Диагностируем инжектор
Начнем, и весьма популярно, с исторических и теоретических основ. Снимем таинственность с некоторых «табу» разработчиков этих навороченных электронных систем и прочей путаницы, которая существует в литературе, предназначенной для автосервиса. Читая, Вы можете многое пропустить из этого, но знайте, что этого Вы пока не найдете ни в одной книге по диагностике отечественного впрыска, за исключением разрозненных научных статей. Суть в том, что, усвоив кое-что из прочитанного, Вы сможете быстрее находить причины «болезней» инжекторных автомобилей, чем те, кто этого либо не читал, либо не понял почти ничего из этого. И так, Вам решать – внимательно ли читать это или только просматривать?
Откуда и куда дует «ветер токсичности»?
Российское законодательство, слепо следуя международным правилам ЕЭК ООН, «дожало»
таки отечественных автопроизводителей, ужесточив, в частности, требования к выбросам
вредных веществ. Для новых легковых автомобилей с середины 2006-го обязательными стали
нормы токсичности Евро-2, а с 2008-го планка была поднята до уровня Евро-3, и была бы задрана
в 2010-м до уровня Евро-4, да кризис охладил «доблестный» пыл.
Это и привело к появлению автомобильных двигателей с электронно-управляемым впрыском
бензина и зажиганием, получивших упрощенное название "инжекторные". В сравнении с
карбюраторным инжекторный двигатель позволил на 50…100% увеличить его ресурс. Такой
двигатель, как правило, не имеет проблем с холодным пуском до минус 20…25 °С, что весьма
актуально для российской климатической зоны. Двигатель защищен от детонации и перегрева,
стал более интеллектуальным за счет высокой степени самодиагностируемости электронных
компонентов и цепей. Но в разы, снижая токсичные выбросы, автомобиль, при переходе от норм
Евро-0 к нормам Евро-3, «потерял» в динамике и расходе топлива. Вяловат такой автомобиль на
разгоне и не так быстр, как хотелось бы, при сбросе газа.
Проблем этот автомобиль породил также немало: сумасшедшая дороговизна электроники,
необходимость приличного сервисного оснащения СТО, высокая трудоемкость технического
обслуживания и ремонта, а уж требования к системам двигателя и к самому двигателю, топливу и
маслу – стали намного жестче. На борту инжекторного автомобиля появилась достаточно
сложная электронная система управления двигателем (ЭСУД) с микропроцессорным
контроллером, датчиками и исполнительными электромеханизмами, нейтрализатором
отработавших газов, для которой стали востребованы во все в возрастающем количестве и
качестве специалисты по автомобильной диагностике.
Если «смотреть в корень», то современная автомобильная диагностика представляет собой
бурную смесь электроники и механики, это почти в чистом виде мехатроника, то есть наука,
рассматривающая функционирование электронных систем в их непосредственном
взаимодействии с механическими устройствами. Хороший диагност должен быть в какой-то мере
исследователем, одновременно электриком и механиком, а решение возникающих проблем
искать где-то на их стыке. Но об этом позднее. Сначала нужно усвоить принципы.
С чего начался впрыск?
История отечественного впрыска – это, прежде всего, становление и смена поколений
контроллеров управления двигателями. В целом это западная идеология, но с российскими
особенностями. И главная – это отечественные двигатели и их системы с родовыми дефектами.
Стоит также сделать существенную поправочку на бензин и масло, качество которых в России
реально не дотягивает до норм Евро-3.
Достигнутый к концу 1980-х мировой уровень развития микропроцессорной техники и
датчиковой аппаратуры уже позволял реализовать задачи электронного управления двигателем в
условиях массового автомобильного производства.
В России существует и развивается две частично пересекающиеся между собой ветви
инжекторных автомобилей - «ВАЗ» и «ГАЗ-УАЗ».
«ВАЗ», как законодатель российской моды, заключил договор о сотрудничестве с фирмой
«GM» (США). Где-то в 1990-92 г.г. началось серийное производство автомобилей с
контроллерами «ITMS-6F» (моновпрыск или центральный впрыск) или «ISFI-2S»
(распределенный впрыск), и компонентами «GM». Параллельно «ВАЗ» при непосредственном
участии Самарской Инженерной Академии и ООО «НПП ЭЛКАР» провел разработку аналога
«Январь-4» и «Январь-4.1», а также ряда электронных компонентов-аналогов системы, которые
производились непосредственно в России. Они в основе своей были хуже импортных, но в разы
дешевле.
