EVAP, GasCap, P0455, P0456 и утечки паров бензина

Система EVAP, она же Evaporative Emissions Control, отвечает за пары бензина. Мало-мальски подкованный человек понимает, что бензин легко испаряется, из-за чего топливный бак раздувается и внутри повышается давление. Чтобы избежать печальных последствий, инженеры сделали сообщение с окружающим миром (атмосферой), что позволяет сохранять постоянный объём топливного бака без его деформации. Было это в далёкие времена, когда об экологии сильно не задумывались, однако с тех пор много воды утекло и сейчас такой трюк в развитых странах не прокатит. Увы, наш рынок сбыта автомобилей нельзя назвать первосортным и достаточно большое количество автомобилей ездят с огрызком EVAP – производители сами на заводах урезают её.

Яркий тому пример концерн Крайслер. На внутренний рынок поставляются максимально экологичные автомобили, можете почитать материал про дизельный Гранд Чероки. У них даже существуют версии бензиновых машины PZEV (Partial Zero Emission Vehicle), но даже у «обычных» есть полноценная система улавливания паров, при проблемах с которой на приборной панели загорается Check Engine. Эта статья посвящена всем тем, кто купил машину из США и теперь не знает что с ней делать, ибо диагностов, заточенных на поиск проблем EVAP крайне мало даже в столице. Речь пойдёт про атмосферные двигатели, для турбированных подготовим отдельный материал.

1. Устройство EVAP.
2. Принцип работы.
   • Соленоид продувки
   • Клапаны бензобака
   • Адсорбер
   • Датчик утечки паров бензина
   • Датчик давления в баке
3. Диагностика.
4. Поиск утечек.

Устройство EVAP

Для начала определимся со всеми действующими элементами. Будьте готовы, далее пойдёт объёмная простыня, пересыпанная как адаптированным терминами, так и оригинальными из документации производителя.

Устройство системы EVAP

Принцип работы

Блок управления двигателем (PCM) контролирует работу системы улавливания паров топлива. Система использует принцип естественного вакуумного обнаружения утечек Natural Vacuum Leak Detection (NVLD) для определения целостности. Когда пары топлива накапливаются и выходят из бака, они попадают и хранятся в канистре с активированным углём (адсорбере) до тех пор, пока не отправятся во впускной коллектор во время продувки. PCM отслеживает отдельно две области: целостность системы и способность системы удалять пары из адсорбера во впускной коллектор.

В герметичной системе давление естественным образом увеличивается или уменьшается в зависимости от температуры. За это отвечает датчик утечки паров бензина Evaporative System Integrity Monitor (ESIM) Switch. Внутри стоит вакуумный переключатель, который «замыкается» при достижении калиброванного порога разрежения. Переключатель замкнут? Значит система не герметична и не протекает. По мере увеличения потока в системе продувки одновременно уменьшается давление, за которым следит датчик давления в топливном баке Fuel Tank Pressure (FTP). Таким образом между продувкой и давлением есть обратная взаимосвязь.

Соленоид продувки

PCM управляет при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ) работой нормально закрытого соленоида продувки. Сам соленоид закрыт как во время прогрева двигателя после холодного старта, так и некоторое время после горячего. В обесточенном состоянии пары не удаляются из адсорбера. Двигатель переходит в режим замкнутого цикла после достижения заданной температуры и истечения таймера задержки. Соленоид открывается, вакуум впускного коллектора втягивает пары из адсорбера и отправляет их на дожиг в двигателе. PCM изменяет подачу паров бензина в зависимости от условий работы двигателя.

Клапаны бензобака

У бензобака три внутренних вентиляционных клапана. Во время заправки бензин поступает в бак через заливную горловину и вытесняет пары через клапан в адсорбер, чтобы соответствовать требованиям по утилизации (On-Board Refueling Vapor Recovery).

