Электронные системы управления двигателями

Цель занятия. На макетах двигателей внутреннего сгорания отечественного и иностранного производства изучить расположения датчиков и исполнительных элементов системы электронного впрыска, изучить схемы и работу электронных систем управления двигателями. Составить структурную схему подключения внешних элементов к блоку управления.

Материалы и оборудование. Макеты двигателей, отдельные узлы и устройства электронных систем управления двигателем, плакаты.

Содержание работы.

1. Электронные системы управления газораспределением: VVT, VTEC, MultiAir.

2. Электронное управление бензиновым двигателем группы М.

3. Датчики и исполнительные устройства системы электронного управления бензиновым двигателем.

4. Датчики и исполнительные устройства системы электронного управления дизелем (насос-форсунки, Common Rail).

 

Порядок выполнения.

 

1. Электронные системы управления газораспределением: VVT, VTEC, MultiAir.

Электронная система управления двигателем включает набор датчиков и различных устройств для получения и обработки информации, исполнительные механизмы и вспомогательные устройства.

Функциональные и электрические схемы их соединений образуют разомкнутые или замкнутые цепиуправления автомобильным двигателем.

Современные автоматические системы управления двигателем выполнены адаптивными (самоприспосабливающимися). Такие системы обеспечивают необходимый уровень надёжной работы двигателя в условиях быстрого изменения его характеристик.

Выходные сигналы электронного блока управления (ЭБУ) из-за малой их мощности не могут быть использованы для непосредственного управления зажиганием, электромагнитной форсункой (ЭМФ) и электрическим бензиновым насосом (ЭБН). После прохождения сигналов через выходные каскады усиления они превращаются в электрические сигналы, воздействующие на исполнительные элементы системы питания и зажигания. Замкнутая система обеспечивает более высокую точность поддержания требуемых параметров по сравнению с разомкнутой.

Входными параметрами системы управления являются угол открытия дроссельной заслонки, момент зажигания и состав горючей смеси. Водитель изменяет величину угла открытия дроссельной заслонки. Изменение расхода воздуха сопровождается изменением топливовоздушной смеси и величиной угла опережения зажигания.

Выходной параметр непрерывно измеряется и сравнивается с контрольными параметрами в ЭБУ.

Такая система по электрическим цепям получает сигналы действий водителя через датчик расхода воздуха, связанный с педалью управления.

В качестве первичной информации служат сигналы датчиков верхней мертвой точки (ВМТ), положения распределительного вала, углового положения коленчатого вала (KB) двигателя, датчика массового расхода воздуха (ДМРВ) (или давления во впускном трубопроводе) и детонации.

В схеме регулирования изменяемым параметром является коэффициент избытка воздуха (α), определяемый путём измерения концентрации кислорода в отработавших газах (ОГ) с помощью λ-зонда, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное величине α. При наличии отклонения значения α от оптимальной величины исполнительный элемент с помощью ЭБУ изменяет продолжительность впрыска кислорода, обеспечивающие обратную связь.

В системе впрыска без обратной связи нейтрализатор ОГ и датчик кислорода не устанавливают. Регулирование концентрации окиси углерода (СО) в ОГ обеспечивает СО-потенциометр. Увеличение (уменьшение) базовой продолжительности дозирования осуществляют в зависимости от режима (прогрева, ускорения) и условий работы двигателя (температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха).

В зависимости от числа ЭМФ и схемы их размещения различают системы с центральным или распределённым впрыском топлива. Первая система содержит многие известные недостатки карбюратора, поэтому она получила ограниченное распространение. Наиболее перспективной считают систему с распредеделенным впрыском.

С середины 1980-х годов карбюраторы стали вытесняться более эффективными инжекторными системами. Главными их преимуществами являются лучшие пусковые свойства (они меньше зависят от окружающей температуры), надежность, экономичность, лучшие мощностные характеристики, а также меньшая токсичность выхлопа. Однако инжекторные системы более привередливы к качеству бензина. Так, не допускается работа двигателей с системой впрыска топлива на этилированном бензине. Это приводит к выходу из строя нейтрализатора и датчика концентрации кислорода.

