Mitsubishi Step II - MPI - Система многоточечного впрыскивания

MPI - Система многоточечного впрыскивания
2008
Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ MPI    1-1 1.    Системы подачи топлива бензиновых двигателей    1-1 2.    Обзор устройства системы распределенного впрыскивания (MPI)    1-3 2.1    Схема типичной системы распределенного впрыскивания (MPI)    1-3 2.2    Обзор системы подачи топлива    1-4 2.3    Обзор системы зажигания    1-5 2.4    Обзор системы управления расходом воздуха    1-6 2.5    Обзор системы управления токсичностью отработавших газов    1-8 3.    Общие сведения об элементах системы распределенного впрыскивания топлива (MPI)    1-9 3.1    Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU)    1-10 3.2    Исполнительные устройства (актюаторы)    1-11 4.    Принцип действия системы распределенного впрыскивания топлива    1-12 4.1    Входные сигналы    1-13 4.2    Принятие решения    1-17 4.3    Действие    1-18 4.4    Управление цепью обратной связи    1-20 4.5    Принцип работы электронного блока управления двигателем    1-23 5.    Проверка полученных знаний    1-28 Глава 2 СИСТЕМА ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА    2-1 1.    Работа системы    2-1 1.1    Система топливоподачи    2-1 1.2    Система электронного управления    2-3 1.3    Система распределенного впрыскивания топлива (MPI)    2-3 1.4    Способы подачи топлива системой распределенного впрыскивания 2-4 1.5    Одновременный способ подачи топлива    2-5 1.6    Синхронный способ подачи топлива    2-6 1.7    Несинхронизированное управление топливоподачей    2-9 2.    Управление количеством впрыскиваемого топлива    2-11 2.1    Расчет количества впрыскиваемого топлива    2-11 2.2    Длительность базового импульса управления форсункой    2-12 2.3    Определение частоты вращения коленчатого вала двигателя    2-15 2.4    Управление с обратной связью    2-15 2.5    Коррекция, основанная на информации от датчиков других источников 2-19 2.6    Другие виды управления подачей топлива    2-24 2.7    Качество используемого топлива    2-26 3.    Устройство и работа элементов системы топливоподачи    2-28 3.1    Топливный насос    2-29 3.2    Регулятор давления топлива    2-32 3.3    Топливный фильтр    2-35 3.4    Топливная форсунка    2-36 3.5    Датчик положения коленчатого вала двигателя    2-39 3.6    Датчик положения распределительного вала    2-41 3.7    Датчик расхода воздуха    2-45 3.8    Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе    2-48 3.9    Датчик массового расхода воздуха    2-49 3.10    Датчик абсолютного давления    2-50 3.11    Датчик атмосферного давления    2-50 3.12    Датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе    2-51 3.13    Датчик положения дроссельной заслонки    2-51 3.14    Датчик положения педали акселератора    2-54 3.15    Кислородный датчик    2-58 3.16    Датчик скорости автомобиля    2-60 4. Проверка полученных знаний    2-62 Глава 3 СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ    3-1 1.    Принцип действия системы зажигания    3-1 1.1    Система зажигания с распределителем    3-1 1.2    Системы зажигания без распределителя    3-2 2.    Управление распределением искрообразования по цилиндрам    3-4 2.1    Статическая система зажигания с двухвыводными катушками зажигания 3-4 2.2    Статическая система зажигания с индивидуальными катушками зажигания 3-5 3.    Управление углом опережения зажигания    3-7 3.1    Расчет времени рабочего цикла    3-8 3.2    Управление моментом открывания силового транзистора    3-8 3.3    Управление моментом закрывания силового транзистора    3-9 3.4    Управление углом опережения зажигания    3-10 3.5    Коррекция угла опережения зажигания    3-11 3.6    Управление детонацией    3-14 3.7    Совместное управление двигателем и коробкой передач    3-16 4.    Управление временем накопления энергии в катушке зажигания    3-16 4.1    Ток в первичной обмотке катушки зажигания    3-16 4.2    Блок-схема управления временем накопления в первичной обмотке катушки зажигания    3-17 5.    Принцип действия элементов системы    3-18 5.1    Датчик положения коленчатого вала двигателя    3-18 5.2    Датчик положения распределительного вала    3-18 5.3    Датчик детонации    3-19 5.4    Силовой транзистор    3-20 5.5    Датчик неисправности системы зажигания    3-21 6.    Проверка полученных знаний    3-22 Глава 4 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХОЛОСТЫМ ХОДОМ ДВИГАТЕЛЯ    4-1 1.    Управление частотой вращения коленчатого вала в режиме холостого хода 4-1 2.    Принцип действия системы    4-2 2.1    Алгоритм управления оборотами холостого хода    4-2 2.2    Управление расходом воздуха    4-3 2.3    Управление оборотами холостого хода    4-7 2.4    Управление положением шагового электродвигателя    4-11 3.    Принцип действия элементов системы холостого хода    4-16 3.1    Сервопривод регулятора оборотов холостого хода    4-16 3.2    Количество воздуха проходящего через байпасный канал и количество шагов шагового электродвигателя    4-16 3.3    Принцип действия шагового электродвигателя    4-17 3.4    Выключатель кондиционера    4-20 3.5    Вывод FR генератора    4-20 3.6    Вывод G генератора    4-22 3.7    Управление током генератора    4-23 3.8    Датчик давления рабочей жидкости в рулевом управлении 3.9    Датчик положения селектора АКПП 4-26
4. Проверка полученных знаний Глава 5 СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ    5-1 1.    Отработавшие газы    5-1 1.1    Состав отработавших газов    5-2 1.2    Вредные компоненты в отработавших газах и их влияние на человеческий организм 5-2 1.3    Механизм образования вредных компонентов    5-3 1.4    Другие компоненты отработавших газов    5-6 1.5    Причины превышения концентрации вредных выбросов в отработавших газах    5-7 2.    Принцип действия системы снижения токсичности    5-10 2.1    Система принудительной вентиляции картера    5-10 2.2    Система улавливания паров топлива    5-12 2.3    Система рециркуляции отработавших газов (EGR)    5-14 2.4    Каталитический нейтрализатор    5-16 2.5    Винт регулировки состава смеси    5-19 3.    Система бортовой диагностики (OBD)    5-20 3.1    Диагностические коды неисправности    5-20 3.2    Принцип действия системы определения неисправностей    5-21 3.3    Контрольная лампа индикации неисправностей двигателя    5-22 3.4    Данные «стоп-кадр»    5-22 3.5    Диагностические коды    5-24 3.6    Основные контролируемые элементы    5-27 3.7    Проверка кислородного датчика    5-27 3.8    Проверка состояния каталитического нейтрализатора    5-29 3.9    Проверка системы топливоподачи    5-31 3.10    Контроль пропусков воспламенения    5-35 3.11    Ездовой цикл управления автомобилем    5-39 3.12    Диагностические режимы системы E-OBD    5-44 4.    Проверка полученных знаний    5-46 Глава 6 ТЕХНИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НА АВТОМОБИЛЕ    6-1 1.    Общие сведения    6-1 1.1    Управление при возникновении неисправности    6-1 2.    Диагностические коды неисправности    6-3 2.1    Методика считывания и стирания диагностических кодов неисправностей    6-3 2.2    Система самодиагностики    6-4 2.3    Таблица поиска причин неисправностей по признакам    6-14 2.4    Справочная таблица данных    6-16 2.5    Справочная таблица проверки исполнительных устройств    6-22 2.6    Проверки на выводах разъема электронного блока управления двигателем    6-23 2.7    Диагностика с использованием осциллографа    6-25 2.8    Специальный инструмент    6-27 3.    Технические операции, выполняемые на автомобиле    6-29 3.1    Очистка корпуса дроссельной заслонки    6-29 3.2    Регулировка базовой частоты вращения холостого хода    6-31 3.3    Обучение работе на холостом ходу    6-32 3.4    Инициализация значений, сохраненных в блоке управления двигателем    6-33 3.5    Инициализация электронно-управляемой дроссельной заслонки    6-33 3.6    Проверка угла опережения зажигания    6-33 3.7    Регулировка датчика положения дроссельной заслонки    6-35 3.8    Проверка сервопривода регулятора оборотов холостого хода    6-36 3.9    Проверка работы топливного насоса    6-37 3.10    Сброс давления топлива    6-38 3.11    Измерение давления топлива    6-38 3.12    Проверка форсунки    6-42 3.13    Проверка датчика расхода воздуха    6-43 3.14    Проверка вакуумного датчика    6-44 3.15    Проверка датчика положения распределительного вала и датчика положения коленчатого вала    6-45 3.16    Проверка датчика температуры воздуха на впуске    6-45 3.17    Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости    6-46 3.18    Проверка кислородного датчика    6-48 3.19    Проверка вакуумных линий    6-50 3.20    Проверка системы принудительной вентиляции картера    6-51 3.21    Проверка системы улавливания паров топлива    6-53 3.22    Проверка системы рециркуляции ОГ    6-56 5. Проверка полученных знаний    6-60 Глава 7 СИСТЕМА НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВПРЫСКИВАНИЯ БЕНЗИНА GDI 7-1 1.    Общие сведения    7-1 2.    Основные элементы конструкции    7-1 3.    Особенности двигателей с системой GDI    7-2 3.1    Движение воздушного потока внутри цилиндра    7-2 3.2    Способы смесеобразования двигателей с системой GDI    7-3 4.    Устройство и основные элементы    7-7 4.1    Головка блока цилиндров    7-7 4.2    Поршень    7-7 4.3    Впускная система    7-8 5.    Система топливоподачи    7-11 5.1    Элементы топливной системы    7-12 5.2    Системы снижения токсичности    7-16 Глава 1 Общие сведения о системе MPI 1. Системы подачи топлива бензиновых двигателей Для нормальной работы бензинового двигателя необходимо подавать в камеру сгорания топливовоздушную смесь, которая должна обладать следующими свойствами: •    находиться в газообразной фазе (жидкость не горит) •    быть гомогенной (однородной, хорошо перемешанной) •    тщательно дозирована (отношении массы бензина к массе воздуха должно поддерживаться таким образом, чтобы обеспечить наиболее полное сгорание). Коэффициент избытка воздуха X X > 1 смесь обеднённая X < 1 смесь обогащённая Рис.1.1 Стехиометрическое соотношение Установлено, что идеальное количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива, в весовых единицах составляет 14,7:1(стехиометрическое соотношение). Коэффициент избытка воздуха Л - показывает во сколько раз действительное количество воздуха, отличается от теоретически необходимого количества. Стехиометрическое отношение массы топлива к массе воздуха Действительное отношение массы топлива к массе воздуха Л =
В зависимости от режима работы двигателя оптимальная величина воздушно-топливного отношения меняется и может отличаться от идеального стехиометрического значения: •    (Л > 1) - экономичный состав смеси (обеднённая смесь) - в этой смеси имеется избыток воздуха, обеспечивающий сгорание всего топлива, содержащегося в смеси. •    (Л < 1) - мощностной состав смеси (обогащённая смесь) - в этой смеси имеется избыток топлива, что позволяет увеличивать скорость сгорания. Рис.1.2 Состав топливовоздушной смеси при различных условиях движения автомобиля На большинстве режимов движения автомобиля состав топливной смеси близок к стехиометрическому, однако при изменении режимов и условий работы двигателя его необходимо корректировать. При запуске двигателя топливо подаётся с избытком (отношение от 1:1 до 5:1), т.к. в холодном двигателе оно плохо испаряется и конденсируется на стенках впускного коллектора, но при этом свечи зажигания заливаться не должны. Для устойчивой работы при прогреве двигателя смесь должна быть обогащённой (отношение примерно 11:1). Степень обогащения зависит от температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. После прогрева в режиме холостого хода и установившемся режиме движения, двигатель работает на стехиометрическом составе смеси. В переходных режимах, т.е. при резком изменении нагрузки, дроссельная заслонка открывается достаточно быстро и во впускной коллектор поступает больше воздуха, поэтому смесь необходимо кратковременно обогащать. При движении автомобиля с полной нагрузкой, для получения максимальной мощности смесь необходимо обогащать (отношение от 12:1 до 13:1). В режиме торможения двигателем топливоподача полностью прекращается. При снижении частоты вращения коленчатого вала ниже заданной величины топливоподача восстанавливается. 2. Обзор устройства системы распределенного впрыскивания (MPI) 2.1 Схема типичной системы распределенного впрыскивания (MPI) Рис.1.3 Схема типичной системы распределенного впрыскивания (MPI) Электронно-управляемая система впрыскивания бензина, используемая в автомобилях фирмы Mitsubishi Motors, состоит из: •    системы подачи топлива; •    системы зажигания; •    системы управления расходом воздуха; •    системы управления токсичностью отработавших газов. В системах распределенного впрыскивания (MPI) фирмы Mitsubishi при расчете соотношения воздух-топливо используется три способа определения количества воздуха, поступающего в цилиндры: 1.    В большинстве случаев (автомобили с двигателями серии 4G6,4G9,6G7) используется датчик расхода воздуха типа Karman (Karman Vortex - вихри Кармана). Этот тип датчика преобразует расход воздуха в цифровой код, что повышает точность и быстродействие. Он обеспечивает измерение объёма воздуха, поступающего в двигатель. Массовый расход рассчитывается с учётом плотности воздуха. 2.    На современных двигателях (4G69,4B1,6B3) применяются датчики, непосредственно измеряющие массовый расход воздуха (MAF - Mass Air Flow). 3.    В системах, использующих косвенный принцип измерения расхода воздуха (автомобили с двигателями серии 4G1,3A9,4A9) используют датчик барометрического давления во впускном коллекторе (MAP sensor - Manifold Absolute Pressure Sensor). Массовый расход воздуха в этом случае не измеряется, а рассчитывается на основании измерения параметров (давление во впускном коллекторе, обороты двигателя, температура воздуха). 2.2 Обзор системы подачи топлива Рис. 1-4 Типичная схема системы подачи топлива
Датчик расхода воздуха Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения дроссельной заслонки Датчик положения педали акселератора Датчик положения коленчатого вала Датчик положения распределительного вала Датчик скорости автомобиля Замок зажигания - ST Датчик детонации Кислородный датчик
Системы подачи топлива, применяемые на автомобилях Mitsubishi Motors, производят точную дозировку топлива, обеспечивая оптимальное соотношение между получаемой мощностью, топливной экономичностью и низким уровнем токсичности отработавших газов. Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) получает сигналы от соответствующих датчиков и управляет топливными форсунками таким образом, чтобы обеспечить наилучший состав воздушно-топливной смеси на различных режимах двигателя. Объём впрыскиваемого топлива задаётся временем работы форсунки (временем впрыска). Существует установленное базовое время впрыска, которое меняется в зависимости от оборотов двигателя и массы поступающего воздуха. При изменении режимов работы, топливная система немедленно к ним подстраивается. В соответствии с сигналами от различных датчиков и дорожными условиями вычисляется оптимальное время открытия форсунок (объём впрыскиваемого топлива). 2.3 Обзор системы зажигания Датчик расхода воздуха Замок зажигания Аккумуляторная батарея Катушка зажигания i- К АКПП К тахометру 4
Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения распределительного вала Датчик положения коленчатого вала Замок зажигания - ST Датчик детонации Датчик скорости автомобиля Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП) Свеча зажигания № цилиндра
Замок зажигания Аккумуляторная батарея К АКПП К тахометру № цилиндра Рис. 1.5 Типичные схемы систем зажигания
Датчик расхода воздуха Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения распределительного вала Датчик положения коленчатого вала двигателя Замок зажигания - ST Датчик детонации Датчик скорости автомобиля Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП)
Для обеспечения эффективного сгорания, система зажигания должна воспламенять воздушно-топливную смесь в цилиндре двигателя в точно заданный момент. Правильно выбранный момент зажигания гарантирует, что выделяющаяся тепловая энергия и развиваемое в цилиндре давление, как результат сгорания, высвобождаются в оптимальный момент в соответствии с положением поршня. Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) получает сигналы от датчика положения коленчатого вала, датчика положения распределительного вала и датчика расхода воздуха и управляет моментом зажигания. Дополнительно угол опережения зажигания корректируется в соответствии с условиями работы двигателя, такими как температура охлаждающей жидкости, температура воздуха, атмосферное давление, детонация и др. 2.4 Обзор системы управления расходом воздуха 2.4.1 Система с механическим управлением дроссельной заслонкой Сервопривод управления частотой вращения холостого хода (шаговый электродвигатель)
Биметаллический регулятор Во впускной коллектор
Из воздушного фильтра Винт регулирования частоты вращения холостого хода (SAS) Винт FIXED SAS
Датчик расхода воздуха Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения дроссельной заслонки Датчик положения коленчатого вала Выключатель кондиционера Датчик-выключатель кондиционера Датчик скорости автомобиля Датчик давления рабочей жидкости гидроусилителя Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП) Вывод FR генератора Замок зажигания - IG Замок зажигания - ST
Рис. 1.6 Типичная схема системы управления расходом воздуха Система управления расходом воздуха состоит из системы регулирования расхода воздуха и системы управления оборотами холостого хода. Система регулирования расхода воздуха обеспечивает оптимальную регулировку потока воздуха при движении автомобиля на нагрузочных режимах. Регулирование расхода воздуха осуществляется путем изменения положения дроссельной заслонки, при помощи механического привода. Система управления оборотами холостого хода регулирует расход воздуха через систему впуска при полностью закрытой дроссельной заслонке. На вход системы поступает информация о значениях текущих параметров двигателя и окружающей среды, включая данные о частоте вращения двигателя и положении дроссельной заслонки. На холодном двигателе частота оборотов холостого хода регулируется с помощью двух различных клапанов (на большинстве моделей). Биметаллический ограничитель регулирует расход воздуха в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Сервопривод регулирует расход в соответствии с командами, получаемыми от блока управления двигателем. Во время холодного пуска ограничитель увеличивает количество воздуха, поступающего во впускной коллектор, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. После достижения нормальной рабочей температуры ограничитель закрывается, а для регулирования частоты оборотов холостого хода используется только клапан сервопривода. На более поздних моделях биметаллический ограничитель отсутствует, и регулировка производится только клапаном сервопривода управления частотой оборотов холостого хода. 2.4.2. Система с электронно-управляемой дроссельной заслонкой Датчик расхода воздуха Напряжение питания (от реле сервопривода дроссельной заслонки) О
Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения дроссельной заслонки Датчик положения коленчатого вала Выключатель кондиционера Датчик-выключатель кондиционера Датчик скорости автомобиля Датчик давления рабочей жидкости гидроусилителя Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП) Вывод FR генератора Замок зажигания - IG Замок зажигания - ST Engine-ECU Рис. 1.7 Типичная схема системы управления расходом воздуха Система с электронно-управляемой дроссельной заслонкой, управляет углом открытия заслонки в соответствии с заданным углом нажатия на педаль акселератора. Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) определяет степень нажатия на педаль акселератора при помощи датчика положения педали акселератора. К предварительно заданным базовым углам нажатия добавляются различные поправки и в соответствии с этим, рассчитывается угол открытия дроссельной заслонки. 2.5 Обзор системы управления токсичностью отработавших газов Клапан принудительной вентиляции картера (PCV valve) Воздушный фильтр Электромагнитный Электромагнитный клапан клапан системы EGR продувки адсорбера
Передний кислородный датчик Каталити ческий нейтрали затор Каталитический нейтрализатор Рис. 1.8 Типичная схема системы управления токсичностью отработавших газов
Системы управления токсичностью отработавших газов необходимы для снижения содержания углеводородов (СН), окиси углерода (СО), и окислов азота (NOx). На автомобилях фирмы Mitsubishi Motors устанавливаются следующие системы, снижающие выбросы вредных компонентов в отработавших газах. Система принудительной вентиляции картера (PCV) Часть газов из камеры сгорания прорывается, через неплотности поршневых колец, в картер двигателя. Эти просочившиеся газы (blow-by gases) токсичны и при попадании в атмосферу наносят вред окружающей среде. Клапан принудительной вентиляции картера (PCV valve) является основным элементом этой системы. Он пропускает картерные газы во впускной коллектор, где они, перемешиваясь с воздушно-топливной смесью, направляются в камеру сгорания двигателя. Система улавливания паров топлива Система улавливания паров топлива обеспечивает накопление паров топлива образующихся в топливном баке, состоящих в основном из летучих углеводородов (СН), в угольном адсорбере. Во время продувки адсорбера накопленные в нём пары топлива смешиваются с поступающим в двигатель воздухом и сгорают в цилиндрах двигателя. Система рециркуляции отработавших газов (EGR) Система рециркуляции отработавших газов на некоторых режимах работы двигателя отбирает часть отработавших газов из выпускного коллектора и направляет их во впускной коллектор для снижения температуры в камере сгорания. Окислы азота (NOx) образуются в отработавших газах как результат сгорания смесей при высоких температурах. Каталитический нейтрализатор Каталитический нейтрализатор помогает снизить содержание вредных компонентов, являясь, по сути, второй камерой сгорания. Он способствует ускорению протекания химических реакций, ведущих к снижению концентрации вредных выбросов в отработавших газах. Для того чтобы каталитический нейтрализатор работал наиболее эффективно состав рабочей смеси должен поддерживаться в строго заданном соотношении (стехиометрический состав смеси). Для контроля и диагностирования работы системы управления токсичностью отработавших газов, элементов системы подачи топлива применяется система бортовой диагностики (EOBD). 3. Общие сведения об элементах системы распределенного впрыскивания топлива (MPI) Система распределенного впрыскивания топлива (MPI) управляется электронным блоком управления двигателем. Электронный блок управления двигателем использует поступающую на него информацию от различных датчиков для того, чтобы определить оптимальное количество впрыскиваемого форсунками топлива, момент впрыска топлива, момент зажигания рабочей смеси в цилиндре, а также определить корректирующий коэффициент для установления необходимой частоты вращения двигателя на режиме холостого хода. В соответствии с полученными результатами расчетов, электронный блок управления вырабатывает управляющие сигналы и посылает их к определенным исполнительным устройствам. Датчик температуры охлаждающей