• Вентиляционный клапан. Паровой и жидкостный клапаны открыты при низком уровне топлива в баке. Когда он поднимается выше 75%, поплавковые клапаны начинают закрываться и полностью перекрывают ток бензина при стопроцентной заправке.Это препятствует попаданию бензина в адсорбер, рециркуляционную и продувочную трубки. Поплавковые клапаны срабатывают и в случае опрокидывания автомобиля.
• Клапан сброса давления. В бензобаке для паров есть около 10% пространства от полного объёма топлива, всё остальное при заправке или расширении уходит в адсорбер через поплавковый клапан.
• Обратный клапан заливной горловины. Впускной обратный клапан в нижней части заправочной горловины предотвращает попадание паров обратно в заливную горловину.

Адсорбер

Адсорбер наполнен гранулами активированного угля и не требует периодического обслуживания. Уголь улавливает поступающие пары бензина и отдаёт их во время продувки. На форуме разгорелся спор как именно происходит этот процесс, мол, уголь легко впитывает, но плохо отдаёт и нужно обрабатывать его перегретым водяным паром с последующим охлаждением, конденсацией и разделением на воду и бензин. Само собой, что в машине никто таким заниматься не будет. Производитель не указывает каким именно образом происходит десорбция паров, однако можно предположить с большой долей вероятности.

При атмосферном давлении, без подогрева адсорбента или обработки его десорбентом остаётся не так много вариантов, особенно когда конструкция должна быть максимально простой и безопасной. В указанные условия отлично вписывается короткоцикловая адсорбция, которая позволяет разделять практически любую газовую смесь. Адсорбер поглощает пары до состояния равновесия, после чего нужно регенерировать адсорбент, то есть удалить с его поверхности поглощённые компоненты. Это можно сделать либо повышением температуры, либо сбросом давления. Перечитайте раздел про соленоид продувки и всё станет на свои места. Соленоид открылся, за счёт разрежения в коллекторе давление внутри адсорбера падает и происходит десорбция. Главная отличительная особенность безнагревной адсорбции – парциальное давление адсорбирующихся компонентов при адсорбции больше, чем при десорбции.

Датчик утечки паров бензина

Датчик утечки паров бензина (ESIM) нормально разомкнутым вакуумным переключателем и нормально закрытыми клапанами сброса вакуума и давления. PCM использует ESIM для диагностики утечек EVAP с ошибками P0440, P0455 и P0456. Клапаны регулируют давление в системе между 250 Пa и -500 Пa. Когда вакуум в системе колеблется между -187 Па и -250 Па, он воздействует на диафрагму и замыкает вакуумный переключатель. На клеммах появляется напряжение, по которому PCM отслеживает открыт датчик (есть напряжение) или закрыт (напряжение отсутствует). Напряжение колеблется от 5 до 12 Вольт в зависимости от автомобиля.

Самый вредный элемент системы EVAP

Вакуумный предохранительный клапан поддерживает герметичность системы при заглушенном двигателе, при этом в него встроена защита от чрезмерного вакуумирования. При превышении пороговых значений клапан отходит от седла. Во время продувки клапан сброса вакуума внутри ESIM открывается, позволяя свежему воздуху через фильтр поступать в асдорбер для удаления паров. Клапан сброса давления отрабатывает как при заправке, так и при повышении температуры окружающей среды, нормализуя давление внутри бака.

Работа клапана в разрезе

1. Клапан давления
2. Связь с атмосферой через отдельный воздушный фильтр
3. Диафрагма
4. Вакуумный клапан
5. Адсорбер

К адсорберу прикреплён свой воздушный фильтр, причём крепится он максимально высоко рядом с заливной горловиной. Сделано это в первую очередь для передвижения по воде, чтобы она не попала внутрь адсорбера, ну и само собой для защиты системы продувки от грязи. Фильтр через шланг крепится к датчику улавливания паров бензина.

