Автомобиль Газель до 2009 года. Система управления двигателем УМЗ-4216

Газель до 2009 года. Система управления двигателем УМЗ-4216

Описание конструкции

Элементы электронной системы управления двигателем (Евро 3): 1 - аккумуляторная батарея; 2 - электронный блок управле­ния; 3 - регулятор холостого хода; 4* - управляющий датчик концентрации кислорода; 5* - диагностический датчик концентрации кислорода; 6 - датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске; 7 - форсунка; 8* - датчик скорости; 9 - катушка зажи­гания; 10* - сигнализатор неисправности системы управления в комбинации приборов; 11* - колодка диагностики; 12* - датчик фаз; 13* - свеча зажигания; 14* - датчик детонации; 15* - датчик температуры охлаждающей жидкости; 16* - датчик положения коленча­того вала; 17 - датчик положения дроссельной заслонки; 18* - датчик неровной дороги

Двигатель оснащен системой распределенного фазированно­го впрыска: топливо подается форсунками в каждый цилиндр поочередно в соответствии с по­рядком работы двигателя.

Система управления двигателем со­стоит из электронного блока управ­ления (ЭБУ), датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также исполнительных устройств. ЭБУ представляет собой мини- компьютер специального назначе­ния. ЭБУ получает информацию от датчиков системы и управля­ет исполнительными устройства­ми, такими как топливный насос и форсунки, катушка зажигания, регулятор холостого хода, нагре­вательный элемент управляюще­го и диагностического датчиков

концентрации кислорода, элек­тромагнитный клапан продувки

адсорбера системы улавливания паров топлива, электромагнитная муфта вентилятора системы охлаж­дения двигателя. В состав ЭБУ вхо­дят оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и программируе­мое постоянное запоминающее ус­тройство (ППЗУ).

15 - датчик положения дроссельной заслонки; 16 - датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске; 17 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 18 - электромагнитная муфта включения вентилятора; 19 - реле электромагнитной муфты включения вентилятора; 20 - датчик неровной дороги; 21 - датчик детонации; 22 - электромагнитный клапан продувки адсорбера; 23 - реле топливного насоса; 24 - топливный модуль

ОЗУ используется микропроцес­сором для временного хранения текущей информации о работе дви­гателя (измеряемых параметров) и расчетных данных. ОЗУ проводит самодиагностику системы и обес­печивает резервный режим работы двигателя в случае выхода из строя некоторых датчиков. В ОЗУ запи­сываются также коды возникаю­щих неисправностей. Эта память энергозависима, т.е. при прекра­щении подачи электрического питания (отключении аккумуля­торной батареи или отсоединении от ЭБУ колодки жгута проводов) содержимое памяти стирается. ППЗУ хранит программу управ­ления двигателем, которая содер­жит последовательность рабочих команд (алгоритмов) и калибро­вочных данных - настроек. ППЗУ энергонезависимо, т.е. содержимое памяти не изменяется при отклю­чении питания.

ЭБУ расположен в подкапотном пространстве автомобиля — при­креплен к щитку передка спра­ва. Кроме подвода напряжения питания к датчикам и управления исполнительными устройствами, ЭБУ выполняет диагностические функции системы управления дви­гателем (бортовая система диа­гностики): определяет наличие

неисправностей элементов в сис­теме, включает сигнализатор неисправности в комбинации при­боров и сохраняет в своей памяти коды неисправностей. При обна­ружении неисправности, во избе­жание негативных последствий (прогорание поршней из-за де­тонации, повреждение каталити­ческого нейтрализатора в случае возникновения пропусков воспла­менения топливовоздушной смеси, превышение предельных значений по токсичности отработавших га­зов и пр.), ЭБУ переводит систе­му на аварийные режимы работы. Суть их состоит в том, что при вы­ходе из строя какого-либо датчика или его цепи электронный блок для управления двигателем применяет замещающие данные, хранящиеся в его памяти.

Сигнализатор неисправности систе­мы управления двигателем располо­жен в комбинации приборов.

Если система исправна, то при включении зажигания сигнали- затор должен загореться — таким образом, ЭБУ проверяет исправ­ность сигнализатора и цепи уп­равления. После пуска двигателя сигнализатор должен погаснуть, если в памяти ЭБУ отсутству­ют условия для его включения. Включение сигнализатора при работе двигателя информиру­ет водителя о том, что бортовая система диагностики обнаружи­ла неисправность и дальнейшее движение автомобиля происхо­дит в аварийном режиме. Если во время эксплуатации авто­мобиля сигнализатор начина­ет мигать (горит 0,5 с и пауза 0,5 с), значит, бортовая система диагностики выявила пропус­ки зажигания, которые могут привести к повреждению ката­литического нейтрализатора от­работавших газов. Запрещается эксплуатация автомобиля

с постоянно горящим или ми­гающим сигнализатором неис­правности в комбинации приборов. Допускается самосто­ятельное движение автомоби- ля (при этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя — мощность, приемис­тость, экономичность) до СТО для устранения неисправности. Если неисправность носит времен­ный характер, ЭБУ выключит сиг­нализатор через 10 с при условии, что в памяти блока отсутствуют другие коды неисправностей, тре­бующие включения сигнализатора.

Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в па­мяти блока и могут быть считаны с помощью специального диагнос­тического прибора, подключаемого к колодке диагностики.

Колодка диагностики (диагнос­тический разъем) закреплен под капотом па щитке передка, над ва­куумным усилителем тормозов. При удалении кодов неисправ­ностей из памяти электронного блока с помощью диагностичес­кого прибора или посредством отключения аккумуляторной ба­тареи (не менее чем на 10 с) сиг­нализатор гаснет.

Датчики системы управления вы­дают ЭБУ информацию о па­раметрах работы двигателя и автомобиля, на основании ко­торых он рассчитывает момент, длительность и порядок откры­тия топливных форсунок, момент и порядок искрообразования. Датчик положения коленчатого вала закреплен на крышке привода ГРМ. Датчик выдает контроллеру ин­формацию о частоте вращения и угловом положении коленчато­го вала. Датчик — индуктивного

типа, реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, объединенно­го со шкивом привода вспо­могательных агрегатов. Зубья расположены на диске с интерва­лом 6°.

При прохождении этого паза ми­мо датчика в нем генерируется так называемый «опорный» импульс синхронизации. Установочный зазор между сердечником датчика и вершинами зубьев должен на­ходиться в пределах 0,5-1,2 мм. При вращении задающего дис­ка изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика - в его обмотке наводятся импульсы на­пряжения переменного тока. По количеству и частоте этих им­пульсов ЭБУ рассчитывает фазу и длительность импульсов управ­ления форсунками и катушками зажигания.

Датчик фаз (положения распредели­тельного вала) закреплен на крыш­ке привода ГРМ.

Сигнал датчика фаз ЭБУ исполь­зует для согласования процессов

впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров. Принцип действия датчика осно­ван на эффекте Холла (магнитно - резистивный эффект).

Для определения положения пор­шня 1-го цилиндра во время такта сжатия...

...датчик реагирует на прохождение выступа-отметчика, расположенно­го на шестерне распределительного вала...

...и выдаст блоку управления им­пульс напряжения низкого уровня (около О В). Номинальный зазор между торцом стержня датчика и штифтом-отметчиком должен находиться в пределах 0,7-1,5 мм. На основании выходных сигналов датчиков положения коленчато­го и распределительного валов блок управления устанавливает угол опе­режения зажигания и цилиндр, в ко­торый следует подать топливо. При выходе из строя датчика фаз или его цепей ЭБУ переходит в режим пефа- зированного впрыска топлива. Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в корпусе термостата.

Датчик представляет собой тер­морезистор с отрицательным тем­пературным коэффициентом, т.е.

его сопротивление уменьшается при повышении температуры. ЭБУ подает на датчик через резистор стабилизированное напряжение +5,0 В и по падению напряжения на датчике рассчитывает темпера­туру охлаждающей жидкости, зна­чения которой используются для корректировки подачи топлива и угла опережения зажигания. Датчик положения дроссельной за­слонки установлен на оси дроссель­ной заслонки и представляет собой резистор потенциометрического типа.

Па один KOI юн его резистивного эле­мента от ЭБУ подается стабилизиро­ванное напряжение +5,0 В, а другой — соединен с «массой» электрон­ного блока. С третьего вывода по­тенциометра (ползунка), который соединен с осью дроссельной за­слонки, снимается сигнал для блока управления. Периодически измеряя выходное напряжение сигнала дат­чика, ЭБУ определяет текущее по­ложение дроссельной заслонки для расчега угла опережения зажигания и длительности импульсов впрыска топлива, а также для управления ре­гулятором холостого хода.

