регулирующий механизм системы питания инжекторных двигателей; электромеханическое устройство на основе шагового электродвигателя, обеспечивающее дозированную подачу воздуха в ресивер мотора в обход закрытой дроссельной заслонки.

В ДВС с системой впрыска топлива (инжекторах) регулировка оборотов осуществляется подачей необходимого объема воздуха в камеры сгорания (а точнее — в ресивер) через дроссельный узел, в котором располагается управляемая педалью газа дроссельная заслонка.

Однако в такой конструкции встает проблема холостого хода — при не нажатой педали дроссельная заслонка полностью закрыта и воздух к камерам сгорания не поступает. Для решения этой проблемы в дроссельный узел вводится специальный механизм, обеспечивающий подачу воздуха при перекрытой заслонке — регулятор холостого хода.

РХХ выполняет несколько функций:

Подача воздуха, необходимого для запуска и прогрева силового агрегата;
Регулировка и стабилизация минимальных оборотов двигателя (холостого хода);
Демпфирование потока воздуха на переходных режимах — при резком открытии и закрытии дроссельной заслонки;
Корректировка работы мотора на различных режимах.

Регулятор холостого хода, монтируемый на корпусе дроссельного узла, обеспечивает нормальную работу двигателя на холостых оборотах и на режимах частичной нагрузки. Выход из строя этой детали нарушает функционирование мотора или полностью выводит его из строя. При обнаружении неисправности РХХ следует как можно скорее заменить, но прежде, чем покупать новую деталь, необходимо разобраться в конструкции и работе этого узла.

Типы, конструкция и принцип действия

Все регуляторы холостого хода состоят из трех основных узлов: шагового электрического двигателя, клапанного узла и привода клапана. РХХ монтируется в специальном канале (обходном, байпасном), расположенном в обход дроссельной заслонки, а его клапанный узел управляет проходом этого канала (регулирует его диаметр от полного закрытия до полного открытия) — именно так и осуществляется регулировка подачи воздуха в ресивер и далее в цилиндры.

Конструктивно РХХ могут существенно отличаться, сегодня используется три типа данных устройств:

Аксиальные (осевые) с клапаном конической формы и с прямым приводом;
Радиальные (Г-образные) с клапаном конической или Т-образной формы с приводом через червячную передачу;
С секторным клапаном (поворотной заслонкой), имеющим прямой привод.

Аксиальные РХХ с коническим клапаном находят самое широкое применение на легковых автомобилях с двигателями небольшого объема (до 2 литров). Основу конструкции составляет шаговый электродвигатель, вдоль оси ротора которого нарезана резьба — в эту резьбу ввинчен ходовой винт, выступающий в роли штока, и несущий на себе конусный клапан. Ходовой винт с ротором составляют привод клапана — при вращении ротора шток вместе с клапаном выдвигается или втягивается.

Вся эта конструкция заключена в пластиковый или металлический корпус с фланцем для монтажа на дроссельный узел (монтаж может выполняться винтами или болтами, но часто используется установка на лак — регулятор просто приклеивается к корпусу дроссельного узла с помощью специального лака). На задней части корпуса расположен стандартный электрический разъем для подключения к электронному блоку управления двигателем (ЭБУ) и подачи питания.

Радиальные (Г-образные) РХХ имеют примерно то же применение, но могут работать с более мощными двигателями. Их основу также составляет шаговый электродвигатель, однако на оси его ротора (якоря) располагается червяк, который вместе с ответной шестерней поворачивает поток крутящего момента на 90 градусов. С шестерней соединен привод штока, обеспечивающий выдвижение или втягивание клапана. Вся эта конструкция расположена в Г-образном корпусе с монтажными элементами и стандартным электрическим разъемом для подключения к ЭБУ.

РХХ с секторным клапаном (заслонкой) используются на двигателях относительно большого объема легковых автомобилей, внедорожников и коммерческих грузовиков. Основу устройства составляет шаговый электродвигатель с неподвижным якорем, вокруг которого может вращаться статор с постоянными магнитами. Статор выполнен в виде стакана, он установлен в подшипнике и непосредственно соединен с секторной заслонкой — пластиной, которая перекрывает окно между входным и выходным патрубками. РХХ такой конструкции выполнен в одном корпусе с патрубками, которые посредством шлангов присоединены к дроссельному узлу и ресиверу. Также на корпусе расположен стандартный электрический разъем.

Несмотря на конструктивные различия, все РХХ имеют принципиально одинаковый принцип работы. В момент включения зажигания (непосредственно перед пуском двигателя) от ЭБУ на РХХ поступает сигнал на полное закрытие клапана — так задается нулевая точка регулятора, от которой затем отсчитывается величина открывания байпасного канала. Задание нулевой точки выполняется с целью корректировки возможного износа клапана и его седла, отслеживание полного закрытия клапана осуществляется по току в цепи РХХ (при упоре клапана в седло ток возрастает) или по другим датчикам.

Затем ЭБУ посылает импульсные сигналы на шаговый электродвигатель РХХ, который поворачивается на тот или иной угол для открытия клапана. Степень открытия клапана считается в шагах электродвигателя, их количество зависит от конструкции РХХ и заложенных в ЭБУ алгоритмов. Обычно при пуске двигателя и на непрогретом двигателе клапан открыт на 240-250 шагов, а на прогретом моторе клапаны различных моделей открываются на 50-120 шагов (то есть, до 45-50% от сечения канала). На различных переходных режимах и на частичных нагрузках двигателя клапан может открываться во всем интервале от 0 до 240-250 шагов.