Из-за дороговизны не прижилась американская веточка на нашей почве. И тогда «ВАЗ» нашел
другого партнера: германская фирма «BOSCH» – это и по сей день главенствующая идеология
построения инжекторных систем ветви «ВАЗ».
Для того, чтобы пробиться с инжекторными автомобилями на небогатый российский рынок,
«ВАЗу» пришлось демпинговать, продавая такие автомобили дешевле карбюраторных. Несмотря
на то, что инжекторные автомобили, еще неимеющие нейтрализатора, были динамичнее и
экономичнее старых моделей, люди от них шарахались, так как в такой двигатель с простой
отверткой уже лезть бесполезно. С диагностическим оборудованием тогда было много труднее,
чем сейчас, а уж продавцов электронных запчастей за их цены клеймили «беспредельщиками».
Началось сотрудничество «ВАЗ»-«BOSCH» с поколения контроллеров «M1.5.4» (Евро-0) и
«M1.5.4N» (Евро-2). Однако «ВАЗ» понимал, что, оставшись один на один с монополистом-
производителем электронных компонентов, то есть с «BOSCH», он рискует затянуть себе на шее
ценовую петлю.
Поэтому появилось отечественное поколение контроллеров-аналогов «Январь-5.1.1/2» (Евро-0)
и «Январь-5.1» (Евро-2). Датчик положения дроссельной заслонки и датчик положения
коленчатого вала, шаговый регулятор холостого хода и модуль зажигания «ВАЗ» оставил в
составе своей ветки ЭСУД, как наследство от «GM». Но по настоящий день до сих пор
неосвоенные в России компоненты, как-то: форсунки, датчик массового расхода воздуха и
лямбда-зонд (датчик кислорода) – пришлось оставить за фирмой «BOSCH» и другими
импортерами.
Европа шла своим путем и к 2000-му узаконила требования токсичности Евро-3. Пришлось
«ВАЗу» для экспортных поставок освоить новое поколение контроллеров «MP7.0H» (Евро-2 и
Евро-3) фирмы «BOSCH».
С развитием микропроцессорной элементной базы фирме «BOSCH» удалось значительно
уменьшить габариты и повысить надежность контроллера. На «ВАЗе», унифицировав все
существующее на тот момент разношерстное разнообразие контроллеров разных поколений,
появились сначала контроллеры – M7.9.7/Евро-2 и M7.9.7/Евро-3 (для экспорта), а с 2008-го –
контроллеры M7.9.7+/Евро-3 для отечественного рынка. Они имели 81-контактный соединитель.
Наши аналоги – это «Январь-7.2» (Евро-2) и «Январь-7.3» (Евро-3), «МИКАС-10» (Евро-3). На
этой стадии умер весьма ненадежный модуль зажигания, и появились взамен компоненты
«BOSCH»: четырехвыводная катушка зажигания (двигатели семейства ВАЗ-2111) и
индивидуальные катушки зажигания для каждого цилиндра (двигатели семейства ВАЗ-2112).
«ВАЗ» окончательно перешел на распределенный фазированный (более экономичный) впрыск
бензина, установив на двигатель датчик фазы.
«ГАЗ» и «УАЗ», как более нищие автопроизводители, начинали с отечественных контроллеров
и осваивали свой рынок российских комплектующих. Контроллеры были наши, но идеология
системы и электронные компоненты - «Аля-BOSCH». Изначально на этих автомобилях системы
впрыска бензина были распределенными и фазированными.
Своей идеологии инжекторных автомобильных систем ни в СССР, ни в России никогда не
было – «слизывали» с Запада почти один в один – Автопрому на свое видение проблемы борьбы с
токсичностью автомобилей никогда не хватало денег. Поэтому фирму «BOSCH» всегда имели в
виду как альтернативу, размахивая ей перед «НПП ЭЛКАР» - разработчиком контроллеров серии
«МИКАС», как красной тряпкой, требуя снижения цены.
«ГАЗ» как локомотив этой ветки развития, начал производство с 1995-го, а «УАЗ», будучи на
прицепе, и тянул до 2001-го, пропустив пару поколений.
Многострадальные и ненадежные контроллеры «МИКАС-5.3» умерли и были заменены на
контроллеры «МИКАС-5.4», которые, по сути, являлись конструктивными аналогами
контроллеров «M1.5.4» BOSCH с 55-контактным разъемом. С контроллера «МИКАС-7» к «ГАЗу»
подключился и «УАЗ». Появились модификации: «МИКАС-7.1» – для «ГАЗа», «МИКАС-7.2» -
для «УАЗа». Имя «МИКАС» стало нарицательным, им стали называть в дальнейшем все
контроллеры на «ГАЗе» и «УАЗе», независимо от фирмы производителя.