Датчик положения коленчатого вала двигателя Рис. 1.9 Датчики измеряют параметры работы системы, для того, чтобы определить необходимое количество подаваемого топлива, момент зажигания и необходимый расход воздуха двигателем на режиме холостого хода. Такими параметрами являются: температура охлаждающей жидкости, расход воздуха и т.д. Сигналы с этих датчиков являются входными параметрами для электронного блока управления двигателем. Рис. 1.10 Основным элементом системы управления двигателем является компьютер, быстродействие которого позволяет отслеживать изменение состояния двигателя и управляющих воздействий водителя. 3.1 Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU)
Кроме того, в управляющей программе электронного блока управления есть функции упреждающего регулирования подачей топлива, чего не может сделать самый совершенный карбюратор. Следовательно, управление дозированием топлива происходит более точно. Электронный блок управления отслеживает условия работы двигателя, а затем, с помощью заложенной программы, определяет необходимое количество впрыскиваемого топлива, момент зажигания, а также производит и другие управляющие действия. По окончании расчетов, электронный блок управления посылает сигналы соответствующим элементам (исполнительным устройствам), которые обеспечивают требуемое дозирование топлива и его своевременное воспламенение в соответствии со сложившимися рабочими условиями. При изменении условий работы, электронный блок управления производит расчеты с новыми значениями входных параметров и корректирует количество впрыскиваемого топлива, момент зажигания, и др. Этот процесс постоянно находится в динамике и продолжается непрерывно, пока работает двигатель. Рис. 1.11 Исполнительными механизмами или актюаторами - называются устройства, при помощи которых электронный блок управления двигателем осуществляет управляющие воздействия. Можно выделить три основных исполнительных устройства системы впрыскивания топлива: 3.2 Исполнительные устройства (актюаторы)
•    Топливные форсунки (управление подачей топлива) •    Сервопривод регулятора холостого хода или электронно-управляемая дроссельная заслонка (регулирование частоты оборотов холостого хода) •    Силовой транзистор и катушка зажигания (управление моментом искрообразования). Например, если необходимо увеличить частоту оборотов холостого хода, то электронный блок управления двигателем посылает управляющий сигнал на соответствующий исполнительный механизм (регулятор холостого хода) для увеличения количества воздуха, подаваемого в двигатель в обход дроссельной заслонки. Исполнительные механизмы работают по сигналам, получаемым от электронного блока управления двигателем. Большинство из них не имеют с ним обратной связи. 4. Принцип действия системы распределенного впрыскивания топлива (MPI) Ощущения    Принятие    Действие решения Рис. 1.12 Компьютер обеспечивает точное управление подачей топлива, моментом зажигания, частотой оборотов холостого хода и составом отработавших газов по циклической схеме: «входной сигнал -принятие решения - действие». Для определения состояния и текущих условий работы двигателя электронный блок управления использует входные сигналы, поступающие от различных датчиков и выключателей. Электронный блок управления двигателем использует, полученную от датчиков, информацию для принятия определенного решения в соответствии с заложенной программой. После завершения этапа вычислений на выходе контроллера формируются значения управляющих сигналов, которые поступают на соответствующие исполнительные механизмы. Исполнительные механизмы обеспечивают точную реализацию управляющих воздействий. 4.1 Входные сигналы В системах впрыскивания топлива используются различные типы датчиков. По типу выходного сигнала датчики можно подразделить на четыре группы. 4.1.1. Датчики типа "Включен - выключен" Блокуправления “В1вдит” сигнал здесь Engine - ECU V Датчик-выключатель полностью закрытого положения дроссельной заслонки Рис. 1.13 Датчики типа «Включен - выключен» или датчики-выключатели, замыкают или размыкают электрическую цепь, когда некоторая физическая величина достигает определенного значения. Примеры датчиков-выключателей: выключатель кондиционера, датчик-выключатель полностью закрытого положения дроссельной заслонки, датчик-выключатель давления рабочей жидкости усилителя рулевого управления, выключатель заднего хода, контакторы дверей и пр. Электрическое сопротивление такого датчика изменяется от нулевого значения при замкнутых контактах до бесконечности при разомкнутых, и, следовательно, на выходе возможно только два уровня напряжения - низкий 0 В для режима «Включено» или высокий 5 В или SV (напряжение бортовой сети) для режима «Выключено». (Положение «Включено» соответствует замкнутому состоянию контактов датчика-выключателя). Контроль сигнала датчика При проверке сигналов этого типа датчиков может быть использовано следующее контрольно-испытательное оборудование: •    Вольтметр •    Специальный пробник (logic) •    Прибор MUT-II или MUT-III (некоторые сигналы) •    Осциллограф 4.1.2. Частотные датчики Управляющее I Датчик расхода воздуха Engine - ECU Л
Блок управления “видит”сигнал здесь пгитггппплллп- во щука) Ни жая частота    I (меньший расход    I во щука) Рис. 1.14 Примеры частотных датчиков: датчик расхода воздуха, датчик положения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик скорости автомобиля и т.д. На выходе этих датчиков возникает сигнал в форме прямоугольных импульсов (5В - 0В - 5В - 0В ...) следующих с изменяющейся частотой. Контроль сигнала датчика При проверке сигналов этого типа датчиков может быть использовано следующее контрольно-испытательное оборудование: •    Некоторые типы вольтметров •    Специальный пробник (logic) •    Прибор MUT-II или MUT-III (некоторые сигналы) •    Осциллограф С помощью диагностических приборов MUT-II, MUT-III или вольтметров можно получить лишь ограниченную информацию о параметрах сигнала датчика. 4.1.3. Датчики переменного сопротивления Рис. 1.15 Примеры датчиков, изменяющих свое внутреннее сопротивление (изготавливаются на базе термисторов и потенциометров): датчик положения дроссельной заслонки, датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе и датчик температуры воздуха во впускном коллекторе двигателя. Датчики этого типа непосредственно входят в состав электрической цепи, с помощью которой изменение внутреннего сопротивления датчика преобразуется в изменение напряжения. Входной сигнал в виде изменяющегося напряжения в диапазоне от 0 В до 5 В поступает на вход электронного блока управления двигателем. Из рис.1.15 видно, что при изменении сопротивления, меняется также и величина протекающего по цепи тока, которая влияет на величину напряжения определяемого электронным блоком управления двигателем. Контроль сигнала датчика При проверке сигналов этого типа датчиков может быть использовано следующее контрольно-испытательное оборудование: •    Цифровой вольтметр •    Прибор MUT-II или MUT-III (некоторые сигналы) •    Осциллограф Воздушно-топливное соотношение Рис. 1.16 Датчики, вырабатывающие напряжение, это датчики, не требующие источника питания для своей работы. В качестве примера можно привести датчик детонации, кислородный датчик и индукционный датчик. На их выходе появляется напряжение, величина которого изменяется в соответствии с изменением измеряемого параметра. Так например, сигнал кислородного датчика может изменяться от 0 В до 1,0 В в зависимости от величины воздушно-топливного отношения (состава смеси) в процессе сгорания. 4.1.4. Датчики, вырабатывающие напряжение
Контроль сигнала датчика При проверке сигналов этого типа датчиков может быть использовано следующее контрольно-испытательное оборудование: •    Цифровой вольтметр •    Прибор MUT-II или MUT-III (некоторые сигналы) •    Осциллограф Engine-ECU Рис. 1.17 Электронный блок управления двигателем (Engine-ECU) осуществляет управление исполнительными механизмами (актюаторами), вычисляя оптимальные настройки, для постоянно изменяющихся дорожных условий основываясь на информации, поступающей от датчиков. 4.2 Принятие решения
Электронный блок управления двигателем состоит из микропроцессора, оперативного запоминающего устройства (RAM), постоянного запоминающего устройства (ROM), электрически-перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM) и интерфейса ввода-вывода. Расчёт управляющих воздействий происходит на основании программы, предварительно записанной в память электронного блока управления двигателем. Электронный блок управления имеет три различных вида памяти: •    ПЗУ - постоянное запоминающее устройство (ROM). Этот вид памяти предназначен только для чтения, не требует энергии, и вся информация сохраняется при отключении аккумуляторной батареи сколь угодно долго. •    ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (RAM). Этот вид памяти используется для хранения результатов промежуточных вычислений, величин сигналов поступающих с датчиков, и некоторых данных самообучения, определённых при работе двигателя и требует энергии для сохранения информации. При отключении аккумуляторной батареи информация теряется. •    ЭППЗУ - электрически-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) используется, чтобы сохранённые корректировочные данные сохранялись даже при отключении аккумуляторной батареи. 4.3 Действие Электронный блок управления двигателем воздействует на системы двигателя, используя электронные элементы, которые называются исполнительными устройствами (актюаторами). Электронный блок управления двигателем может управлять исполнительными устройствами, используя их цепи питания или заземления. 4.3.1. Цепь топливных форсунок Аккумуляторная батарея Управляющее реле № 2
№ 4
г \ t \ t А
%
Рис. 1.18
%
№ 3
Схема управления топливными форсунками является примером управления по цепи заземления исполнительного устройства. При положении ключа зажигания в “ON” (включено) или “START” (запуск) «плюс» аккумуляторной батареи соединяется через управляющее реле со всеми топливными форсунками Для включения топливной форсунки, электронный блок управления двигателем замыкает электрическую цепь этой форсунки на «массу». В результате, через обмотку форсунки проходит ток, что вызывает открытие ее топливного клапана, и топливо впрыскивается в канал впускного клапана двигателя. Электронный блок управления двигателем поддерживает протекание тока через электромагнитную обмотку форсунки, в течении строго определенного времени, которое рассчитывается в соответствии со скоростным и нагрузочным режимами работы двигателя. Количество впрыскиваемого топлива определяется временем открытого состояния форсунки. /-лг\г-.у IV! у J m |^|^пил батарея
Рис. 1.19 АКПП К тахометру
Катушка зажигания А
Катушка зажигания В
U U
2 3
Датчик расхода воздуха Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения распределительного вала Г Датчик положения коленчатого вала Замок зажигания - ST Датчик детонации Датчик скорости автомобиля Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП) J
4.3.2. Цепь силового транзистора >    Замок
Свеча зажигания
зажигания
№ цилиндра 4    ■]
Схема включения катушки зажигания является ещё одним примером управления цепью заземления исполнительного устройства. Электронный блок управления двигателем управляет силовым транзистором, который замыкает и размыкает цепь заземления первичной обмотки катушки зажигания. При подаче с электронного блока управления двигателем на базу силового транзистора управляющего напряжения он открывается (сопротивление "Коллектор - Эмиттер" силового транзистора стремится к нулю) и ток проходит через первичную обмотку катушки зажигания на «массу». Электронный блок управления вырабатывает последовательность управляющих импульсов на основании сигналов поступающих от датчиков и заложенной программы. 4.4 Управление цепью обратной связи Электронный блок управления двигателем использует сигнал кислородного датчика для коррекции необходимого количества впрыскиваемого топлива Рис. 1.20 Кислородные датчики, датчик детонации и некоторые другие датчики позволяют отслеживать изменение выходных параметров работы двигателя после реализации управляющих воздействий блоком управления двигателем. Сигнал с выхода этих датчиков воспринимается электронным блоком управления двигателем и позволяет обеспечить режим работы с обратной связью. Обратная связь позволяет электронному блоку управления двигателем наиболее точно корректировать работу системы впрыскивания топлива и системы зажигания, а также управление расходом воздуха при работе двигателя на режиме холостого хода. 4.4.1. Обратная связь по управлению подачей топлива Кислородный датчик устанавливается в выпускном коллекторе на пути следования отработавших газов и вырабатывает электрический сигнал в диапазоне от 0 В до 1,0 В, в зависимости от количества кислорода, остающегося в отработавших газах (т.е. является функцией воздушно-топливного отношения при сгорании смеси). Электронный блок управления двигателем использует это напряжение в качестве сигнала для корректирования расчета длительности впрыскивания топлива. Рис. 1.21
Напряжение сигнала в диапазоне от 0,5 до 1,0 В свидетельствует о богатой смеси, а в диапазоне от 0 до 0,5 В указывает на смесь бедного состава. Корректирование топливоподачи происходит в соответствии с уровнем выходного сигнала кислородного датчика, который практически мгновенно реагирует на всякое изменение состава смеси. Режим работы системы подачи топлива, когда электронный блок управления двигателем непрерывно отслеживает поступающий на него сигнал кислородного датчика и производит коррекцию длительности впрыска топлива, называется управлением подачей топлива по обратной связи (closed loop). Датчик детонации Рис. 1.22 Датчик детонации, устанавливаемый на блоке цилиндров двигателя, реагирует на вибрацию блока цилиндров в определенном диапазоне частот (появление вибрации в этом диапазоне указывает на появление детонации). 4.4.2. Обратная связь по управлению системой зажигания
При появлении детонации, напряжение на выходе датчика существенно возрастает. Электронный блок управления двигателем немедленно реагирует на поступивший сигнал уменьшением угла опережения зажигания. При уменьшении амплитуды колебаний до нормального уровня, угол опережения зажигания по команде с электронного блока управления двигателем постепенно увеличивается. Процесс отслеживания уровня детонации и корректирования угла опережения зажигания происходит непрерывно во время работы двигателя (режим обратной связи по контуру управления системой зажигания). 4.4.3. Управление системой холостого хода в режиме обратной связи Сервопривод регулятора холостого хода Регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя Рис. 1.23 При работе двигателя на режиме холостого хода (когда дроссельная заслонка полностью закрыта), электронный блок управления двигателем непрерывно подстраивает расход воздуха через систему холостого хода. С помощью датчика положения коленчатого вала двигателя блок управления “узнает”, достигнута ли желаемая частота вращения или нет. Для увеличения или уменьшения оборотов коленчатого вала двигателя, электронный блок управления воздействует на сервопривод регулятора холостого хода (исполнительное устройство), с целью изменения количества воздуха, поступающего во впускной коллектор. 4.5 Принцип работы электронного блока управления двигателем 4.5.1. Типы устройств «памяти» (а) ПЗУ - постоянное запоминающее устройство (ROM - Read Only Memory - память, предназначенная только для считывания). •    Хранение исходной программы Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) содержит неизменяемые данные, которые электронный блок управления двигателем использует при обработке входных сигналов. В этот тип памяти записана программа работы микропроцессора для всех возможных режимов и условий работы двигателя. Кроме этого, в ПЗУ хранятся всевозможные матрицы, таблицы, значения поправочных коэффициентов и другие данные, необходимые процессору для расчётов длительности управляющих импульсов форсунок, угла опережения зажигания и т.д. •    Информация не изменяется во время работы Информация, занесённая производителем в этот тип памяти, не может быть изменена во время работы электронного блока управления двигателем. Электронный блок управления двигателем может считывать информацию с ПЗУ, но не может записывать в него данные. В более современные моделях электронного блока управления двигателем, в качестве ПЗУ применяют flash-память, содержимое которой можно изменять с помощью диагностического прибора MUT-II или MUT-III (перепрограммирование блока Engine-ECU). Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, содержание которой может быть стерто или перезаписано электрическим путём. •    Не требует энергии аккумуляторной батареи для сохранения информации Вся информация сохраняется при отключении аккумуляторной батареи сколь угодно долго. (b) ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (RAM - Random Access Memory - память произвольного доступа) •    Электронный блок управления может считывать и записывать информацию Электронный блок управления двигателем может, как считывать, так и записывать информацию в оперативное запоминающее устройство. •    Возможность временного сохранения базы данных, снимаемых с датчиков ОЗУ используется для временного хранения величин сигналов поступающих с датчиков, результатов промежуточных вычислений, диагностической информации (коды неисправностей) и некоторых других данных. •    Адаптивная память Процесс, во время которого электронный блок управления двигателем корректирует заложенные в него программы, называется процессом “самообучения”. Например, если продолжительная работа обратной связи кислородного датчика показывает, что подача топлива не соответствует норме; то через некоторое время электронный блок управления двигателем корректирует внутреннюю программу. Для хранения значений корректирующих коэффициентов используется ОЗУ, а та часть оперативной памяти, в которой хранится эта информация, называется ’’адаптивной” памятью. Использование ’’самообучения” позволяет компенсировать дефекты, связанные с износившимися элементами системы, изменившимся свойствами топлива или условиями работы двигателя. Значения параметров, найденных во время “самообучения” хранится в ’адаптивной” памяти. Эти данные сохраняются в течении всего времени, пока остается подсоединенной аккумуляторная батарея. Если, по каким-либо причинам, отсоединить аккумуляторную батарею, электронный блок управления двигателем должен вновь “обучиться”. Начальный процесс обучения начинается с первых минут работы после подключения аккумуляторной батареи. Обновления базы данных адаптивной памяти происходят постоянно во время работы двигателя и автомобиля в целом. Изменение корректирующих коэффициентов происходит относительно медленно. • При сохранении информации требуется энергия аккумуляторной батареи Этот вид памяти требует энергии. Информация, хранящаяся в ней, сохраняется, даже если ключ зажигания находится в положении «Выключено», но при отключении аккумуляторной батареи, теряется. Если же, по какой-либо причине, питание от аккумуляторной батареи отключается, то при запуске двигателя электронный блок управления двигателем будет работать в соответствии с инструкциями, получаемыми с ROM до тех пор, пока не накопится новая база данных во время работы двигателя на RAM. (c) ЭППЗУ - электрически-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM - Electrically Erasable Programmable ROM) используется, чтобы сохранённые корректировочные данные не удалялись даже при отключении аккумуляторной батареи. Это энергонезависимый тип памяти, содержание которой электронный блок управления двигателем может стирать или многократно перезаписывать. Содержание этой памяти не теряется при снятии клеммы с аккумуляторной батареи, поэтому адаптивные параметры, коды неисправности и другие данные, хранящиеся в этом типе памяти невозможно стереть без применения диагностического прибора. 4.5.2. Диагностические коды Одной из важных функций осуществляемой блоком управления двигателем является непрерывная самодиагностика как входных, и выходных цепей, устройств, так и некоторых функций внутреннего состояния системы. Эти возможности реализуются блоком управления двигателем в соответствии с программой, заложенной в ПЗУ, во время, когда микропроцессор не загружен выполнением своих основных управляющих алгоритмов. •    Коды неисправностей можно считывать при помощи диагностического прибора MUT-II или MUT-III •    С их помощью можно установить область возникновения неисправности в какой-либо цепи •    Указывают на то, что электронный блок управления двигателем не может выполнять некоторые функции управления •    Лампа индикации неисправности двигателя “CHECK ENGINE” загорается при появлении большинства кодов неисправности •    Блок управления двигателем может продолжать работу в “аварийном” режиме (failsafe mode) (a)    Определение неисправной цепи Так как электронный блок управления двигателем может распознавать присутствие входных сигналов и определять их параметры, то он также может определять те случаи, когда значения входных сигналов выходят из допустимого диапазона. Как только электронный блок управления двигателем установит наличие неисправности, которая длится более четырёх секунд (для большинства типов неисправностей), в его памяти сохраняется код этой неисправности. Коды неисправностей можно считать с помощью диагностического прибора MUT-II или MUT-III. Для точного определения причины неисправности обычно требуется проведение детальной проверки внутри области возникновения неисправности. (b)    Электронный блок управления двигателем не может выполнять некоторые из функций Код неисправности также может указывать на то, что электронный блок управления двигателем не может выполнять некоторые из предусмотренных функций. Так, например, код неисправности: "требуется слишком много времени для приведения состава смеси к стехиометрическому" - определяет проблему, но не устанавливает причины неисправности. Код неисправности данного типа может появиться и в том случае, когда электронный блок управления двигателем не обнаруживает признаков неисправности электрических компонентов системы. Для установления причин подобных неисправностей крайне важны знания принципов работы электронного блока управления двигателем. Рис. 1.24 Как только появляется код неисправности, электронный блок управления зажигает контрольную лампу индикации неисправности двигателя (CHECK ENGINE). Диагностический код запоминается и не исчезает при выключении зажигания. В случае периодически повторяющейся неисправности, контрольная лампа индикации неисправности двигателя (CHECK ENGINE) может включаться и затем выключаться. Однако диагностический код неисправности остается в памяти. В большинстве случаев, если сбой длится менее четырех секунд, диагностический код не запоминается и контрольная лампа индикации неисправности двигателя (CHECK ENGINE) не загорается. 4.5.3. Контрольная лампа индикации неисправности двигателя (CHECK ENGINE)
Аварийный режим работы (fail-safe) при появлении неисправностей: •    Если неисправный элемент системы играет важную роль при работе, но не оказывает разрушающего влияния при работе двигателя, электронный блок управления двигателем может перейти в так называемый аварийный режим (fail-safe). •    В этом режиме блок управления двигателем использует программу работы, которая позволяет двигателю работать при неисправностях одного или нескольких элементов системы. Двигатель работает с пониженной эффективностью, что может привести к ухудшению ездовых качеств автомобиля. •    Однако при отказе критических элементов системы, таких как датчик положения коленчатого вала, электронный блок управления двигателем не может управлять ни системой зажигания, ни подачей топлива. 4.5.4 Бортовая система самодиагностики - OBD. •    Регламентируется международными стандартами •    Контролирует состав отработавших газов •    Отслеживает состояние датчиков и элементов системы Бортовые системы самодиагностики OBD построены в соответствии с международными стандартами и применяются на автомобилях с целью унификации методов их диагностирования. Принятая система диагностических кодов постоянно изменяется, для того чтобы соответствовать существующим системам OBD. Помимо отслеживания неисправностей элементов системы, то есть помимо функций, присущих обычным системам, система OBD отслеживает уровень токсичности отработавших газов. Известны три типа систем OBD: •    OBD-II для автомобилей, производимых для США; •    Е - OBD для автомобилей, производимых для европейского сообщества •    J - OBD для автомобилей, производимых для Японии. Все три типа систем используют различные способы контроля. В США, Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) обязывает производителей автомобилей обеспечить систему контроля над токсичностью отработавших газов с применением OBD в соответствии с принятой Хартией «Чистый воздух» (Clean Air Act). Развитие системы OBD в США и Канаде 1)    OBD-I (89 - 93гг.) Обнаружение ухудшения работы в системе управления составом отработавших газов и •    предупреждение водителя зажиганием контрольной лампы индикации неисправности (MIL) •    запоминанием кодов неисправностей в памяти электронного блока управления (DTC) 2)    OBD-II (94г. - ) (1)    Повышение ремонтопригодности А: Предприняты следующие меры, для того чтобы коды неисправностей (DTC) считывались в обычных ремонтных мастерских •    Разработаны технические требования на применение специального сканера (GST - General Scan Tool) •    Унифицирован разъем для присоединения диагностических приборов (применяется 16-контактный штыревой разъем, который в настоящее время используется ММС) •    Использование общих кодов неисправностей DTC •    Электронный блок управления двигателем позволяет любому диагностическому прибору GST считывать коды неисправностей DTC •    Использование стандартизованных Министерством по защите окружающей среды (ARB - Air Resources Board) терминов В: Унификация Руководств по техническому обслуживанию автомобильного транспорта (2)    Отслеживание автомобилей с неисправной системой управления составом отработавших газов (проверка I/M). В соответствии с директивой Евросоюза 98/69/EC в Европе были введены системы, аналогичные системе OBD-II в США. Эти системы называют европейскими системами бортовой диагностики или системами E-OBD. Данные системы диагностики используются в 15 странах Евросоюза, а также в Швейцарии, Норвегии и Исландии. Рис. 1.25

4.5.5. Соединение с диагностическим прибором MUT-II или MUT-III Прибор MUT-II или MUT-III может быть подсоединен непосредственно к электронному блоку управления двигателем. После подключения к 12-и и/или 16-и контактному штыревым разъемам возможно выполнение большого количества операций: •    чтение кодов неисправностей, •    просмотр данных по техническому обслуживанию (информацию, получаемую с датчиков), •    стирание диагностических кодов неисправностей, •    перепрограммирование ПЗУ электронного блока управления двигателем, •    ручное управление некоторыми исполнительными устройствами. Все это в значительной степени обеспечивает быстрое обнаружение и локализацию неисправностей при диагностировании двигателя. 5. Проверка полученных знаний 1)    Отметьте правильное утверждение □    (а) Для полного сгорания 14,7 кг топлива необходим 1 кг воздуха. □    (b) При запуске холодного двигателя необходимо подавать топливо с избытком (отношение 11:1). □    (с) После прогрева, двигатель всегда работает на стехиометрическом составе смеси. □    (d) При движении автомобиля с полной нагрузкой или при резком ускорении топливовоздушную смесь необходимо обогащать. 2)    Отметьте неправильное утверждение □    (а) Система MPI фирмы Mitsubishi состоит из четырех подсистем: системы топливоподачи, системы зажигания, системы управления токсичностью отработавших газов и системы управления расходом воздуха. □    (b) Система подачи топлива обеспечивает точную дозировку топлива и наилучший состав смеси на всех режимах работы двигателя. □    (с) Системы управления токсичностью отработавших газов состоят из системы улавливания паров топлива и системы рециркуляции отработавших газов. 3)    Отметьте правильное утверждение □    (а) Основными элементами системы MPI являются: датчики, исполнительные устройства и электронный блок управления двигателем. □    (b) Электронный блок управления двигателем управляет различными датчиками. □    (с) Исполнительные устройства управляются соответствующими датчиками. 4)    Отметьте правильное утверждение □    (а) Для управления моментом зажигания, блок управления двигателем непосредственно подаёт электрический ток на первичную обмотку катушки зажигания. □    (b) Система управления расходом воздуха холостого хода двигателя управляет оборотами холостого хода двигателя путем изменения количества воздуха, подаваемого в обход дроссельной заслонки. □    (с) Каталитический нейтрализатор эффективно работает при любом составе смеси. 5)    Отметьте правильное утверждение □    (а) Для диагностики система MPI необходимо использовать диагностический прибор. В самой системе не предусмотрена функция самодиагностики. □    (b) В системе MPI предусмотрен аварийный режима работы (fail-safe). В этом режиме двигатель продолжает эффективно работать, даже при наличии неисправностей. □    (с) Система MPI имеет функцию самодиагностики. Глава 2 Система впрыскивания топлива 1. Работа системы 1.1 Система топливоподачи Рис. 2.1 К системе подачи топлива относятся все те элементы, которые необходимы для перемещения топлива из топливного бака к форсункам. На большинстве автомобилей фирмы Mitsubishi используется система топливоподачи рециркуляционного типа. Топливо забирается из бака электрическим топливным насосом и под избыточным давлением подаётся в топливный коллектор. Рабочее давление и производительность топливного насоса подобраны таким образом, чтобы обеспечить надежную работу двигателя на всех режимах работы. Регулятор давления топлива обеспечивает отвод некоторого количества топлива назад в топливный бак, что позволяет поддерживать необходимое для работы топливных форсунок давление в топливном коллекторе. Напорная магистраль
Датчик абсолютного давления
Топливный коллектор лШ

Топливный фильтр Регулятор давления Топливный насос
Топливные форсунки
Возвратная магистраль
Топливный _(-
Рис. 2.2 На некоторых моделях двигателей используется система топливоподачи тупикового типа, у которой отсутствует возвратная магистраль. Установленный в топливном насосе регулятор давления поддерживает давление в напорной магистрали на постоянном уровне. При работе двигателя величина давления во впускном коллекторе изменяется и поэтому блок управления двигателем должен корректировать время впрыска. Необходимый для этого сигнал он получает от датчика абсолютного давления (MAP sensor). 1.2 Система электронного управления Принятие решения Ощущения Рис. 2.3
Датчик положения коленчатого вала Датчик положения распределительного вала Датчик расхода воздуха Датчик атмосферного давления Датчик положения дроссельной заслонки Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик температуры охлаждающей жидкости Кислородный датчик(и) Датчик скорости автомобиля Датчик-выключатель полностью закрытой дроссельной заслонки
Действие
Электронная система управления состоит из датчиков, электронного блока управления двигателем и топливных форсунок. Управление топливоподачей является циклическим процессом, состоящим из этапов получения информации (ощущения), обработки информации (принятие решения) и реализации управляющих воздействий (действие). С помощью датчиков осуществляется сбор необходимой информации о режиме работы двигателя и условиях движения. На основе анализа полученных данных электронный блок управления двигателем рассчитывает значения выходных параметров подаваемых на топливные форсунки, чтобы обеспечить подачу требуемого количества топлива. 1.3 Система распределенного впрыскивания топлива (MPI) •    Обеспечивает впрыск необходимого количества топлива, что обеспечивает эффективное управление двигателем. •    Снижает уровень вредных выбросов с отработавшими газами. В системе распределенного впрыскивания блоком управления двигателем осуществляется поцилиндровое управление подачей топлива. Это позволяет на всех режимах работы двигателя точно дозировать количество впрыскиваемого топлива, в результате чего обеспечивается наилучшая динамика при одновременном снижении вредных выбросов. (Для справки) Режим работы двигателя Соотношение воздух-топливо Запуск двигателя 1 - 5 (воздух) : 1 (топливо) Холостой ход ( во время прогрева двигателя) Равномерное движение автомобиля 12 до 18 : 1 Разгон автомобиля 12 до 13 : 1 1.4 Способы подачи топлива системой распределенного впрыскивания топлива (MPI) Существует три способа подачи топлива системой распределенного впрыскивания: Одновременный При одновременном впрыскивании, все топливные форсунки подают топливо в один и тот же момент времени. Синхронный При синхронном впрыскивании каждая из форсунок управляется индивидуально и в соответствии с порядком работы цилиндров. Этот способ подачи топлива является наиболее часто используемым для большинства возможных режимов работы двигателя. Групповой I'.Al
На некоторых моделях автомобилей используется групповой способ подачи топлива. При этом способе каждая пара топливных форсунок (№1 - №3 одна пара и №4 - №2 другая пара) включаются одновременно. В этом случае упрощается система управления. Рис. 2.4 При одновременном способе подачи - топливо впрыскивается всеми форсунками двигателя одновременно, при определённом положении коленчатого вала двигателя. Синхронизация момента впрыскивания осуществляется по сигналу от датчика положения коленчатого вала. 1.5 Одновременный способ подачи топлива
Этот способ используется в системе распределённого впрыскивания MPI в следующих случаях: •    Во время запуска холодного двигателя •    При работе двигателя, имеющего неисправности (failsafe mode) 1.5.1.    Во время запуска холодного двигателя Во время запуска холодного двигателя, впрыскивание топлива происходит одновременно во все цилиндры в соответствии с сигналом датчика положения коленчатого вала двигателя (рис.2.5). Топливо должно впрыскиваться таким способом, поскольку время испарения топлива (подготовки воздушно-топливной смеси) во время запуска холодного двигателя значительно больше времени испарения топлива при других режимах работы двигателя. 1.5.2.    При работе двигателя, имеющего неисправности (failsafe mode) Электронный блок управления двигателем также обеспечивает одновременное впрыскивание топлива всеми топливными форсунками при работе двигателя, имеющего неисправности (failsafe mode). Если, например, во время работы двигателя пропал сигнал от датчика положения ВМТ первого цилиндра (датчик положения распределительного вала), то электронный блок управления двигателем активирует все топливные форсунки одновременно, чтобы поддержать двигатель в работоспособном состоянии. 1.6 Синхронный способ подачи топлива Форсунки последовательно впрыскивают топливо во впускной коллектор один раз за два поворота коленчатого вала в соответствии со следующим порядком работы цилиндров 1 - 3 - 4 - 2. Электронный блок управления двигателем активирует каждую топливную форсунку, опираясь на передний фронт (обычно 75° до ВМТ такта выпуска) импульса датчика положения коленчатого вала. г1
i_
Датчик положения распределительного вала
1
Датчик положения коленчатого вала Рабочий ход Выпуск 1 | Впуск Сжатие Рабочий ход Сжатие Рабочий ход Выпуск Впуск Сжатие Впуск Сжатие Рабочий ход Выпуск Впуск Выпуск Впуск | Сжатие | Рабочий Выпуск п
1)
2)
I I
4 2
1)    Синхронный способ подачи топлива (нормальная работа двигателя, после запуска двигателя) 2)    Одновременный способ подачи топлива (во время запуска двигателя при условии, что продолжительность импульса впрыскивания больше, чем при нормальной работе двигателя) 3)    Одновременный способ подачи топлива (во время запуска двигателя при условии, что продолжительность импульса впрыскивания, равна или меньше, чем при нормальной работе двигателя) В двигателе 4G9 электронный блок управления идентифицирует цилиндры и управляет процессом впрыскивания топлива так, как это описывается ниже. Для получения информации об управлении впрыскиванием топлива для других моделей двигателей обращайтесь к соответствующим Техническим Руководствам. Время
1 цилиндра
ВМТ 2 цилиндра
3 цилиндра
ВМТ 4 цилиндра
Рис. 2.6 • Двигатель с одним верхним распределительным валом (SOHC) После определения порядка работы цилиндров электронный блок управления двигателем синхронизирует работу элементов топливоподачи по переднему фронту импульса датчика положения коленчатого вала, что обычно соответствует положению поршня за 75° до ВМТ, и одновременно выбирает форсунку, которая будет производить впрыскивание топлива.
Двигатели
DOHC
до ВМТ 5° до ВМТ
Датчик положения коленчатого вала Время 131е
56°
34°

