Система управления двигателем: Особенности конструкции

Двигатели, устанавливаемые на автомобили Fiat Albea, оборудованы электронной системой управления двигателем (ЭСУД) с распределенным впрыском топлива. Эта система работает совместно с нейтрализатором отработавших газов, системой улавливания паров топлива и обеспечивает выполнение экологических норм при сохранении высоких динамических качеств и низкого расхода топлива. Электрическая схема системы впрыска топлива приведена в конце книги.

1. Прежде чем снять какие-либо узлы ЭСУД, отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.
2. Не пускайте двигатель, если наконечники проводов на аккумуляторной батарее плохо затянуты.
3. Никогда не отсоединяйте аккумуляторную батарею от бортовой сети автомобиля при работающем двигателе.
4. При зарядке аккумуляторной батареи отсоединяйте ее от бортовой сети автомобиля.
5. Не подвергайте ЭБУ температуре выше 65 °С в рабочем состоянии и выше 80 °С — в нерабочем (например, в сушильной камере). Если эта температура будет превышена, надо снять ЭБУ с автомобиля.
6. Не отсоединяйте от ЭБУ и не присоединяйте к нему разъемы жгута проводов при включенном зажигании.
7. Перед проведением электродуговой сварки на автомобиле отсоединяйте провода от аккумуляторной батареи и разъемы проводов от ЭБУ.
8. Все измерения напряжения выполняйте цифровым вольтметром, внутреннее сопротивление которого не менее 10 МОм.

Количество топлива, подаваемого форсунками, регулируется электрическим импульсным сигналом от ЭБУ. Электронный блок отслеживает данные о состоянии двигателя, рассчитывает потребность в топливе и определяет необходимую длительность подачи топлива форсунками (длительность импульса — скважность). Для увеличения количества подаваемого топлива ЭБУ увеличивает длительность импульса, а для уменьшения подачи топлива — сокращает.

ЭБУ обладает способностью оценивать результаты своих расчетов и команд, запоминать режимы недавней работы и действовать в соответствии с ними. «Самообучение», или адаптация ЭБУ, является непрерывным процессом, но соответствующие настройки сохраняются в оперативной памяти электронного блока до первого отключения питания ЭБУ.

Топливо подается по одному из двух методов: синхронному, т.е. при определенном положении коленчатого вала, или асинхронному, т.е. независимо или без синхронизации с вращением коленчатого вала. Синхронный впрыск топлива — наиболее часто применяемый метод. Асинхронный впрыск топлива применяется в основном в режиме пуска двигателя. ЭБУ включает форсунки последовательно. Каждая из форсунок включается через каждые 720° поворота коленчатого вала. Такой метод позволяет более точно дозировать топливо по цилиндрам и снизить уровень токсичности отработавших газов.

Количество подаваемого топлива определяется состоянием двигателя, т.е. режимом его работы. Эти режимы обеспечиваются ЭБУ и описаны ниже.

Когда коленчатый вал двигателя начинает прокручиваться стартером, первый импульс от датчика положения коленчатого вала вызывает импульс от ЭБУ на включение сразу всех форсунок, что позволяет ускорить пуск двигателя.

Первоначальный впрыск топлива происходит каждый раз при пуске двигателя. Длительность импульса впрыска зависит от температуры. На холодном двигателе импульс впрыска увеличивается для увеличения количества топлива, на прогретом — длительность импульса уменьшается. После первоначального впрыска ЭБУ переключается на соответствующий режим управления форсунками.

Режим пуска.

При включении зажигания ЭБУ включает реле электробензонасоса, который создает давление в магистрали подачи топлива к топливной рампе.
ЭБУ проверяет сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости и определяет необходимое для пуска количество топлива и воздуха.
Когда коленчатый вал двигателя начинает проворачиваться, ЭБУ формирует фазированный импульс включения форсунок, длительность которого зависит от сигналов датчика температуры охлаждающей жидкости. На холодном двигателе длительность импульса больше (для увеличения количества подаваемого топлива), а на прогретом — меньше.

Режим обогащения при ускорении.

ЭБУ следит за резкими изменениями положения дроссельной заслонки (по сигналу датчика положения дроссельной заслонки), а также за сигналом датчика массового расхода воздуха и обеспечивает подачу дополнительного количества топлива за счет увеличения длительности импульса впрыска. Режим обогащения при ускорении применяется только для управления топливоподачей в переходных условиях (при перемещении дроссельной заслонки).

Режим отключения подачи топлива при торможении двигателем.

При торможении двигателем с включенной передачей и сцеплением ЭБУ может на короткие периоды времени полностью отключить импульсы впрыска топлива. Отключение и включение подачи топлива в этом режиме происходят при создании определенных условий по температуре охлаждающей жидкости, частоте вращения коленчатого вала, скорости автомобиля и углу открытия дроссельной заслонки.

Компенсация напряжения питания.

При падении напряжения питания система зажигания может давать слабую искру, а механическое движение открытия форсунки может занимать больше времени. ЭБУ компенсирует это путем увеличения времени накопления энергии в катушках зажигания и длительности импульса впрыска.

Соответственно при повышении напряжения аккумуляторной батареи (или напряжения в бортовой сети автомобиля) ЭБУ уменьшает время накопления энергии в катушках зажигания и длительность впрыска.

Режим отключения подачи топлива.

При остановке двигателя (выключенном зажигании) топливо форсункой не подается, таким образом исключается самопроизвольное воспламенение смеси в перегретом двигателе. Кроме того, импульсы на открытие форсунок не подаются, если ЭБУ не получает «опорные» импульсы отдатчика положения коленчатого вала, т.е. это означает, что двигатель не работает.

Подача топлива отключается и при превышении предельно допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя для защиты двигателя от работы на недопустимо высоких оборотах.

Электронный блок управления (ЭБУ)

расположен в передней части моторного отсека рядом с аккумуляторной батареей на специальном кронштейне, прикрепленном к головке блока цилиндров двигателя, и представляет собой управляющий центр электронной системы управления двигателем. Он непрерывно обрабатывает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность отработавших газов и эксплуатационные показатели автомобиля.

В ЭБУ поступает следующая информация:

• — положение и частота вращения коленчатого вала;
• — положение распределительного вала;
• — температура охлаждающей жидкости;
• — температура и давление всасываемого воздуха;
• — положение дроссельной заслонки;
• — содержание кислорода в отработавших газах;
• — наличие детонации в двигателе;
• — скорость автомобиля;
• — напряжение в бортовой сети автомобиля;
• — запрос на включение кондиционера.

На основе полученной информации ЭБУ управляет следующими системами и приборами:

• — топливоподачей (форсунками и электробензонасосом);
• — системой зажигания;
• — регулятором холостого хода;
• — адсорбером системы улавливания паров бензина;
• — вентиляторами системы охлаждения двигателя;
• — муфтой компрессора кондиционера;
• — системой диагностики.

ЭБУ включает выходные цепи (форсунки, различные реле и пр.) путем замыкания их на «массу» через выходные транзисторы контроллера. Единственное исключение — цепь реле топливного насоса. Топливный насос подключен через силовое реле. В свою очередь, обмоткой реле управляет ЭБУ, замыкая один из выводов на «массу».

ЭБУ оснащен встроенной системой диагностики и может распознавать неполадки в работе ЭСУД, предупреждая о них водителя через контрольную лампу в комбинации приборов. Кроме того, ЭБУ хранит диагностические коды, указывающие на неисправность конкретного элемента системы и характер этой неисправности, чтобы помочь специалистам в проведении диагностики и ремонта.

Для обмена данными с ЭБУ служит диагностический разъем, расположенный под блоком предохранителей в салоне. К диагностическому разъему подключается сканирующее устройство для считывания информации об ошибках, хранящихся в памяти ЭБУ, для проверки датчиков и исполнительных механизмов в реальном времени, для управления исполнительными механизмами и перепрограммирования ЭБУ.