Пришло время токсичности Евро-3 (2008-й), оно упало «как снег на голову»
автопроизводителей «ГАЗ-УАЗ» и на все выпускаемые ими модели. Отсюда можно понять
нестабильное качество автомобилей Евро-3, если приплюсовать тотальную борьбу с издержками,
порожденную финансовым кризисом.
Поскольку «НПП ЭЛКАР» в начале 2000-х уже был поглощен фирмой «Siemens» (Германия), а
в дальнейшем (2008-й) перепродан фирме «Continental», то на российском рынке окончательно
утвердилась германская идеология впрыска бензина.
На «ГАЗе» ответом Евро-3 стали контроллеры МИКАС-11/ЕТ для двигателя «ЗМЗ-4054» (с
электронным дросселем) и «МИКАС-11/CR» для двигателя «Крайслер». Для двигателей «УМЗ-
4216» адаптировали «МИКАС-10.3». Все контроллеры имеют конструктивный аналог «М7.9.7» с
81-контактным разъемом.
Производители и соразработчики отечественных контроллеров: «ИТЭЛМА» (Москва),
«АВТЭЛ» (Калуга), «ЗЭиМ-Лайн» (Чебоксары), «НПП ЭЛКАР» (Москва), «СоАТЭ» (Старый
Оскол), «Мика-Мотор» (Димитровград), «АБИТ» (Санкт-Петербург).
На «УАЗе» к Евро-3 подошли кардинально и с размахом до уровня Евро-4 – был заключен
контракт с фирмой «BOSCH», и на весь легковой ряд были установлены контроллеры нового
поколения «ME17.9.7-Евро-3»– двигатель «ЗМЗ-40904» (с электронным дросселем и
индивидуальными катушками зажигания), а на грузовой ряд попроще: «МИКАС-11/ТМ» –
двигатель «ЗМЗ-4091» (с механическим дросселем) и «МИКАС-10.3» – двигатель «УМЗ-4213» (с
механическим дросселем).
В настоящее время (середина 2009-го), учитывая финансовый кризис 2008-го и решение
российского правительства - отложить ввод норм Евро-4 по крайней мере до 2012-го, ситуация с
контроллерами несколько стабилизировалась. Хотя «ВАЗ» продолжает адаптацию контроллера
«МЕ17.9.7» (для экспорта Евро-4 и Евро-5), а «ГАЗ» и «УАЗ» несколько вяло, но также проводят
ОКР по Евро-4 с контроллерами «МИКАС-12», «МЕ17.9.7», М17.9.7.
Чего нам ждать от Евро-4?
Когда автомобили, оснащенные карбюраторными двигателями, уже не могли удовлетворять
все возрастающим требованиям по токсичным выбросам автомобилей, а установленные на них
нейтрализаторы горели, в буквальном смысле, как свечки, то с принятием законодательных норм
«Евро-2» в России карбюратору пришел окончательный конец на всех вновь выпускаемых
моделях.
Электронный карбюратор, как наиболее совершенное электромеханическое устройство
смесеобразования, был сначала заменен аппаратом центрального впрыска бензина (моновпрыск),
затем осуществлен переход к распределенному впрыску бензина, где каждый цилиндр получил
свою электронно-управляемую форсунку.
Инжекторные двигатели с уровнем норм токсичности «Евро-2», имеющие традиционную
механическую основу потактного управляемого многоцилиндрового двигателя внутреннего
сгорания, обладают следующими основными отличиями от карбюраторных:
- электронная система управления двигателем (ЭСУД) – это бортовой микропроцессорный
контроллер, датчики, исполнительные механизмы и диагностический канал, соединенные в
систему с помощью жгута проводов;
- система питания воздухом имеет: датчик расхода воздуха (или датчик разряжения),
дроссельное устройство с датчиком положения заслонки, электронно-регулируемый байпасный
канал (в обход дросселя) с регулятором дополнительного воздуха или холостого хода, ресивер
впускной трубы - распределитель воздуха по цилиндрам, датчик температуры воздуха;
- элементы синхронизации ЭСУД: синхродиск с датчиком положения коленчатого вала и
сектор-отметчик на шестерне распределительного вала с датчиком фазы;
- система питания топливом имеет: электробензонасос (топливный модуль), заливную/сливную
или бессливную магистрали, топливную рампу с регулятором давления и форсунки впрыска
бензина;
- на блоке цилиндров размещены: датчик температуры охлаждающей жидкости и датчик
детонации;
- антитоксичные системы: на выпуске: нейтрализатор отработавших газов и датчик кислорода
до нейтрализатора, в системе вентиляции топливного бака – сепаратор, адсорбер топливных
испарений и клапан продувки;
- система зажигания: искровая, электронная (бесконтактная), на базе двух-, четырехвыводных
или индивидуальных катушек зажигания.