Датчик положения распределительного вала 1 цилиндра
ВМТ 2 цилиндра
ВМТ 3 цилиндра
4 цилиндра
Время
Рис. 2.7 • Двигатель с двумя верхними распределительными валами (DOHC) После определения порядка работы цилиндров электронный блок управления двигателем синхронизирует работу элементов топливоподачи по заднему фронту импульса датчика положения коленчатого вала, что обычно соответствует положению поршня за 5° до ВМТ, и одновременно выбирает форсунку, которая будет производить впрыскивание топлива. 1.7 Несинхронизированное управление топливоподачей В некоторых случаях электронный блок управления двигателем «заставляет» топливные форсунки производить впрыскивание топлива, не проводя синхронизацию с сигналом датчика положения коленчатого вала двигателя. 1.7.1 Во время запуска двигателя В момент окончания самого первого импульса от датчика положения коленчатого вала (примерно за 5° до ВМТ) электронный блок управления двигателем подает управляющий сигнал одновременно на все топливные форсунки. Такая стратегия выбирается потому, что до получения сигнала от датчика положения распределительного вала невозможно определить ВМТ первого цилиндра и осуществлять синхронное впрыскивание. Начало вращения коленчатого вала Датчик положения коленчатого вала Ширина импульса впрыскивания Несинхронный впрыск Цилиндр № 1 не определён Синхронный впрыск Цилиндр № 1 определён Рис. 2.8
Датчик положения распределительного
DOHC
После определения ВМТ первого цилиндра производится переход на синхронное впрыскивание топлива.
1.7.2. Во время запуска двигателя при низкой температуре Для запуска двигателя при низкой температуре охлаждающей жидкости требуется впрыск большого количества топлива. Топливо впрыскивается всеми форсунками одновременно, дважды за каждый оборот коленчатого вала. При этом начало впрыска топлива осуществляется по спаду сигнала датчика положения коленчатого вала, т.е. за 5° до ВМТ. Датчик положения Начало вращения коленчатого вала 1.7.3. Во время резкого разгона В период разгона автомобиля, если скорость открытия дроссельной заслонки превышает установленное предельное значение, то производится впрыск короткими импульсами дополнительного количества топлива в каждый из цилиндров, в котором осуществляется такт впуска или выпуска. 4 2
Л
Открытие дроссельной заслонки Рис. 2.10
2. Управление количеством впрыскиваемого топлива Блок управления двигателем рассчитывает количество топлива, необходимое для сгорания в каждом рабочем цикле, при данных условиях работы двигателя. Для подачи в каждый из цилиндров рассчитанного количества топлива, формируется электрический сигнал, который поступает на топливную форсунку соответствующего цилиндра. Длительность этого сигнала, определяет время, в течение которого топливная форсунка открыта (длительность впрыскивания топлива). При расчете длительности управляющего импульса электронный блок управления использует данные о количестве воздуха, поступившего во впускной коллектор за один такт впуска, а также сигналов от датчиков, характеризующих режим работы двигателя. Количество воздуха, поступившее за один такт, рассчитывается на основании сигнала от датчика частоты вращения двигателя, а также сигналов от датчиков расхода воздуха, датчика температуры воздуха во впускном коллекторе и датчика атмосферного давления. На основании определённого количества воздуха и требуемого воздушно-топливного соотношения и определяется количество топлива необходимое для сгорания в каждом рабочем цикле. ПРИМЕЧАНИЕ: Требуемое воздушно-топливное соотношение зависит от множества условий: •    получение требуемой мощности и приемистости двигателя; •    ограничение вредных выбросов; •    обеспечение низкого расхода топлива. 2.1 Расчет количества впрыскиваемого топлива За исключением режима запуска двигателя, время (длительность) впрыскивания топлива (Т) определяется с учетом следующих факторов: •    базовой длительности впрыскивания (Т1), которая изменяется с изменением количества воздуха; •    значения корректирующего коэффициента (Кс) базовой длительности впрыскивания ; •    задержки срабатывания форсунки (Т2). Т = Т1 ' Кс + Т2 (мс) Рис. 2.11 В режиме запуска длительность впрыскивания топлива (Т) определяется с учетом следующих факторов: •    базовой длительности впрыскивания (Т1), которая рассчитывается с учётом температуры охлаждающей жидкости; •    значения корректирующего коэффициента (КО зависящего от температуры всасываемого воздуха ; •    продолжительности срабатывания форсунки (Т2). Т = Т1 ' Кt + Т2 (мс) Базовая длительность впрыскивания при запуске Базовая длительность впрыскивания при запуске Температура охлаждающей жидкости Коррекция по датчику температуры воздуха на впуске Базовая длительность впрыскивания при запуске Задержка срабатывания Время впрыскивания <-► Длительность управляющего импульса ■4-Н Рис. 2.12 2.2 Длительность базового импульса управления топливной форсункой 2.2.1. Базовая длительность впрыскивания Топливо впрыскивается в каждый цилиндр один раз за рабочий цикл (за полный такт работы цилиндра). Длительность впрыскивания, при которой в каждый из цилиндров подается такое количество топлива, которое образует с поступившим в цилиндр воздухом смесь стехиометрического состава, называется базовой длительностью впрыскивания. Количество воздуха поступившее в цилиндр за цикл Базовая дл итель ность вп рыс ки ва н ия ~ - Стехи ом етр и чес кий с остав смеси Количество воздуха, поступающего в цилиндр двигателя за один цикл, определяется электронным блоком управления двигателем на основании поступающего сигнала с датчика расхода воздуха и сигнала датчика положения коленчатого вала двигателя. Количество воздуха, поступающее в один цилиндр за один цикл, обозначается символом A/N. Пример расчета базовой длительности впрыскивания: Частота вращения коленчатого вала - 720 об/мин; Расход воздуха - 3 г/с. 1.    Рассчитываем количество оборотов в секунду : n=720/60= 12 об/с 2.    Для четырехцилиндрового четырехтактного двигателя один такт впуска в цилиндр происходит за два оборота коленчатого вала. Определим количество тактов впуска в секунду : 12 об/с=6 тактов впуска в цилиндр/с=6 тактов впуска/с x 4 цилиндра = 24 цикла/с 3. Количество воздуха, поступающее за один цикл: A/N = 3 г/с / 24 цикла/с = 0.125 г/цикл 4.    Количество топлива впрыскиваемого за цикл для получения стехиометрического состава смеси: 0.125 г/цикл / 14,7 = 0.0085 г/цикл 5.    На основании полученного значения блок управления двигателем определяет по таблице (база данных, которая хранится в памяти) базовую длительность впрыскивания. Например: 0.0085 г/цикл 3 мс Из приведённого выше примера видно, что базовая длительность впрыскивания зависит только от двух переменных величин - расхода воздуха и частоты вращения двигателя, и одной постоянной величины (зависящей от количества тактов и цилиндров). Поэтому ещё на этапе разработки двигателя определяется “базовая карта” - значения базовой длительности впрыскивания топлива в зависимости от расхода воздуха и частоты вращения двигателя. Вся эта информация в виде матрицы хранится в ПЗУ блока управления двигателем. При работе двигателя блок управления двигателем получает информацию от датчика частоты вращения коленчатого вала и расхода воздуха и находит в ПЗУ соответствующее значение длительности впрыскивания. При отличии одной или обеих входных переменных от дискретных значений имеющихся в ПЗУ, производится интерполяция. Базовая длительность впрыскивания 3 мс Рис. 2.13 Частота вращения коленчатого вала, об/мин При запуске двигателя базовая длительность пусковой подачи топлива определяется тоже по таблице (базе данных, которая хранится в блоке управления двигателем), в которой записано значение длительности впрыскивания от температуры охлаждающей жидкости и воздуха на впуске. 2.2.2. Определение количества воздуха, поступающего в цилиндр двигателя за один цикл Для определения количества воздуха могут использоваться методы непосредственного или косвенного определения массы воздуха. При измерении массы воздуха непосредственным методом измеряется количество воздуха поступающего в двигатель. Используется два различных метода, определяемые конструкцией используемых датчиков: •    измеряется масса воздуха; •    измеряется объем, плотность и температура воздуха, а затем вычисляется его масса. При использовании косвенного метода количество поступающего воздуха в двигатель не измеряется, а рассчитывается по измерению значения параметра, от которого он зависит. Масса воздуха поступающего в цилиндры двигателя определяется следующей формулой: А=^^р-Р/М, где А - масса воздуха    Р - давление (разряжение) во впускном коллекторе N - обороты двигателя    R - газовая постоянная V - объём двигателя    T - температура воздуха во впускном коллекторе р - коэффициент использования объёма двигателя Из приведенной формулы видно, что количество воздуха, поступающее в цилиндр за один цикл A/N, зависит от двух переменных величин: разряжения во впускном коллекторе и температуры воздуха. На этом и основан метод косвенного измерения воздуха. Системы впрыскивания, использующие метод непосредственного измерения (рис 2.14), обязательно имеют в своем составе специальный датчик расхода воздуха. Существуют большое количество разновидностей датчиков расхода воздуха, однако в автомобилях Mitsubishi в основном используются датчики, измеряющие объём воздуха (на основе вихрей Кармана) или массу воздуха (на основе терморезисторов). Датчики на основе вихрей Кармана на выходе имеют импульсный сигнал, частота которого пропорциональна объему проходящего воздуха (измеряется в л/с). Масса воздуха в этом случае рассчитывается блоком управления двигателем с использованием данных расходомера, температуры воздуха и барометрического давления. Датчики на основе терморезисторов на выходе имеют аналоговый сигнал, изменяющийся пропорционально массе проходящего воздуха (измеряется в г/с). Устройство и работа этих датчиков будут описаны далее. Engine-ECU q ~ А/Ne, где q - количество впрыскиваемого топлива А - количество воздуха Ne - частота вращения двигателя Рис. 2.14 Системы косвенного измерения (рис. 2.15) в качестве параметра для определения расхода воздуха используют величину абсолютного давления во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой. При использовании этого метода необходимо учитывать запаздывание изменения разряжения по отношению к изменению массы. Такой метод измерения получается более дешёвым, но менее точным. Датчик абсолютного давления
I
Впускной коллектор
Форсунка
Е
I Р Г-Ne Д Двигатель
Engine-ECU q ~ P/Ne, где q - количество впрыскиваемого топлива Р - величина давления (разряжения) за дроссельной заслонкой Ne - частота вращения двигателя Рис. 2.15 2.3. Определение частоты вращения коленчатого вала двигателя Датчик положения коленчатого вала
Частота вращения коленчатого вала двигателя может быть определена путем измерения интервала между соседними импульсами на выходе датчика положения коленчатого вала (частота и период - это обратные величины). Интервал между импульсами измеряется в секундах и одному обороту двигателя соответствует два импульса от датчика положения коленчатого вала (для 4-х цилиндрового двигателя), поэтому: N (об/мин) - - ——= 30/Т (для 4-х цилиндрового двигателя) 2 х Т с Т: интервал между соседними им пульсами на выходе датчика положения коленчатого вала 2.4. Управление с обратной связью (система управления с обратной связью -closed-loop control) Чтобы снизить содержание вредных составляющих в отработавших газах в соответствии с международными нормами, выпускные системы автомобилей фирмы Mitsubishi Motors оснащаются трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Рис. 2.17 Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор расщепляет составляющую NOx (реакция восстановления) и использует высвободившийся кислород для “дожигания” (реакция окисления) двух других составляющих отработавших газов - СО и СН до СО2 и Н2О. Стехиометрическое “Окно”
Богатая смесь
t
Бедная смесь
соотношение Рис. 2.18 Для эффективной работы каталитического нейтрализатора воздушно-топливное соотношение смеси должно поддерживаться как можно ближе к стехиометрическому (14,7 : 1). Для поддержания стехиометрического соотношения с высокой точностью используется управления составом смеси с обратной связью по сигналу кислородного датчика. На малых и средних нагрузках работы двигателя (включая холостой ход), коррекция продолжительности импульса управления топливоподачей производится с учётом сигнала кислородного датчика. При этом работа двигателя осуществляется на топливовоздушной смеси близкой по составу к стехиометрическому отношению и достигается максимальная эффективность работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. 2.4.1. Работа с обратной связью Если топливно-воздушная смесь более богатая, чем стехиометрический состав, то содержание кислорода в отработавших газах низкое, следовательно, выходное напряжение кислородного датчика будет высокого уровня и на вход блока управления поступает сигнал "богатая смесь" (высокий уровень сигнала). В соответствии с этим сигналом электронный блок управления двигателем уменьшает время открытого состоянию форсунки, и в результате смесь будет обедняться. Когда топливно-воздушное соотношение перейдет критическую точку и смесь станет беднее, чем стехиометрический состав, то содержание кислорода в отработавших газах увеличивается, и выходное напряжение кислородного станет низкого уровня. Сигнал "бедная смесь" (низкий уровень сигнала) поступает на электронный блок управления двигателем и на основании этого сигнала, увеличивается время открытия форсунки. Рис. 2.20 Весь цикл изображенный на рисунке непрерывно повторяется, и состав смеси постоянно колеблется между обедненными и обогащенными состояниями. Таким образом, при помощи управления топливоподачей с обратной связью, обеспечивается регулирование состава смеси на стехиометрическом отношении с высокой точностью. Однако для улучшения работы системы топливоподачи управление обратной связью не используется в следующих случаях: 1.    При прокрутке двигателя в процессе запуска двигателя 2.    Во время прогрева двигателя, т.е., когда температура охлаждающей жидкости ниже 45о 3.    В процессе разгона/торможения 4.    При высоких нагрузках 5.    При неисправности кислородного датчика Один только механизм управления с обратной связью не всегда может поддерживать оптимальный состав смеси. Например, так называемая средняя линия диапазона корректирования процесса управления обратной связью может смещаться по прошествии времени (см. рис. 2.16) вследствие изменения характеристик элементов системы, что, тем самым, сужает возможности для корректирования электронным блоком управления двигателем. Чтобы преодолеть это явление, электронный блок управления двигателем заставляет сместившуюся среднюю линию диапазона корректирования вернуться в исходное положение. Этот тип коррекции называется «самообучение». Процесс “самообучения” состоит из трех этапов, показанных на рис. 2.22. 2.4.2. Самообучение
Корректирование невозможно Рис. 2.21
Рис. 2.22 2.4.3. Задний кислородный датчик. Задний кислородный датчик измеряет содержание кислорода в отработавших газах, которые прошли через каталитический нейтрализатор. Сравнивая показания заднего кислородного датчика с показаниями переднего кислородного датчика, электронный блок управления двигателем определяет состояние каталитического нейтрализатора (ухудшение его технического состояния). При деградации переднего кислородного датчика, происходит уход уровня напряжения от номинального (равного примерно 0,5 В при стехиометрическом составе смеси). Последствия этого ухода корректируются блоком управления двигателя по показаниям заднего кислородного датчика. 2.5. Коррекция, основанная на информации от датчиков и других источников Рис. 2.23 Увеличение топливоподачи сразу после пуска Рис. 2.24    Время Значение коэффициента (К) увеличивается (более богатая смесь) при уменьшении температуры охлаждающей жидкости. Во время запуска холодного двигателя электронный блок управления двигателем должен так обогатить смесь, чтобы двигатель смог устойчиво работать сразу после стартовых вспышек, без помощи стартера. Через короткое время коэффициент уменьшается и обогащение прекращается. 2.5.1. Управление обогащением смеси сразу после запуска двигателя
2.5.2. Управление обогащением смеси во время прогрева двигателя Рис. 2.25 жидкости
Увеличение топливоподачи во время прогрева Значение коэффициента (К) увеличивается при снижении температуры охлаждающей жидкости в двигателе. При низкой температуре охлаждающей жидкости часть топлива осаждается на впускных, выпускных клапанах и стенках цилиндров, которые остаются холодными, даже если воздушно-топливная смесь в цилиндре двигателя полностью сгорает. Для компенсации недостаточной испаряемости топлива во время прогрева двигателя, электронный блок управления двигателем продолжает обогащать смесь до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет требуемого уровня. 2.5.3. Коррекция состава смеси в зависимости от температуры воздуха во впускном коллекторе Рис. 2.26
Температура воздуха
Значение коэффициента (К) увеличивается при уменьшении температуры воздуха во впускном коллекторе. Объём воздуха поступающий в цилиндры при изменении температуры воздуха не изменяется, однако масса воздуха изменяется. При снижении температуры плотность воздуха увеличивается, что приводит к увеличению массового наполнения цилиндров воздухом и соответственно увеличению воздушно-топливного соотношения смеси. Вследствие этого явления, состав смеси должен быть скорректирован в соответствии с температурой окружающего воздуха. 2.5.4. Коррекция по атмосферному давлению Коррекция по величине атмосферного давления Атмосферное давление Рис. 2.27 Значение коэффициента (К) увеличивается при увеличении атмосферного давления. Объём воздуха поступающий в цилиндры при изменении атмосферного давления не изменяется, однако масса воздуха изменяется. При увеличении давления плотность воздуха увеличивается, что приводит к увеличению массового наполнения цилиндров воздухом и соответственно увеличению воздушно-топливного соотношения смеси. Вследствие этого явления, состав смеси должен быть скорректирован в соответствии с изменениями атмосферного давления. 2.5.5. Коррекция при переходных процессах Коррекция при переходных процессах необходима для сохранения воздушно-топливного соотношения смеси во время увеличения или снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя. Поправка вносится в соответствии со скоростью открытия дроссельной заслонки и может быть как положительной (при ускорении), так и отрицательной (при замедлении). Впрыскивание топлива J N II II II (a) Управление во время разгона Во время разгона автомобиля блок управления двигателем рассчитывает корректирующую добавку, которая зависит от величины и скорости открытия дроссельной заслонки. Используемый датчик: • датчик положения дроссельной заслонки. (b) Управление по уменьшению топливоподачи во время торможения двигателем В режиме торможения двигателем (дроссельная заслонка полностью закрыта), например, при движении под уклон вниз, срабатывает функция по ограничению подачи топлива (длительность импульсов впрыскивания становится равной 0), что предотвращает перегрев каталитического нейтрализатора и улучшает топливную экономичность. Это происходит при выполнении следующих условий: •    дроссельная заслонка закрыта (контакты датчика положения дроссельной заслонки замкнуты) •    частота вращения коленчатого вала выше 1200-1300 об/мин (зависит от типа двигателя). При снижении частоты вращения менее этого значения топливоподача возобновляется. Датчики, управляющие процессом торможения двигателем: •    датчик расхода воздуха; •    датчик-выключатель полностью закрытой дроссельной заслонки; •    датчик положения коленчатого вала. Отключение подачи топлива при торможении двигателем не происходит в следующих ситуациях: •    При работе антиблокировочной тормозной системы полноприводного автомобиля •    При скорости движения полноприводного автомобиля более 25 км/ч Наполнение цилиндров A/N
Холостой Торможение
Граница отключения топливоподачи по наполнению (A/N)
Разгон
двигателем
ход
/
Предел отключения топливоподачи по ■ оборотам двигателя Контакты датчика полностью закрытой заслонки замкнуты Область отключения топливоподачи
3000    Частота вращения 1000
Рис. 2.29
коленчатого вала,об/мин 2.5.6. Коррекция задержки срабатывания форсунки При поступлении управляющего сигнала от блока управления двигателем на обмотку электромагнита форсунки её механический клапан открывается. Из-за наличия некоторой задержки, которое зависит от напряжения бортовой сети, действительное время открытия форсунки оказывается меньше, чем длительность управляющего импульса. Поэтому для получения требуемого состава смеси необходимо учитывать изменение времени задержки в зависимости от величины бортового напряжения, и следовательно от состояния аккумуляторной батареи (во время пуска двигателя). Действительное время впрыскивания топлива будет меньше, чем продолжительность импульса управления форсункой на величину времени задержки срабатывания. Поэтому требуемое воздушно-топливное соотношение не может быть получено без корректирования длины импульса впрыскивания топлива. Управляющий сигнал Форсунка Временная задержка открытия форсунки Время открытого состояния форсунки
Временная задержка открытия форсунки
Напряжение аккумуляторной батареи (В)
2.5.7. Компенсация по обогащению состава смеси При больших углах открытия дроссельной заслонки, для поддержки высокоскоростного режима или режима большой нагрузки, топливоподача может увеличиваться. Эта компенсация применяется только в случае, если длительность импульса впрыскивания рассчитанная по углу открытия дроссельной заслонки превысит длительность взятую из “базовой карты” впрыскивания (зависимость длительности впрыскивания от оборотов двигателя и расхода воздуха). Используемый датчик: • датчик положения дроссельной заслонки. 2.6 Другие виды управления подачей топлива 2.6.1. Управление во время запуска двигателя Базовая длительность впрыскивания (мс) Рис. 2.31
Температура охлаждающей жидкости (С°)
При запуске двигателя базовая длительность впрыскивания определяется с помощью специальной матрицы, построенной в зависимости от температуры охлаждающей жидкости двигателя. С понижением температуры длительность впрыскивания увеличивается. Значение базовой длительности дополнительно корректируется в зависимости от температуры воздуха на впуске, атмосферного давления и напряжения аккумуляторной батареи. Пусковой режим считается завершённым при достижении частоты вращения коленчатого вала 300-500 об/мин, после чего длительность впрыскивания рассчитывается уже в зависимости от оборотов двигателя и расхода воздуха (по “базовой карте”). Используемые датчики: ■    датчик температуры охлаждающей жидкости; ■    сигнал с замка зажигания -ST; ■    напряжение аккумуляторной батареи; ■    датчик атмосферного давления; ■    датчик температуры воздуха на впуске. 2.6.2. Управление отключением подачи топлива для предотвращения “разноса” двигателя Если частота вращения коленчатого вала двигателя превосходит допускаемую величину, происходит отключение подачи топлива для предотвращения разрушения двигателя. Если автомобиль неподвижен и обороты двигателя в течении некоторого промежутка времени (примерно 30-40 с) превышают заданное значение (60-70 % от максимальных оборотов), то и в этом случае происходит отключение топливоподачи. 2.6.3.    Управление отключением подачи топлива для предотвращения превышения давления наддува (для двигателей с турбонаддувом). Когда отношение A/N превышает установленную величину, происходит отключение подачи топлива для предотвращения чрезмерного роста давления наддува. Даже в случае выхода из строя клапана перепуска отработавших газов турбокомпрессора давление наддува не превысит допустимое значение, что обеспечит дополнительную защиту двигателя. 2.6.4.    Управление отключением подачи топлива для предотвращения превышения скоростного режима автомобиля. В случае, если скорость автомобиля достигает своего максимально разрешенного значения (180 км/ч), происходит отключении подачи топлива для предотвращения дальнейшего увеличения скорости автомобиля. Данная функция предусматривается только на автомобилях, предназначенных для японского потребителя. 2.6.5.    Управление стабилизацией холостого хода при высокой температуре охлаждающей жидкости в двигателе. Рис. 2.32 Если после запуска двигателя температура воздуха во впускном коллекторе более 50°С, а температура охлаждающей жидкости выше 100°С, то значение коэффициента коррекции состава смеси устанавливается несколько выше обычного. Через некоторое время, его величина постепенно уменьшается до нормального значения. Используемые датчики: •    датчик температуры воздуха во впускном коллекторе; •    датчик температуры охлаждающей жидкости; •    сигнал с замка зажигания -ST. 2.6.6. Управление составом смеси на холостом ходу (автомобили без кислородного датчика). Рис. 2.33
Напряжение на переменном резисторе (В)
При работе прогретого (температура охлаждающей жидкости не ниже 70 С) двигателя на режиме холостого хода (при частоте вращения коленчатого вала не выше 950 мин-1 и работе без нагрузки), количество впрыскиваемого топлива (воздушно-топливное отношение) можно корректировать с помощью специального переменного резистора. 2.7. Качество используемого топлива Качество топлива является важнейшим фактором, влияющим на работу двигателя и “ездовые качества” автомобиля. Строгие требования, регулирующие выбросы вредных веществ автомобилями, регламентируют и некоторые характеристики применяемого топлива. Характеристики топлива, оказывающие влияние на работу двигателя •    октановое число; •    содержание спиртов/воды в топливе; •    наличие ароматических углеводородов; •    испаряемость топлива. Диагностирование неисправностей, связанных с ухудшением “ездовых” характеристик автомобиля и обусловленных низким качеством топлива, представляют собой чрезвычайно трудную задачу. Далее будут рассмотрены основные характеристики топлива, знание которых поможет облегчить решение подобных задач. 2.7.1. Октановое число •    Определяет стойкость топлива к детонации •    Чем выше октановое число, тем выше стойкость к детонации •    При работе с сильной детонацией возможно ухудшение характеристик двигателя и даже его разрушение. Октановое число определяет способность топлива противостоять появлению детонации. Топливо с высоким октановым числом (например, бензин АИ-95) обладает большей сопротивляемостью к детонации, чем топливо с меньшим октановым числом (например, бензин АИ-91). Системы зажигания, использующие датчик детонации, изменяют величину угла опережения зажигания при изменении октанового числа топлива. В случае появления детонационного сгорания в цилиндрах двигателя, электронный блок управления двигателем старается снизить детонацию путем смещения угла опережения зажигания в сторону его запаздывания. Появление детонации ухудшает работу двигателя и снижает топливную экономичность. Усиление детонации может серьезно повредить двигатель. 2.7.2.    Содержание спиртов •    Добавление спиртов в топливо позволяет снизить выбросы СО и повышает октановое число •    Наиболее распространены добавки в виде этанола, метанола и изопропилового спирта. •    Излишняя концентрация спиртов в топливе ухудшает “ездовые” качества автомобиля и может повредить элементы системы топливоподачи. Кислородосодержащие топлива (которые содержат спирты) содержат кислород в их химической структуре, в результате чего снижаются выбросы окиси углерода (СО), уменьшается склонность к детонации, происходит более полное сгорание топлива. Большая часть промышленно выпускаемых топлив является кислородосодержащими, в которые может добавляться этанол, метанол и изопропиловый спирт. Этанол (зерновой спирт) допускается добавлять в топливо до 10% объема. Метанол можно добавлять до 5% объема. При использовании кислородосодержащего топлива всегда следуйте рекомендациям, изложенным в Руководствах по техническому обслуживанию. Отмечается ухудшение “ездовых” качеств автомобиля при наличии избыточного количества спирта в топливе. Возможны провалы, потеря мощности, остановки двигателя и даже затруднения с запуском двигателя. Это может быть связано с повреждением элементов системы топливоподачи, которое вызывается возникновением коррозии с последующим засорением топливных фильтров. 2.7.3.    Содержание ароматических углеводородов Ароматические углеводороды добавляются в топливо, в основном, с целью повышения октанового числа. Их слишком высокая концентрация в топливе приводит к отложению сажи на впускных клапанах, следствием чего является ухудшение топливной экономичности, снижение мощности и повышение содержания вредных компонентов в отработавших газах. 2.7.4.    Испаряемость топлива Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в паровую фазу. Бензин в жидком состоянии не горит, поэтому он должен испариться, прежде чем попасть в камеру сгорания. Однако степень испаряемости бензина напрямую связана с выбросом вредных веществ с испарениями из топливного бака и других элементов топливной системы. Поскольку температура окружающего воздуха влияет на работу двигателя, то в разное время года применяются разные сорта топлива. Поэтому при резком изменении температуры возможно возникновение различных неисправностей, обусловленных несоответствия топлива и погодных условий. Низкая испаряемость •    Затрудненный запуск холодного двигателя •    Медленный прогрев двигателя •    Плохая работа в холодную погоду •    Отложения в картере, на стенках камеры сгорания и на электродах свечей зажигания. Высокая испаряемость •    Выделение вредной паровой фазы •    Перегрузка адсорбера паровой фазой •    Образование паровых пробок 2.7.5.    Содержание воды в топливе Наличие воды в топливе вызывает массу проблем и может стать причиной разнообразных жалоб на плохую работу двигателя. Существует единственный способ удалить воду из топлива: опорожнить топливный бак и продуть все топливопроводы. Неисправности, вызванные попаданием воды в топливо •    Трудный/невозможный запуск двигателя •    Вялый разгон/рывки во время разгона •    Увеличенный расход топлива •    Повышенное содержание вредных выбросов в отработавших газах •    Неравномерная работа двигателя на режиме холостого ходу 3. Устройство и работа элементов системы топливоподачи Система топливоподачи состоит из следующих элементов: •    электромагнитных форсунок; •    топливного коллектора; •    регулятора давления топлива; •    топливного насоса с электроприводом, который обеспечивает подачу топлива под давлением; •    электронного блока управления, который управляет топливными форсунками и топливным насосом по сигналам от различных датчиков. В системе может устанавливаться два топливных фильтра, один внутри топливного бака, а другой в моторном отсеке. (На моделях автомобилей последних годов выпуска, все топливные фильтры устанавливаются в топливном баке). Для снижения выбросов углеводородов CH, устанавливается система улавливания паров топлива, которая состоит из паровой трубки (трубопровод отвода паров топлива из бака), угольного адсорбера, и некоторых других элементов. Описанная ниже система распределенного впрыскивания топлива (MPI) устанавливалась на автомобиль Pajero iO. Рис. 2.34 Редукционный клапан Топливный насос турбинного типа (Wesco) Топливо в систему Отводящий патрубок Топливо из " бака Обратный клапан Эле ктрод в и гател ь постоянного тока Топливоподводящий патрубок Рис. 2.35 3.1 Топливный насос
3.1.1. Устройство Типовая конструкция насоса центробежного (или турбинного) типа показана на рис. 2.35. Он расположен в топливном баке и поэтому называется “погружным” топливным насосом. Его основное преимущество - снижение вероятности образования паровых пробок. Кроме того, такие насосы более предпочтительны в случае образования утечек топлива. Охлаждение и смазка насоса производится топливом. 3.1.2.    Редукционный клапан Редукционный клапан предотвращает разрушение топливопроводов, расположенных за топливным насосом в случае засорения топливопроводов и последующие утечки топлива при повышении давления топлива в системе выше расчетного. 3.1.3.    Обратный клапан Обратный клапан закрывается при остановке двигателя, и прекращении подачи топлива насосом, что позволяет сохранить давление топлива между топливным насосом и регулятором давления. Назначение обратного клапана удерживать, так называемое, остаточное давление топлива в системе, что облегчает повторный запуск горячего двигателя, так как при этом в топлипроводах не образуются паровые пробки. (В случае образования паровых пробок ухудшается работа топливного насоса и форсунок). 3.1.4. Топливный насос турбинного типа Топливный насос турбинного типа (рис 2.36) имеет крыльчатку, которая имеет большое количество лопаток. При вращении крыльчатки возникает разность давления между лопатками и канавками, в результате чего и создается давление топлива, практически без пульсаций. Особенности Снижение шумности и вибрации при работе, поскольку крыльчатка и корпус насоса не касаются друг друга. Небольшой уровень пульсации давления топлива, вследствие отсутствия изменения объемов - это исключает необходимость установки демпфера на выходе насоса и улучшает его весовые и габаритные характеристики. Корпус насоса Всасывание    Нагнетание Рис. 2.36 Бензонасос обеспечивает максимальное значение давления в 1,5-2 раза выше рабочего давления в системе. Рабочее давление в системе обеспечивается перепуском топлива через специальный регулятор давления. Регулятор давления может устанавливаться на топливном коллекторе или непосредственно на самом бензонасосе, в зависимости от конструкции топливной системы. Производительность бензонасосов существенно превышает потребности двигателя даже на режиме максимальной мощности и в зависимости от мощности двигателя составляет 1-2 л/мин. 3.1.5. Инжекторный насос (Jet pump) Инжекторный насос это не электрический насос, а дополнительное устройство, которое обычно используется, если топливный бак разделен на две секции. Один из возможных вариантов конструкции показан на рисунке Секция В Инжекторный насос Рис. 2.37
Топливный насос Секция А
Топливо, возвращаясь в бак по возвратной магистрали, движется через трубку Вентури, вокруг которой создаётся разряжение. За счёт разницы давлений происходит движение топлива из секции В в секцию А. 3.1.6. Электропитание топливного насоса
Ток поступает к обмотке реле топливного насоса следующим образом: аккумуляторная батарея ^ плавкий предохранитель ^ замок зажигания - IG1 ^ обмотка реле топливного насоса ^ транзистор электронного блока управления двигателем. При подаче тока управления на обмотку реле, замыкаются контакты реле, и ток поступает на привод электродвигателя топливного насоса. Рис. 2.39 3.2 Регулятор давления топлива Топливный коллектор Напорная магистраль Топливные форсунки
Регулятор давления
*
Возвратная магистраль Топливный насос ж
Рис. 2.40
Абсолютная величина давления в топливном коллекторе зависит от нагрузки на двигатель и постоянно изменяется при его работе. При неизменном времени открытия форсунки это будет приводить к постоянному изменению количества впрыскиваемого топлива. По этой причине необходимо поддерживать постоянную разность между абсолютными давлениями топлива в системе и воздуха во впускном коллекторе (за дроссельной заслонкой). Для этой цели используется специальный регулятор давления, стабилизирующий разницу давлений на постоянном уровне и перепускающий часть топлива обратно в бензобак.    Топливный    Датчик абсолютного коллектор \    давления Напорная магистраль
Топливные форсунки Рис. 2.41 Некоторые модели автомобилей Mitsubishi не имеют возвратной магистрали (обратного топливопровода). Регулятор давления в этом случае тоже присутствует, но он устанавливается непосредственно в бензобаке, является частью моноблока бензонасоса и поддерживает давление на постоянном уровне. Поэтому в таких топливных системах разница между абсолютным давлением топлива и абсолютным давлением воздуха во впускном коллекторе постоянно изменяется при работе двигателя. Для нормальной работы вводится дополнительная коррекция количества топлива (коррекция времени впрыска),которая зависит от нагрузки на двигатель. Необходимый для этого сигнал блок управления двигателем получает от датчика абсолютного давления (MAP sensor) установленного на впускном коллекторе (за дроссельной заслонкой). 3.2.1. Устройство
Пружина ! ^
Разрежение из впускного коллектора
Диафрагма Клапан Топливная камера Рис.2.42
Слив в топливный бак
топливного коллектора Внутреннее пространство регулятора давления топлива разделено диафрагмой на две камеры: воздушную камеру с пружиной и топливную камеру. Топливо, подаваемое топливным насосом, поступает в топливную камеру регулятора давления. Под действием давления топлива на диафрагму клапан перемещается вверх до тех пор, пока не наступит равновесие между давлением топлива с одной стороны и силой упругости пружины и давления воздуха во впускном коллекторе с другой стороны. Избыточное топливо возвращается в бак через клапан. Камера с пружиной соединяется шлангом с впускным коллектором двигателя. 3.2.2. Принцип действия Давление топлива в топливном коллекторе Двигатели без турбонаддува -100 ■ ▼ Разряжение во впускном коллекторе Холостой ход (-450 мм.рт.ст) -59,8 кПа Полностью открытая дроссельная заслонка (-40 мм.рт.ст) Разряжение во впускном коллекторе Рис. 2.43
Давление топлива в А топливном коллекторе кПа
Регулятор давления топлива поддерживает постоянный перепад давления на форсунках (разницу между давлением топлива и разряжением во впускном коллекторе) при изменении разряжения во впускном коллекторе. В противном случае, если эта разница будет меняться, то при одном и том же времени открытия форсунки количество топлива будет изменяться, в соответствии с величиной разрежения во впускном коллекторе двигателя. На рис. 2.43,2.44 показана связь между давлением топлива и разрежением во впускном коллекторе Из рисунков видно, что на всех режимах работы разница между ними остается неизменной. Давление топлива в топливном коллекторе Давление топлива в топливном коллекторе Разряжение во впускном коллекторе Двигатели с турбонаддувом Время Полностью открытая дроссельная заслонка (давление во впускном коллекторе) Разряжение во впускном коллекторе Рис. 2.44
кПа

При работе двигателя с турбонаддувом во впускном коллекторе может быть как разряжение, так и давление, в зависимости от режима работы двигателя. 3.2.3. Связь давления топлива в системе с его количеством Количество впрыскиваемого топлива, необходимого для нормальной работы двигателя, обеспечивается подачей сигнала с электронного блока управления двигателем на топливную форсунку. Если давление топлива в топливном коллекторе не регулировать, то при более высоком, против нормы, давлении, увеличивается количество впрыскиваемого топлива и, наоборот, при низком давлении топлива, его количество уменьшается даже при одной и той же продолжительности сигнала, активирующего топливную форсунку. 3.2.4. Топливный коллектор Топливный коллектор Топливные форсунки Рис. 2.45 Топливный коллектор распределяет топливо по топливным форсункам, которые крепятся к нему. Он также сглаживает небольшие колебания давления топлива, которые случаются во время впрыскивания топлива форсунками. 3.3 Топливный фильтр 3.3.1 Назначение Топливный
Задерживать частицы окислов железа (ржавчины), пыли другие твердые включения, содержащиеся в топливе, тем самым, препятствуя засорению топливопроводов, топливных форсунок и др., что снижает механический износ деталей, обеспечивает надежную и долговечную работу двигателя. 3.3.2. Устройство Топливный фильтр устанавливается на нагнетательной линии, после топливного насоса. Так как внутри корпуса фильтра топливо находится под давлением от 200 до 300 кПа, то он должен выдерживать давление не менее 540 кПа. устанавливаемый на топлипроводе Топливный фильтр
Топливный насос
Модуль топливного насоса
На некоторых моделях автомобилей, топливный фильтр объединяется с топливным насосом, образуя модуль топливного насоса, который располагается в топливном баке.
Ютлйёйый фильтр устанавливаемый в топливном баке 3.4 Топливная форсунка Отверстие распылителя Обмотка электромагнита Клапан Впрыскиваемое топливо Рис. 2.48
3.4.1. Принцип действия На автомобилях фирмы Mitsubishi используется достаточно большое число форсунок различной конструкции, однако их принцип действия одинаков. Все они имеют подпружиненный запирающий элемент, перекрывающий в нормальном состоянии одно или несколько отверстий для распыливания топлива. Форма нижней части запирающего клапана может быть конусной, сферической или плоской. Соответствующую форму имеет и седло, на которое садится запирающий клапан. Число и форма распыливающих отверстий тоже может быть различной, что в совокупности с конструкцией запирающего элемента определяет число струй, угол распыливания и размер частичек топлива на выходе форсунки. Другой важнейшей характеристикой форсунки является её быстродействие, которое определяется жесткостью возвратной пружины, массой запирающего элемента и индуктивностью обмотки. Индуктивность обмотки зависит от количества витков, поэтому все быстродействующие форсунки имеют небольшое количество витков и малое сопротивление (4 Ом и менее). На рис. 2.48 показана в разрезе топливная форсунка с верхней подачей топлива.
3.4.2. Характеристики процесса впрыскивания топлива Количество впрыскиваемого топлива q, мм3/цикл Как видно впрыскивания топлива представляет количества впрыскиваемого топлива от длительности управляющего импульса форсунки Т (мс).
из рис.2.49, характеристика процесса зависимость за цикл q (мм3/цикл) на обмотке
3.4.3. Цепь питания форсунки Плавкая вставка По величине сопротивления обмотки топливные форсунки можно классифицировать следующим образом: Соединительный узел J I
1)
Форсунка низкого сопротивления
Эта форсунка имеет сопротивление обмотки электромагнита 0,3 - 3,0 Ом.
2)
Форсунка высокого сопротивления
Эта форсунка имеет сопротивление обмотки электромагнита 12 - 17 Ом. Такие форсунки можно рассматривать как форсунки низкого сопротивления, имеющие дополнительное встроенное сопротивление (электромагнитное сопротивление). Типичная цепь питания форсунки (двигатель 4G18 MPI) показана на рис.2.50. При открытии транзистора Tr1, расположенного внутри электронного блока управления двигателем, контакты управляющего реле двигателя замыкаются, обеспечивая подачу напряжения питания на форсунку. При открытии транзистора Tr2 через обмотку форсунки протекает ток. Таким образом, при помощи транзистора Tr2 производится управление продолжительностью импульса управления форсункой.
Управляющее реле двигателя Форсунка
36
ECU
А

3.4.5. Резисторы <двигатель с турбонаддувом> Обмотки топливных форсунок двигателей с турбонаддувом имеют сравнительно небольшое количество витков, что позволяет этим форсункам обеспечить быструю реакцию на сигналы, поступающие от электронного блока управления двигателем. Однако небольшое количество витков обмотки будет вызывать их сильный нагрев вследствие протекания большого тока, что, в конечном итоге, приведет к перегреву топливных форсунок. Для того чтобы предотвратить это явление и уменьшить протекающий ток, между источником питания (+) и каждой топливной форсункой подсоединяется дополнительный резистор. К аккумуляторной батарее Управляющее А
К Engine-ECU J/C
Соединительный узел
Дополнительные резисторы Форсунки
№ 1
№ 2
№ 3
№ 4




Engine-ECU
Рис. 2.51
3.5 Датчик положения коленчатого вала двигателя (CRANK ANGLE SENSOR) Датчик положения коленчатого вала двигателя Звездочка коленчатого вала Корпус масляного насоса
Диск с лопатками
Коленчатый вал
„ „    Диск с лопатками Рис. 2.52 Конструктивно датчик положения коленчатого вала выполнен на основе датчика Холла. Датчик положения коленчатого вала состоит из диска с лопатками, закрепленного на коленчатом валу двигателя, и самого датчика, установленного на корпусе масляного насоса. Элемент датчика Холла это микросхема, работающая на основе эффекта «Холла». Он может быть использован для определения плотности и направления магнитного потока. Магнитный поток (В) E b
Элемент датчика Холла работает следующим образом. Если при прохождении тока (IH) через элемент Холла его пронизывает магнитный поток плотности (В), направленный перпендикулярно направлению движения электрического тока, как это показано на рис. 2.53, то между выводами си d возникает ЭДС (ин). Величина этой ЭДС будет пропорциональна плотности магнитного потока (В). W U н
Рис. 2.53
На рис. 2.54 показана электрическая цепь датчика положения коленчатого вала. Работоспособность этой цепи может быть проверена вольтметром или осциллографом, которые подсоединяются между выводом 3 и «массой». Форма импульсов на выходе датчика показана на рис.2.55. 2 оборота коленчатого вала двигателя (1 оборот распределительного вала) 75° 5° до ВМТ до ВМТ Время цикла Уменьшается при увеличении частоты вращения ВМТ 1 цилиндра ВМТ 3 цилиндра Рис. 2.55 ВМТ 4 цилиндра ВМТ 2 цилиндра Также существуют варианты датчиков выполненные на основе магниторезистивных элементов (MRE). Датчик на основе магниторезистивного элемента основан на свойстве некоторых материалов, изменять свое сопротивление, при воздействии на него внешнего магнитного поля. Датчики, выполненные на основе магниторезистивного элемента, обладают рядом преимуществ: •    величина сигнала на выходе датчика выше, чем у датчиков Холла, что позволяет увеличить воздушный зазор и упростить конструкцию подвижной мишени •    более дешевый, чем датчик Холла. Диск
Если перед магниторезистивным элементом находится зуб, то магнитный поток, созданный постоянным магнитом возрастает и проходит через магниторезистивный элемент. В этом случае сопротивление элемента возрастает. элемент (MRE) Диск Магнитный поток Магниторезистивный элемент (MRE)
В положении, когда перед магниторезистивным элементом зуб отсутствует, магнитный поток созданный постоянным магнитом не проходит через магниторезистивный элемент. В этом случае сопротивление элемента значительно снижается. Диск
Рис. 2.57 Современные датчики положения коленчатого вала имеют вращающийся диск другого вида (рис.2.57). Он имеет не лопасти, а определенное количество зубьев расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Это сделано для возможности измерения равномерности вращения коленчатого вала двигателя (определение пропусков воспламенения). Для определения ВМТ один или несколько зубьев пропущено. 75° 5° 75° 5°    75° 5°    75° 5° до ВМТ до ВМТ до ВМТ до ВМТ до ВМТ до ВМТ до ВМТ до ВМТ
3.6 Датчик положения распределительного вала(САМБНАРТ POSITION SENSOR) 3.6.1. Общие сведения
Распределительный вал Диск с лопатками Элемент Холла или магниторезистивный элемент Магнит Рис. 2.59
Датчик положения распределительного вала предназначен для определения ВМТ (верхняя мертвая точка) поршня первого цилиндра в конце такта сжатия.

ВМТ 3 цилиндра ВМТ 4 цилиндра Рис. 2.58
ВМТ 1 цилиндра
ВМТ 2 цилиндра
Датчик положения распределительного вала двигателя
Существуют два типа датчиков положения распределительного вала: один из них использует датчик Холла, а другой использует датчик магниторезистивного типа. Оба типа состоят из вращающегося элемента, закрепленного на заднем конце распределительного вала (диск с лопатками) и самого датчика, который устанавливается на головке блока цилиндров. Датчик

Диск

и
1
Рис. 2.60 Форма диска устанавливаемого на распределительном валу может быть различной. 3.6.2. Принцип действия Чувствительный элемент датчика положения распределительного вала J'
Магнитный поток
-■ --.г Лопасть чувствительного элемента Элемент датчика Холла
а) Датчик с элементом Холла В положении, когда лопасть диска находится перед элементом датчика Холла, магнитный поток постоянного магнита пересекает элемент датчика Холла. В результате этого элемент датчика Холла генерирует напряжение.
Магнитный поток
‘ гV---4у. ■, [;_и,
Элемент датчика Лопасть Холла чувствительного элемента Если перед элементом датчика Холла отсутствует лопасть диска, магнитное сопротивление велико и магнитный поток не пересекает элемент датчика Холла (не проходит сквозь него). В этом случае на выходе элемента датчика Холла напряжение отсутствует. Напряжение на выходе датчика положения распредвала
494' ^—►
34"
131'
н#-+
Время
ВМТ 1 цилиндра
ВМТ 3 цилиндра
4 цилиндра 2 цилиндра
ВМТ
Рис. 2.62 Схема формирования сигнала преобразует генерируемое элементом датчика Холла напряжение в импульсный сигнал с амплитудой 5 В. b) Датчик с элементом магниторезистивного типа Чувствительный элемент датчика положения распределительного вала В положении, когда лопасть диска находится перед магниторезистивным элементом, магнитный поток постоянного магнита проходит сквозь магниторезистивный элемент. В результате этого сопротивление элемента возрастает.
Магнитный поток
Лопасть чувствительного элемента Магниторезистивный элемент (MRE)
Если перед магниторезистивным элементом отсутствует лопасть диска, магнитный поток не проходит сквозь магниторезистивный элемент. В этом случае сопротивление элемента значительно снижается. Магнитный поток - У
S N
Магниторезистивный Лопасть элемент (MRE) чувствительного элемента Время 1 цилиндра 4 цилиндра 2 цилиндра 3 цилиндра Рис. 2.64 Схема формирования сигнала преобразует изменение сопротивления магниторезистивного элемента в импульсный сигнал с амплитудой 5 В. (с) Проверка 5V
Проверка работы датчика положения распределительного вала может быть выполнена путем измерения напряжения, или наблюдения формы сигнала при помощи осциллографа на выводе №2. 3.7 Датчик расхода воздуха (AFS - AIR FLOW SENSOR) 3.7.1. Общие сведения Датчик расхода воздуха (AFS) измеряет количество воздуха на входе в двигатель и установлен на впускном патрубке двигателя. Датчик использует принцип подсчета вихрей Кармана, и посылает в электронный блок управления двигателем сигнал, прямо пропорциональный количеству проходящего воздуха через канал измерения. Ламинарные трубки Датчик давления Обводные каналы Колонна формирователь вихрей Рис. 2.66
Электронный блок управления использует этот сигнал, а также сигнал частоты вращения Отверстие для коленчатого вала двигателя (об/мин) с датчика измерения положения коленчатого вала для расчета продолжительности базового импульса управления форсункой. Внутри датчика расхода воздуха расположены также датчик температуры воздуха во впускном коллекторе и датчик атмосферного давления. К дроссельной заслонке
Воздух
Вихрь Кармана При низкой частоте вращения 0,1 с 4---------► 0.6 В -
гтлдпллллл На выходе усилителя
Когда колонну-формирователь вихря обтекает ламинарный поток воздуха, вихри формируются попеременно с двух сторон в нижней части колонны. Эти вихри носят название вихрей Кармана. Частота, с которой формируются вихри Кармана, пропорциональна величине расхода воздуха. Таким образом, расход воздуха на входе в двигатель может быть определен подсчетом количества вихрей Кармана. На автомобилях фирмы Mitsubishi Motors используются три способа подсчета вихрей Кармана: ультразвуковой, при помощи датчика давления, и при помощи нагреваемых элементов (тонкой проволоки или пленочных покрытий). Ультразвуковой тип не применяется с 1990 модельного года, поэтому далее будут рассмотрены только два оставшихся способа. 3.7.2. Принцип действия а) С помощью датчика давления Датчик давления К дроссельной заслонке
Воздух О
<=£>
О?
Вихрь Кармана
На выходе усилителя На выходе датчика Рис. 2.68 Если в область, расположенную в потоке воздуха за вихревым конусом, вывести канал для измерения давления и установить в этом канале датчик давления, то при каждом прохождении вихря мимо отверстия измерительного канала датчик будет фиксировать изменение давления. Частота изменения давления будет пропорциональна частоте образования вихрей. Другими словами, частота изменения сигнала датчика давления будет пропорциональна расходу воздуха двигателем. Для определения изменений давления, вызванных образованием вихрей Кармана, используется полупроводниковый датчик давления (ранее для этого использовался ультразвуковой датчик). Датчик расхода воздуха преобразует изменения давления в сигнал прямоугольной формы, пропорциональный расходу воздуха. Сигнал подается, в электронный блок управления двигателем. b) При помощи нагреваемых элементов (MUKAS) Применяемый на автомобилях Mitsubishi Motors датчик расхода воздуха, в котором для определения частоты образования вихрей Кармана используется нагреваемый электрическим током проводник (“горячая” проволока), называется датчиком типа MUKAS (Mitsubishi Ultimate Karman Air Flow Sensor). “Горячая” проволока Воздух проволока
Сверхтонкая “горячая” проволока К дроссельной заслонке Выход воздуха из байпасного канала Колонна-формирователь вихрей .... v Рис. 2.69
О
В точке образования вихрей Кармана расположены два байпасных канала, в каждом из которых установлена нагреваемая проволочная нить. Изменение расхода воздуха, протекающего через байпасные каналы, при прохождении вихрей Кармана приводит к изменению температуры и, следовательно, электрического сопротивления проволоки, которое легко можно измерить. Датчик расхода воздуха Горячая проволока"
А-
Рис. 2.70 На вход блока управления двигателем с выхода датчика типа MUKAS поступает импульсный сигнал, у которого изменяется частота пропорционально объему проходящего воздуха. 3.7.3. Сигнал установки датчика расхода воздуха в исходное состояние Датчик-выключатель закрытой дроссельной заслонки или датчик положения дроссельной заслонки Рис. 2.71
Датчик расхода воздуха '' Вывод для установки датчика в исходное состояние При работе двигателя на режиме холостого хода (при включенном датчике-выключателе), в электронном блоке управления двигателем открывается силовой транзистор, и датчик расхода воздуха устанавливается в исходное состояние. В этом состоянии датчик расхода воздуха переустанавливает в исходное положение цепь фильтра, повышая тем самым точность определения объемного расхода воздуха на режимах небольших расходов (холостой ход). 3.7.4. Электрическая схема включения датчика расхода воздуха (AFS) Холостой
Время *—
Более высокая частота вращения ллллллп Рис. 2.72 На рисунке приведена типичная электрическая схема цепи включения датчика расхода воздуха (AFS), которая может быть проверена измерением напряжения (вольтметром) или наблюдением формы выходного сигнала датчика с помощью осциллографа на выводе №3 датчика расхода воздуха (AFS) или на выводе № 90 электронного блока управления двигателем. 3.8 Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Этот датчик выдает в электронный блок управления двигателем сигнал пропорциональный температуре воздуха во впускном коллекторе, что позволяет электронному блоку управления двигателем скорректировать количество впрыскиваемого топлива в соответствии с изменениями температуры воздуха на впуске. Датчик температуры воздуха на впуске \ Рис. 2.73
Сопротивление, кОм А
Температура воздуха на впуске, °С
20
Измерительным элементом датчика является термистор, электрическое сопротивление которого уменьшается с ростом температуры и наоборот. Рис. 2.74
Температура воздуха на впуске, °С Соответственно, выходное напряжение на термисторе, которое подается на электронный блок управления двигателем, тоже уменьшается с увеличением температуры и наоборот. 3.9 Датчик массового расхода воздуха (^AFS - MASS AIR FLOW SENSOR) Кремниевая подложка Этот датчик состоит из кремниевой подложки, на которой расположен измерительный резистор. В датчике массового расхода воздуха используется термоанеометрический метод измерения, основанный на охлаждении движущимся потоком воздуха нагреваемого током терморезистора. От реле управления двигателем Выходной ток, мА

Engine-ECU О-HVWV-\
■$>
Датчик расхода воздуха
~7?7
Массовый расход воздуха, г/с
Рис. 2.76 Электрический ток нагревает терморезистор до температуры, которая выше чем температура окружающей среды. Сила тока через это терморезистор изменяется таким образом, чтобы его температура оставалась постоянной, по отношению к температуре поступающего воздуха. Для измерения температуры поступающего воздуха используется датчик температуры воздуха на впуске. При увеличении расхода воздуха температура терморезистора уменьшится и, следовательно, величину тока для поддержания температуры необходимо будет увеличить. При уменьшении расхода воздуха все происходит наоборот. Как видно на рис. 2.76 выходной ток увеличивается по мере увеличения массового расхода воздуха, причем эта зависимость имеет нелинейный характер. В области малых расходов воздуха датчик имеет более высокую чувствительность. 3.10 Датчик абсолютного давления (MAP-MANIFOLD ABSOLUT PRESURE SENSOR) Вакуумная камера
Рис. 2.77 Вакуумный датчик преобразует изменения давления во впускном коллекторе в изменения напряжения; он соединяется с впускным коллектором резиновым шлангом. Датчик давления состоит из чувствительного элемента и гибридной интегральной схемы (ИС), которая усиливает сигнал чувствительного элемента. Чувствительный элемент представляет собой кремниевую диафрагму, принцип работы которой основан на пьезорезистивном эффекте. ПРИМЕЧАНИЕ Пьезорезистивный эффект: Если в результате деформации изменяется длина и площадь поперечного сечения металлического проводника, то одновременно с этим изменяется и его электрическое сопротивление. Похожим образом происходит и изменение электрического сопротивления полупроводника при изменении пространственной структуры кристалла вследствие деформации. Это явление называют пьезорезистивным эффектом. Проверка Датчик давления во впускном коллекторе можно проверить, измерив, напряжение на выводе № 85 блока управления двигателем. 3.11 Датчик атмосферного давления
Рис. 2.78 Если на автомобиле установлен датчик расхода воздуха на основе эффекта Кармана, то при расчете массы необходимо учитывать изменение плотности воздуха вследствие изменения барометрического давления и осуществлять коррекцию подачи топлива. Для этого в состав расходомера MUCAS входит датчик атмосферного давления. Большинство датчиков атмосферного давления, применяемых на автомобилях Mitsubishi Motors, являются датчиками давления полупроводникового типа, конструкция и работа которых аналогична конструкции и работе описанного выше датчика давления во впускном коллекторе. Проверка Датчик атмосферного давления может быть проверен измерением напряжения на выводе № 85 блока управления двигателем (см. рис. 2.78). 3.12 Датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается на корпусе термостата и состоит из термистора, сопротивление которого меняется в значительной степени при изменении температуры. Датчик температуры охлаждающей жидкости
Сопротивление термистора увеличивается по мере снижения температуры охлаждающей жидкости в двигателе. Проверка Датчик температуры охлаждающей жидкости может быть проверен путем измерения напряжения на выводе № 83 электронного блока управления двигателем (см. рис.2.79). 3.13 Датчик положения дроссельной заслонки (TPS-THROTTLE POSITION SENSOR) Эти датчики предназначены для определения положения дроссельной заслонки. Применяются датчики двух различных типов: •    контактные •    бесконтактные (эффект Холла). 3.13.1. Датчики контактного типа Резистор Подвижный Проводник
г*
' Engine-ECU + 5 В Датч и к-вы кл ючател ь полностью закрытой дроссельной заслонки
2
5 В
Степень открытия дроссельной заслонки Выходное напряжение датчика-выключателя положения дроссельной заслонки, В Датчик положения дроссельной Степень открытия дроссельной заслонки
Выходное напряжение датчика положения дроссельной заслонки, В

Рис. 2.82
На рис. 2.82 показана конструкция датчика положения дроссельной заслонки, объединенного с датчиком-выключателем полностью закрытой дроссельной заслонки. Два подвижных контакта перемещаются вместе с дроссельной заслонкой при её повороте. Один из подвижных контактов перемещается по контактной поверхности плёночного резистора. Выходное напряжение на выходе датчика изменяется линейно в соответствии с угловым положением дроссельной заслонки. Поэтому степень открытия дроссельной заслонки может оцениваться величиной выходного напряжения. Кроме этого, представляется возможным прогнозировать скорость открытия дроссельной заслонки по скорости изменения выходного напряжения с датчика. Другой подвижный контакт замыкает цепь только в случае полного закрытия дроссельной заслонки (режим холостого хода). Этот контакт позволяет электронному блоку управления двигателем определить, работает ли двигатель на режиме холостого хода. На некоторых моделях двигателей этот контакт не предусмотрен. Датчик положения дроссельной заслонки может быть проверен при помощи вольтметра измерением выходного напряжения между выводом № 2 датчика и «массой». 3.13.2. Датчики бесконтактного типа Датчик этого типа построен на основе элемента Холла. На корпусе дроссельной заслонки расположены неподвижно два датчика (Hall IC), а на вращающейся оси закреплены магниты (рис 2.83). Корпус дроссельного клапана
Статор

К ЭБУ Датчик двигател положения дроссельной заслонки
Интегральный датчик Холла

Вал дроссельной заслонки Магнит
Крепится на корпусе двигателя Рис. 2.83 При вращении оси заслонки изменяется направление силовых линий магнитного поля. Напряжение на выходе элементов Холла изменяется пропорционально изменению магнитного поля. Внутри датчика находятся две выходные системы - основная и резервная. При повороте дроссельного клапана меняются оба выходных напряжения, что позволяет определить действительный угол открытия. Кроме того, сравниваются показания основного и резервного датчиков, и проверяется их правильность показаний (между ними есть взаимосвязь, нарушение которой говорит о неисправности).
Рис. 2.84 Рис. 2.85 Датчики размещены таким образом, что напряжение на их выходах различно. Когда заслонка полностью закрыта, то сигнал основного датчика должен быть около 0,5 В, а резервного 4,5. В случае если дроссельная заслонка полностью открыта, то наоборот сигнал основного датчика должен быть около 4,5 В, а резервного 0,5 (рис. 2.85). 3.14 Датчик положения педали акселератора (APS-ACCELERATION POSITION SENSOR) Эти датчики предназначены для определения положения педали акселератора в системах с применением электронно-управляемой дроссельной заслонки. Устроены аналогично датчикам положения дроссельной заслонки. Применяются датчики двух различных типов: •    контактные •    бесконтактные (эффект Холла). 3.14.1. Датчики контактного типа Датчики контактного типа построены на основе потенциометра со скользящим контактом.
Выходное напряжение (резервный)
Масса (резервный)    _
Рис. 2.86
Опорное напряжение (резервный) Опорное напряжение (основной) Выходное напряжение (основной) Масса (основной)
Рис. 2.87 Конструктивно внутри корпуса размещены два потенциометра и, следовательно, две выходные системы - основная и резервная. При нажатии на педаль акселератора меняются оба выходных напряжения, что позволяет определить действительную величину нажатия на педаль. Кроме того, сравниваются показания основного и резервного датчиков для проверки правильности показаний датчика. Связь между углом нажатия педали акселератора и выходным напряжением основного и вспомогательного датчиков приведена на рисунке. Выходное напряжение основного и резервного датчика отличается в 2 раза.
Выходное Угол нажатия педали акселератора Рис. 2.88 3.14.2. Датчики бесконтактного типа Датчик этого типа построен на основе элемента Холла. На корпусе педали акселератора расположены неподвижно два датчики (Hall IC), а на вращающейся оси закреплены магниты (рис 2.89). Магниты Рычаг педали акселератора Рис. 2.89 Плотность магнитного Датчик Холла
потока: максимум
Рис. 2.90 Напряжение на выходе датчика Холла изменяется пропорционально плотности магнитного потока, проходящего через него. Внутри датчика находятся две выходные системы - основная и резервная. При нажатии на педаль акселератора меняются оба выходных напряжения, что позволяет определить действительный угол открытия. Кроме того, сравниваются показания основного и резервного датчиков, и проверяется их правильность показаний (между ними есть взаимосвязь, нарушение которой говорит о неисправности). Угол нажатия педали акселератора Рис. 2.91 Связь между углом нажатия педали акселератора и выходным напряжением основного и вспомогательного датчиков приведена на рисунке (рис.2.91). 3.15 Кислородный датчик Корпус датчика Защитный колпачок с прорезями Чувствительный элемент со встроенным нагревательным элементом Рис. 2.92
Выводы (подогрев и сигнал)
Защитная керамическая трубка
Платиновый электрод со стороны атмосферы Твёрдый электролит (Циркониевый элемент) Платиновый электрод со стороны отработавших газов Керамическое покрытие
3.15.1.    Устройство датчика Выходное напряжение датчика зависит от температуры и поэтому рабочей температурой датчика считается 500-600°С. Благодаря встроенному нагревательному элементу, обеспечивается быстрый нагрев и более эффективная работа датчика кислорода при низкой температуре отработавших газов. Поэтому становится возможным быстрое включение системы управления топливоподачей по сигналу обратной связи после запуска двигателя. При достижении рабочей температуры подогрев отключается. 3.15.2.    Принцип действия На автомобилях фирмы Mitsubishi используются кислородные датчики на основе двуокиси циркония (ZrO2). При наличии разницы между концентрацией кислорода на его внутренней поверхности (эта поверхность «омывается» воздухом) и концентрацией кислорода на его наружной поверхности (эта поверхность «омывается» отработавшими газами) в циркониевом элементе (твердый электролит), показанный на рис. 2.92 возникает ЭДС (электродвижущая сила). Когда концентрация кислорода в отработавших газах относительно низка, большое количество ионов кислорода перемещается от наружного электрода к внутреннему электроду. Это движение ионов кислорода вызывает появление электродвижущей силы, а следовательно и разности потенциалов между выводами кислородного датчика. Особенностью циркониевого датчика является то, что даже при незначительных изменениях состава смеси ЭДС на его выходе изменяется скачком от нескольких милливольт до почти одного вольта. По величине напряжения электронный блок управления двигателем определяет текущий состав смеси (богатая или бедная по отношению к стехиометрическому составу смеси). На основании полученной информации, электронный блок управления двигателем обеспечивает высокоточное управление, чтобы приблизить топливно-воздушное соотношение к стехиометрическому составу, что необходимо для эффективной работы трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора. Диапазон, в котором происходит наилучшая очистка (нейтрализация) вредных примесей в отработавших газах (СО, СН и NOx), называется «окном» или диапазоном регулирования. 3.15.4. Электрическая цепь Engine-ECU Р
I
76
Управляющее реле двигателя Г
в:
w
С
; si    ^ j 4
1.25R
Кислородный датчик Рис. 2.94 На рис. 2.94 показана электрическая схема подсоединения кислородного датчика автомобиля Pajero-iO с двигателем 4G93. Аккумуляторная батарея соединяется с платиновым нагревательным элементом через вывод № 1 кислородного датчика (А-67). Как только кислородный датчик нагревается до рабочей температуры, его выходное напряжение изменяется в соответствии с изменениями топливно-воздушного соотношения. 3.15.5. Проверка Кислородный датчик может быть проверен посредством контроля формы выходного напряжения с вывода № 76 электронного блока управления двигателем. Платиновый нагревательный элемент кислородного датчика может быть проверен путем измерения напряжения между выводом № 1 (+) и № 3 (-) разъема кислородного датчика А67. 3.16 Датчик скорости автомобиля 3.16.1. Устройство Интегральная схема со встроенным магниторезистивным элементом ( MRE) Магнит Вращающийся Рис. 2.95 Вал датчика скорости автомобиля соединен в коробке перемены передач с шестерней привода спидометра. Одновременно с вращением шестерни привода вращается и вал датчика скорости автомобиля вместе с закрепленным на нем постоянным магнитом. Над магнитом размещается интегральная схема, в которую встроен магниторезистивный элемент (MRE). Интегральная схема преобразует вращение магнита в импульсный сигнал напряжения. За время одного оборота шестерни привода на выходе датчика формируется четыре импульса. Сигналы этого датчика используются для прекращения подачи топлива при превышении скоростного режима автомобиля и при управлении двигателем на режиме холостого хода. 3.16.2. Принцип действия    Напряжение аккумуляторной батареи Рис. 2.96 При вращении магнита, изменяется магнитное поле, проходящее через магниторезистивный элемент (MRE), что вызывает изменение сопротивления самого магниторезистивного элемента. В соответствии с изменением сопротивления изменяется и напряжение на выходе операционного усилителя (компаратора). Выходное напряжение с выхода компаратора подаётся на вход делителя частоты для формирования импульсного сигнала. Сформированный сигнал подается на базу транзистора, который является усилителем сигнала. Таким образом, на вход электронного блока управления подается сигнал, состоящий из четырех импульсов на каждый оборот вала привода спидометра. 3.16.3. Проверка Рис. 2.97
В-03
Датчик скорости автомобиля может быть проверен путем измерения формы сигнала напряжения на выводе № 86 электронного блока управления двигателем или на выводе № 3 датчика скорости автомобиля. См. рис. 2.97.
4. Проверка полученных знаний 1)    Отметьте неверное утверждение □    (а) Существует три способа подачи топлива системой распределенного впрыскивания топлива: одновременное впрыскивание, синхронное впрыскивание, групповое впрыскивание. □    (b) Топливо впрыскивается синхронно с выходным сигналом датчика положения распределительного вала. □    (с) Топливо впрыскивается в синхронном режиме при нормальном движении автомобиля и одновременном при запуске двигателя. 2)    Отметьте неверное утверждение □    (а) Электронный блок управления двигателем определяет необходимое количество впрыскиваемого топлива только на основании базы данных, заложенных в его память при изготовлении. □    (b) Управление с обратной связью является одним из видов управления, используемого для корректирования количества впрыскиваемого топлива. □    (с) Электронный блок управления двигателем определяет необходимое количество впрыскиваемого топлива путем выбора соответствующих данных из его памяти и путем коррекции его количества в соответствии с сигналами различных датчиков. 3)    Отметьте неверное утверждение □    (а) Существует два метода определения расхода воздуха: непосредственный и косвенный. □    (b) Датчик положения коленчатого вала двигателя определяет верхнюю мертвую точку поршня первого цилиндра. □    (с) Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе необходим для обеспечения корректирования количества впрыскиваемого топлива в соответствии с изменениями плотности воздуха на впуске в двигатель. (Изменение температуры воздуха на впуске вызывает изменение его плотности). 4)    Отметьте неверное утверждение □    (а) Чтобы обеспечить точную дозировку топлива при его впрыскивании, необходимо управлять давлением топлива в топливном коллекторе. □    (b) Топливные форсунки имеют электрический привод. □    (с) Изменение давления топлива в системе не приводит к изменению количества впрыскиваемого топлива. Глава 3 Система зажигания 1. Принцип действия системы зажигания 1.1 Система зажигания с распределителем Замок зажигания IG 1 ■'С К тахометру ?■
5 В
т
Силовой транзистор