Этот клапан отсутствует в европейских комплектациях

Как мы уже раньше писали, машины для российского рынка идут с урезанной системой EVAP. Порой встречаются ситуации, когда на асдорбере нет датчика паров, яркие тому примеры Додж Калибр и Джип Компас. Если почитать форумы и поднять внутреннюю статистику, жалобы на GasCap и соответствующие ошибки идут именно от владельцев машин для внутреннего рынка США. Вполне вероятно, что наши экологические нормы на момент написания статьи подтянулись до зарубежных нормативов, однако далеко не факт, что логика программного обеспечения внутри PCM будет одинаковой для разных рынков.

Датчик давления в баке

Датчик давления топлива в баке расположен на рециркуляционной трубке заливной горловины, которая позволяет парам выходить из бака в момент заправки. PCM опирается на показания датчика для диагностики производительности системы продувки (P0441). Когда срабатывает соленоид продувки, PCM отслеживает изменение показаний датчика с течением времени и ждёт, чтобы значения давления/вакуума были ниже калиброванного порога. Когда соленоид продувки закрывается, PCM снова отслеживает изменения и теперь хочет получить значение выше калиброванного порога.

Диагностика

Для диагностики утечек системы EVAP используется только ESIM, данные с датчика давления внутри бензобака игнорируются. При выключенном зажигании происходит опрос состояния датчика улавливания паров бензина (ESIM). Если разомкнут, тест считается успешно пройденным и PCM благополучно засыпает. При замкнутом датчике PCM ждёт откалиброванное время и открывает соленоид продувки. В нормально функционирующей системе вакуум внутри адсорбера исчезнет и датчик разомкнётся. Если PCM видит, что ESIM всё ещё замкнут, он записывает в журнал событий отказ клапана. Два последовательных отказа приводят к Check Engine и ошибке P0452.

Для малых утечек паров есть накопительный монитор. Данные каждого действительного события добавляются к ранее записанным. Таймер PCM учитывает циклы запуска, работы и выключения двигателя для каждого события монитора утечек. Чтобы событие стало действительным и попало в монитор, должны выполниться следующие условия.

1. Цикл включения/работы двигателя не менее 2-5 минут. Таймер включения прекратит отсчёт максимум через 26 минут.
2. Как только двигатель заглушен, запускается соответствующий таймер. Существует двенадцатиминутная задержка, в течение которой PCM игнорирует данный ESIM.

Отсчёт таймера выключения двигателя будет продолжаться до тех пор, пока не будет выполнено одно из трёх условий:

• двигатель запущен без закрытия ESIM;
• PCM через 12 минут увидел закрытие ESIM;
• через 17,5 часов ESIM так и остался в открытом состоянии.

Монитор увеличивает таймеры сбоя до тех пор, пока оба не достигнут откалиброванного порога (двигатель включен — 100 минут, двигатель выключен — 70 часов). Когда только монитор нормальное закрытие датчка, таймеры обнуляются. Если PCM не обнаружил сигнал закрытия ESIM во время предыдущего цикла выключения зажигания, при холодном пуске происходит тест на утечку. Сразу после запуска, когда двигатель холодный, открывается соленоид продувки для создания вакуума в системе EVAP до откалиброванного значения, превышающего порог включения ESIM. Время прохождения теста варибируется в зависимости от общего обёма топлива на момент испытания.

• Если ESIM вообще на закрывается, значит либо он залип в открытом состоянии, либо система не в состоянии создать разрежение ниже –250 Па в течение калиброванного времени. Это общий отказ системы EVAP или ошибка P0440 – General EVAP System Failure.
• Если ESIM закрывается при появлении вакуума, PCM прекращает продувку и засекает время открытия клапана. Если он открывается ранее калиброванного значения времени, значит налицо большая утечка. После двух последовательных событий получаем ошибку P0455 – EVAP System Large Leak.
• Если ESIM закрывается при появлении вакуума и не открывается ранее калиброванного значения времени, значит больших утечек в системе EVAP нет. Тем не менее монитор малых утечек продолжает работать до достижения предельных значений. Если за это время не будет зафиксировано ни одного закрытия клапана, значит утечка небольшая и с соответствующей ошибкой P0456 – EVAP System Small Leak.