ЭСУД приоритетно была ориентирована на выполнение законодательно установленных норм
токсичности при одновременном сохранении приемлемых скоростных свойств, ездовых качеств
автомобиля и экономии расхода топлива, достигаемых уже по остаточному принципу.
В соответствии с заданным алгоритмом ЭСУД управляет впрыском топлива, зажиганием
топливовоздушной смеси и цикловым наполнением на всех режимах работы двигателя, с
обратным связями по детонации и содержанию кислорода в отработавших газах. Идеологию
построения ЭСУД определяет тип применяемого контроллера (блока управления двигателем),
который является интеллектуальным ядром этой системы.
Краткий сравнительный анализ электронных инжекторных систем для выполнения норм
токсичности от Евро-0 до Евро-4 дает следующую картину:
- уровень токсичности «Евро-0» выполняется в минимальной комплектации системы: как с
центральным (одна форсунка), так и распределенным (четыре форсунки) впрыском топлива; как с
датчиком массового расхода воздуха, так и с датчиком абсолютного давления (разряжения)
воздуха; для оптимальной регулировки двигателя достаточно корректора СО на режиме
холостого хода;
- уровень токсичности «Евро-2» (и выше) уже требует наличия дополнительных компонентов:
нейтрализатор отработавших газов в системе выпуска для снижения вредных выбросов, датчик
кислорода для обратной связи по качеству топливо-воздушной смеси, сепаратор и адсорбер с
клапаном продувки для отсоса топливных испарений из бака, датчик положения
распределительного вала для реализации фазированного распределенного впрыска топлива,
датчик температуры воздуха для дополнительной коррекции состава топливовоздушной смеси,
требуется также более высокое качество ЭСУД и антитоксичных компонентов; в процессе
эксплуатации ЭСУД - двигатель и его системы для выполнения Евро-2 не должны допускать
ухудшение по вредным выбросам более, чем на 25% после 80 тыс. км пробега автомобиля;
- уровень токсичности «Евро-3» (и выше) предусматривает выполнение дополнительных
предписаний OBD-2: контроль за состоянием пропусков зажигания, влияющих как на
токсичность выбросов, так и на ресурс нейтрализатора, контроль за состоянием нейтрализатора
по показаниям дополнительного датчика кислорода, устанавливаемого за нейтрализатором;
наличие датчика неровной дороги для правильной идентификации пропусков зажигания;
предусматриваются более высокие требования по выбросам окислов азота, что требует в ряде
случаев применения клапана рециркуляции для перепуска части отработавших газов с выпуска на
впуск; на этом уровне должна быть достигнута унификация обмена информацией между
контроллером и внешним диагностическим оборудованием в части кодов неисправностей и
основных параметров (OBD2-диагностика); двигатель и его системы для выполнения Евро-3 не
должны допускать ухудшение по вредным выбросам более, чем на 25% после 100 тыс. км пробега
автомобиля;
- уровень токсичности «Евро-4» (и выше) предусматривает более жесткие требования по
выбросам СО от пуска двигателя из холодного состояния, это может быть обеспечено за счет
дальнейшей оптимизации систем нейтрализации и выпуска ОГ; например, использование
каталитических коллекторов (катколлекторов) или предкатколлекторов до основного
нейтрализатора, которые предполагают размещение датчиков кислорода и каталитического
модуля нейтрализатора в приемной трубе (для их ускоренного прогрева); этот уровень требует
также дальнейшего снижения топливных испарений, что может быть выполнено, например, за
счет использования схемы топливоподачи без обратного слива (тупиковая топливная рампа с
регулятором давления топлива в баке) и за счет установки адсорбера непосредственно в
топливном баке; это также требует более точного дозирования топлива на переменных режимах
работы двигателя, например, за счет применения электронной газ-педали (Е-газ) и
электромеханическим приводом дроссельной заслонки; в данной системе должна быть
предусмотрена возможность дублирования при отказе компонентов Е-газа.
В реальных инжекторных системах «ВАЗ-ГАЗ-УАЗ» конструктивные решения «Евро-0…Евро-
4» переплетаются, обеспечивая тем самым более высокий уровень унификации автомобилей
различных модификаций. Например:
- тупиковые топливные рампы из нержавеющей стали, необходимые для «Евро-3»,
применяются также и для «Евро-2»;
- погружные топливные модули используются не только с «Евро-2», но и для «Евро-0»;
- катколлекторы повсеместно заменили нейтрализаторы, начиная уже с уровня «Евро-2».