€>
Датчик положения коленвала
Распределитель к.    Г
Датчик положения распредвала
у—Engine-ECU <    < п <    < У Рис. 3.1 Для определения момента искрообразования электронный блок управления двигателем использует сигналы от датчика положения коленчатого вала и датчика положения распределительного вала (датчик ВМТ) Для дополнительной корректировки момента искрообразования с целью обеспечения наиболее эффективного сгорания топлива электронный блок управления двигателем использует информацию от других датчиков, отслеживающих изменение условий и воздействие водителя на органы управления. Для накопления энергии, необходимой для надежного образования искрового разряда, блок управления двигателем управляет работой силового транзистора. При открытии силового транзистора через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать электрический ток, который увеличивается постепенно (резкому увеличению препятствует ЭДС самоиндукции, направленная навстречу) и вокруг катушки формируется электромагнитное поле. В заранее вычисленный момент времени электронный блок управления двигателем закрывает силовой транзистор и ток, проходящий через первичную обмотку катушки зажигания, прерывается. В результате быстрого исчезновения магнитного потока во вторичной обмотке наводится высокое напряжение около 25 - 30 кВ. С помощью механического распределителя высокое напряжение подаётся на свечу зажигания того цилиндра, в котором заканчивается такт сжатия. Значение напряжения во вторичной обмотке зависит от величины тока прерывания в первичной обмотке, скорости его убывания, характеристик магнитопровода катушки и количества витков во вторичной обмотке. 1.2 Системы зажигания без распределителя 1.2.1. Статическая система зажигания с двухвыводными катушками зажигания (метод “Waste Spark”- “холостая искра”) Замок зажигания IG Система зажигания такого типа использует либо две, либо три катушки зажигания, в зависимости от количества цилиндров двигателя. Каждая из катушек зажигания в такой системе управляется своим силовым транзистором, работает на два цилиндра, свечи зажигания всегда срабатывают парами и искра формируется в двух цилиндрах одновременно. Силовой транзистор встроен в катушку зажигания. Вторичная обмотка двухвыводной катушки зажигания соединяется с двумя свечами зажигания проводами высокого напряжения. Рабочие процессы, происходящие в первичной цепи такой системы аналогичны процессам, происходящим в системе зажигания с распределителем. Когда открывается силовой транзистор «А», через первичную обмотку катушки зажигания 1 и 4 цилиндров начинает протекать ток. В момент закрытия силового транзистора «А», ток, протекающий через первичную обмотку, прерывается, в результате чего во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, поступающее к свечам зажигания цилиндров № 1 и № 4 и вызывающее пробой искрового промежутка. Таким образом, за один рабочий цикл в каждом из цилиндров происходит два искровых разряда. Один искровой разряд (силовая искра) возникает в цилиндре, который находится на такте сжатия и используется для воспламенения топливно-воздушной смеси, а второй искровой разряд (холостая искра) возникает в цилиндре, который находится на такте выпуска и она не оказывает влияния на процесс горения. Аналогичные процессы происходят при открывании и закрывании силового транзистора В. Для правильного распределения высокого напряжения по цилиндрам, т.к. здесь нет механического распределителя, необходим входной сигнал от датчика положения распределительного вала (датчик ВМТ). Электронный блок управления использует этот сигнал для выбора катушки зажигания и соответственно распределения высокого напряжения на свечи зажигания тех цилиндров, в которых поршень находится в этот момент в ВМТ. В конструктивном отношении такая система зажигания оказывается наиболее простой. Полярность высоковольтных импульсов на выводах такой катушки разная, что является недостатком такой системы. Пробивное напряжение на свече с импульсом положительной полярности должно быть выше, чем на свече с импульсом отрицательной полярности. Кроме того, это приводит к разному износу свечей зажигания. Некоторые автомобили оборудуются датчиком неисправности системы зажигания. Этот датчик отслеживает напряжение в первичной обмотке катушки зажигания и формирует сигнал, поступающий на один из входов, в электронный блок управления двигателем. Электронный блок управления двигателем использует этот сигнал для определения возможных пропусков зажигания. Сигнал с этого датчика также поступает на бортовой тахометр для индикации текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя. 1.2.2. Статическая система зажигания с индивидуальными катушками зажигания (метод непосредственного распределения) При непосредственном распределении высокого напряжения для каждого цилиндра используется индивидуальная катушка, расположенная в непосредственной близости от свечи зажигания. В этом случае высоковольтные провода вообще отсутствуют. Потери энергии в такой системе минимальные и отсутствие воздушного паразитного зазора “бегунок-крышка” может привести к искровому пробою свечи в момент начала протекания тока по первичной обмотке (момент открытия силового транзистора). Для исключения этого явления во вторичную обмотку каждой катушки может включаться высоковольтный диод (или диод Зенера) препятствующий протеканию тока обратной полярности. Замок зажигания IG 1 Рис. 3.3 Блок управления двигателем содержит несколько выходных управляющих каскадов (по числу цилиндров), работающих в последовательности повторяющей порядок работы цилиндров двигателя. Для синхронизации работы используется датчик положения распределительного вала (датчик ВМТ). Системы зажигания с индивидуальными катушками дороже и сложнее, однако, обладают рядом преимуществ. Они имеют более высокую надежность, меньший уровень электромагнитных помех, позволяют значительно повысить устойчивость искрообразования в условиях загрязнённых свечей. 2. Управление распределением искрообразования по цилиндрам 2.1 Статическая система зажигания с двухвыводными катушками зажигания (метод “Waste Spark”- “холостая искра”) Высокий уровень Н изкий уровень 2 и 4 цилиндр    и 3 цилиндр Рис. 3.4 2.1.1. Принцип действия Момент искрообразования блок управления двигателем рассчитывает на основании сигнала от датчика положения коленчатого вала и, закрывая силовой транзистор, тем самым перерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания, что приводит к появлению импульса высокого напряжения на свечах зажигания. Для определения цилиндра, в котором в данный момент требуется воспламенение смеси, используется сигнал от датчика положения распределительного вала (датчика ВМТ). Если в момент появления импульса от датчика положения коленчатого вала (за 75° до ВМТ) сигнал от датчика положения распределительного вала имеет высокий уровень, то блок управления двигателем определяет такт сжатия в первом (или четвертом) цилиндре и закрывает силовой транзистор А, обеспечивая воспламенение смеси в первом (или четвертом) цилиндре. Если в момент появления импульса от датчика положения коленчатого вала (за 75° до ВМТ) сигнал от датчика положения распределительного вала имеет низкий уровень, то блок управления двигателем определяет такт сжатия в третьем (или втором) цилиндре и закрывает силовой транзистор В, обеспечивая воспламенение смеси в третьем (или втором) цилиндре. Таким образом, для распределения импульсов зажигания по цилиндрам двигателя осуществляется попеременное включение и выключение силовых транзисторов «А» и «В». Используемые датчики: •    Датчик положения распределительного вала (ВМТ первого и четвертого цилиндров); •    Датчик положения коленчатого вала. 2.1.2. Сигналы датчиков и ток в первичной обмотке На рис.3.4 показана взаимосвязь между сигналами датчика положения распределительного вала (он используется для определения ВМТ), датчика положения коленчатого вала и током в первичной обмотке катушки зажигания. •    Длительность накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания выбирается таким образом, чтобы первичный ток к моменту закрывания транзистора составлял примерно 6 А. Момент включения силового транзистора (начало протекания тока и накопления энергии) обычно рассчитывается относительно 75 0 до ВМТ (на большой скорости вращения коленчатого вала относительно 185 0 до ВМТ). •    Момент искрообразования (прерывание тока) обычно рассчитывается относительно переднего фронта импульса от датчика положения коленчатого вала соответствующего 75 0 до ВМТ. 2.1.3. Искрообразование и номер цилиндра В четырехцилиндровом двигателе, искрообразование происходит одновременно на двух свечах зажигания, а именно: На свечах зажигания №1 и №4 цилиндров. На свечах зажигания №2 и №3 цилиндров. Сжатие Сгорание Выпуск ^ Впуск Сжатие Впуск Сжатие Сгорание Выпуск ^ Впуск Выпуск ^ Впуск Сжатие Сгорание Выпуск Сгорание Выпуск ^ Впуск Сжатие Сгорание Рис. 3.5 2.2 Статическая система зажигания с индивидуальными катушками зажигания (метод непосредственного распределения) 2.2.1. Принцип действия Момент искрообразования блок управления двигателем рассчитывает на основании сигнала от датчика положения коленчатого вала и, закрывая силовой транзистор, тем самым перерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания, что приводит к появлению импульса высокого напряжения на свече зажигания. Искрообразование в этой системе производится только в одном цилиндре, а не в двух, как в предыдущей системе зажигания. Поэтому для определения того цилиндра, в котором в данный момент требуется воспламенение смеси, используется сигнал, как от датчика положения коленчатого вала, так и от датчика положения распределительного вала (датчика ВМТ).
Вращающийся диск датчика положения коленчатого вала, имеет зубья, расположенные через 10° (см. рис.3.6), однако три из них пропущены (два зуба и один зуб расположенные через 180°). Сигнал на выходе датчика положения коленчатого вала представляет собой последовательность импульсов, через каждые 10° вращения с тремя пропусками. Пропущенные импульсы позволяют определить ВМТ коленчатого вала. Когда блок управления двигателем обнаруживает один пропущенный импульс, то он определяет ВМТ 1 или 4 цилиндра, а когда два пропущенных импульса, то ВМТ 2 или 3 цилиндра. Датчик положения распределительного вала имеет 6 зубьев (см. рис.3.7). Если блок управления двигателем обнаруживает одинарный импульс от датчика распределительного вала и один пропущенный импульс от датчика коленчатого вала, то он определяет такт сжатия в первом цилиндре, а если одинарный импульс от датчика распределительного вала и два пропущенных импульса от датчика коленчатого вала, то такт сжатия во втором цилиндре. Рис. 3.7
Соответственно, если блок управления двигателем обнаруживает двойной импульс от датчика распределительного вала и один пропущенный импульс от датчика коленчатого вала, то он определяет такт сжатия в четвёртом цилиндре, а если одинарный импульс от датчика распределительного вала и два пропущенных импульса от датчика коленчатого вала, то такт сжатия в третьем цилиндре. Датчик положения распределитель вала Ток в катушке зажигания 1 цилин Ток в катушке зажигания 3 цилиндра Ток в катушке зажигания 4 цилиндра Ток в катушке зажигания 2 цилиндра
ВМТ 1 цилиндра 5° до ВМТ ^ 75° до ВМТ ВМТ 3 цилиндра 5° до ВМТ у 75° до ВМТ ВМТ 4 цилиндра 5° до ВМТ ВМТ 2 цилиндра 5° до ВМТ Датчик положения коленчатого вала _ 135° до ВМТ 135° до ВМТ Рис. 3.8 Блок управления двигателем закрывает силовые транзисторы, обеспечивая воспламенение смеси в цилиндрах в соответствии с определённым им порядком работы цилиндров, на основании сигналов от датчиков положения коленчатого и распределительного валов. 2.2.2. Сигналы датчиков и ток в первичной обмотке На рис.3.8 показана взаимосвязь между сигналами датчика положения распределительного вала, сигналом датчика положения коленчатого вала и током первичной обмотки катушки зажигания. •    Длительность накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания выбирается таким образом, чтобы первичный ток к моменту закрывания транзистора составлял примерно 6А. Момент включения силового транзистора (начало протекания тока) рассчитывается относительно 75 0 до ВМТ. •    Момент искрообразования обычно рассчитывается относительно переднего фронта импульса от датчика положения коленчатого вала соответствующего 75 0 до ВМТ. 2.2.3. Искрообразование и номер цилиндра В четырехцилиндровом двигателе, искрообразование происходит на свече зажигания только того цилиндра, который находится на такте сжатия. Сжатие Сгорание Выпуск Впуск Сжатие Впуск Сжатие ^ Сгорание Выпуск Впуск Выпуск Впуск Сжатие Сгорание Выпуск Сгорание Выпуск Впуск Сжатие Сгорание Рис. 3.9 3. Управление углом опережения зажигания Рис. 3.10 Схема системы управления зажиганием Установлено, что режим работы двигателя, при котором происходит наиболее полное превращение тепловой энергии, выделяющейся при сгорании воздушно-топливной смеси в полезную работу достигается тогда, когда максимальное давление сгорания-расширения соответствует примерно 10° после ВМТ. Поэтому воспламенение смеси должно происходить немного раньше этой точки. Для количественной оценки момента воспламенения принято пользоваться термином “угол опережения зажигания”. Это угол поворота коленчатого вала, выраженный в градусах, с момента пробоя искрового промежутка свечи до момента прохождения поршнем ВМТ. Продолжительность периода тепловыделения остается практически неизменной при любом скоростном режиме двигателя. Абсолютное время от начала зажигания до начала тепловыделения, также более или менее неизменно. Поэтому при увеличении скорости вращения коленчатого вала двигателя, необходимо увеличивать угол опережения зажигания, и наоборот. Кроме того, скорость сгорания топливно-воздушной смеси зависит от условий работы двигателя. Когда скорость сгорания снижается (например, при малой нагрузке), необходимо увеличить угол опережения зажигания, а при высокой скорости сгорания, наоборот, угол опережения зажигания необходимо уменьшать. В реальном двигателе, на величину оптимального угла опережения зажигания оказывает влияние также температура охлаждающей жидкости в двигателе, температура воздуха во впускном коллекторе, состав топливно-воздушной смеси и другие факторы. 3.1 Расчет времени рабочего цикла Рис. 3.11 Время рабочего цикла (Т) определяется на основании сигнала от датчика положения коленчатого вала (используется передний фронт сигнала, соответствующий 75° до ВМТ). 3.2 Управление моментом открывания силового транзистора (временем накопления энергии) В диапазоне низких частот вращения момент открывания силового транзистора (и начала протекания тока через первичную обмотку катушки зажигания) рассчитывается относительно переднего фронта сигнала от датчика положения коленчатого вала двигателя, который соответствует 75° до ВМТ. 75°
п
Датчик положения коленчатого вала УЛ
Ток в катушке зажигания
При низкой частоте вращения т
Датчик положения коленчатого вала
75°
75°
Ток в катушке зажигания При высокой частоте вращения Рис. 3.13 При работе двигателя на высоких частотах вращения, время накопления энергии может начать превышать длительность импульса от датчика коленчатого вала, которая постепенно уменьшается при увеличении оборотов двигателя (время накопления будет больше, чем длительность импульса от датчика положения коленчатого вала). По этой причине уже будет невозможно начинать отсчёт от переднего фронта импульса за 75° до ВМТ. Поэтому, на высоких частотах вращения, момент открывания силового транзистора рассчитывается на основании заднего фронта предыдущего импульса соответствующего 185° до ВМТ (рис. 3.13). 3.3 Управление моментом закрытия силового транзистора (момент подачи искры) Т- время цикла (180° поворота коленчатого вала) и ВМТ И Импульс на свече зажигания Начало отсчета времени 6 - Угол опережения зажигания Рис. 3.14
Датчик положения коленчатого вала
При расчете момента закрытия транзистора, нужно учитывать, что с изменением оборотов двигателя, время за которое коленчатый вал двигателя поворачивается на 1°, тоже изменяется (если обороты увеличиваются, то время уменьшается, и наоборот). Поэтому вначале рассчитывается время (t), необходимое для проворачивания коленчатого вала на 1°. Оно легко определяется из времени цикла (Т), которое уже известно: t = T/180 После определения времени t, имеются все необходимые данные для расчета момента закрытия силового транзистора (момент подачи искры). За начало отсчета берется угол 75° до ВМТ. Т1 = t х (75 - 6) 6: угол опережения зажигания, рассчитанный электронным блоком управления двигателем. 3.4 Управление углом опережения зажигания Рис. 3.15 Электронный блок управления двигателем рассчитывает угол опережения зажигания путём суммирования базового угла опережения зажигания (обычно базовый угол опережения зажигания составляет 5° до ВМТ) и поправок увеличивающих или уменьшающих его, в зависимости от изменяющихся условий и режимов работы двигателя. Базовый угол опережения зажигания никогда не изменяется при работе двигателя (точка отсчёта) и соответствует заднему фронту импульса датчика положения коленчатого вала (5° до ВМТ). Как рассматривалось выше, угол опережения зажигания должен изменяться в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя. На этапе разработки, испытаний и доводки двигателя определяется матрица оптимальных углов опережения зажигания в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя. Это базовая коррекция угла опережения зажигания, которая определяется с помощью датчиков расхода воздуха и положения коленчатого вала двигателя. При необходимости угол опережения дополнительно корректируются с учётом сигналов от различных датчиков (атмосферного давления, температуры охлаждающей жидкости, температуры воздуха на впуске и др.). Во время запуска двигателя К катушке зажигания
Датчик Датчик Датчик температуры атмосферного температуры охлаждающей давления воздуха жидкости на впуске Коррекция по Коррекция по Коррекция по величине величине величине температуре атмосферного температуры охлаждающей давления воздуха на впуске жидкости
Фиксированный угол опережения зажигания (5° до ВМТ) азовая м 1 атрица Оптимальный ^опереже ния тота вращ цения коленчатого вала, об/мин При проверке базового угла Фиксированный угол опережения зажигания (5° до ВМТ)
3.4.1.    Управление углом опережения зажигания при запуске двигателя При прокручивании двигателя стартером блок управления двигателем использует фиксированное значение угла зажигания, соответствующее базовому углу (5° до ВМТ), синхронизированное с датчиком положения коленчатого вала. 3.4.2.    Управление углом опережения зажигания при проверке базового угла зажигания При проверке базового угла опережения зажигания (сервисная операция, для которой необходим диагностический прибор и стробоскоп) двигатель работает с фиксированным углом опережения зажигания (5° до ВМТ). При превышении частоты вращения коленчатого вала определенного значения (обычно 1200 об/мин), происходит переход на управление углом зажигания в обычном режиме. 3.4.3.    Управление углом опережения зажигания при нормальной работе двигателя В памяти блока управления двигателем записана таблица (базовая матрица) с оптимальными значениями углов зажигания, соответствующих всем возможным значениям нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Нагрузка двигателя определяется по показаниям датчика расхода воздуха. Цикловой расход воздуха (A/N) может рассчитываться по-разному, в зависимости от используемого датчика и метода определения расхода воздуха. Частота вращения коленчатого вала определяется при помощи датчика положения коленчатого вала двигателя. После получения информации о частоте вращения коленчатого вала и нагрузке на двигатель блок управления двигателем выбирает из записанной в ПЗУ базовой матрицы необходимое в данный момент значение угла опережения зажигания. В зависимости от величин сигналов с других датчиков вводится дополнительная коррекция табличных значений угла опережения зажигания. 3.5 Коррекция угла опережения зажигания 3.5.1. Базовая коррекция угла опережения зажигания Рис. 3.17 При использовании метода косвенного измерения расхода воздуха для расчета нагрузки на двигатель используются показания датчика абсолютного давления (MAP sensor). В базовую матрицу записана зависимость углов опережения зажигания от разряжения во впускном коллекторе P в задроссельном пространстве и частоты вращения коленчатого вала двигателя. При использовании метода непосредственного измерения расхода воздуха в базовую матрицу записана зависимость углов опережения зажигания от цикловой подачи воздуха A/N и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Используемые датчики: •    Датчик расхода воздуха •    Датчик положения коленчатого вала двигателя 3.5.2.    Коррекция по атмосферному давлению Коррекция по атмосферному давлению служит для улучшения ездовых качеств автомобиля при эксплуатации на большой высоте над уровнем моря. Вначале производится коррекция величины цикловой подачи воздуха (A/N) по величине атмосферного давления и после именно это значение используется для определения базовой коррекции угла опережения зажигания. Используемый датчик: Датчик атмосферного давления. 3.5.3.    Коррекция по температуре охлаждающей жидкости Величина коррекции, ° поворота коленчатого вала Рис. 3.18
0    Температура охлаждающей жидкости, °С
Коррекция вносится в соответствии с температурой охлаждающей жидкости для улучшения ездовых качеств автомобиля с непрогретым двигателем. При низкой температуре охлаждающей жидкости угол опережения зажигания увеличивается. Используемый датчик: Датчик температуры охлаждающей жидкости 3.5.4.    Коррекция по температуре воздуха на впуске При низкой температуре воздуха на впуске угол опережения зажигания уменьшается для предотвращения детонации в холодную погоду. При высокой температуре воздуха на впуске, угол опережения зажигания также уменьшается для предотвращения детонации. Используемый датчик: Датчик температуры воздуха на впуске 3.5.5.    Уменьшение угла опережения зажигания при разгоне Действительный расход воздуха Компенсация Расход воздуха, г/с Расход воздуха определяемый датчиком При резком разгоне сигнал датчика расхода воздуха изменяется с некоторой задержкой по отношению к поступающему в цилиндр действительному количеству воздуха (рис. 3.19). Для получения истинного значения циклового наполнения (A/N), и правильного определения соответствующих ему значений угла опережения зажигания, задержка реакции датчика расхода воздуха при ускорении компенсируется в соответствии со скоростью открытия дроссельной заслонки. Этим обеспечивается соответствие угла опережения зажигания действительному расходу воздуха на впуске и предотвращается появление детонации при резком разгоне. В период разгона при скорости открытия дроссельной заслонки, превышающей заданный уровень, с целью предотвращения детонации угол опережения зажигания уменьшается. После завершения разгона после нескольких рабочих циклов постепенно восстанавливается нормальный угол опережения зажигания (рис.3.20).