Слово injector в переводе с английского означает «форсунка» Первые системы питания, использовавшие принцип впрыска, появились в конце XIX века, однако из-за сложной конструкции и отсутствия должных систем управления не нашли широкого применения. Вновь о системах впрыска вспомнили в 1960-х годах. Тогда они были исключительно механическими, затем им на смену пришли современные системы впрыска с электронным управлением. Эти системы в зависимости от количества форсунок и места впрыска топлива делятся на одноточечные (моновпрысковые) и многоточечные (в них каждый цилиндр имеет персональную форсунку, впрыскивающую топливо во впускной коллектор в непосредственной близости от впускного клапана конкретного цилиндра)

Рисунок 1 - Электромагнитная форсунка

 

Моновпрыск направляет подготовленную смесь во впускной коллектор. В этом он схож с карбюратором. На современных транспортных средствах работой инжекторов и моновпрысков управляют электронные процессоры. Они контролируют работу каждого цилиндра.

Рассмотрим устройство простейшей инжекторной системы Она включает в себя следующие элементы:

- электрический бензонасос;

- регулятор давления;

- электронный блок управления;

- датчики угла поворота дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и количества оборотов коленчатого вала;

- инжектор.

Во впрысковой системе питания используют двухступенчатый неразборный электрический бензонасос роторно-роликового типа. Его устанавливают в топливном баке. Такой насос подает топливо под давлением свыше 280 кПа.

Регулятор давления поддерживает необходимую разницу давлений между топливом в форсунках и воздухом во впускном коллекторе. Он выполнен в виде мембранного клапана, установленного на топливной рампе. При повышении нагрузки двигателя этот регулятор увеличивает давление топлива, подаваемого к форсункам, а при снижении — уменьшает, возвращая избыток топлива по сливной магистрали в бак.

Электронный блок управления (компьютер) - «мозг» системы впрыска топлива. Он обрабатывает информацию от датчиков и управляет всеми элементами системы питания. В него непрерывно поступают сведения о напряжении в бортовой сети автомобиля, его скорости, положении и количестве оборотов коленчатого вала, положении дроссельной заслонки, массовом расходе топлива, температуре охлаждающей жидкости, наличии детонации, содержании кислорода в выхлопе. Используя эту информацию, блок управляет подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, вентилятором системы охлаждения, адсорбером системы улавливания паров бензина (в качестве адсорбера применяется активированный уголь), системой диагностики.

а — одноточечная; б — многоточечная;

Рисунок 2 - Системы впрыска

 

1 — топливный бак; 2 — электробензонасос; 3 — топливный фильтр; 4 — регулятор давления топлива; 5 — форсунка; 6 — электронный блок управления; 7 — датчик массового расхода воздуха; 8 — датчик положения дроссельной заслонки; 9 — датчик температуры ОЖ; 10 — регулятор ХХ; 11 — датчик положения коленвала; 12 — датчик кислорода; 13 — нейтрализатор; 14 — датчик детонации; 15 — клапан продувки адсорбера; 16 — адсорбер Рисунок 3 - Инжекторная система   При возникновении неполадок в системе электронный блок управления предупреждает о них водителя с помощью контрольной лампы Check Engine (этот индикатор может быть выполнен как в виде указанной надписи, так и в виде пиктограммы с изображением двигателя). В его оперативной памяти сохраняются диагностические коды, указывающие места возникновения неисправностей. Специалисты с помощью определенных манипуляций или специального считывающего устройства могут получить информацию об этих кодах и быстро обнаружить неполадки. Датчик положения дроссельной заслонки размещен на дроссельном патрубке и связан с осью дроссельной заслонки. Он представляет собой потенциометр. При нажатии на педаль газа поворачивается дроссельная заслонка и увеличивается напряжение на выходе датчика. Обрабатывая эту информацию, электронный блок управления корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (то есть в зависимости от того, насколько сильно вы нажмете на педаль газа). Датчик температуры охлаждающей жидкости — это термистор, то есть резистор, сопротивление которого зависит от температуры: при низкой температуре он имеет высокое сопротивление, а при высокой температуре — низкое. Датчик расположен в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Электронный блок управления измеряет падение напряжения на датчике и таким образом определяет температуру охлаждающей жидкости. Эту температуру он постоянно учитывает, управляя работой большинства систем. Датчик положения коленвала (индуктивный) координирует работу форсунок. С его помощью блок управления, получив информацию о положении коленчатого вала и соответственно о тактах двигателя, дает сигнал на срабатывание конкретной форсунки, которая в нужный момент подает распыленное топливо к соответствующему цилиндру. Системы впрыска современных автомобилей, в отличие от простейшего инжектора, оборудуют целым рядом дополнительных устройств и датчиков, улучшающих работу двигателя: лямбда-зондом, каталитическим нейтрализатором, датчиками детонации и температуры впускного воздуха и т. д.