Комби I шроват и 1ый датчик а бс о- лютного давления (разрежения) и температуры воздуха на впуске, включающий в себя два датчика (давления и температуры), распо­ложен на ресивере впускного тру­бопровода . Датчик абсолютного давления оценивает изменения дав­ления воздуха в ресивере впускно­го трубопровода, которые зависят от нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатого вала, и пре­образует их в выходные сигналы на­пряжения. Но этим сигналам ЭБУ определяет количество воздуха, поступившего в двигатель, и рас­считывает требуемое количество топлива. Для подачи большего ко­личества топлива при большом уг­ле открытия дроссельной заслонки (разрежение во впускном трубоп­роводе незначительное) ЭБУ уве­личивает время работы топливных форсунок. При уменьшении уг­ла открытия дроссельной заслонки разрежение во впускном трубоп­роводе увеличивается и ЭБУ, обра­батывая сигнал, сокращает время работы форсунок. Датчик абсолют­ного давления воздуха во впускном трубопроводе позволяет ЭБУ вно­сить коррективы в работу двигателя при изменении атмосферного дав­ления в зависимости от высоты над уровнем моря.

Датчик температуры воздуха пред­ставляет собой терморезистор (с такими же электрическими ха­рактеристиками, как у датчика тем­пературы охлаждающей жидкости), который изменяет свое сопро­тивление в зависимости от тем­пературы воздуха. Информацию, полученную от датчика, ЭБУ учи­тывает при расчете расхода возду­ха для коррекции подачи топлива и угла опережения зажигания. Датчик детонации прикреплен к спе­циальной гайке крепления голо­вки блока цилиндров справа, в зоне между 2-м и 3-м цилиндрами.

11ьезокерамический чувствитель­ный элемент датчика генерирует сигнал напряжения переменного тока, амплитуда и частота которого соответствуют параметрам вибра­ций двигателя. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает. При этом для подавления детона­ции ЭБУ корректирует угол опере­жения зажигания в сторону более позднего.

Управляющий датчик концентрации кислорода установлен в приемной трубе системы выпуска отрабо­тавших газов до каталитического нейтрализатора.

Датчик представляет собой галь­ванический источник тока, выход­ное напряжение которого зависит от концентрации кислорода в окру­жающей датчик среде. По сигналу датчика о наличии кислорода в от­работавших газах ЭБУ корректиру­ет подачу топлива форсунками так, чтобы состав рабочей смеси был оптимальным для эффективной работы каталитического нейтра­лизатора отработавших газов. Кислород, содержащийся в отра­ботавших газах, после вступления в химическую реакцию с элект­родами датчика создает разность потенциалов на выходе датчи-

ка, изменяющуюся приблизитель­но от 0,1 до 0,9 В. Низкий уровень сигнала соответствует бедной сме­си (наличие кислорода), а высо­кий уровень - богатой (кислород отсутствует). Когда датчик нахо­дится в холодном состоянии, вы­ходной сигнал датчика отсутствует, т.к. его внутреннее сопротивле­ние в этом состоянии очень вы­сокое - несколько МОм (система управления двигателем работа­ет по разомкнутому контуру). Для нормальной работы датчик кон­центрации кислорода должен иметь температуру не ниже 300 °С. По ме­ре прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генериро­вать выходной сигнал. Тогда ЭБУ начинает учитывать сигнал датчи­ка концентрации кислорода для управления топливоподачей в ре­жиме замкнутого контура. Датчик концентрации кислорода может быть «отравлен» в результате при­менения этилированного бензи­на или использования при сборке двигателя герметиков, содержащих в большом количестве силикон (со­единения кремния) с высокой лету­честью. Испарения силикона могут попасть через систему вентиля­ции картера в камеры сгорания ци­линдров. Присутствие соединений свинца или кремния в отработав­ших газах может привести к выходу датчика из строя. В случае выхо­да из строя датчика или его цепей ЭБУ управляет топливоподачей по разомкнутому контуру. Диагностический датчик концент­рации кислорода установлен после каталитического нейтрализатора в приемной трубе системы выпус­ка отработавших газов. Главной функцией датчика является оценка эффективности работы каталити­ческого нейтрализатора отработав­ших газов. Сигнал, генерируемый датчиком, указывает на наличие кислорода в отработавших газах после каталитического нейтрализа­тора. Если каталитический нейтра­лизатор работает нормально, показания диагностического дат­чика будут значительно отличаться от показаний управляющего дат­чика. Принцип работы диагности­ческого и управляющего датчиков концентрации кислорода.

Датчик скорости автомобиля ус­тановлен на картере коробки передач с левой стороны и приво­дится от винтовой шестерни, рас­положенной на вторичном валу коробки передач рядом с задним подшипником вала.

Принцип его действия основан па эффекте Холла. Датчик вы­дает на ЭБУ прямоугольные им­пульсы напряжения (нижний уровень - пе более 1,0 В, верх­ний — не менее 5,0 В) с частотой, пропорциональной скорости вра­щения ведущих колес. Количество импульсов датчика пропорцио­нально пути, пройденному авто­мобилем. ЭБУ определяет скорость автомобиля по частоте импульсов. Датчик неровной дороги располо­жен в моторном отсеке, крепится к правому лонжерону рамы.