Используемый датчик: Датчик положения дроссельной заслонки. 3.5.6. Уменьшение угла опережения зажигания при возобновлении топливоподачи после ее отключения В режиме принудительного холостого хода угол опережения зажигания уменьшается (на величину около 13°). Когда двигатель переходит на работу в нормальный режим, то угол опережения зажигания увеличивается на один градус за каждый цикл искрообразования, пока не достигнет номинальной величины. Это снижает рывок при переходе двигателя с режима принудительного холостого хода на обычный режим работы. Используемые датчики: •    Датчик расхода воздуха •    Датчик закрытого положения дроссельной заслонки •    Датчик положения коленчатого вала. 3.5.7. Коррекция угла опережения зажигания для стабилизации оборотов холостого хода На режиме холостого хода, для стабилизации частоты вращения коленчатого вала производится коррекция угла опережения зажигания, обеспечивающая стабильность частоты вращения коленчатого вала. При снижении оборотов холостого хода угол опережения зажигания увеличивается, и наоборот. Эта коррекция позволяет изменить частоту вращения двигателя практически мгновенно, что позволяет поддерживать обороты холостого хода неизменными при скачкообразных изменениях нагрузки. Данная коррекция производится при наличии следующих условий: •    Автомобиль неподвижен (скорость менее 2,5 км/час) или датчик закрытого положения дроссельной заслонки находится в замкнутом состоянии. •    Частота вращения коленчатого вала равна 1000 об/мин или менее. Используемые датчики: •    Датчик положения коленчатого вала •    Датчик скорости автомобиля •    Датчик закрытого положения дроссельной заслонки. с обратной
3.6 Управление детонацией (коррекция угла опережения зажигания связью по сигналу от датчика детонации) Система управления детонацией определяет ее появление в двигателе при высоких нагрузках (большие значения отношения A/N) и устанавливает оптимальный угол опережения зажигания для предотвращения детонации и защиты двигателя. 3.6.1. Блок-схема системы управления детонацией От датчика детонации Алгоритм управления детонацией: Сигнал датчика положения коленчатого вала U, В
пппппг, 4 >1 Ц Ц Ц ■I ■I 1| Сигнал датчика детонации
Н
Величина коррекции, ° поворота коленчатого вала
Время, мс
* II
Время, мс Рис. 3.23 В момент поступления сигнала от датчика положения коленчатого вала (передний фронт импульса 75° до ВМТ) блок управления двигателем обрабатывает сигнал датчика детонации, пропуская его через частотный фильтр. В зависимости от интенсивности детонации вычисляется величина необходимой коррекции угла опережения зажигания (в сторону уменьшения угла опережения зажигания). Уменьшение угла опережения зажигания происходит до тех пор, пока детонация не будет полностью устранена (максимальная величина поправки составляет 15° поворота коленчатого вала). После прекращения детонации угол опережения зажигания постепенно увеличивается до исходного значения через определенные промежутки времени (600 мс). В случае обрыва или короткого замыкания в цепи датчика детонации, угол опережения зажигания уменьшается на фиксированный угол (примерно 3° угла поворота коленчатого вала). Это позволяет предотвратить возникновение детонации. Используемые датчики: •    Датчик детонации •    Датчик положения коленчатого вала 3.6.2. Изменение базовой коррекции угла опережения зажигания (адаптивная коррекция) Величина коррекции угла опережения зажигания по детонации проверяется через определённые промежутки времени (400 мс). При превышении её величины определённого значения (более 2°) базовая коррекция угла опережения зажигания уменьшается на заданную величину (около 0,004 град.). Таким образом, значение базовой коррекции медленно изменяется в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Если двигатель долгое время работает без детонации, и величина коррекции по детонации уменьшилась до определенного значения (менее 1°), то происходит плавное изменение базовой коррекции угла опережения зажигания в сторону её увеличения. Адаптивная коррекции угла опережения зажигания вычисляется при следующих условиях: •    Двигатель работает с большой нагрузкой •    Температура охлаждающей жидкости более 80°С Используемые датчики: •    Датчик расхода воздуха •    Датчик положения коленчатого вала •    Датчик температуры охлаждающей жидкости 3.7 Совместное управление двигателем и коробкой перемены передач При повышении передачи, электронный блок управления АКПП передает сигнал на электронный блок управления двигателем о необходимости снижения момента. В ответ на это требование, электронный блок управления двигателем уменьшает угол опережения зажигания и, тем самым, уменьшает момент, развиваемый двигателем. Подобное взаимодействие минимизирует величину изменения момента при переключении передач, что, в конечном итоге, обеспечивает ощущение плавности при переключении передач. Engine-ECU Связь Рис. 3.24 4. Управление временем накопления энергии в катушке зажигания I - максимальное значение тока U - бортовое напряжение R - сопротивление Рис. 3.25 Время. мс
Момент открытия силового транзистора
Момент закрытия силового транзистора
4.1 Ток в первичной обмотке катушки зажигания Ток в первичной обмотке катушки зажигания, А
После открытия силового транзистора в первичной обмотке катушки зажигания начинает протекать ток. В силу закона электромагнитной индукции мгновенное увеличение тока невозможно. Этому препятствует ЭДС самоиндукции, поэтому увеличение тока происходит постепенно по закону, показанному на рис.3.25. Если закрыть силовой транзистор в момент времени t 1, то ток, протекающий через первичную обмотку катушки зажигания, достигнет значения I 1, а если в момент времени t 2, то значения I 2. Чем больше время открытого состояния транзистора, тем большего значения достигает ток и тем больше энергии будет накоплено в магнитном поле катушки зажигания. Для того чтобы энергия накопления с ростом оборотов двигателя не уменьшалась необходимо, чтобы длительность управляющего импульса оставалась неизменной. Напряжение, возникающее во вторичной обмотке катушки зажигания, зависит от величины тока при разрыве цепи первичной обмотки и скорости, с которой осуществляется прерывание тока в ней. Чтобы получить во вторичной обмотке напряжение 30 кВ или более, в момент закрытия силового транзистора ток в катушке зажигания должен достигнуть определённого значения (обычно 6 А). Для обеспечения этого условия блок управления двигателем управляет временем накопления энергии, путем управления моментом открывания силового транзистора, в зависимости от напряжения бортовой сети и оборотов коленчатого вала двигателя. 75° до 5° до ВМТ ВМТ 75° 5°    75° 5° -THLrHLrHL Датчик положения коленчатого вала    Время    *    Угол накопления >°пережения f зажигания У ГШ-
Ток в катушке зажигания I    I I Рис. 3.26 4.2 Блок-схема управления временем накопления в первичной обмотке катушки зажигания (упрощённая схема) Во время запуска двигателя Синхронизация с датчиком положения коленчатого вала (75° до ВМТ) К катушке зажигания Ограничение времени накопления
Во время работы двигателя Время протекания тока, мс Базовая матрица Заполнение импульса 75%
Напряжение аккумуляторной батареи ,В 1 75 % Т ' ■ Л_hJl
14
При работе двигателя и во время режима запуска используются различные способы управления временем накопления энергии в катушке зажигания. 4.2.1. Управление во время запуска двигателя 75° до ВМТ Рис. 3.28
Датчик положения коленчатого вала Ток в катушке зажигания При прокручивании двигателя стартером, ток подается на катушку зажигания синхронно с сигналом от датчика положения коленчатого вала, соответствующего 75° до ВМТ. Если зажигание включено (ON), но двигатель не прокручивается стартером, то ток на катушку зажигания не подается. Используемые датчики: •    Датчик положения коленчатого вала •    Выключатель стартера 4.2.2. Управление при работе двигателя При работе двигателя время накопления энергии определяется с помощью специальной таблицы (базовая матрица), в зависимости от изменения напряжения питания в бортовой сети автомобиля. При изменении напряжения питания изменяется величина тока проходящего через первичную обмотку катушки зажигания, поэтому базовое время накопления при низком напряжении питания увеличивается, а при высоком - уменьшается. Таким образом, величина тока в первичной цепи катушки зажигания в момент искрообразования поддерживается на постоянном уровне. Используемые датчики: •    Датчик положения коленчатого вала Коэффициент заполнения управляющего импульса, при любых режимах работы двигателя, не должен превышать 75 % и ограничивается на этом уровне. В противном случае энергия, запасаемая в катушке зажигания, не будет успевать рассеиваться, выполняя полезную работу. Это приводит к уменьшению запасаемой энергии на высоких оборотах. В случае использования двухвыводной катушки зажигания, временной интервал между двумя последовательными искрообразованиями увеличивается в два раза (в случае использования индивидуальных катушек в четыре раза). По этой причине, в таких системах зажигания, даже при работе двигателя на высоких оборотах коленчатого вала, ограничение времени накопления на уровне 75 % не производится, и уменьшение запасаемой энергии не происходит. 5. Принцип действия элементов системы 5.1    Датчик положения коленчатого вала Сигнал датчика положения коленчатого вала используется для определения угла опережения зажигания. Принцип действия этого датчика был подробно описан в Главе 2 «Система топливоподачи». 5.2    Датчик положения распределительного вала Сигнал датчика положения распределительного вала используется для определения угла опережения зажигания. Принцип действия этого датчика был подробно описан в Главе 2 «Система топливоподачи». 5.3 Датчик детонации •    При возникновении детонации в бензиновом двигателе возникают ударные волны, и происходит увеличение выделения тепла. Если это состояние продолжается в течение некоторого времени, то свечи зажигания и поршни перегреваются и обгорают, что приводит к выходу из строя двигателя. •    Детонация тесно связана с углом опережения зажигания. Ранний угол опережения зажигания увеличивает пик давления в процессе сгорания, вследствие этого, вероятность возникновения детонации повышается. •    Для определения детонации служит датчик детонации. В основе работы датчиков лежит явление пьезоэлектрического эффекта (возникновение электрических зарядов при деформации кристаллов). При сжатии или растяжении на гранях появляются заряды противоположного знака, пропорциональные давлению на пластину. Датчик крепится на блоке цилиндров двигателя. Он генерирует сигналы, соответствующие вибрациям, которые передаются на корпус блока цилиндров. В зависимости от конструкции датчики детонации могут быть резонансными или широкополосными. В резонансных датчиках (рис. 3.29) амплитуда выходного напряжения резко возрастает и превышает пороговый уровень на одной резонансной частоте детонации, которая совпадает с частотой вибрации той детали, куда вворачивается датчик. Напряжение 10 20 30 40 Частота, кГц 1-    Инерционная масса 2-    Корпус 3-    Пьезоэлемент 4-    Изолятор 5-    Вывод
В широкополосных датчиках (рис 3.30) собственная резонансная частота достаточна высокая (20-30 кГц) и необходимая резонансная характеристика формируется в блоке управления двигателем. Датчик детонации К—Л А А_к Engine-ECU Пьезоэлектрические элементы относятся к диэлектрикам и не пропускают электрический ток, поэтому для возможности диагностирования и обнаружения обрыва цепи, параллельно датчику подключён резистор (рис. 3.22). Силовой транзистор работает как обычный транзистор, но имеет усиленную конструкцию, чтобы пропускать сравнительно большой ток (как правило, 5 - 6 А), проходящий через первичную обмотку катушки зажигания. Силовой транзистор периодически подключает и отключает первичную обмотку катушки зажигания на "землю". Он управляется слаботочным сигналом, подаваемым на базу от электронного блока управления двигателем. Если к базе транзистора приложено напряжение 5 В, то сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора стремится к нулю (транзистор отпирается) и через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать электрический ток. При окончании управляющего импульса (0 В) подаваемого на базу транзистора от электронного блока управления двигателем, сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора стремится к бесконечности (транзистор запирается), что приводит к прекращению протекания тока через первичную обмотку катушки зажигания. 5.4 Силовой транзистор
От первичной обмотки катушки зажигания

5.4.1. Характеристики управляющего сигнала силового транзистора На рисунке 3.22 показано характерное нарастание напряжение. Это происходит вследствие того, что напряжение на базе транзистора постепенно увеличивается по мере роста тока, протекающего по первичной обмотке катушки зажигания. Если форма управляющего сигнала силового транзистора выглядит по иному, это означает, что первичная обмотка катушки зажигания имеет межвитковое замыкание или имеет повышенное сопротивление. В любом случае, результирующее напряжение, генерируемое во вторичной обмотке катушки зажигания, будет недостаточным. 5.5 Датчик неисправности системы зажигания Напряжение питания К катушке (Замок зажигания IG 1) зажигания (+) Датчик неисправности системы зажигания Опорное напряжение
К блоку управления двигателем К тахометру
Формирователь импульсов постоянной длительности
Катушка зажигания 1 и 4 цилиндров Катушка зажигания 2 и 3 цилиндров Напряжение на измерительном резисторе (пропорционально току через катушки зажигания) Опорное напряжение Рис. 3.32
Управляющий
Напряжение на выходе компаратора
Сигнал на выходе датчика
©
©
Этот датчик вырабатывает сигнал в соответствии с изменениями напряжения в первичной обмотке катушки зажигания. Электронный блок управления двигателем использует этот сигнал для определения пропусков зажигания. Этот сигнал также подается на тахометр для индикации скоростного режима двигателя. 6. Проверка полученных знаний 1)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) ВМТ поршня первого цилиндра определяется при помощи сигналов датчиков положения распределительного вала и коленчатого вала. □    (b) Момент искрообразования определяется с помощью сигналов от датчиков положения распределительного и коленчатого вала. □    (с) В системе зажигания без распределителя (с двухвыводными катушками зажигания), искрообразование происходит одновременно в цилиндрах № 1 и № 4, а также в цилиндрах № 2 и № 3 (для 4-х цилиндрового двигателя). 2)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) Электронный блок управления двигателем рассчитывает угол опережения зажигания путем суммирования угла зажигания из заложенной в него базы данных и поправок увеличивающих или уменьшающих этот угол опережения зажигания. □    (b) Электронный блок управления двигателем управляет током, протекающим через первичную обмотку катушки зажигания путем включения - выключения силового транзистора. □    (с) Во время запуска двигателя, угол опережения зажигания изменяется в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи. 3)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) При появлении детонации, электронный блок управления двигателем увеличивает угол опережения зажигания. □    (b) Для определения уровня детонации электронный блок управления двигателем использует сигнал датчика детонации. □    (с) Работа датчика детонации основана на использовании пьезоэлектрического эффекта. 4)    Отметьте неверное утверждение. Блок управления двигателем рассчитывает угол опережения зажигания, путем суммирования базового угла опережения зажигания (обычно базовый угол опережения зажигания равный 5° до ВМТ) и поправок увеличивающих или уменьшающих этот угол опережения зажигания. □    (а) Определение поворота коленчатого вала 5° до ВМТ происходит при помощи сигнала датчика положения коленчатого вала. □    (b) За начало отсчета при определении момента искрообразования принимается угловая отметка 5° до ВМТ, определяемая с помощью датчика положения коленчатого вала. □    (с) Во время запуска двигателя, момент открытия силового транзистора изменяется в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи. Глава 4 Система управления холостым ходом двигателя
1. Управления частотой вращения коленчатого вала в режиме холостого хода Датчик расхода воздуха Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик атмосферного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения дроссельной заслонки Датчик положения коленчатого вала Выключатель кондиционера Датчик-выключатель кондиционера *— Датчик скорости автомобиля Датчик давления рабочей жидкости гидроусилителя Выключатель блокировки стартера (переключатель селектора АКПП) Вывод FR генератора Замок зажигания - IG Замок зажигания - ST Вывод диагностического разъема
Частота вращения коленчатого вала в режиме холостого хода изменяется в зависимости от внешних условий и нагрузки на двигатель. Для поддержания частоты вращения на оптимальном уровне блок управления двигателем осуществляет регулирование расхода воздуха через байпасный (обходной) канал системы при помощи шагового электродвигателя (SM - stepper motor). При перемещении штока шагового электродвигателя в прямом или обратном направлении в соответствии с заданным алгоритмом управления изменяется количество воздуха, подаваемого в двигатель в обход дроссельной заслонки. Действительная частота вращения холостого хода всегда определяется электронным блоком управления двигателем. При наличии разницы между необходимой и действительной частотой вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода производится управление с обратной связью. Блок управления двигателем приводит в действие шаговый электродвигатель и тем самым изменяет количество воздуха проходящего во впускной коллектор воздуха (вследствие этого изменяется и количество топливно-воздушной смеси). Таким образом, текущая частота вращения холостого хода и заданная совмещаются. Для устранения влияния на частоту вращения изменения нагрузки, например при включении или выключении кондиционера, шток шагового электродвигателя перемещается в определенное положение на заданное количество шагов (позиционное управление). В режимах запуска или принудительного холостого хода (торможение двигателем) также осуществляется позиционное управление шаговым электродвигателем.
Рис. 4.1
Биметаллический регулятор Сервопривод управления частотой вращения холостого хода (шаговый электродвигатель) Во впускной коллектор
Из воздушного фильтра Винт регулирования частоты вращения холостого хода (SAS) Винт FIXED SAS
2. Принцип действия системы 2.1 Алгоритм управления оборотами холостого хода двигателя Рис. 4.2 Электронный блок управления двигателем сравнивает действительную частоту вращения холостого хода с заранее заданной частотой из базы данных в соответствии с различными условиями и уровнями нагрузки на двигатель. Затем вычисляется величина поправки, необходимая для компенсации отклонения действительной частоты от заданной. В соответствии с этой поправкой активируется шаговый электродвигатель для изменения расхода воздуха двигателем. 2.2 Управление расходом воздуха (на режиме холостого хода) Расход воздуха Сервопривод регулятора оборотов холостого хода Винт регулировки оборотов холостого хода Дроссельная заслонка J—►
- 30°