Электронные системы впрыска топлива «ВАЗ» и «ГАЗ-УАЗ» развивались по разному.
Если инжекторные автомобили «ГАЗ» и «УАЗ» использовали в качестве прототипа
компоненты системы впрыска «MOTRONIC» фирмы "BOSCH", то на инжекторные автомобили
«ВАЗ» были изначально заложены как «GM»-подобные («DELPHI»), затем часть компонентов
ЭСУД была заимствована от фирмы "BOSCH" и осуществлен переход к контроллерам фирмы
"BOSCH".
Основные отличия систем управления инжекторными двигателями автомобилей «ВАЗ» и
«ГАЗ-УАЗ» можно свести к следующим:
- на автомобилях «ВАЗ» применялись различные типы систем впрыска топлива: центральный
и распределенный (одновременный, попарно-параллельный и фазированный), на автомобилях
«ГАЗ-УАЗ» применялся только распределенный фазированный впрыск, за исключением систем
электронного зажигания, которые работали в паре с карбюраторами;
- на автомобилях «ВАЗ» с контроллерами «GM» применялись пленочные датчики массового
расхода воздуха с частотным выходом сигнала (в последствии был осуществлен переход на
пленочные датчики массового расхода воздуха с аналоговым выходом, а на автомобилях «ГАЗ-
УАЗ» применялись датчики расхода воздуха только с аналоговым выходом;
- на автомобилях «ГАЗ-УАЗ» применялись датчики массового расхода воздуха нитевого типа
(с тарировочным прожигом нити и встроенным потенциометром регулировки СО) и только в
последствии был осуществлен переход на датчики пленочного типа;
- на автомобилях «ВАЗ» применяется регулятор холостого хода фланцевого типа с шаговым
электроприводом штока, а на автомобилях «ГАЗ-УАЗ» применяется регулятор холостого хода с
электроприводом затвора от моментного электродвигателя;
- на автомобилях «ВАЗ» традиционно устанавливался модуль зажигания с силовым драйвером
управления, четырехвыводные катушки зажигания или индивидуальные появились значительно
позднее, когда возобладала идеология «BOSCH»; на автомобилях «ГАЗ-УАЗ» изначально
устанавливались двухвыводные катушки зажигания, а драйверы управления катушками
размешены в контроллере;
- на автомобилях «ГАЗ» и «УАЗ» с электронной педалью газа и электромеханическим
дросселем, начиная с Евро-3, стали устанавливаться индивидуальные катушки зажигания
трансформаторного типа;
- на автомобилях «ВАЗ» устанавливается топливный модуль с электробензонасосом
погружного типа (в топливном баке), а на автомобилях «ГАЗ-УАЗ» для выполнения норм Евро-0
применялся проточный электробензонасос; переход к топливному модулю по аналогии с «ВАЗ»
был сделан только для выполнения норм «Евро-2»;
- на автомобилях «ГАЗ-УАЗ» датчики фазы и температуры воздуха применялись изначально
для выполнения норм Евро-0, а для автомобилей ВАЗ эти датчики стали применяться только для
выполнения норм Евро-2 и Евро-3.
В процессе развития системы впрыска наблюдается дальнейшая унификация компонентов
ЭСУД на автомобилях разных отечественных производителей. Причем, в силу почти
окончательного развала отечественных поставщиков-производителей, предпочтение отдается
пока импортным комплектующим изделиям.
Чем отличается программа от калибровок?
На каждом режиме контроллер и система управления (ЭСУД) обеспечивают работу двигателя
в соответствии с заданным алгоритмом его функционирования и калибровками.
Контроллер, будучи электронным мозгом ЭСУД, конструктивно и функционально объединяет
в своем составе аппаратную и программную части.
По конструкции контроллер, как правило, одноплатный, то есть его радиокомпоненты
размещены на одной печатной плате (для перспективных - на керамической подложке), монтаж
компонентов может быть одно или двусторонний. Выходной соединитель – вилка, может иметь
одну или несколько секций. Наиболее распространены контроллеры с вилками на 55 и на
81контакт. Корпус, как правило, из алюминиевого сплава, имеет литое основание и
штампованную крышку (или наоборот), уплотняется по контуру герметиком или резиновой
прокладкой. Герметичное исполнение корпуса может содержать молекулярный клапан для
удаления конденсата из внутренней полости контроллера. Крепление контроллера к автомобилю
осуществляется дополнительными фланцами корпуса (кронштейнами или пластинами) с
отверстиями. На лицевой поверхности корпуса наклеивается фирменная этикетка, которая
содержит информацию о производителе, дате выпуска, исполнении контроллера и коде его
программного обеспечения.