Датчик предназначен для преоб­разования ускорений, возника­ющих при движении автомобиля по неровной поверхности, в про­порциональный сигнал напряже­ния. Принцип его работы основан

на пьезоэффекте. Возникающая при движении по неровной доро­ге переменная нагрузка на транс­миссию влияет на угловую скорость вращения коленчатого вала двига­теля. При этом колебания частоты вращения коленчатого вала похожи на аналогичные колебания, возни­кающие при пропусках воспламе­нения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. В этом слу­чае для предупреждения ложного обнаружения пропусков воспламе­нения ЭБУ отключает эту функцию бортовой системы диагностики при превышении определенного порога сигнала датчика.

Система зажигания входит в состав системы управления двигателем и состоит из катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. В эксплуатации систе­ма не требует обслуживания и регу­лирования, за исключением замены свечей. Электронный блок управ­ления принимает опорные сигналы отдатчиков положения коленчатого вала и фаз. На основе рассчитанных значений частоты вращения колен­чатого вала и нагрузки на двигатель (массовый расход воздуха и по­ложение дроссельной заслонки), а также данных датчика температу­ры жидкости ЭБУ определяет мо­мент и энергию искрообразования. Электрические импульсы низкого напряжения ЭБУ подает на первич­ную катушки зажигания, в резуль­тате чего во вторичных: обмотках катушки образуются импульсы вы­сокого напряжения. К выводам вто­ричных (высоковольтных) обмоток катушки подключены свечные про-

вода: к одной обмотке - 1-го и 4-го цилиндров, к другой - 2-го и 3-го. Таким образом, искра одновремен­но проскакивает в двух цилиндрах (1-4 или 2-3) - в одном - в кон­це такта сжатия (рабочая искра), в другом — в конце такта выпуска (холостая). Катушка зажигания — неразборная, при выходе из строя се заменяют.

На автомобиле применяются све­чи зажигания LR15YC (BRISK), WR7BC (BOSCH) или аналоги дру­гих производителей. Зазор меж­ду электродами свечи 0,7—0,85 мм. Размер шестигранника под ключ - 21 мм.

При включении зажигания ЭБУ на 2 с запитывает реле топливного насоса для создания необходимого давления в топливной рампе. Если в течение этого времени провора­чивание коленчатого вала старте­ром не началось, ЭБУ выключает реле и вновь включает его после начала проворачивания.

При работе двигателя состав сме­си регулируется длительностью управляющего импульса, пода­ваемого на форсунки (чем длин­нее импульс, тем больше подача топлива). При отсутствии сигнала с датчика положения коленчатого вала (вал не вращается, неиспра­вен датчик или его цепи) ЭБУ отключает подачу топлива в ци­линдры. Подача топлива пре­кращается и при выключении зажигания, что предотвращает са­мовоспламенение смеси в цилинд­рах двигателя.

Во время торможения двигателем (при включенных передаче и сцеп­лении), когда дроссельная заслонка полностью закрыта, а частота вра-

щения коленчатого вала двигателя велика, впрыск топлива в цилинд­ры не производится для снижения токсичности отработавших газов. При падении напряжения в бор­товой сети автомобиля ЭБУ уве­личивает время накопления энергии в катушке зажигания (для надежного поджигания го­рючей смеси) и длительность импульса впрыска (для ком­пенсации увеличения времени открытия форсунки). При воз­растании напряжения в бортовой сети время накопления энергии в катушке зажигания и длитель­ность подаваемого на форсунки импульса уменьшаются. Управление углом опережения за­жигания позволяет исключить де­тонационный процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилин­драх двигателя. Наличие датчи­ка детонации в системе позволяет ЭБУ контролировать и устранять ее посредством изменения угла опережения зажигания.

При обслуживании и ремон­те системы управления дви­гателем всегда выключайте зажигание (в некоторых слу­чаях необходимо отсоединить клемму провода от «минусо­вого» вывода аккумуляторной батареи). При проведении сва­рочных работ на автомобиле отсоединяйте жгуты проводов системы управления двига­телем от ЭБУ. Перед сушкой автомобиля в сушильной каме­ре (после покраски) снимите ЭБУ. На работающем двигателе не отсоединяйте и не поправ­ляйте колодки жгута проводов системы управления двигате­лем, а также клеммы проводов на выводах аккумуляторной ба­тареи. Не пускайте двигатель, если клеммы проводов на вы­водах аккумуляторной бата­реи и наконечники «массовых» проводов на двигателе не за­креплены или загрязнены.