PCM сохраняет значение уровня топлива при выключении зажигания и сравнивает его при следующем включении. Если разница более 25%, запускается монитор больших утечек, при провале которого на приборной панели загорится GasCap, а в системе повиснет ошибка P0457 – EVAP System Loose Fuel Cap. Как показывает опыт, далеко не всегда в этом виновата крышка заливной горловины, вполне реально дело в кривом ESIM.

При диагностике системы EVAP важно понимать, что резкие перепады температуры могут повлиять на ваши результаты. Они могут замаскировать утечку слишком быстрым созданием вакуума, которые покрывает размеры утечки, либо создать видимость утечки внутри герметичной системы из-за чрезмерного накопления паров и резкого уменьшения вакуума.

Монитор продувки опирается только на данные датчика давления топлива в баке и игнорирует данные датчика улавливания паров бензина. Монитор продувки срабатывает только если монитор утечек зафиксировал слабую течь EVAP при последнем выключении зажигания. Поскольку диагностика обнаружения утечек может проверять герметичность системы топливного бака только при закрытом продувочном клапане, она не может определить, пережата ли продувочная линия между соленоидом и впускным коллектором или наоборот пропускает. При нормальной работе продувки давление внутри бака должно падать.

Монитор продувки висит в фоновом режиме при нормальной работе двигателя и отслеживает изменения давления в баке и разрежения в адсорбере. Если система замечает отклонения, она запускает принудительный тест, который может закончиться отказом системы продувки и ошибкой P0441 – EVAP Purge System Perfomance.

Поиск утечек

Поиск утечек дело муторное и требует определённой подготовки. Результаты проверок относительные, а не абсолютные, они могут отличаться в зависимости от размера бензобака, атмосферного давления, объёма и температуры топлива. Эти условия следует учитывать при анализе данных и принятии решения об утечке в системе. Не забудьте, что бак нужно заправить не более чем на девяносто пять процентов. Всего пять этапов тестирования, опираться будем на три основных показателя. Purge Duty Cycle – продувка, за которую отвечает соленоид под капотом. ESIM Switch State – датчик утечки на адсорбере, открыт или закрыт. Fuel Tank Pressure – давление в бензобаке в Паскалях.

1. Вентиляция системы. Включаем зажигание, выравниваем давление в системы с атмосферным. Для этого нужно либо открутить крышку заливной горловины, либо активировать на минуту сканером соленоид продувки. Последний способ более рационален, ибо мы не трогаем элементы, которые могут быть причиной утечки. Показания датчика давления топлива в баке могут быть не совсем равны нулю. Это нормально, они всё равно будут для вас отправной точкой. Датчик паров бензина должен быть разомкнут, замыкается он только в трёх случаях:

– сигнальный провод ESIM замкнут на землю;
– датчик залип в закрытом положении;
– клапан продувки не открывался при запуске двигателя.

2. Поиск утечек. Следим за показаниями 2-3 минуты при включенном зажигании, двигатель заглушен, система закрыта. Если утечек нет, система должна медленно создавать давление или вакуум в зависимости от того, нагревается она или остывает. Постоянное значение указывает либо на утечку, либо на то, что температура системы слишком стабильна. Изменение давления больше 200 Па за 1 минуту говорит о нестабильности системы для точного тестирования, что приводит к неверному результату.

3. Проверка клапана продувки. Смотрим на ESIM и FTP сразу после запуска двигателя в течение 5-10 секунд до включения продувки. Создаётся слабое разрежение из-за вытягивания топлива из бака, обычно между -25 и -50 Па. Если вакуум создаётся сразу после запуска двигателя вблизи или ниже точки регулирования ESIM (-500 Па), это указывает на утечку через соленоид продувки. Поскольку при диагностике производительности продувки вычисляется дельта изменения сигнала датчика давления в баке при подаче и отмене команды на очистку, это может привести к ошибке P0441 EVAP Purge System Perfomance.