30°
60°
Рис. 4.3
90° Температура охлаждающей жидкости,°С
При работе двигателя на режиме холостого хода воздух поступает во впускной коллектор по четырем различным каналам: ■    канал сервопривода регулятора оборотов холостого хода; ■    канал воздушного клапана увеличения оборотов холостого хода при прогреве двигателя; ■    канал винта регулировки холостого хода; ■    кольцевую щель дроссельной заслонки. 2.2.1 Система управления холостым ходом <с воздушным клапаном увеличенных оборотов холостого хода при прогреве двигателя FIAV > Сервопривод регулятора оборотов холостого хода (шаговый электродвигатель)
Охлаждающая жидкость FIAV Воздушный клапан увеличения оборотов холостого хода при прогреве
Во впускной Z1—| коллектор N Для поддержания оптимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на режиме холостого хода блок управления двигателем изменяет количество воздуха, проходящего через проходное сечение регулятора оборотов холостого хода. Количество воздуха, проходящего через воздушный клапан увеличения оборотов холостого хода при прогреве двигателя, регулируется термоэлементом с твердым наполнителем. При низкой температуре охлаждающей жидкости в двигателе твердый наполнитель термоэлемента сжимается и открывает воздушный канал тем самым, увеличивая количество воздуха проходящего через канал клапана. При температуре охлаждающей жидкости около 500С, воздушный клапан полностью закрывается. С помощью винта регулировки оборотов холостого хода (SAS) изменяется количество воздуха проходящего через дополнительный канал, и поэтому им возможно регулировать расход воздуха, не изменяя положения дроссельной заслонки. Для проведения регулировки необходимо зафиксировать регулятор оборотов холостого хода (шаговый электродвигатель) в определенном положении (обычно 9 шагов) при помощи замыкания контакта выбора режима на “массу” или используя актюатор-тест. Чтобы предотвратить “закусывание” дроссельной заслонки она устанавливается в слегка приоткрытом положении. 2.2.2 Система управления холостым ходом <с ограничителем воздушного потока FLICS> Сервопривод управления частотой вращения холостого хода (шаговый электродвигатель)
Биметаллический регулятор <'г_ ^ Во впускной коллектор й
Из воздушного фильтра
Г
Винт регулирования частоты вращения холостого хода (SAS)
\ Винт FIXED SAS Рис. 4.5
Система управления оборотами холостого хода с ограничителем воздушного потока позволяет достичь более высокого уровня стабильности при прогреве двигателя за счет удаления термоэлемента с твердым наполнителем (FIAV) и использования сервопривода регулятора оборотов холостого хода с расширенным диапазоном регулирования. Чтобы предотвратить “закусывание” дроссельной заслонки она устанавливается в слегка приоткрытом положении. Это положение устанавливается на заводе при помощи упорного винта FIXED SAS. С помощью винта регулировки оборотов холостого хода (SAS) изменяется количество воздуха проходящего через дополнительный канал, и поэтому им возможно регулировать расход воздуха, не изменяя положения дроссельной заслонки. Для проведения регулировки необходимо зафиксировать регулятор оборотов холостого хода (шаговый электродвигатель) в определенном положении (базовая частота холостого хода). Расход воздуха _ зо°    0°    30°    60°    90° Температура охлаждающей жидкости, °С Рис. 4.6 Расход воздуха через дроссельную заслонку при отказе шагового электродвигателя Ограничитель воздушного потока (биметаллического типа) расположен последовательно сервоприводу регулятора оборотов холостого хода (открывается и закрывается биметаллической пластиной в соответствии с температурой охлаждающей жидкости в двигателе), поэтому даже при его выходе из строя и полностью открытом клапане, сработает ограничитель воздушного потока, что снизит обороты холостого хода. 2.2.3 Дроссельная заслонка Рис. 4.7 Дроссельная заслонка установлена слегка приоткрытой для предотвращения ее закусывания под действием на нее теплового воздействия. Зазор регулируется с помощью упорного винта (Fixed SAS). При повороте упорного винта дроссельной заслонки (Fixed SAS) изменяется зазор между корпусом и заслонкой. Величина зазора оптимально регулируется на заводе и при эксплуатации автомобиля его регулировка, как правило, не требуется. На более поздних вариантах конструкции дроссельной заслонки может отсутствовать. 2.2.5 Винт заводской регулировки оборотов холостого хода (винт SAS) 2.2.4 Упорный винт дроссельной заслонки (винт Fixed SAS)
Рис. 4.8
Винт регулировки оборотов холостого Рис. 4.9 Винт регулировки оборотов холостого хода изменяет количество воздуха проходящего через байпасный канал и его регулировка, как правило, не требуется. С его помощью устанавливается базовая частота холостого хода. Если обстоятельства требуют подобной регулировки, то для этой цели должен быть использован специальный сервисный разъём или диагностический прибор MUT-II, MUT-III. 2.2.6 Система управления холостого хода с электронно-управляемой дроссельной
заслонкой    Корпус дроссельной
Система с электронно-управляемой дроссельной заслонкой имеет только один канал для поступления воздуха во впускной коллектор и регулирует обороты в режиме холостого хода путем изменения положения дроссельной заслонки. Блок управления двигателем управляет приводом дроссельной заслонки при помощи электродвигателя постоянного тока. К предварительно заданному базовому значению добавляются различные поправки и в соответствии с этим, рассчитывается угол открытия дроссельной заслонки. Система не требует регулировки в процессе эксплуатации автомобиля. При замене корпуса дроссельной заслонки или блока управления двигателем необходимо проводить процедуру инициализации дроссельной заслонки.
2.3 Управление оборотами холостого хода
2.3.1 Обзор
Датчик температуры охлаждающей жидкости
Базовая частота холостого хода
Коррекция оборотов холостого хода: ■    Селектор АКПП Базовая частота холостого хода
■    Датчик давления ГУР ■    Выключатель кондиционера ■    Выключатель электрической нагрузки Дополнительная коррекция оборотов холостого хода по сигналу обратной связи
Базовая частота холостого хода Рис. 4.11
Блок управления двигателем рассчитывает частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода путём суммирования базового значения частоты холостого хода, которое зависит от температуры охлаждающей жидкости и поправок корректирующих её, в зависимости от изменяющихся условий и режимов работы двигателя.
Базовая частота холостого хода определяется из базовой матрицы с использованием сигнала от датчика температуры охлаждающей жидкости. Вращение рулевого колеса, включение или выключение кондиционера, перемещение рычага управления АКПП (только на автомобилях с автоматической трансмиссией), включения электрической нагрузки вызывает изменение нагрузки на двигатель, в результате чего частота оборотов холостого хода будет изменяться. Чтобы этого не происходило, значение частоты холостого хода корректируется с учётом сигналов от различных датчиков (программный метод управления). Частота вращения коленчатого вала поддерживается на заданном уровне с помощью шагового электродвигателя путём регулирования расхода воздуха, проходящего через байпасный канал, в обход дроссельной заслонки. Для поддержания стабильных оборотов холостого хода на заданном уровне, кроме программного метода управления по сигналам от различных датчиков, дополнительно используется управление с обратной связью. I Регулятор! | оборотов холостого хода Двигатель Обратная связь
Базовая матрица
Заданная частота вращения, об/мин > i
Температура охлаждающей жидкости, °С
Датчик положения селектора Датчик давления в системе ГУР Выключатель кондиционера Выключатель электрической нагрузки Увеличение Увеличение Увеличение частоты Увеличение частоты частоты Формирование оборотов частоты оборотов оборотов управляющего холостого оборотов холостого холостого сигнала хода при холостого хода при хода при шагового включении хода при включении включении двигателя диапазона работе кондиционера электрической нагрузки
Рис. 4.12 Блок-схема управления оборотами холостого хода 2.3.2 Базовое значение заданной частоты вращения (базовая частота холостого хода) Базовое значение заданной частоты холостого хода, об/мин Рис. 4.13 Базовое значение заданной частоты вращения - это оптимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, которая зависит от теплового состояния двигателя, и существует в виде табличных значений (базовая матрица) хранящихся в памяти блока управления двигателем. Стабильность оборотов двигателя на режиме холостого хода достигается поддержанием требуемой частоты вращения коленчатого вала двигателя в зависимости от включения дополнительных нагрузок. Для компенсации возможных отклонений используется регулирование с использованием обратной связи. Используемый датчик: •    датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе. 2.3.3    Коррекция частоты вращения при включении дополнительных нагрузок Значение частоты холостого хода при включении дополнительных нагрузок корректируется с учётом сигналов от различных датчиков (программный метод управления). Данный метод позволяет избежать резкого изменения частоты вращения двигателя. 2.3.4    Управление оборотами холостого хода с обратной связью Регулирование оборотов холостого хода с обратной связью применяется на режимах установившегося холостого хода, однако такое управление не осуществляется при следующих условиях: •    При движении автомобиля (скорость выше 2,5 км/ч). •    В момент переключения датчика-выключателя полностью закрытого положения дроссельной заслонки с режима “OFF” (выключено) на режим “ON” (включено) или при его выключенном состоянии(“OFF”). На моделях автомобилей без упомянутого датчика-выключателя, аналогичные состояния определяются при помощи выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки. •    При переключении выключателя кондиционера из положения "ON" (включен) в положение "OFF" (выключен). •    Когда селектор АКПП переводится из режима “N” в режим "D". •    Когда датчик-выключатель давления рабочей жидкости в системе рулевого управления переходит из положения “ON” (включен) в положение "OFF" (выключен). •    Когда замок зажигания переводится из положения "ST" (стартер) в положение "IG" (зажигание). •    При переходных режимах работы двигателя. Действительное значение частоты вращения двигателя может отличаться от расчетного значения, поэтому для поддержания стабильных оборотов холостого хода на заданном уровне, кроме программного метода управления по сигналам от различных датчиков, дополнительно используется управление с обратной связью. Например, при включении кондиционера шаговый двигатель перемещается на определённое количество шагов, при этом частота оборотов холостого хода двигателя изменится и должна соответствовать определённому заданному значению. По ряду причин действительное значение оборотов холостого хода может оказаться меньше или больше заданного значения, но использование обратной связи позволяет устранить эту разницу. 2.3.5 Коррекция частоты вращения холостого хода при наличии разницы между действительной и заданной частотами. Л Р Рис. 4.15 Коррекция положения шагового двигателя при управлении с обратной связью Для приближения действительной частоты вращения к заданной частоте вращения на шаговый электродвигатель подаётся необходимое количество управляющих импульсов, и он совершает несколько шагов, изменяя положение запорного конуса, регулируя тем самым проходное сечение канала. Количество шагов электродвигателя будет зависеть от имеющейся разницы между действительной и заданной частотами вращения. Положение штока Как показано на рисунке 4.16, при управлении с обратной связью положение штока шагового электродвигателя постоянно корректируется. Используемый датчик: ■ Датчик положения коленчатого вала. 2.4 Управление положением шагового электродвигателя 2.4.1    Обзор Во время работы двигателя на режиме холостого хода любое изменение нагрузки приводит к изменению частоты вращения коленчатого вала. Сразу после поступления соответствующего электрического сигнала о включении той или иной дополнительной нагрузки на вход блока управления двигателем регулятор оборотов холостого хода (шаговый электродвигатель) изменяет количество воздуха, проходящего через байпасный канал и, тем самым, снижает влияние нагрузки на частоту оборотов холостого хода. Во время запуска двигателя, при разгоне автомобиля или в режиме торможения двигателем, шаговый электродвигатель устанавливается в положение наилучшим образом соответствующее рабочему режиму двигателя. Управление шаговым двигателем производится со скоростью 125 шагов/с. Рабочий диапазон вращения составляет от 0 до 120 шагов. При снижении напряжения аккумуляторной батареи менее 10 В, управление шаговым электродвигателем не производится. Сразу после выключения зажигания, запорный конус шагового электродвигателя полностью втягивается, после чего выдвигается на 80 шагов, чтобы быть готовым к следующему запуску двигателя. 2.4.2    Блок-схема управления положением шагового электродвигателя На блок-схеме показано, какие датчики используются электронным блоком управления двигателем для определения необходимого положения шагового электродвигателя.
заданная Базовая матрица частота вращения, Температура охлаждающей жидкости, °С 2.4.3 Базовое положение шагового электродвигателя Базовое положение шагового двигателя, шаги Рис. 4.18
►► Температура -20° С 0° С 40° С 80° С    охлаждающей жидкости, ° С
Базовое положение штока шагового двигателя зависит от температуры охлаждающей жидкости и записано в памяти блока управления двигателем в виде таблицы. При установке штока шагового двигателя в заданное базовое положение обеспечивается соответствующая ему частота оборотов холостого хода. Используемый датчик: • датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе.
2.4.4 Коррекция положения шагового электродвигателя для компенсации дополнительных нагрузок a)    Увеличение частоты оборотов холостого хода при включении диапазона “D” На автомобилях с автоматической трансмиссией при переводе рычага управления коробкой передач из положения Р или N в любое другое шаговый электродвигатель устанавливается в положение большего открытия, чтобы компенсировать сопротивление гидротрансформатора. Используемый датчик: • Датчик положения рычага управления АКПП. b)    Увеличение частоты оборотов холостого хода при работе гидроусилителя рулевого управления(ГУР) Заданное положение шагового двигателя, шаги Заданное положение шагового Рис. 4.19 Поворот рулевого колеса при неподвижном автомобиле вызывает увеличение давления в гидравлической системе рулевого управления и замыкание датчика-выключателя. Для компенсации нагрузки гидравлического усилителя шаговый двигатель устанавливается в положение большего открытия. Существую варианты датчика на основе пьезоэлектрического элемента выдающего сигнал пропорциональный величине давления в системе. В этом случае коррекция носит не ступенчатый, а плавный характер и шаговый двигатель перемещается в соответствии с изменением давления. Используемый датчик: • Датчик давления рабочей жидкости в рулевом управлении. c) Увеличение частоты оборотов холостого хода при включении кондиционера Заданное положение шагового двигателя, шаги ^    Величина коррекции
Заданное положение шагового двигателя при включенном кондиционере +
+
+
+
Температура
40° С 80° С -20° С
0° С
Рис. 4.20 При переводе выключателя кондиционера во включенное положение шаговый двигатель устанавливается в положение ещё большего открытия, если вдруг уже используется какая-либо коррекция частоты вращения. Используемый датчик: • Выключатель кондиционера. охлаждающей жидкости, ° С d)    Коррекция по высоте над уровнем моря На больших высотах атмосферное давление меньше и плотность поступающего воздуха низкая. Для компенсации уменьшения массового расхода воздуха производится дополнительное открытие регулятора. Используемый датчик: •    Датчик атмосферного давления e)    Увеличение частоты оборотов холостого хода при включении электрической нагрузки При включении электрической нагрузки частота оборотов холостого хода уменьшается. Для компенсации уменьшения оборотов холостого хода шаговый двигатель перемещается в положение большего открытия в соответствии с изменением нагрузки. Используемый датчик: •    Вывод FR генератора 2.4.5    Управление при снижении частоты вращения до предельно низкой величины Методы компенсации при снижении оборотов холостого хода двигателя ниже 450 об/мин при прогретом двигателе (температура охлаждающей жидкости не ниже 55 0С): a)    Если используется метод управления с обратной связью Шаговый электродвигатель немедленно перемещается на количество шагов, пропорционально величине отклонения действительной частоты вращения от заданной. b)    Если используется программный метод управления Шаговый электродвигатель перемещается в сторону открытия на фиксированное количество шагов (40 шагов). 2.4.6    Управление при работе двигателя на переходных режимах Для устранения удара (толчка) при резком закрытии дроссельной заслонки, шаговый электродвигатель перемещается в требуемое положение плавно с небольшой скоростью. Используемые датчики: •    Датчик положения коленчатого вала; •    Датчик положения дроссельной заслонки; •    Датчик-выключатель полностью закрытого положения дроссельной заслонки. 2.4.7    Управление при переходе к режиму принудительного холостого хода При переходе от режима работы под нагрузкой к режиму принудительного холостого хода (торможение двигателем) шаговый двигатель обеспечивает медленное закрытие байпасного канала, с целью исключения резкого снижения расхода воздуха. Благодаря этому исключается резкий рывок. Вышеописанное управление производится при следующих условиях: •    Если частота вращения коленчатого вала двигателя или напряжение на выходе датчика положения дроссельной заслонки уменьшаются •    Замкнуты контакты датчика-выключателя закрытого положения дроссельной заслонки. При запуске двигателя сервопривод регулятора оборотов холостого хода регулирует количество воздуха, проходящего через байпасный канал в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в двигателе. 2.4.8 Управление во время запуска двигателя Базовое положение шагового двигателя, шаги А
Рис. 4.21
-20° С 0° С    40° С 80° С
Температура охлаждающей жидкости, ° С
Сразу после замыкания контактов “ST” (запуск) замка зажигания, шаговый электродвигатель, переводится в заданное (целевое) положение, соответствующее режиму запуска двигателя. Используемые датчики: •    Замок зажигания (ST); •    Датчик-выключатель полностью закрытого положения дроссельной заслонки; •    Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя. 2.4.9 Управление при запуске горячего двигателя Увеличение частоты вращения, об/мин А Рис. 4.22
Время, с Если при запуске двигателя температура охлаждающей жидкости    превышает 90°С, то шток шагового двигателя перемещается в положение большего открытия,    обеспечивая повышенные обороты холостого хода. Затем регулятор медленно закрывается, и    обороты уменьшаются до заданного значения. Используемые датчики: •    Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; •    Датчик положения коленчатого вала; •    Замок зажигания (ST); •    Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе. 2.4.10 Инициализация положения шагового электродвигателя Положение шагового электродвигателя, Время, с Сразу после выключения зажигания запорный конус шагового электродвигателя полностью втягивается (120 шагов) для инициализации (определение исходного положения), а затем переводится в положение 80 шагов, чтобы быть готовым к следующему запуску двигателя. Если производилось отсоединение провода от клеммы аккумуляторной батареи, то при первом включении зажигания после подсоединения провода к аккумуляторной батарее шток шагового электродвигателя полностью втягивается для определения исходного положения. 2.4.11 Режим регулировки базовой частоты холостого хода Для выполнения регулирования базовой частоты холостого хода необходим диагностический прибор MUT-II или MUT-III. Сервисный режим регулировки базовой частоты холостого хода включается при помощи актюатор-теста. В этом режиме сервопривод регулятора оборотов холостого хода фиксируется неподвижно в базовом положении, что позволяет отрегулировать базовую частоту холостого хода винтом SAS. 2.4.12 Функция самообучения Для более точного управления положением регулятора холостого хода используется функция самообучения. Данные, основанные на измерении заданных и действительных частот вращения коленчатого вала, и соответствующие им поправки сохраняются в памяти блока управления двигателем. Если производилось отсоединение провода от клеммы аккумуляторной батареи или регулировки системы холостого хода, то необходимо проводить обучение двигателя холостому ходу (для записи новых поправок). 3. Принцип действия элементов системы холостого хода 3.1 Сервопривод регулятора оборотов холостого хода (ISC) (а) Устройство Шариковый подшипник Катушка Конус выдвигается Направляющи Запорный конус Магнитный ротор Конус задвигается Шариковый подшипник Седло в корпусе дроссельной заслонки
Магнитный ротор Катушка Направляющий Шариковые подшипники Пластиковый кожух
Ограничитель запорного Ограничитель конуса запорного конуса Запорный конус
Рис. 4.24 Регулятор холостого хода представляет собой узел, монтируемый на корпусе дроссельной заслонки. Он состоит их шагового электродвигателя и запорного конуса с винтовой подачей. Управляющие импульсы с электронного блока приводят во вращение ротор шагового электродвигателя, в результате чего запорный конус линейно перемещается и изменяет расход воздуха через байпасный канал. 3.2 Количество воздуха, проходящего через байпасный канал и количество импульсов (шагов) шагового электродвигателя Расход воздуха через байпасный канал Рис. 4.25 (количество шагов) Шаговый электродвигатель сконструирован таким образом, что при подаче на него одного импульса управления он перемещается на один шаг, который составляет 15°. Ротор шагового двигателя может вращаться в прямом и обратном направлении (электродвигатель реверсивного типа) на угол соответствующий числу подаваемых на электродвигатель импульсов (или на определенное количество шагов). Запирающий конус вместе с направляющим винтом и валом магнитного ротора составляют одно целое. Когда вал шагового электродвигателя вращается по часовой стрелке (в направлении зелёной стрелки - рис. 4.25), направляющий винт вместе с запорным конусом убирается внутрь корпуса электродвигателя, увеличивая зазор между запирающим конусом и седлом клапана и, следовательно, расход воздуха через байпасный канал. При вращении против часовой стрелки (в направлении красной стрелки), направляющий винт вместе с запирающим конусом выдвигаются из корпуса электродвигателя, уменьшая зазор между запирающим конусом и седлом клапана и, следовательно, расход воздуха через байпасный канал. Другими словами, расход воздуха через байпасный канал увеличивается или уменьшается пропорционально количеству импульсов (числу шагов). 3.3 Принцип действия шагового электродвигателя (STM)
Рис. 4.26 Шаговый электродвигатель состоит из двух статоров и составного ротора. На наружных поверхностях ротора и внутренних поверхностях статоров имеются зубья. На роторе расположены постоянные магниты. На рис. 4.26 показана схема шагового электродвигателя с углом шага 15°. Статор имеет 12 зубьев и три фазовые обмотки (А, В и С). Ротор имеет 8 зубьев. В положении, которое показано на рис.4.26 ток подаётся на обмотки фазы А. Намагниченные катушки фазы А притягивают соответствующие зубья ротора, удерживая его в неподвижном положении. Если переключить подачу питания с обмоток фазы А на обмотки фазы В, то положение оси магнитного поля создаваемого статором изменится (оно повернётся на 30° против часовой стрелки с NA-SA на NB-SB). Возникшая электромагнитная сила притяжения между намагниченным катушками фазы В и ближайшими зубьями ротора приведет к его повороту на угол 15° по часовой стрелке. Рис. 4.27 Устройство реальной конструкции шагового электродвигателя показано на рис.4.27. Он состоит из двух статоров, каждый из которых содержит по две обмотки (А1, А2, В1, В2). Обмотки выполнены таким образом, что если ток протекает через обмотки А1(В1), то верхние части статоров становятся магнитными полюсами N, а их нижние части полюсами S. При протекании тока через обмотки А2(В2) полюса меняются местами. Рис. 4.28
Статор 1 Обмотка А1 Статор 2 Обмотка В2 Статор 1 Статор 2 01 2
Обмотка А1 Обмотка В1 * ШАГ 0
Обмотка А2 Обмотка В1
ШАГ 0 При протекании тока через обмотки А1 и В1 верхние части статоров становятся магнитными полюсами N, а их нижние части полюсами S и соответственно притягивают полюса S и N магнитного ротора и удерживают его неподвижно. ШАГ 1 При отключении обмотки А1 и подключении обмотки А2 нижняя часть статора 1 становится полюсом N. Этот полюс перемещается по статору вправо от исходного положения. В результате S-полюс ротора притягивается, и ротор поворачивается вправо на шаг. ШАГ 2 При отключении обмотки В1 и подключении обмотки В2 нижняя часть статора 2 становится полюсом N. Этот полюс перемещается по статору вправо от исходного положения. Как и в предыдущем случае S-полюс ротора притягивается, и ротор поворачивается вправо на шаг. 3.3.1 Цепь сервопривода регулятора оборотов холостого хода (ISC) От управляющего реле двигателя Сервопривод регулятора оборотов холостого хода Обмотка А1 Обмотка А 2 Обмотка В 1 Обмотка В 2 ■—ДОИВ/—
(р^Цтг 2 Tr 3 А. Tr 1
-^Tr 4
Engine-ECU Рис. 4.29 Шаговый электродвигатель, показанный на рис.4.26 работает при последовательной подаче тока на различные фазовые обмотки, начиная с обмотки А. Аналогично работает и сервопривод регулятора холостого хода, показанный на рис 4.29. Электронный блок управления двигателем сначала включает транзистор Tr-i, чтобы запитать катушку А-ь а затем транзистор Tr4, чтобы запитать катушку В2. Продолжение идет в следующем порядке: (В! и А2) ^ (А2 и В2) ^ (В2 и А!) ^ (А! и В!). В этом случае шаговый электродвигатель вращается по часовой стрелке. Электродвигатель реверсируется (изменяет направление вращения ротора), если катушки будут подключаться в следующем порядке: (А! и В2) ^ (В2 и А2) ^ (А2 и В!) ^ (В! и А!). 3.4 Выключатель кондиционера Плавкая в ставка Реле электродвигателя вентилятора Выключатель электродвигателя вентилятора Выключатель кондиционера и обогревателя стекла Двойного переклю очатель давления На рис. 4.30 показана блок схема цепи кондиционера (эта схема соответствует модели Pajero iO !999 года выпуска). зажигания (IG2), электродвигателя
При включении включается реле вентилятора. Если после этого    выключатель электродвигателя вентилятора перевести в положение "О^', сигнал "Включить кондиционер" поступает на вывод 45 электронного блока управления двигателя. С небольшой задержкой, электронный блок управления двигателем подключает реле компрессора кондиционера и компрессор включается. Время задержки включения кондиционера необходимо для того, чтобы предотвратить снижение частоты вращения двигателя на режиме холостого хода двигателя. Engine-ECU На рис.4.3! показана цепь интегрального регулятора напряжения (эта схема соответствует модели Pajero iO "1999 года выпуска). Рис. 4.30 3.5 Вывод FR генератора
Наличие вывода FR генератора позволяет определить коэффициент заполнения (duty ratio), который пропорционален времени запитывания обмотки возбуждения генератора и, следовательно, выходному току генератора. При увеличении электрической нагрузки, напряжение на выводе FR генератора понижается, что связано с более продолжительным временем нахождения силового транзистора во включенном состоянии (если транзистор включен, то напряжение на нем низкое). Рис. 4.32 С вывода FR генератора снимается сигнал состояния обмотки возбуждения генератора (duty ratio) и поступает в электронный блок управления двигателем. По этому сигналу электронный блок управления двигателем "определяет" выходной ток генератора и, в зависимости от нагрузки на генератор, приводит в действие сервопривод регулятора холостого хода. Это стабилизирует обороты холостого хода при изменении электрической нагрузки. При включенном силовом транзисторе регулятора напряжения через обмотку возбуждения протекает ток, и генератор активно вырабатывает электрическую энергию. Когда силовой транзистор выключается, электрическая энергия, вырабатываемая генератором, быстро уменьшается. Таким образом, величина тока на выходе генератора зависит от соотношения времени включенного и выключенного состояния силового транзистора, чем больше он включен, тем больше ток (ON duty). Напряжение на выводе FR низкое, при включенном транзисторе (ON), и высокое при выключенном (OFF) транзисторе, поэтому, чем больше он включен, тем ниже напряжение. Поэтому, рабочий режим силового транзистора регулятора напряжения или выходной ток генератора может быть определен по величине напряжения на выводе FR генератора. Когда выходное напряжение генератора достигает номинального уровня (около 14,4 В), силовой транзистор закрывается, а когда выходное напряжение падает ниже номинального значения, то силовой транзистор открывается. Таким образом, выходное напряжение генератора поддерживается постоянным. 3.6 Вывод “G” генератора Блок управления двигателем ограничивает ток генератора, изменяя проводимость между выводом генератора G и «массой» (duty control). Рис 4 32 14,4 В или больше При отсутствии проводимости между выводами G и «массой» (100% duty), транзистор Tr1 остается всегда во включенном состоянии и никак не влияет на работу реле-регулятора и генератора. Работа реле-регулятора ничем не отличается от обычного генератора без выводов FR и G. 12,3 В или больше Рис. 4.33 Когда вывод G соединяется с «массой» (0% duty) и транзистор Tr1 закрывается. В этом случае на диод Зенера через (верхний по схеме) диод подается напряжение с вывода S (напряжение аккумулятора примерно 12,3 В). Управляющий транзистор Tr2 открывается, а силовой транзистор Tr3 закрывается. Вследствие этого ток в обмотке возбуждения пропадает, и электропитание автомобиля на короткий промежуток времени (примерно 0,5 сек) осуществляется от аккумуляторной батареи. За это время блок управления успевает увеличить обороты двигателя и подключает генератор к нагрузке уже совсем при других - частота вращения ротора генератора больше. Такое управление генератором снижает вероятность выхода его из строя. 3.7 Управление током генератора При работе двигателя, электронный блок управления двигателем осуществляет управление проводимостью между выводом “G” и "массой". (В этом случае, осуществляется управление проводимостью вывода G (OFF duty) по сигналу с вывода FR силового транзистора регулятора напряжениями duty)). Например, включение фар головного света вызывает резкое потребление электроэнергии, но блок управления двигателем, получив сигнал о включении света фар, оценивает коэффициент загрузки обмотки возбуждения генератора и параметры текущего состояния двигателя. Вычисляется необходимая топливная добавка, которая предотвращает снижение оборотов двигателя, работающего на режиме холостого хода. Кроме этого, за счет повышения оборотов двигателя повышается частота вращения ротора генератора - тем самым устраняется резкое повышение выходного тока генератора, что защищает обмотку возбуждения генератора от перегрева. (В переходный период, когда генератор еще не производит достаточно энергии, аккумуляторная батарея отдает часть энергии на фары головного света). В течение около 0,5 с после того, как включается датчик-выключатель давления рабочей жидкости в рулевом управлении, и также около 0,5 с после перемещения селектора АКПП из положения "N" в положение "D", электронный блок управления двигателем управляет напряжением на выводе "G" ( коэффициент заполнения OFF duty 30%), для подавления резкого повышения мощности отдаваемого генератором. Управление выходным током генератора не производится в следующих случаях: •    При высоких оборотах двигателя; •    При температуре охлаждающей жидкости ниже 50°С; •    При включенном кондиционере; •    Более 0,5 с после включения датчика-выключателя давления рабочей жидкости рулевого управления; •    Более 0,5 с после перемещения селектора АКПП из положения "N" в положение "D"; •    Первые 3 с после запуска двигателя. Если высокий выходной сигнал на выводе “FR” длится более 20 с во время работы двигателя, электронный блок управления двигателем принимает его и считает, что разорвана цепь вывода "FR" генератора и «запоминает» код неисправности (No. 64 или P1500) и удерживает вывод “G” генератора всегда в выключенном состоянии. Генератор продолжает работу как обычный, без дополнительных выводов. Рис. 4.34
Датчик температуры охлаждающей жидкости Ь Датчик положения коленчатого вала Выключатель кондиционера Датчи к-вы кл ючател ь давления в системе ГУР Выключатель зажигания - ST
FR G
И
3.8 Датчик давления рабочей жидкости в рулевом управлении Для определения нагрузки на рулевом управлении используется датчик давления рабочей жидкости. Существуют два типа датчиков: датчики-выключатели и датчики давления. а) Датчик-выключатель Датчик-выключатель представляет собой контактный выключатель. При повышении давления масла гидроусилителя в случае поворота рулевого колеса на вход блока управления двигателем поступает сигнал ВКЛ (контакты замкнуты). В соответствии с полученным сигналом блок управления двигателем предотвращает снижение оборотов двигателя в результате увеличения нагрузки. Датчи к-вы кл ючател ь давления в системе ГУР
Давление масла Напряжение, В Давление масла Низкое Давление масла: Высокое ON Давление, МПа Рис. 4.35 Напряжение, В Давление, МПа
b) Датчик давления Датчик давления в Датчик давления имеет линейную характеристику и выдаёт сигнал пропорциональный величине давления в гидроусилителе. Блок управления двигателем управляет оборотами холостого хода в соответствии с изменениями давления и изменением нагрузки. 3.9 Датчик положения селектора передач АКПП (также выполняет роль блокировки режима старта) Датчик определяет каждое положение переключателя селектора АКПП. Замок зажигания IG 1
Датчик положения селектора АКПП Клемма Главное S стартера реле Рис. 4.37 4. Проверка полученных знаний 1)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) Воздушный клапан увеличенных оборотов холостого хода при прогреве двигателя применяется в системе управления холостым ходом с ограничителем воздушного потока. □    (b) Сервопривод регулятора оборотов холостого хода изменяет положение клапана и, тем самым, изменяет расход воздуха двигателем. □    (с) В системе с ограничителем воздушного потока применяется биметаллический элемент. 2)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) При работе двигателя в режиме холостого хода воздух поступает в двигатель через: дроссельную заслонку, винт для регулирования оборотов холостого хода (SAS), сервоклапан регулятора оборотов холостого хода, воздушный клапан увеличенных оборотов холостого хода (или ограничитель воздушного потока). □    (b) Винт регулирования оборотов холостого хода (SAS) применяется для регулирования базовой частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода. □    (с) Винт заводской регулировки оборотов холостого хода (FIXED SAS - винт-упор дроссельной заслонки) является механизмом для регулирования зазора между дроссельной заслонкой и корпусом дроссельной заслонки. Регулирование этого зазора является периодическим действием при техническом обслуживании. 3)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) Управление холостым ходом двигателя заключается в подстройке действительных оборотов холостого хода к заданному значению из базы данных. □    (b) Система управления холостым ходом двигателя имеет электрическое управление ограничителем воздушного потока. □    (c) Система управления холостым ходом использует программный метод и метод регулирования с обратной связью. 4)    Отметьте неверное утверждение. □    (а) При включении кондиционера, срабатывает система программного управления. □    (b) При перемещения селектора АКПП из положения "N" в положение "D", срабатывает система программного управления. □    (c) При выключении датчика-выключателя полностью закрытой дроссельной заслонки, срабатывает система регулирования с обратной связью. Глава 5 Система снижения токсичности 1. Отработавшие газы CH, O2, N2 H2O, CO2, N2 Рис. 5.1 Автомобильные двигатели производят полезную работу за счет сжигания топлива в основном состоящего из углеводородов СН. Топливо (СН) смешиваясь с воздухом, состоящим на 21% из кислорода О2 и на 78% из азота N2, в определенном соотношении попадает в камеру сгорания. Если соотношение воздуха и топлива соответствует стехиометрическому отношению (14,7:1), то топливо сгорает полностью. В случае его “идеального” сгорания отработавшие газы состоят из воды H2O, углекислого газа CO2 и азота N2, который не учувствует процессе горения. CH, O2, N2 H2O, CO2, N2 СН, СО, NOx Рис. 5.2 К сожалению реальные процессы сгорания, по ряду причин отличаются от “идеального” сгорания, поэтому в отработавших газах кроме воды H2O, углекислого газа CO2 и азота N2, ещё присутствуют углеводороды СН, окись углерода СО (угарный газ) и оксиды азота NOx. Эти выбросы загрязняют окружающую среду, поэтому существуют строгие ограничения на выброс этих вредных веществ. ок. 1 4% Рис. 5.3 Состав ОГ бензиновых двигателей Вредные выбросы, образующие при сгорании топлива в бензиновом двигателе составляют лишь небольшую часть общей массы отработавших газов, около 1-2%. 1.1 Состав отработавших газов
1.2 Вредные компоненты в отработавших газах и их влияние на человеческий организм Вредными компонентами считаются такие компоненты, содержащиеся в отработавших газах, которые оказывают непосредственное или косвенное воздействие на окружающую среду и человеческий организм. Каждый из них оказывает различное воздействие: •    Окись углерода СО (угарный газ): возникает в результате неполного сгорания топлива. Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, взрывоопасен и очень ядовит. Он обладает способностью увеличивать скорость разрушения гемоглобина находящегося в крови примерно в 300 раз, тем самым, блокируя поступления кислорода, и способен вызвать смерть при относительно малой концентрации в воздухе (объёмная концентрация 0,3% может привести к смерти человека в течение 30 мин) •    Оксиды азота NOx: (NO, NO2, N2O и другие) образуются при сгорании в двигателе под воздействием высокой температуры и давления при наличии избытка кислорода. Некоторые из них токсичны и вызывают расстройство центральной нервной системы и дыхательной системы в зависимости от уровня концентрации этого компонента и продолжительности его вдыхания. •    Углеводороды СН: появляются в результате неполного сгорания топлива и могут появляться в различных формах (например, С6Н6, С8Н18 и др.) и их действие на организм человека различно. Некоторые из них вызывают раздражение органов чувств, а другие развитие злокачественных опухолей. •    Углеводороды СН и оксиды азота NOx: распределение этой смеси в атмосфере воздуха приводит к образованию фотохимического смога при сильном солнечном свете. Фотохимический смог состоит из озона, альдегидов и нитратов, вызывающий раздражение кожи, слизистых оборочек и глаз. 1.3 Механизм образования вредных компонентов 1.3.1 Образование СО Окись углерода СО образуется в результате неполного сгорания топлива (бензина). Если топливовоздушная смесь имеет недостаточное количество воздуха для полного сгорания топлива (смесь богатая), то концентрация, образующего СО увеличивается. В некоторых случаях допускается работа двигателя при соотношении воздух-топливо большем, чем стехиометрическое соотношение и это считается его нормальным режимом работы (например, режим запуска и прогрева после пуска, режимы ускорения и полной нагрузки). Рис. 5.4 Образование СО практически полностью зависит только от отношения массы воздуха к массе топлива. Концентрация СО уменьшается при сгорании бедных и увеличивается при сгорании богатых топливовоздушных смесей. 1.3.2 Образование СН Углеводороды в отработавших газах появляются в результате неполного сгорания топлива. Образование СН происходит на всех режимах работы двигателя и зависит от многих факторов (формы камеры сгорания, зазоров между поршнем и цилиндром, угла опережения зажигания, фаз газораспределения и др.), и поэтому их содержание в отработавших газах зависит не только от отношения массы воздуха к массе топлива, но и от конструкции двигателя. Углеводороды, образующиеся в результате неполного сгорания: В тех случаях, когда смесь (воздух, топливо, остаточные газы) с трудом сгорает в камере сгорания двигателя из-за её неоптимального состава (например, при значительной концентрации в смеси остаточных газов, во время торможения двигателем, при работе на бедных смесях), увеличивается количество несгоревшего топлива или появляются пропуски воспламенения. Это приводит к значительному выбросу углеводородов в атмосферу. Углеводороды, образующиеся в процессе нормального сгорания: При нормальном протекании процесса сгорания углеводороды образуются вследствие неполного сгорания смеси в пристеночной зоне и в “мёртвых” объёмах, образующихся в щели между днищем поршня и головкой блока цилиндров («щелевой эффект»), между боковой стенкой поршня до первого кольца и стенкой цилиндра, и в пристеночных зонах камеры сгорания. Рис. 5.6 Концентрация СН минимальная точке, в которой отношение воздух-топливо примерно равно 18:1. Это происходит в связи с уменьшением количества топлива в пристеночных зонах при переобеднении смеси. Увеличение концентрации СН при дальнейшем обеднении связано с возникновением пропусков воспламенения. 1.3.3 Образование NOx Большая часть оксидов азота NOx состоит из окислов азота NO, которые образуются в процессе сгорания в результате реакции взаимодействия между азотом N2 и кислородом O2 в условиях высокой температуры и давления при наличии избытка кислорода. Концентрация NOx, ppm (расчетное значение) Температура в камере сгорания, °К Рис. 5.7 В результате проведённых исследований, установлено, что основными факторами, влияющими на количество образующихся окислов азота NO является величина концентрации кислорода О2 и величина максимальной температуры в камере сгорания. При увеличении температуры в камере сгорания количество образующихся оксидов азота NOx резко увеличивается. PPm Воздушно-топливное соотношение Рис. 5.8 При сгорании богатой топливной смеси количество образующихся оксидов азота снижается, что связано с уменьшением количества кислорода О2. В точке, когда отношение воздух-топливо примерно равно 16:1 концентрация NOx достигает максимального значения. Это связано с увеличением температуры в камере сгорания, которая максимальна именно при таком воздушно-топливном соотношении. 1.4 Другие компоненты отработавших газов Кроме вредных компонентов в отработавших газах содержатся азот N2, кислород О2, углекислый газ СО2, вода Н2О и двуокись серы SO2. Концентрация кислорода О2 и углекислого газа СО2 в отработавших газах изменяется и служит хорошим “индикатором” процессов сгорания. 1.4.1 Образование СО2 Углекислый газ СО2 возникает в результате сгорания бензина содержащего углерод при его полном окислении (неполное окисление приводит к образованию СО). При “идеальном” сгорании топлива образуется углекислый газ СО2 и вода Н2О. Рис. 5.9 Концентрация СО2 достигает максимума при стехиометрическом соотношении и служит хорошим индикатором эффективного сгорания. Снижение концентрации СО2 в отработавших газах происходит в случае отклонения воздушно-топливного соотношения от стехиометрического, наличия пропусков воспламенения или наличия механических проблем в двигателе приводящих к нарушению процессов сгорания. 1.4.2 Кислород О2 Концентрация кислорода в отработавших газах служит хорошим индикатором работы двигателя на обедненных топливовоздушных смесях. Характер изменения количества кислорода О2 в отработавших газах противоположен характеру изменения СО. Большая концентрация кислорода О2 возникает при работе двигателя на обедненных, а большая концентрация СО при работе на обогащенных смесях. 1.4.3 Образование двуокиси серы SO2 Двуокись серы SО2 возникает в результате сгорания бензина содержащего небольшое количество серы. Это бесцветный негорючий газ и его концентрация в отработавших газах очень мала. В результате химических процессов происходящих в катализаторе он преобразуется в сероводород, имеющий характерный запах тухлых яиц. 1.5 Причины превышения концентрации вредных выбросов в отработавших газах Увеличение концентрации СН, СО или NOx в отработавших газах происходит в следующих случаях: •    Увеличение СН происходит в случае появления пропусков зажигания (неисправности системы зажигания) или пропусков воспламенения (неисправности топливной системы, работа двигателя на слишком бедных или богатых топливовоздушных смесях). •    Увеличение СО происходит в случае работы двигателя на слишком богатых топливовоздушных смесях. •    Увеличение NOx происходит в случае увеличения температуры в камере сгорания. 1.5.1 Образование СН Высокая концентрация углеводородов в отработавших газах обычно возникает в случае пропусков воспламенения в двигателе в следующих случаях: 1.    Неисправности системы зажигания, приводящие к снижению вторичного напряжения: •    распределитель зажигания (в системе зажигания с распределителем) •    свечи зажигания •    высоковольтные провода •    катушки зажигания 2.    Переобеднение топливовоздушной смеси: •    подсос воздуха во впускной коллектор 3.    Неисправности системы рециркуляции отработавших газов EGR: •    исполнительный клапан системы перепускает слишком большое количество отработавших газов или полностью открыт •    неисправность электромагнитного клапана системы EGR •    засорение или повреждения воздушных шлангов системы EGR 4.    Засорение топливных форсунок. 5.    Неправильная работа системы обратной связи приводящая к смещению регулирования в сторону обеднения смеси 6.    Ошибочный сигнал на входе блока управления двигателем: •    неверное определение нагрузки •    неверное определение температуры охлаждающей жидкости •    неверное определение количества О2 •    неверное определение положения дроссельной заслонки 7.    Утечка выхлопных газов через выпускные клапана: •    неправильно отрегулированный тепловой зазор выпускных клапанов (слишком маленький зазор) •    прогорание клапана или седла 8.    Нарушение работы системы зажигания: неверное значение базового угла опережения зажигания неверный сигнал на входе блока управления двигателем Большое количество картерных газов: износ поршневых колец или цилиндров двигателя Низкая компрессия. Отложения нагара на впускных клапанах. Образование СО Высокая концентрация СО в отработавших газах наблюдается в случае работы двигателя на богатой топливовоздушной смеси. Это может происходить по следующим причинам: 1.    Повышенное топливное давление. 2.    Подтекание форсунок. 3.    Разрыв диафрагмы регулятора давления топлива. 4.    Неисправности системы улавливания паров топлива. 5.    Попадание большого количества картерных газов во впускной коллектор. 6.    Засорение клапана или отверстий системы принудительной вентиляции картера. 7.    Неправильная работа системы обратной связи приводящая к смещению регулирования в сторону обогащения смеси. 8.    Ошибочный сигнал на входе блока управления двигателем: •    неверное определение нагрузки •    неверное определение температуры охлаждающей жидкости •    неверное определение количества О2 •    неверное определение положения дроссельной заслонки 1.5.3 Образование NOx Высокая концентрация NOx происходит в случае увеличения температуры в камере сгорания в следующих случаях: 1.    Неисправности системы охлаждения: •    недостаточное охлаждение радиатора воздушным потоком (засорение или некорректная работа системы управления вентилятором) •    недостаточное количество охлаждающей жидкости •    заедание термостата в закрытом или слегка приоткрытом положении •    засорение радиатора или системы охлаждения 2.    Переобеднение топливовоздушной смеси: •    подсос воздуха во впускной коллектор (в случае использования AFS) 3.    Неправильная работа системы обратной связи приводящая к смещению регулирования в сторону обеднения смеси. 4.    Нарушение работы системы обратной связи по причине неисправности кислородного датчика •    низкая частота переключения кислородного датчика •    смещение напряжения (увеличение) средней точки переключения кислородного датчика 5.    Нарушение или неэффективная работа системы рециркуляции отработавших газов EGR: •    засорение каналов, приводящее к уменьшению количества перепускаемых газов. •    неисправность исполнительного клапана системы EGR. •    неисправность электромагнитного клапана системы EGR. •    отсутствие управляющего сигнала на электромагнитном клапане системы EGR. •    засорение отверстий расположенных на дроссельной заслонке. •    засорение или повреждения воздушных шлангов системы EGR 6.    Нарушение работы системы зажигания: •    неверное значение базового угла опережения зажигания •    неверный сигнал на входе блока управления двигателем •    нарушение работы системы обратной связи использующей датчик детонации 7.    Отложения нагара на впускных клапанах. 2. Принцип действия системы снижения токсичности 2.1    Система принудительной вентиляции картера 2.1.1    Схема системы Атмосферный воздух Картерные газы Рис. 5.11 Система принудительной вентиляции картера предотвращает попадание картерных газов в атмосферу и состоит из клапана принудительной вентиляции картера (PCV valve), воздухоподводящей и вентиляционной трубки. Очищенный воздух из воздушного фильтра поступает через воздухоподводящую трубку в пространство под крышкой головки блока цилиндров и смешивается там с газами, прорвавшимися между поршнем и цилиндром. Картерные газы, перемешанные со свежим воздухом, под действием разряжения поступают во впускной коллектор через клапан принудительной вентиляции картера (клапан PCV). Перемещение плунжера клапана PCV осуществляется пропорционально величине разряжения во впускном коллекторе. С целью обеспечения устойчивой работы двигателя на малых нагрузках количество картерных газов попадающих во впускной коллектор уменьшается, а на больших нагрузках увеличивается для увеличения эффективности работы системы вентиляции. Неисправности системы принудительной вентиляции картера могут приводить к изменению соотношения воздух-топливо. Например, в случае засорения клапана нормальная циркуляция картерных газов нарушается, и в результате этого воздушно-топливная смесь может переобогащаться. Кроме этого, в случае засорения клапана может появиться течь масла через уплотнения из-за увеличения давления картерных газов. При нарушении нормальной работы системы картерные газы могут попадать во впускную систему через воздухоподводящую трубку. Это может привести к попаданию масла во впускную систему и засорению воздухоподводящей трубки. Если обнаруживаются следы масла во впускной системе, то необходимо проверить работу системы вентиляции картерных газов. 2.1.2 Клапан PCV (принудительной вентиляции картера) Количество Во впускной коллектор Плунжер К клапанной крышке Пружина Пружина
картерных газов Высокая нагрузка -М- Холостой ход
Разряжение
Рис. 5.12 Перемещение плунжера клапана PCV зависит от разряжения во впускном коллекторе. При низкой нагрузке на двигатель разряжение во впускном коллекторе высокое. Под его воздействием плунжер клапана, перемещаясь влево, сжимает пружины, и уменьшает проходное сечение. Количество картерных газов попадающих во впускной коллектор в этом случае минимальное. При равномерном движении автомобиля разряжение уменьшается, плунжер перемещается правее и количество перепускаемых картерных газов увеличивается. При резком ускорении или в режиме максимальной нагрузки разряжение во впускном коллекторе невысокое, а количество картерных газов максимальное. Плунжер клапана перемещается вправо и максимально увеличивает проходное сечение клапана, тем самым, обеспечивая максимально возможное количество перепускаемых картерных газов. При неработающем двигателе под воздействием пружин плунжер находится в крайнем правом положении и клапан полностью закрыт. Нагрузка двигателя Разрежение Положение плунжера Расход картерных газов Малая Высокое Перемещается влево Малый Средняя Среднее Находится посередине Средний Большая Низкое Перемещается вправо Большой 2.2 Система улавливания паров топлива
м ^ ЗаслонкИ ИИ ж, ^ .А, . CV) . г .Ж \ Электромагнитный клапан продувки адсорбера
f Датчик расхода воздуха Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе
топливного Рис. 5.13