Программное обеспечение (ПО) относительно автономно от аппаратной части контроллера,
что позволяет менять типы и исполнения контроллера в производстве путем
перепрограммирования его аппаратной части на финишной технологической операции.
ПО контроллера разделено на две части:
- программа управления, которая разрабатывается инженерами-программистами на основе
постановок задачи и согласованного алгоритма управления двигателем;
- калибровки двигателя, которые подбираются и адаптируются инженерами-двигателистами на
основе разработанной программы и результатов испытаний конкретного двигателя и автомобиля
в целом.
Калибровки подбираются (адаптируются) под конкретное исполнение автомобиля и двигателя,
а алгоритм управления, как правило, разрабатывается универсальным и закрывающим весь
модельный типоряд автомобилей.
По завершению разработки ПО программа и калибровки «сшиваются», то есть объединяются в
единое целое, и такому ПО присваивается обозначение, называемое версией. В процессе
производства эта версия ПО «записывается» в каждый контроллер. Имя версии или код ПО могут
быть считаны диагностическим оборудованием в режиме «Паспортные данные контроллера».
Версия ПО в течении жизни контроллера может обновляться, что делается либо с целью
устранения допущенных ошибок, либо с целью конструктивных улучшений, или по
производственной необходимости.
Программа управления имеет: основное ядро или тело программы, набор прикладных
подпрограмм и макропрограмм. Исходный текст программы может готовиться на языке любого
уровня, но затем она транслируется, то есть переводится, на язык кодов того микроконтроллера,
на базе которого реализован бортовой контроллер.
Программа обеспечивает не только управления двигателем, но и самодиагностику ЭСУД,
включая контроль пропусков зажигания и состояния нейтрализатора, информационный обмен
данными с внешним диагностическим оборудованием и т.п.
Калибровки, в свою очередь, выделены в отдельную часть ПО с целью унификации программ
управления, то есть они позволяют использовать одну разработанную программу для двигателей
нескольких типов и для множества разновидностей ЭСУД. Калибровки позволяют адаптировать
ПО контроллера, например, к массе автомобиля и мощности двигателя, к передаточным числам
трансмиссии, к различным типам датчиков и др.
Калибровки двигателя подразделятся на виды:
1) признаки или флаги, определяющие состав входящих в ЭСУД компонентов;
неиспользуемый для исполнения контроллера компонент получает признак «0», а используемый –
«1»; например, если контроллер ориентирован на Евро-2, то признаки: «Датчик кислорода №
1=1» и «Клапан адсорбера=1», а для Евро-0 они равны «0»;
2) константы, определяющие номинальное или пороговое значение параметра контроллера или
коэффициента; например, температура охлаждающей жидкости для включения
электровентилятора задается константой 103 С, а для выключения 101 С; максимальная частота
вращения двигателя ограничена порогом 6000 мин-1; скорость обогащения смеси не более 0,4
сек-1.
3) векторы, описывающие зависимость одного параметра контроллера от другого; например,
зависимость частоты холостого хода (FRXX) от температуры охлаждающей жидкости (TWAT)
определяется вектором прогрева FRXX=f(TWAT);
4) таблицы или поверхности, определяющие одновременную зависимость одного параметра
контроллера от двух других; например, зависимость состава смеси (коэффициента альфа - ALF)
от частоты вращения двигателя (FREQ) и циклового наполнения цилиндров воздухом (GBC)
определяется трехмерной поверхностью ALF=f(FREQ,GBC).
Для управления двигателем базовым понятием является рабочая точка .
В 8-ми разрядных контроллерах все режимное поле управления двигателем разбивается на
16х16=256 рабочих точек. Для 16-ти и 32-х разрядных контроллеров количество этих точек может
быть больше в число раз, кратное двум – это повышает быстродействие и точность управления
двигателем, но одновременно удваивает объем адаптационных работ.
Параметры рабочей точки управления двигателем определяются:
- базовыми поверхностями по основным регуляторам: составу топливовоздушной смеси, углу
опережения зажигания (УОЗ) и холостого хода (ХХ);
- корректирующими векторами по температуре, положению дроссельной заслонки,
напряжению бортовой сети и другим дополнительным датчикам;
- пороговыми коэффициентами и режимными константами;
- обратными связями по детонации и содержанию кислорода в отработавших газах и др.