Общий вид

Вид слева с расположением датчиков.

1 - датчик сигнализатора перегрева ОЖ; 2 - датчик указателя температуры ОЖ; 3 - датчик температуры ОЖ; 4 - датчик сигнализатора аварийного давления масла; 5 - датчик указателя падения давления масла; 6 - стержневой указатель уровня масла; 7 - катушки зажигания; 8 - датчик положения распределительного вала; 9 - пробка сливного отверстия масляного картера; 10 - выпускной коллектор; 11 - сливной краник ОЖ

Рисунок 4 - Двигатель ЗМЗ -4062.10 Инжекторный семейства ГАЗ.

Двигатель Hyundai - Accent (с 1999 г.в.)

Двигатель оснащен системой распределенного впрыска топлива с электронным управлением. Электронный блок управления (ЭБУ) двигателем представляет собой мини-компьютер специального назначения.   Рисунок 5 - Блок управления   Он содержит три вида памяти — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и электрически программируемое запоминающее устройство (ЭПЗУ). ОЗУ используется компьютером для хранения текущей информации о работе двигателя и ее обработки. Также в ОЗУ записываются коды возникающих неисправностей. Эта память энергозависима, т. е. при отключении питания ее содержимое стирается. ППЗУ содержит собственно программу (алгоритм) работы компьютера и калибровочные данные (настройки). Таким образом, ППЗУ определяет важнейшие параметры работы двигателя: характер кривых момента и мощности, расход топлива и т. п. ППЗУ энергонезависима, т.е. ее содержимое не изменяется при отключении питания. В ЭПЗУ записываются коды иммобилайзера при «обучении» ключей. Эта память также энергонезависима. Блок управления расположен в салоне под панелью приборов слева от ног водителя. Датчики выдают электронному блоку управления информацию о параметрах работы двигателя и скорости автомобиля, на основании которых блок управления рассчитывает момент, длительность и порядок открытия форсунок а также момент искрообразования. При выходе из строя отдельных датчиков или их цепей блок управления переходит на обходные алгоритмы работы; при этом могут ухудшиться некоторые параметры двигателя (мощность, приемистость, экономичность), но движение с такими неисправностями возможно. Исключение составляет датчик положения коленчатого вала — при неисправности датчика или его цепей двигатель работать не может. Также двигатель не будет работать при одновременном выходе из строя нескольких датчиков. Датчики неремонтопригодны, при выходе из строя их заменяют. Лампа неисправности системы управления двигателем в комбинации приборов информирует водителя о неисправностях, но не запрещает дальнейшее движение автомобиля. Если система исправна, то при включении зажигания лампа загорается и гаснет сразу после пуска двигателя. Если она горит при работающем двигателе, в системе управления двигателем имеются неисправности, условные коды которых блок управления записывает в память (ОЗУ). Если в дальнейшем неисправность пропала (например, восстановился контакт в цепи датчика), лампа может погаснуть; при этом код неисправности не стирается, а сохраняется в памяти и может быть считан с помощью диагностического оборудования, подключаемого к диагностическому разъему, расположенному справа от рулевой колонки под панелью приборов. Рисунок 6 - Диагностический разъем   Чтобы стереть коды из памяти блока управления, необходимо отключить аккумуляторную батарею не менее чем на 10 с (или выбрать соответствующий режим на диагностическом приборе). Отказ некоторых элементов систем питания (электробензонасоса и его цепи) и управления (модуля зажигания, свечей и высоковольтных проводов) не определяется блоком управления, и, следовательно, лампа неисправности системы управления двигателем при этом не загорается. Датчик положения коленчатого вала — индукционного типа — установлен на передней стороне блока цилиндров, рядом с картером сцепления. Он выдает блоку управления информацию об угловом положении и частоте вращения коленчатого вала. Датчик представляет собой катушку индуктивности, которая реагирует на прохождение зубьев задающего диска, закрепленного на коленчатом валу (рядом с пятой коренной шейкой) вблизи сердечника датчика. Два соседних зуба на диске срезаны так, что образуется впадина. При ее прохождении датчик генерирует так называемый «опорный» импульс синхронизации при каждом обороте коленчатого вала. Рисунок 7 - Датчик положения коленчатого вала   Датчик положения распределительного вала (датчик фаз), представляющий собой датчик Холла, установлен слева на приливе головки блока цилиндров. Датчик реагирует на прохождение штифта, запрессованного в хвостовик распределительного вала впускных клапанов. Датчик выдает