ЭБУ (контроллер) располагает следующими типами памяти:

• — программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ);
• — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
• — электрически репрограммируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ).

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ).

В нем находится общая программа, в которой содержатся последовательность рабочих команд (алгоритмы управления) и различная калибровочная информация. Эта информация представляет собой данные управления впрыском, зажиганием, холостым ходом и другими параметрами, которые зависят от массы автомобиля, типа и мощности двигателя, передаточных отношений трансмиссии и других факторов. ППЗУ называют еще запоминающим устройством калибровок. Содержимое ППЗУ не может быть изменено после программирования. Эта память не нуждается в питании для сохранения записанной в ней информации, которая не стирается при отключении питания, т.е. эта память является энергонезависимой.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Это «блокнот» ЭБУ Микропроцессор контроллера использует его для временного хранения измеряемых параметров для расчетов и промежуточной информации. Микропроцессор может по мере необходимости вносить в него данные или считывать их.

Микросхема ОЗУ смонтирована на печатной плате контроллера. Эта память энергозависима и требует бесперебойного питания для сохранения. При прекращении подачи питания содержащиеся в ОЗУ диагностические коды неисправностей и расчетные данные стираются.

Датчик температуры охлаждающей жидкости

представляет собой термистор (резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры). Датчик ввернут в отверстие головки блока цилиндров в правой ее части. При низкой температуре сопротивление датчика высокое, а при высокой температуре — низкое.

Электронный блок питает цепь датчика температуры постоянным «опорным» напряжением. Напряжение сигнала датчика максимально на холодном двигателе и снижается по мере его прогрева. По значению напряжения электронный блок определяет температуру двигателя и учитывает ее при расчете регулировочных параметров впрыска и зажигания. При отказе датчика или нарушениях в цепи его подключения ЭБУ устанавливает код неисправности и запоминает его. Для устранения неисправности проверьте надежность контактных соединений в проводке к датчику или замените сам датчик.

Датчик детонации

прикрепленный к верхней части блока цилиндров, улавливает аномальные вибрации (детонационные удары) в двигателе.

Чувствительным элементом датчика является пьезокристаллическая пластинка. При возникновении детонации на выходе датчика генерируются импульсы напряжения, которые увеличиваются с возрастанием интенсивности детонационных ударов. ЭБУ по сигналу датчика регулирует опережение зажигания для устранения детонационных вспышек топлива.

Датчик положения коленчатого вала

индуктивного типа предназначен для синхронизации работы электронного блока управления с ВМТ поршней 1-го и 4-го цилиндров и угловым положением коленчатого вала.

Датчик установлен в передней части блока цилиндров двигателя напротив задающего диска на коленчатом валу. Задающий диск представляет собой зубчатое колесо с 58 пазами, 57 из которых расположены с интервалом 6°. Последний паз выполнен более широким для создания импульса синхронизации («опорного» импульса), который необходим для согласования работы блока управления с ВМТ поршней в 1 -м и 4-м цилиндрах.

При вращении коленчатого вала зубья изменяют магнитное поле датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока. Блок управления по сигналам датчика определяет частоту вращения коленчатого вала и выдает импульсы на форсунки.
При отказе датчика пуск двигателя невозможен.

Датчик фазы

установлен в задней части головки блока цилиндров у торца распределительного вала. Принцип его действия основан на эффекте Холла. Датчик определяет ВМТ такта сжатия поршня 1-го цилиндра. Сигнал датчика используется контроллером для организации фазированного впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров. При возникновении неисправности цепи контроллер заносит в свою память ее код и включает контрольную лампу системы управления двигателем.

Датчик положения дроссельной заслонки

выполнен за одно целое с крышкой дроссельного узла.
Датчик представляет собой потенциометр, на один конец которого подается «плюс» напряжения питания (5 В), а другой конец соединен с «массой».

С третьего вывода потенциометра (от ползунка) идет выходной сигнал к электронному блоку управления.