То есть, в момент запуска двигателя РХХ обеспечивает подачу необходимого объема воздуха в ресивер для нормальной работы двигателя на холостом ходу (на оборотах менее 1000 об/мин) с целью его прогрева и выхода на нормальный режим.

Затем, когда водитель управляет двигателем с помощью акселератора (педали газа), РХХ уменьшает количество поступающего по байпасному каналу воздуха вплоть до его полного перекрытия. ЭБУ двигателя постоянно отслеживает положение дроссельной заслонки, количество поступающего воздуха, концентрацию кислорода в выхлопных газах, обороты коленчатого вала и другие характеристики, и на основе этих данных управляет регулятором холостого хода, на всех режимах работы двигателя обеспечивая оптимальный состав горючей смеси.

Вопросы выбора и замены

Проблемы с РХХ проявляются характерной работой силового агрегата — нестабильными оборотами на холостом ходу или самопроизвольной остановкой на малых оборотах, возможностью запуска мотора только при частом нажатии на педаль газа, а также повышенными оборотами холостого хода на прогретом двигателе. При появлении таких признаков следует произвести диагностику регулятора в соответствии с инструкцией по ремонту транспортного средства.

На автомобилях без системы самодиагностики РХХ следует выполнить ручную проверку регулятора и его цепей питания — это выполняется с помощью обычного тестера. Для проверки цепи питания необходимо измерить напряжение на датчике при включенном зажигании, а для проверки самого датчика нужно выполнить прозвонку обмоток его электродвигателя. На автомобилях с системой диагностики РХХ необходимо считать коды ошибок с помощью сканера или компьютера. В любом случае, если обнаружена неисправность РХХ, его необходимо заменить.

На замену следует выбирать только те регуляторы, которые могут работать с данными конкретным дроссельным узлом и ЭБУ. Необходимый РХХ подбирается по каталожному номеру. В некоторых случаях вполне возможно применение аналогов, но такие эксперименты лучше не проводить с автомобилями на гарантии.

Замена РХХ выполняется в соответствии с инструкцией по ремонту автомобиля. Обычно эта операция сводится к нескольким шагам:

Обесточить электросистему автомобиля;
Снять электрический разъем с регулятора;
Демонтировать РХХ, выкрутив два или более винтов (болтов);
Прочистить место установки регулятора;
Установить и подключить новый РХХ, при этом нужно использовать идущие в комплекте уплотнительные элементы (резиновые кольца или прокладки).

В некоторых автомобилях дополнительно может потребоваться демонтаж других элементов — патрубков, корпуса воздушного фильтра и т.д.

Если на автомобиле РХХ был установлен с помощью лака, то придется снимать весь дроссельный узел, а новый регулятор ставить на специальный лак, приобретенный отдельно. Для монтажа устройств с секторной заслонкой рекомендуется использовать новые хомуты для фиксации шлангов на патрубках.

При правильном выборе и монтаже РХХ начнет сразу работать, обеспечивая нормальное функционирование двигателя на всех режимах.

Регулятор холостого хода — устройство, позволяющее менять проходное сечение байпасного канала впускного коллектора. Проходное сечение байпасного канала играет основную роль для работы двига-теля, когда дроссельная заслонка закрывается. Воздух, который двигатель всасывает в этот момент, должен быть достаточен для поддержания заданных системой управления оборотов.

Положение регулятора холостого хода измеряется в шагах от 0 до 150 шагов. Нулевое положение регулятора должно соответствовать полностью прикрытому байпасному каналу. Для корректировки правильного положения регулятора, каждый раз после выключения зажигания, блок управления проводит процедуру парковки шагового мотора. Сначала регулятор перемещается вперед до упора в нулевое положение, а затем перемещается на 120 шагов назад, таким образом, почти полностью открывая байпасный канал для последующего пуска двигателя.

Большую роль регулятор холостого хода играет на режимах пуска и прогрева двигателя. Начальное положение регулятора позволяет обеспечить достаточное поступление воздуха на режиме пуска, за счет которого обороты двигателя после пуска превышают 1000 об/мин. Далее управляющая программа прикрывает байпасный канал (уменьшает положение шагового мотора), устанавливая расход воздуха, необходимый для поддержания заданных оборотов холостого хода см.выше. По мере работы двигателя и его прогрева, система снижает заданные обороты холостого хода именно за счет уменьшения положения шагового мотора.

Еще одной важной функцией системы является сопровождение положения дроссельной заслонки. По параметру положение шагового мотора видно, что он увеличивается при открытии дроссельной заслонки. Такой алгоритм слежения позволяет обеспечить плавное снижение (без провала и заглохания) оборотов двигателя при резком бросании педали дроссельной заслонки (переключение скоростей, движение накатом и т.д.)

Если используете средства диагностики от «НТС», то работу регулятора холостого хода можно наблюдать в динамике на экранах приборов. Различают два параметра: желаемое и текущее положение шагового мотора. Для пользователя безразлично, какой параметр использовать при проверке работы, разница между ними чисто теоретическая. Выводить на экран два параметра нецелесообразно.