Суть адаптационных работ сводится в основном к подбору конкретных калибровочных данных
для двигателя и автомобиля с определенной комплектацией, которая бы удовлетворяла
требованиям Заказчика по токсичности, ездовым качествам и топливной экономичности. При
недостаточности калибровочных данных или диапазона их изменения алгоритм и программа
корректируются и вводятся новые калибровочные данные.
Обычно эти научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы начинаются за
1,5…3 года до начала производства автомобиля и завершаются сертификационными
испытаниями.
Как это все функционирует?
Двигателем управляет контроллер или электронный блок управления (ЭБУ), который является
многорежимным цикловым автоматом с разветвленной программной, обеспечивающей
регистрацию и обработку информации от датчиков ЭСУД для управления исполнительными
электромеханизмами двигателя.
Контроллер также обладает:
- самоадаптацией к характеристикам двигателя или параметрам компонентов ЭСУД;
- защищенностью входных и выходных каналов от импульсных и электромагнитных
воздействий бортовой сети;
- диагностируемостью электрических цепей и анализом исправности компонентов ЭСУД;
- возможностью коррекции и перепрограммирования в эксплуатации и др.
Рассмотрим кратко наиболее типичные режимы его работы.
Спящий режим - иначе называется режимом хранения данных. Контроллер подключен к
«массе» и клемме «30» бортовой сети, неактивен, так как зажигание отключено, потребление
5…10 мА. Сохраняются данные, помещенные в оперативную память (ОЗУ): коды
неисправностей, текущие параметры системы и адаптивные калибровки. Диагностический обмен
не поддерживается. В случаях: отключения контроллера от жгута ЭСУД, при снятии «массы» или
бортового электропитания - данные в ОЗУ будут потеряны, о чем свидетельствуют коды ошибок
«Пропадание напряжения питания» или «Неисправность оперативной памяти», появляющиеся
они при первом включении контроллера.
Контроллеры исполнения «Евро-3» и выше могут быть отключены от клеммы «30», что
позволяет исключить спящий режим. Указанная выше информация размещается в
энергонезависимой памяти (EEPROM), при этом контроллер не имеет потребления тока при
выключенном зажигании, что повышает энергобезопасность автомобиля в целом при
неисправном контроллере.
Зажигание включено. При включении зажигания сигнал +UБС (плюс бортовой сети) подается
на вход контроллера «Зажигание», контроллер активизируется и выполняет программу «Сброс»
или «Начальная загрузка»:
- самоблокируется путем включения главного реле и подачи бортового питания от него
основным потребителям ЭСУД , в том числе к контроллеру;
- включает лампу «Check Engine» и проводит 1-й цикл диагностики ЭСУД;
- включает реле электробензонасоса на 3…7 с для создания давления в топливной рампе;
- адаптируется к положению закрытого дросселя (дроссельная заслонка перед включением
зажигания должна быть полностью закрыта); если это Е-газ, то заслонка устанавливается в
положение, требуемое для пуска двигателя;
- принимает команды и отвечает на запросы внешнего диагностического оборудования;
- переходит в режим ожидания пуска при появлении импульсов синхронизации от датчика
положения коленчатого вала.
Продувка цилиндров воздухом. Режим обеспечивает «холостую» прокрутку двигателя, и
используется, как правило, в холодное время года для подготовки двигателя к пуску.
Для того, чтобы контроллер перешел в данный режим необходимо нажать до упора (>80%)
педаль акселератора, затем поставить ключ зажигания в положение «Стартер» на время 5…10 с -
форсунки блокируются, зажигание работает, что позволяет удалить лишнее топливо из
цилиндров и «просушить» свечи зажигания. Необходимо помнить, что не все контроллеры
выполняют данную функцию, поэтому, чтобы в данном случае обеспечить продувку цилиндров,
необходимо отключить топливоподачу, т.е. электробензонасос.
Пуск двигателя.
Система выполняет пуск двигателя автоматически, для этого необходимо перевести ключ
зажигания в положение «Стартер» и удерживать его до устойчивого пуска 1…10 с. Педаль
акселератора нажимать не рекомендуется (исключение: отказ компонентов ЭСУД).
Когда коленчатый вал прокручивается стартером, датчики положения коленчатого вала (от
синхродиска 60-2 зуба) и фазы (от отметчика на шестерне распределительного вала) выдают
сигналы синхронизации на вход контроллера. При частоте вращения 20…50 мин-1 амплитуда
импульсов датчика положения коленчатого вала начинает превышать порог 0,25...0,35 В,
достаточный для их восприятия контроллером и перехода ЭСУД в режим пуска. В режиме пуска
контроллер:
- открывает канал регулятора дополнительного воздуха на 50…80%;
- включает электробензонасос на постоянный режим работы;
- в зависимости от температуры воздуха и охлаждающей жидкости двигателя устанавливает
пусковые параметры по составу топливовоздушной смеси, фазе впрыска и углу опережения
зажигания;
- включает режим многоискрового зажигания (2-3 искры на цилиндр);
- производит до 5...8 циклов впрыска топлива одновременно всеми форсунками;
- при достижении 400 мин-1, когда двигатель «подхватил», отключает режим многоискрового
зажигания и переходит в режим парафазного впрыска топлива - впрыск каждой форсункой 2 раза
за цикл (по полдозы от цикловой подачи);
- при достижении 800…1000 мин-1 фиксирует успешный пуск двигателя и переходит в режим
холостого хода;
- устанавливает фазированный впрыск топлива по сигналам датчика фазы - впрыск каждой
форсункой один раз за цикл, и режим одноиcкрового зажигания;
- если пуск неудачный, то при частоте ниже 400 мин-1 отключается управление
исполнительными механизмами, а после заглохания двигателя система переходит в режим
останова, затем в спящий режим.
Прогрев и холостой ход.
ЭСУД автоматически выполняет прогрев холодного двигателя и стабилизацию частоты
вращения холостого хода для горячего двигателя. В этом режиме дроссельная заслонка
нормально закрыта (для Е-газа она устанавливается в положение, необходимое для заданных
оборотов холостого хода), нагрузка на коленчатый вал двигателя отсутствует.
Как правило, горячий двигатель должен иметь температуру охлаждающей жидкости выше
75…90 °С и минимальную частоту вращения 825+-25 мин-1. Холодный двигатель может иметь
частоту вращения до 1500 мин-1. Для холодного двигателя, имеющего температуру
охлаждающей жидкости ниже указанного порога, система выполняет его прогрев повышенными
оборотами холостого хода.
В режиме прогрева на холостом ходу система выполняет следующие функции:
- выбирает уставку частоты вращения в соответствии с тепловым состоянием двигателя по
показаниям датчика температуры охлаждающей жидкости;
- устанавливает регулятор дополнительного воздуха или дроссельную заслонку (для Е-газа) на
проходное сечение, обеспечивающее заданную уставкой частоту вращения;
- после завершения прогрева двигателя, переходит в режим поддержания минимальной
частоты вращения на холостом ходу, для чего использует следующие регуляторы:
1) расход воздуха, управляя сечением регулятора (дросселя) дополнительного воздуха;
2) состав топливовоздушной смеси, управляя длительностью и фазой впрыска топлива;
3) момент (фазу) зажигания, изменяя величину угла опережения зажигания.
Первый регулятор частоты холостого хода является грубым и вводится в действие, когда
частота вращения двигателя отклонились более 40 мин-1 от заданной уставкой: для увеличения
частоты вращения проходное сечение регулятора увеличивается, а для снижения частоты -
сечение уменьшается. Второй и третий регуляторы являются более точными и оперативными и
вступают в действие, когда частота вращения двигателя изменяются на 10 мин-1 и более от
заданных уставкой.
Регулятор холостого хода по составу топливовоздушной смеси обеспечивает поддержание
коэффициента избытка воздуха альфа=~1,0: при уменьшении частоты состав смеси несколько
обогащается за счет увеличения длительности впрыска топлива, а при увеличении частоты
длительность впрыска топлива соответственно уменьшается.
Регулятор холостого хода по моменту зажигания топливовоздушной смеси устанавливает
более раннее зажигание (угол растет), если частота вращения падает, и устанавливает более
позднее зажигание (угол падает), если частота возрастает.
В режиме холостого хода контроллер отслеживает положение педали акселератора по
показаниям датчика положения дроссельной заслонки или по датчику положении педали (для Е-
газа), находясь в готовности к принятию дополнительной нагрузки двигателя.
Нагрузочный режим.
В этом режиме контроллер обеспечивает управление параметрами ЭСУД с учетом нагрузки на
коленчатом валу двигателя. Различают два уровня нагрузки: частичный и мощностной.
Частичные нагрузки – это режим, на котором контроллер управляет двигателем по критерию
максимально допустимой топливной экономичности автомобиля с сохранением приемлемого
уровня скоростных свойств. В этом режиме обедненный топливом состав смеси, где альфа>1.
|