Когда дроссельная заслонка поворачивается (от воздействия на педаль управления), изменяется напряжение на выходе датчика.
При закрытой дроссельной заслонке оно ниже 0,5 В. Когда заслонка открывается, напряжение на выходе датчика растет, при полностью открытой заслонке оно должно быть более 4 В.

Отслеживая выходное напряжение датчика, контроллер корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (т.е. пожеланию водителя).

Датчик положения дроссельной заслонки не требует регулировки, так как блок управления воспринимает холостой ход (т.е. полное закрытие дроссельной заслонки) как нулевую отметку.

Датчик абсолютного давления и температуры во впускной трубе

преобразует разрежение в этой трубе в электрическое напряжение, по значению которого ЭБУ определяет нагрузку двигателя. Датчик установлен на впускной трубе. Выходное напряжение датчика изменяется в соответствии с давлением во впускной трубе — от 4,9 В (при полностью открытой дроссельной заслонке) до 0,3 В (при закрытой заслонке). При неработающем двигателе блок управления по напряжению датчика определяет атмосферное давление и адаптирует параметры регулирования впрыска к конкретной высоте над уровнем моря. Значения атмосферного давления, хранящиеся в памяти, периодически обновляются при равномерном движении автомобиля и во время полного открытия дроссельной заслонки.

Датчик температуры всасываемого воздуха

представляет собой термистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры.
Сопротивление термистора составляет 100 кОм при температуре -40 °С, а при повышении температуры до +130 °С уменьшается до 70 Ом.

ЭБУ питает цепь датчика постоянным «опорным» напряжением. Напряжение сигнала датчика максимально, когда воздух во впускной трубе холодный, и снижается по мере повышения его температуры. По значению напряжения ЭБУ определяет температуру воздуха на впуске и вносит коррективы при расчете угла опережения зажигания. При отказе датчика или нарушениях в цепи его подключения ЭБУ устанавливает код неисправности и запоминает его. Если ЭБУ продолжает выдавать код неисправности при исправных контактных соединениях в проводке, замените датчик температуры воздуха.

Датчик скорости автомобиля

установлен на коробке передач. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Датчик выдает на ЭБУ прямоугольные импульсы напряжения, частота которых пропорциональна скорости вращения ведущих колес.

Рис. 10.5. Датчик концентрации кислорода: a — устройство датчика концентрации кислорода; б — схема работы датчика концентрации кислорода; 1 — жгут проводов; 2 — формованный шланг; 3 — уплотнитель; 4 — обойма контакта; 5 — чувствительный элемент с обогревателем; 6 — защитный стакан; 7 — уплотнитель; 8 — защитный кожух; 9 — нагревательный элемент; 10 — керамический элемент; 11 — эталонный воздух; 12 — изолятор; 13 — пористый защитный слой

Управляющий датчик концентрации кислорода

(рис. 10.5) применяется в системе впрыска с обратной связью и установлен в выпускном коллекторе. Для корректировки расчетов длительности импульсов впрыска используется информация о наличии кислорода в отработавших газах. Эту информацию выдает управляющий датчик концентрации кислорода. Содержащийся в отработавших газах кислород реагирует с датчиком, создавая разность потенциалов на выходе датчика. Она изменяется приблизительно от 0,1 В (высокое содержание кислорода -бедная смесь) до 1 В (низкое содержание кислорода — богатая смесь).

Отслеживая выходное напряжение датчика концентрации кислорода, контроллер определяет, какую команду по корректировке состава рабочей смеси подавать на форсунки. Если смесь бедная (низкая разность потенциалов на выходе датчика), то контроллер дает команду на обогащение смеси; если смесь богатая (высокая разность потенциалов) -на обеднение смеси.

Диагностический датчик концентрации кислорода

установлен в приемной трубе за нейтрализатором, работает по тому же принципу, что и управляющий датчик. Сигнал, вырабатываемый диагностическим датчиком концентрации кислорода, указывает на наличие кислорода в отработавших газах после нейтрализатора. Если нейтрализатор работает нормально, показания диагностического датчика будут значительно отличаться от показаний управляющего датчика.