4. Принудительная проверка течи. Продуваем систему достаточно долго, чтобы стабилизировать её и получить максимальное значение вакуума. Глушим двигатель при достижении приблизительно -500 Па. Продувка должна происходить максимально быстро, чтобы не перегреть топливо и сам бак, что может привести к слишком быстрому исчезновению вакуума на следующем этапе испытаний и ввести в заблуждение. Продувка отличается для каждого двигателя и конфигурации автомобиля: у одних машин продувка сама включается при запуске двигателя, у других двигатель нужно раскрутить до определённых оборотов. Оптимальный способ это заглушить двигатель после третьего этапа, через сканер запустить системный тест «Purge Vapors System Test» и следовать инструкциям на экране. Вакуум немного ниже точки регулирования во время продувки это нормально.

Если давление в топливном баке падает должным образом, но ESIM не замыкается, значит датчик либо застрял в разомкнутом состоянии, либо на него оборван один из проводов. Это может привести к коду неисправности P0440 General EVAP System Failure, поскольку эта ошибка возникает, когда переключатель ESIM не замыкается во время поиска большой утечки блоком PCM. Если переключатель ESIM замыкается, но давление в топливном баке изменяется слабо или не изменяется совсем, это указывает либо на ограничение в одной из линий между адсорбером и датчиком давление топлива в баке, либо на неисправный/залипший датчик. Прежде чем приговорить датчик, убедитесь, что на него приходит пять вольт. При обрыве питания сигнал датчика останется на среднем уровне и не изменится.

Если ESIM не замыкается и давление в топливном баке изменяется слабо или не изменяется совсем, налицо либо очень большая утечка, либо соленоид продувки не открывается при активации. Если создаваемый вакуум в 2–3 раза превышает ожидаемое значение, значит засорены вентиляционный шланг адсорбера, воздушный фильтр для связи с атмосферой или вентиляционный клапан ESIM. Это может создать сложности заправке на АЗС.

5. Проверка утечек. После создания и стабилизации максимального вакуума глушим двигатель и следим за показаниями FTP и ESIM. Нужно записать данные на только что заглушенном двигателе и сравнить через 3-4 минуты простоя. Показания датчика давления топливного бака должны быстро вернуться к точке регулирования сброса вакуума (приблизительно -500 Па) и стабилизироваться. Вакуум должен оставаться ниже -250 Па, а переключатель ESIM – замкнутым. Если показания давления в топливном баке быстро возрастают до нуля или больше -250 Па, а переключатель ESIM открывается в течение 3-4 минут, это указывает на утечку в системе. Нужно вернуться к четвёртому этапу.

Если вы успешно преодолели все этапы и на каждом получили нормативные значения, значит в данный момент проблема ушла по одной из причин:

– кривое программное обеспечение, нужно покопаться в сервисных бюллетенях и проверить свежее обновление прошивки;
– мусор застрял в соленоиде продувки или одном из предохранительных клапанов ESIM, но успешно самоустранился в процессе работы системы;
– ESIM неправильно установлен, корпус не вертикален и разъём не на 3 часа, из-за чего предохранительные клапаны не герметизируются должным образом.

При ошибке P0456 замена датчика/клапана меньшее из зол, вполне доступное по цене. В редких случаях утечка прячется и её приходится искать генератором дыма, углеводородным анализатором, мыльной пеной, вакуумметром и прочими весёлыми инструментами.

Само собой, что у каждого автомобиля есть своя специфика, однако Крайслер весьма скуп на информацию и не спешит ей делиться даже с инженерами. Как показывает наша практика, официально завезённые автомобили для нашего рынка не сталкиваются с проблемами системы EVAP, она их просто обходит стороной. В это же время в Штатах по статистике Департамента транспортных средств 18% всех поломок приходятся на систему улавливания паров бензина. Неприятно, ибо для нормальной работы ряда систем на приборной панели не должен гореть Check Engine. Как минимум с автозапуском сразу можете распрощаться до устранения.