блоку управления информацию об угловом положении и частоте вращения распределительного вала. На основании информации выходных сигналов с датчиков положения коленчатого и распределительного валов блок управления устанавливает угол опережения зажигания и цилиндр, в который следует подать топливо. При выходе из строя датчика или его цепей загорается лампа неисправности системы управления двигателем. Рисунок 9 - Датчик положения распределительного вала   Датчик температуры охлаждающей жидкости ввернут в головку блока цилиндров в районе четвертого цилиндра. Он представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры. Блок управления подает на датчик стабилизированное напряжение через резистор и по падению напряжения рассчитывает состав смеси. При выходе из строя датчика или его цепей загорается лампа неисправности системы управления двигателем, а блок управления переводит вентилятор системы охлаждения двигателя и вентилятор теплообменника конденсатора на постоянный режим работы. Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — резистор с переменным сопротивлением, установленный на дроссельном узле. Сопротивление ДПДЗ изменяется в зависимости от положения дроссельной заслонки, с осью которой жестко соединен датчик. На один конец его обмотки подается стабилизированное напряжение +5 В, а другой конец соединен с «массой». С третьего вывода потенциометра (ползунка) снимается сигнал для блока управления. При выходе из строя датчика или его цепей загорается лампа контроля системы управления двигателем. При этом функции датчика берет на себя датчик абсолютного давления и температуры воздуха во впускном трубопроводе. Рисунок 10 - Датчик положения дроссельной заслонки   Датчик абсолютного давления и температуры воздуха во впускном трубопроводе установлен в ресивере впускного трубопровода. Датчик содержит чувствительный переменный резистор для измерения давления и термистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. При выходе из строя датчика или его цепей загорается лампа неисправности системы управления двигателем, а функции датчика берет на себя ДПДЗ.   Рисунок 11 - Датчик абсолютного давления и температуры воздуха во впускном Трубопроводе Датчик детонации пьезоэлектрического типа закреплен болтом на задней стороне блока цилиндров. При возникновении высокочастотных колебаний блока цилиндров во время детонационного сгорания топлива в датчике возникают электрические сигналы, на основании которых блок управления регулирует опережение зажигания для устранения детонации.   Рисунок 12 - Датчик детонации   Один из двух датчиков концентрации кислорода (лямбда-зондов) установлен в катколлекторе, другой — в промежуточной трубе системы выпуска. Кислород, содержащийся в отработавших газах, создает разность потенциалов на выходах датчиков, изменяющуюся от 0 до 1 В (бедная — богатая смесь). По сигналам от датчиков блок управления корректирует подачу топлива форсунками в цилиндры, так чтобы состав отработавших газов был оптимальным для эффективной работы нейтрализатора. Для быстрого прогрева датчиков после запуска двигателя в них встроен нагревательный элемент. При выходе из строя датчика или его цепей загорается лампа неисправности системы управления двигателем.   Рисунок 13 - Датчик концентрации кислорода   Датчик скорости автомобиля представляет собой геркон (герметизированный контакт), встроенный в спидометр. Датчик преобразует вращение троса привода спидометра в прямоугольные импульсы напряжения с частотой, пропорциональной скорости автомобиля. Датчик неровной дороги, установленный на чашке правой передней амортизаторной стойки, улавливает тряску (вертикальные ускорения) автомобиля. Неровная дорога создает переменную нагрузку на трансмиссию, а через нее воздействует и на двигатель, вызывая неравномерность его работы. В этом случае, для предупреждения ложного обнаружения пропусков воспламенения, блок управления использует сигнал датчика.   Рисунок 14 -Датчик неровной дороги

 

1 — электронный блок управления (ЭБУ) (на фото не виден); 2 — монтажный блок реле и предохранителей; 3 — датчик положения распределительного вала; 4 — датчик положения коленчатого вала (на фото не виден); 5 — катушки зажигания; 6 — датчик концентрации кислорода (на каталитическом коллекторе); 7 —датчик неровной дороги; 8 — датчик концентрации кислорода (на промежуточной трубе) (на фото не виден); 9 — датчик детонации (на фото не виден); 10 — датчик абсолютного давления и температуры; 11 — свечи зажигания (на фото не видны); 12 — датчик положения дроссельной заслонки; 13 — датчик температуры охлаждающей жидкости (на фото не виден);