Датчик атмосферного давления Датчик положения дроссельной заслонки Датчик положения ^ коленчатого вала
Engine-ECU
Система улавливания паров топлива предотвращает выброс паров топлива, образующихся в топливном баке, в атмосферу. Пары топлива из бака проходят через двухходовой клапан, (он создает определенный уровень давления паров топлива в баке) и систему трубок/шлангов в адсорбер для их накопления. При работе двигателя, электромагнитный клапан продувки адсорбера включается по команде электронного блока управления двигателем, и пары топлива, накопленные в адсорбере, проходят через электромагнитный клапан продувки, продувочный канал и поступают во впускной коллектор, где затем сжигаются в камере сгорания двигателя. При низкой температуре охлаждающей жидкости или при малом расходе воздуха (режим холостого хода), электронный блок управления двигателем выключает электромагнитный клапан продувки адсорбера. При этом прекращается поступление паров топлива во впускной коллектор. Это не только улучшает приемистость автомобиля при движении с холодным двигателем или с малой нагрузкой, но и стабилизирует уровень вредных выбросов. 2.2.1 Схема системы
Ограничитель по переполнению (выравнивающая трубка) Датчик уровня топлива (2-х ходовой клапан) г—KZ/ Пробка топливного бака (с вакуумным клапаном)
Электромагнитный клапан продувки адсорбера Обратный клапан (Требование FMVSS 301) Адсорбер Рис. 5.14
Паровой клапан
Объём для компенсации теплового расширени
Активированный уголь
Топливо Топливный насос с фильтром
Продувочный воздух Пары топлива
2.2.2 Адсорбер К электромагнитному клапану продувки адсорбера Пары топлива из бака Активированный уголь Фильтр Атмосферный воздух Рис. 5.15 При неработающем двигателе, пары топлива, образующиеся внутри топливного бака, переходят в адсорбер и накапливаются в нем. При работающем двигателе, пары топлива, накопившиеся в адсорбере, через открытый электромагнитный клапан продувки адсорбера, попадают за счет имеющегося разряжения во впускной коллектор. 2.2.3 Электромагнитный клапан продувки адсорбера Во впускной коллектор От адсорбера От управляющего реле
Электромагнитный клапан продувки адсорбера
Рис. 5.16 Электромагнитный клапан продувки адсорбера представляет собой клапан типа - (ON)/(OFF). При подаче напряжения на обмотку электромагнитного клапана он открывается, и топливные пары из адсорбера отсасываются во впускной коллектор. При отсутствии напряжения он закрыт. Датчик расхода воздуха или датчик абсолютного давления Датчик температуры охлаждающей жидкости Датчик положения коленчатого вала Аккумуляторная Зр    батарея Рис. 5.17 Система рециркуляции отработавших газов (EGR) предназначена для снижения выбросов оксидов азота (NOx). При повышении температуры сгорания воздушно-топливной смеси, в цилиндре двигателя образуется большое количество оксидов азота (NOx). Система EGR возвращает часть отработавших газов во впускной коллектор. Поскольку отработавшие газы инертны, то количество кислорода в камере сгорания уменьшается, что приводит к снижению температуры цикла в цилиндре двигателя и снижению концентрации оксидов азота (NOx). 2.3 Система рециркуляции отработавших газов (EGR)
При движении автомобиля в режиме средних нагрузок необходим большой поток перепускаемых газов, а при движении с невысокими нагрузками на двигатель или с малой скоростью поток газов необходимо уменьшать. Система EGR может существенно ухудшить работу двигателя или его характеристики на некоторых режимах работы двигателя и поэтому ее отключают в следующих случаях: •    низкая температура охлаждающей жидкости; •    двигатель работает в режиме холостого хода; •    полностью открытая дроссельная заслонка. Если количество перепускаемых газов слишком большое, то крутящий момент и мощность двигателя могут существенно снизиться, а если слишком маленькое, то возможно возникновение детонации и увеличение выбросов NOx. Система EGR состоит из исполнительного клапана, электромагнитного клапана и соединительных шлангов. Существуют два различных способа управления системой EGR. 2.3.1 Управление ON / OFF При низкой температуре охлаждающей жидкости, полностью открытой дроссельной заслонке или на режиме холостого хода блок управления двигателем выключает электромагнитный клапан EGR и исполнительный клапан закрывается. В этом случае рециркуляция отработавших газов не осуществляется. При движении автомобиля во всех других случаях, электромагнитный и исполнительный клапаны открыты и в вакуумную камеру исполнительного клапана EGR подается разрежение, которое создается потоком воздуха, проходящего по обрезу дроссельной заслонки. Шток исполнительного клапана поднимается, и отработавшие газы проходят во впускной коллектор. 2.3.2 Импульсное управление (duty control - широтно-импульсная модуляция) В системе рециркуляции отработавших газов (EGR) с электронным управлением, количество перепускаемых отработавших газов регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции управляющего сигнала(^у control), подаваемого на электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов (EGR). Чем больше коэффициент заполнения импульса, тем больше количество перепускаемых отработавших газов. Напряжение, В Коэффициент заполнения = t/T- 100% Рис. 5.18    Время, мс 2.3.3 Исполнительный клапан системы рециркуляции отработавших газов (EGR) Рис. 5.19 Клапан системы рециркуляции отработавших газов (EGR), использует диафрагменный механизм для управления потоком отработавших газов. Запорный конус клапана перемещается в соответствии с величиной разрежения, подаваемого в полость над диафрагмой. Когда усилие от действия разрежения превысит усилие пружины, клапан открывается, как показано на рисунке выше, и отработавшие газы поступают во впускной коллектор. 2.3.4 Электромагнитный клапан управления системой рециркуляции отработавших газов (EGR) К клапану системы рециркуляции отработавших газов EGR От корпуса дроссельной заслонки Рис. 5.20 Электромагнитный клапан системы EGR управляет величиной разряжения подаваемого к исполнительному клапану по сигналу от блока управления двигателем. Используются клапаны двух типов: •    "включен"- "выключен" (ON/OFF). •    с ШИМ - широтно-импульсной модуляцией (duty control). 2.4. Каталитический нейтрализатор Клапан принудительной вентиляции картера (PCV valve) Воздух Engine-ECU Рис. 5.21 Система снижения токсичности содержит в своем составе трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор, для эффективной работы которого необходимо поддерживать состав топливовоздушной смеси с высокой точностью. Эффективность “Окно” соотношение
Рис . 5.22
Из графика изображенного выше видно, что максимальная степень очистки отработавших газов от углеводородов (СН), оксидов углерода (СО) и оксидов азота (NOx) с помощью каталитического нейтрализатора достигается при стехиометрическом составе смеси. Для поддержания стехиометрического соотношения с необходимой высокой точностью (отклонения не более ±1%) используется система автоматического регулирования с обратной связью по сигналу кислородного датчика.
Сигнал датчика    Стехиометрическое
Кислородный датчик на основе оксида циркония генерирует ЭДС, зависящую от количества кислорода в отработавших газах. Эта зависимость показана на рис. 5.23 и как видно из рисунка электродвижущая сила резко возрастает при обогащении состава смеси и резко снижается при ее обеднении, реагируя даже на очень слабые колебания.
Следует подчеркнуть, что блок управления двигателем поддерживает состав смеси в очень узком диапазоне наиболее близким к стехиометрическому составу путем подстройки количества впрыскиваемого топлива в соответствии с сигналом кислородного датчика.
При работе прогретого двигателя на режимах низких и средних нагрузок, блок управления двигателем осуществляет управление с обратной связью по сигналу кислородного датчика (см. раздел "Работа с обратной связью" на стр. 2.16).
Двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в цилиндры (GDI) для достижения лучшей топливной экономичности и снижения содержания СО в отработавших газах, при небольших или умеренных нагрузках работают на обедённых смесях.
2.4.1 Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор
Каталитическое покрытие
Кислородный датчик Держатели каталитического блока Корпус Каталитический блок

Рис. 5.24
С сетчатой структурой
Со спиральной структурой
С рядной структурой
Для преобразования токсичных компонентов (СО, СН и NOx), содержащихся в отработавших газах, в безвредные вещества применяются комбинированные каталитические покрытия нейтрализатора (платино-родиевые или платино-родиево-палладиевые). Существует два типа трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов: шарикового (гранулированного) типа и монолитного (блочного) типа. Шариковый нейтрализатор состоит из шариков диаметром 2-4 мм, которые покрыты каталитическими материалами. Монолитный тип представляет собой сотовую структуру, поверхность которой покрыта каталитическими материалами. Практически все современные трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы имеют монолитную структуру. N2+H2O+CO2 В трехкомпонентном нейтрализаторе происходит одновременно две различные химические реакции: окисления и восстановления. Реакция восстановления приводит к образованию азота N2, а освободившийся при этом кислород О2 используется для реакции окисления окиси углерода СО и углеводородов СН, приводящей к образованию углекислого газа CO2 и воды H2O. 2.5. Винт регулировки состава смеси (переменное сопротивление) <Автомобили без каталитического нейтрализатора> Обогащение Рис. 5.26 Напряжение, В
Обеднение переменного резистора
Винт регулировки состава смеси измеряет сопротивление переменного резистора. Он используется для регулирования концентрации окиси углерода (СО) в отработавших газах при работе двигателя на режиме холостого хода. Электронный блок управления запрограммирован таким образом, чтобы иметь возможность изменять количество впрыскиваемого топлива в соответствии с положение переменного сопротивления. 3 Система бортовой диагностики (OBD) Бортовые системы самодиагностики OBD помимо определения неисправностей ориентированы на экологичность автомобиля и дополнительно отслеживают уровень токсичности отработавших газов. Кроме определения неисправности, ведущей к превышению порога токсичности отработавших газов (при этом включается сигнальная лампа неисправности), диагностическая система, соответствующая требованиям OBD должна дополнительно: •    запоминать неисправности •    запоминать определенные параметры в момент появления неисправности (FREEZE FRAME) •    определять нарушения процессов сгорания, которые могут привести к повреждению каталитического нейтрализатора 3.1 Диагностические коды неисправности (DTC) Диагностические коды систем E-OBD (для Европы), OBD-II (для США) и J-OBD (для Японии), отличаются от применяемых ранее двухзначных обозначений, и в соответствии с международными стандартами были изменены на пятизначные коды. Новый код неисправности начинается с буквы, за которой следует четыре цифры (ISO 15031-6/SAE J2012). Вследствие использования новых стандартов, общепринятый метод считывания диагностических кодов (с помощью мигания контрольной лампы индикации неисправности двигателя) больше не используется. Для считывания кодов неисправностей необходимо использовать диагностический прибор MUT-II или MUT-III._ Символ 1 Р Двигатель и трансмиссия В Кузов С Шасси U Сетевые связи (электрооборудование) Символ 2 Определитель кода 0 или 2 - Стандартизированный код по SAE/ISO 1 или 3 - Код завода-производителя Символ 3 Подсистема
Вся система    - Система управления составом смеси Система управления составом смеси (подача топлива, система наддува) Система зажигания/пропуски зажигания Дополнительные системы снижения токсичности Система холостого хода, круиз контроль, система кондиционирования Контроллер и его выходные цепи Трансмиссия Трансмиссия без электронного блока управления Символы 4/5 Порядковые номера отдельных элементов или систем (AFS, TPS и др.) Первый символ (буква) определяет систему, к которой относится код: ■    P - Power train - коды связанные с работой двигателя и/или АКПП ■    B - Body - коды связанные с работой “кузовных систем“ (SRS, центральный замок, электростеклоподъёмники и др.), ■    C - Chassis - коды относящиеся к шасси ■    U - Network - коды относящиеся к системе взаимодействия между электронными блоками (например, к шине CAN). Второй символ определяет группу, к которой относится код. OBD-II-коды имеют единый формат, однако по их расшифровкам подразделяются на две большие группы - основные коды, начинающиеся с 0 или 2 и дополнительные коды, начинающиеся с 1 или 3. Основные коды жестко стандартизированы и их расшифровка одинакова для всех автомобилей, поддерживающих OBD-II. Один и тот же основной код описывает одинаковую неисправность, вне зависимости, с какого автомобиля производится считывание. Например, код Р0102 означает одну и ту же проблему для любого автомобиля, поддерживающего требования OBD II / EOBD - низкий уровень сигнала датчика расхода воздуха. Сканер общего назначения GST может считывать и расшифровывать только коды группы P0. Дополнительные коды были введены автопроизводителями специально для расширения возможностей диагностики и различаются по разным маркам автомобилей. Расширенные коды (Р1ххх, РЗххх ), даже если имеют одинаковый номер, у разных производителей имеют разную расшифровку. Третий символ (или вторая цифра) определяет подсистему, к которой относится код, а четвертая и пятая позиции - это собственно номер кода, идентифицирующий цепь или компонент. 3.2 Принцип действия системы определения неисправностей (E-OBD) В основном принцип действия системы не отличается от обычной системы диагностики, за исключением того, что оценивается не только работоспособность систем и элементов, но и их влияние на уровень вредных выбросов отработавших газах. Для этого имеются дополнительные функции контроля: ■    катализатора ■    топливной системы ■    переднего и заднего датчиков кислорода ■    системы зажигания (определение пропусков воспламенения). Для наблюдения за состоянием нейтрализатора, на его выходе устанавливается второй кислородный датчик. Проверяемый параметр Проверяемое устройство Уровень токсичности отработавших газов Каталитический нейтрализатор Пропуски воспламенения в двигателе Кислородный датчик Топливная система (система впрыскивания топлива) Неисправность системы Система регулятора оборотов холостого хода (ISC) в двигателях с распределенным впрыскиванием топлива (MPI) Система электронного привода дроссельной заслонки (ETV) Система рециркуляции отработавших газов (EGR) Обрыв или короткое замыкание в цепи Датчик атмосферного давления Датчик температуры воздуха во впускном коллекторе Датчик расхода воздуха (AFS), датчик разрежения (MAP sensor) Датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) Датчик положения педали акселератора (APS) Датчик положения распределительного вала Датчик положения коленчатого вала Кислородный датчик Нагревательный элемент кислородного датчика Датчик детонации (на некоторых моделях автомобиля) Датчик давления топлива (система GDI) Форсунка (система MPI), формирователь сигналов управления форсунками (система GDI) При появлении неисправностей систем или датчиков контрольная лампа индикации неисправности двигателя загорается или начинает мигать, предупреждая водителя о возникшей неисправности. В некоторых случаях, при появлении неисправности, контрольная лампа включаться не будет. Включение контрольной лампы и запоминание кода неисправности происходит только в том случае, когда одна и та же неисправность повторилась в двух последовательных ездовых циклах (drive cycle)*. Если же неисправность обнаружилась только однажды и не повторилась при следующем цикле, контрольная лампа индикации неисправности двигателя не загорается. 3.3 Контрольная лампа индикации неисправности двигателя (Check Engine)
Рис. 5.27
Мигание контрольной лампы индикации неисправности двигателя происходит только тогда, когда появляется неисправность в электронном приводе дроссельной заслонки ETV (только для двигателя GDI). В этом случае включение индикации происходит сразу же после первого обнаружения неисправности. В этом случае также происходит запоминание диагностического кода неисправности -DTC. Контрольная лампа индикации неисправности двигателя гаснет, если неисправность не была обнаружена в течение трех последовательных циклах. Однако диагностический код неисправности остается в памяти блока управления. Для удаления диагностического кода из блока управления, необходимо использовать прибор MUT-II, MUT-III или сканер общего назначения (GST). В автомобилях с энергозависимой памятью диагностический код неисправности также может быть удалён путём отсоединения отрицательного провода от аккумуляторной батареи. * Ездовой цикл D/C - (drive cycle) - это промежуток времени, в течение которого были выполнены три условия: •    запуск двигателя •    движение автомобиля во время которого было проведено диагностирование соответствующей системы или датчика •    выключение зажигания. 3.4 Данные «стоп-кадр» (Freeze Frame) Если электронный блок управления двигателем определяет неисправность и сохраняет диагностический код этой неисправности, то в памяти также сохраняются данные, характеризующие состояние двигателя в момент возникновения неисправности. Последующий анализ этих данных с помощью диагностического прибора повышает эффективность поиска неисправностей. Данные “Freeze-Frame” записываются при первом появлении неисправности. Перезапись данных осуществляется только в случае возникновения неисправности с более высоким приоритетом. Приоритет: I: Отказы, связанные с нарушением топливоподачи и пропусками зажигания II: Другие отказы системы топливоподачи III: Отказы систем, не связанные с системой снижения токсичности. Данные, запоминаемые в момент возникновения неисправности (Freeze Frame data). Данные Единицы измерения или состояние системы Температура охлаждающей жидкости Обороты двигателя Скорость автомобиля Адаптивная коррекция подачи топлива в режиме ‘long term’ (долгосрочная коррекция) Адаптивная коррекция подачи топлива в режиме ‘short term’ (краткосрочная коррекция) Условия при управлении подачей топлива CL - Управление с обратной связью OL - Управление без обратной связи OL-DRV - Управление без обратной связи в режиме замедления/ускорения OL-SYS - Управление без обратной связи из-за неисправностей в системе CL-HO2S - Управление с обратной связью с использованием только переднего кислородного датчика, когда задний неисправен Определение степени загруженности двигателя Диагностические коды неисправности Примечание: ■    При стирании диагностических кодов неисправностей стираются также все данные из базы "Freeze frame" ■    Перечень параметров "Freeze frame" может быть различным для разных моделей автомобиля. 3.5 Диагностические коды Примеры диагностических кодов Контролируемые элементы Обнаруженные неисправности Диагности ческий код № Количество циклов, приводящее к загоранию MIL Каталитический нейтрализатор Блок цилиндров 1 Снижение эффективности Блок цилиндров 2 Снижение эффективности Снижение эффективности Датчик температуры каталитического нейтрализатора Обрыв цепи / короткое замыкание Кислородный датчик Блок цилиндров 1 (передний) Снижение эффективности /обрыв Блок цилиндров 1 (задний) Обрыв / короткое замыкание Блок цилиндров 2 (передний) Снижение эффективности /обрыв Блок цилиндров 2 (задний) Обрыв / короткое замыкание Нагревательный элемент кислородного датчика Блок цилиндров 1 (передний) Разрыв цепи / короткое замыкание Блок цилиндров 1 (задний) Разрыв цепи / короткое замыкание Блок цилиндров 2 (передний) Разрыв цепи / короткое замыкание Блок цилиндров 2 (задний) Разрыв цепи / короткое замыкание Пропуски воспламенения Система зажигания Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 1 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 2 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 3 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 4 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 5 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Цилиндр № 6 Пропуски воспламенения 1 или 2 D/C Система рециркуляции ОГ (EGR) Электромагнитный клапан (EGR) Разрыв цепи / короткое замыкание Разрыв цепи / короткое замыкание Непре рывно Система топливоподачи Группа 1 Коэффициент избытка воздуха Группа 2 Коэффициент избытка воздуха Система резервного управления составом смеси Работоспособность системы Испаритель Клапан адсорбера Разрыв цепи / короткое замыкание Система регулирования оборотов холостого хода (ISC) Работоспособность системы * MIL: Лампа индикации неисправности = Контрольная лампа индикации неисправности двигателя Контролируемые элементы Обнаруженные неисправности Диагности ческий код № Количество циклов, приводящее к загоранию MIL Система электронно-управ ляемой дроссельной заслонки (ETV) Система Работоспособность системы Мигание Положение обратной связи Работоспособность системы Мигание Сервопривод Работоспособность системы Мигание Шина связи Работоспособность системы Мигание Электродвигатель Работоспособность системы Мигание Контроллер Работоспособность системы Мигание Электромагнитный клапан ETV Работоспособность системы Мигание Электродвигатель Работоспособность системы Мигание Датчик положения дроссельной заслонки Разрыв цепи / короткое замыкание (1-й канал) ВКЛ. или мигает Рациональность проверки (2-й канал) Датчик положения педали акселератора Разрыв цепи/короткое замыкание ВКЛ. или мигает Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик расхода воздуха (AFS) Разрыв цепи / короткое замыкание Вакуумный датчик Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик атмосферного давления Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик температуры во впускном коллекторе Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик температуры охлаждающей жидкости в двигателе Разрыв цепи / короткое замыкание Рациональность проверки Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик детонации (на некоторых моделях) Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик положения коленчатого вала Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик положения распределительного вала Разрыв цепи / короткое замыкание Датчик скорости автомобиля Разрыв цепи (рациональность проверки) Датчик-выключатель полностью закрытой дроссельной заслонки (на некоторых моделях) Постоянно включен (короткое замыкание) Датчик-выключатель давления рабочей жидкости в рулевом управлении Постоянно включен (короткое замыкание) Датчик давления топлива Разрыв цепи / короткое замыкание Контролируемые элементы Обнаруженные неисправности Диагности ческий код № Количество циклов, приводящее к загоранию MIL Форсунка С 1-го по 6-й цилиндры Разрыв цепи От Р0201 до Р0206 Формиро Шина связи Разрыв цепи ватель сигналов управления форсунками Каждый цилиндр Разрыв цепи От Р0201 до Р0206 Генератор Вывод FR Разрыв цепи Иммобилайзер Разрыв цепи Датчик разрежения в системе тормозов Разрыв цепи / короткое замыкание Входной датчик скорости Проводимость цепи Выходной датчик скорости Проводимость цепи Электромагнитный клапан А переключения передач Проводимость цепи Электронное управление Электромагнитный клапан B переключения передач Проводимость цепи Электромагнитный клапан C переключения передач Проводимость цепи Электромагнитный клапан D переключения передач Проводимость цепи Электромагнитный клапан E переключения передач Проводимость цепи Электромагнитный клапан сцепления Т/С Проводимость цепи Датчик температуры масла АКПП Проводимость цепи Переключатель диапазонов Проводимость цепи Управляющее реле Проводимость цепи Датчик положения коленчатого вала Проводимость цепи Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) (кроме Pajero PININ) Проводимость цепи Датчик положения педали акселератора (APS) (для Pajero PININ) Проводимость цепи Датчик скорости автомобиля Проводимость цепи 3.6    Основные контролируемые элементы В соответствии с принятыми требованиями система Е-OBD должна контролировать сигналы датчиков и работу исполнительных механизмов, влияющих на выбросы вредных веществ. Кроме этого блок управления двигателем при помощи специальных программ-мониторов осуществляет тестирование некоторых систем и элементов двигателя по критериям качества их работы и влияние на токсичность отработавших газов. Основные проверяемые элементы: •    Каталитический нейтрализатор •    Система топливоподачи •    Пропуски воспламенения •    Кислородный датчик Проверка этих элементов (кроме пропусков воспламенения) не проводится при температуре охлаждающей жидкости двигателя ниже 30 С, температуре окружающего воздуха ниже -10 С или если атмосферное давление ниже 570 мм рт. ст. (Директива 98/69/ЕС). 3.7    Проверка кислородного датчика Эффективное управление уровнем токсичности отработавших газов достигается при работе системы топливоподачи с обратной связью по сигналу датчика кислорода. Наиболее важным элементом в этой системе является кислородный датчик установленный в выпускной системе. Задний кислородный датчик m
Топливная форсунка Передний кислородный датчик Рис. 5.28
При достижении рабочей температуры (около 400°С) датчик генерирует напряжение, которое обратно пропорционально количеству кислорода в отработавших газах. Это информация используется электронным блоком управления двигателем для вычисления продолжительности электрического импульса, подаваемого на форсунку, для получения стехиометрическое состава смеси (14,7 : 1). Исправный датчик должен генерировать напряжение в диапазоне от 0 до 1 В в зависимости от изменения концентрации кислорода в отработавших газах и быстро реагировать на эти изменения. Чтобы определить изменение состава воздушно-топливной смеси (бедная или богатая), выходное напряжение датчика должно колебаться около среднего (порогового) значения указанного диапазона (от 0 до 1 В) , т.е. около 0,5 В. Неисправный датчик может выдавать выходное напряжение, не превышающее пороговый уровень или очень медленно изменяющееся во времени. Методы контроля, которые применялись до внедрения системы Е-ОВD, позволяли определять явные неисправности датчика кислорода, но не позволяли определить снижение быстродействия или снижение эффективности работы датчиков. Например, замедленная реакция или снижение выходного напряжения являются признаками старения кислородного датчика. Следствием применения такого датчика будет являться нарушение оптимального состава воздушно-топливной смеси и увеличение токсичности отработавших газов. Для определения подобных неисправностей существуют методы испытания кислородных датчиков, основанные на принципе мониторинга параметров датчика, позволяющие определить общую степень изношенности датчиков или отдельные параметры, показатели которых выходят за рабочие пределы. Низкая частота переключения (медленная реакция) Рис. 5.29 Электронный блок управления двигателем начинает контролировать состояние кислородных датчиков, как только выходной сигнал переходит пороговое напряжение. Высокая частота переключения (быстрая реакция)
Контроль состояния происходит путем измерения числа переключений "богатая/бедная смесь" выходного сигнала кислородного датчика. Блок управления подсчитывает количество переключений за 10 секунд, что считается одной выборкой. За один ездовой цикл производится 7 выборок, и частота переключений определяется как средняя величина этих измерений. Если насчитывается менее 12 переключений, то кислородный датчик считается неисправным. Если же при анализе первой выборки насчитывается более 15 переключений, то электронный блок управления двигателем считает кислородный датчик полностью исправным и прекращает дальнейшую проверку. Число переключений равно 18 ! <-►! Условия, при которых происходит проверка состояния кислородного датчика Параметр Условия работы Температура охлаждающей жидкости в двигателе Рабочая температура (не менее 60°С) Нагрузка двигателя Частота вращения коленчатого вала двигателя 1250 - 3000 мин-1 Количество ездовых циклов для записи кода неисправности 2 цикла управления автомобиля (D/C) 3.8 Проверка состояния каталитического нейтрализатора Способность каталитического нейтрализатора накапливать в себе кислород является показателем его состояния. Работоспособный нейтрализатор накапливает кислород, необходимый для реакции окисления СН и СО, происходящей в нём. По мере износа каталитического нейтрализатора, его накопительная способность, а, следовательно, и эффективность его работы уменьшаются. Накопительная способность катализатора, может быть рассчитана косвенным образом, путём сравнения сигналов с двух кислородных датчиков. Передний кислородный датчик определяет количество кислорода в отработавших газах на входе в каталитический нейтрализатор, а задний на его выходе. Новый нейтрализатор способен накопить кислорода намного больше, чем его содержится в отработавших газах, поэтому количество кислорода на выходе нейтрализатора меньше, чем на его входе и изменение его уровня происходит медленно. Поэтому сигнал с переднего кислородного датчика имеет высокую частоту переключения, а сигнал заднего кислородного датчика почти не изменяется и имеет низкую частоту переключения. Состарившийся каталитический нейтрализатор уже не способен накапливать весь кислород, попадающий в него, поэтому частота переключений заднего кислородного датчика увеличивается и по мере старения нейтрализатора, приближается к частоте переключения переднего кислородного датчика. Передний
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я