Рисунок 15 - Расположение элементов системы управления двигателем

 

Система зажигания входит в систему управления двигателем. Она состоит из двух катушек зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. При эксплуатации система не требует обслуживания и регулировки (кроме свечей зажигания).
Катушки зажигания установлены на кронштейне, закрепленном на левой стороне блока цилиндров. К выводам высоковольтной обмотки одной катушки подсоединены свечные провода 1 и 4 цилиндров, к выводам другой — 2 и 3 цилиндров. Таким образом, искра одновременно проскакивает в двух цилиндрах (1-4 или 2-3) — в одном во время такта сжатия (рабочая искра), в другом во время такта выпуска (холостая). Катушки зажигания неремонтопригодны, при выходе из строя их заменяют новым.

Рисунок 16 - Катушки зажигания (на корпусах катушек нанесены номера цилиндров)

 

Свечи зажигания имеют помехоподавительный резистор (сопротивлением 4-10 кОм). Зазор между электродами составляет 1,0-1,1 мм.

Работа системы управления. Блок управления получает команду на запуск системы управления при включении зажигания. Если активирован иммобилайзер, то дополнительно проверяется, совпадает ли его кодовая посылка с кодом в памяти блока управления (при несовпадении двигатель не пустится).

Во время работы блок управления обрабатывает информацию от датчиков (положения коленчатого вала, положения дроссельной заслонки, давления и температуры воздуха во впускном трубопроводе, температуры охлаждающей жидкости, концентрации кислорода, детонации, скорости и неровной дороги). В зависимости от режима работы двигателя блок управления выдает команды на форсунки, катушки зажигания, регулятор холостого хода, клапан продувки адсорбера, реле топливного насоса, электровентилятора радиатора системы охлаждения двигателя, электровентилятора теплообменника конденсатора и компрессора.

Угол опережения зажигания рассчитывается блоком управления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки на двигатель (давление и температура воздуха во впускном трубопроводе и положение дроссельной заслонки), температуры охлаждающей жидкости, а также наличия детонации. Состав смеси регулируется длительностью управляющего импульса, подаваемого на форсунки (чем длиннее импульс, тем больше количество топлива). При обслуживании и ремонте системы управления двигателем всегда выключайте зажигание (в некоторых случаях следует отсоединить аккумуляторную батарею), а при проведении сварочных работ на автомобиле отсоединяйте жгут проводов от блока управления. Блок управления содержит электронные компоненты, которые могут быть повреждены статическим электричеством, поэтому не прикасайтесь руками к его выводам. Перед сушкой автомобиля в сушильной камере (после покраски) снимите блок управления. На работающем двигателе не отсоединяйте и не поправляйте колодки жгутов проводов системы управления, а также клеммы проводов на выводах аккумуляторной батареи. Не пускайте двигатель, если клеммы проводов на выводах аккумуляторной батареи и «массовые» провода на двигателе не затянуты или загрязнены.

Краткая теория. В последнее время все больше автомобилей с бензиновыми двигателями оборудуются системами электронного впрыска. Объясняется это большой гибкостью электронной системы в сравнении с неизменными законами функционирования карбюратора. В системе электронного впрыска, законы функционирования заложены в программу блока управления, что позволяет бесконечно совершенствовать функции управления без существенного удорожания системы. Кроме того, в последнее время технологии изготовления электронных компонентов и целых (готовых) приборов постоянно удешевляются и совершенствуются в плане надежности, а изготовление карбюратора в любом случае требует механической обработки металла с высокой точностью, затраты энергии, рабочего времени и износа оборудования.

Систему электронного впрыска можно разделить на три основные части:

1) воздушную (воздухоочиститель, воздухопроводы, впускной коллектор);

2) топливную (топливный бак, насос, трубопроводы, топливный фильтр, регулятор давления и инжектор);

3) управления (различные датчики и блок управления).

Более подробно назначение и взаимное расположение частей рассматривается на лекциях данного курса. В задачу данной работы входит: научиться идентифицировать элементы электронного впрыска и находить нужный элемент в автомобиле.

Поскольку все элементы могут иметь несколько вариантов установки, очень важно знать эти варианты, а также знать ключевые признаки, указывающие на расположение каждого элемента.

Рисунок 17 - Схема электронного впрыска

 

Контрольные вопросы

1. Что такое много и одноточечный впрыск топлива? 2. На сколько изменится характеристика ДВС с применением впрыска?

 

Практическое занятие № 9

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: